ivanov-ciganov2 (558065), страница 60
Текст из файла (страница 60)
$ 13.6. Самоаозбунсдающнйся ннвертор в преобразователе Рассмотренные в 9 13.5 линейные процессы в основном повторяются и прй работе инвертора на такую нелинейную нагрузку, как выпрямитель. Однако в коммутационных процессах появляются новые моменты, связанные с инерционностью диодов выпрямителя. Показатели преобразователя, . с в котором применены инверторы с насыщающимся трансформатором, 4 получаются удовлетворительными только при относительно низких и частотах переключения. Связано это с тем, что коммутационные всплески коллекторных токов растягиваются на время переключения диодов выпрямителя.
При коротком периоде колебаний их длительность относительно велика, из-за этого снижаегся к. п. д. преобразователя, так как становятся большими потери в транзисторах. Хорошие показатели па повышенной частоте получаются у преобразователя, включающего в себя ннвертор с ненасьпцающимся силовым трансформатором. В схему преобразователя рис. 13.
19, а включен инвертор с переключающим трансформатором, где к. и. д., несмотря на дополнительные потери мощности в трансформаторе Тр, и ограничительном резисторе 1са, получается большим, чем у схемы„содержащей инвертор с насыщающимся силовым трансформатором. В схему рис. 13.19, а — ж включены диоды Д, и Д„которые препятствуют появлению значительных положительных запирающих напряжении на базах транзисторов. Включаются они лишь в тех Рис. 13.19 случаях, если напряжения, снимаемые со вторичных обмоток переключающего трансформатора, больше допустимого запирающего напряжения база — эмиттер для транзистора силовой цепи ннвертора.
Поскольку высокочастотные транзисторы имеют, как правило, малое допустимое напряжение база — эмиттер, то в инверторах, работающих на повышенных частотах, включение защитных диодов встречается в большинстве случаев. (13.46) Делитель напряжения, состоящий из резисторов'й, и Я„только облегчает запуск инвертора, на протекающие в нем установившиеся процессы не сказывается. В проводимом рассмотрении такой делитель не учитывается.
Начнем рассмотрение процессов, протекающих в схеме инвертора, с момента насыщения переключающего трансфооматора. Пусть это происходит при 1 = О. При этом напряжение возбуждения ранее открытого транзистора пропадает. Поскольку индуктивность насыщенного трансформатора мала, можно считать, что спадает напряжение возбуждения скачком. Однако запирание транзистора происходит не мгновенно. В принятой ранее модели транзистора процесс запирания был описан выражением (11.7). В данном случае в отличие от ситуации, рассмотренной в й 11.1, ток базы на этапе рассасывания пе инвертируется, т.
е. ток 16 = О, и поэтому ток 1, спадает по экспоь> .~ ~' иенте с постоянной времени т,. Пока ток г', больше г„ф, происходит рассасывание заряда неосновных носителей в базе ранее открытого транзистора. Рис. 13.20 Во время этого процесса ток коллектора транзистора возрастает из-за роста тока, протекающего через резистор й,. До насыщения переключающего трансформатора Тра через резистор 1г, протекал ток 7, =- (Ут — Уз)/йм а после насыщения течет ток 1з = Ут7йм Таким образом, увеличение тока коллектора транзистора будет равно Ггг, и,— и,)у, и, .
ъ =(л, д, 7', = и, ' .~' Обычно возрастание тока коллектора на этапе рассасывания заряда неосновных носителей ограничивают 10 — 2096, т. е. обеспечивают 1„,„=- 7„„(1, 1 —: 1,2). (13. 47) Процесс рассасывания в транзисторе заканчивается в тот момент, когда уменьшающийся ток 1, окажегся в р раз меньше тока 7„„, что в соответствии с (11.8) дает условие для определения времени рассасывания транзистора егр. т/ т — ь 7(], 1 -~ — 1 2) = й~„ (13.48) где йв — — 76„()/7„„ — фактическая степень насыщения транзистора инвертора.
При 1 ) Тв, ток коллектора начинает уменьшаться, следуя за током 1,. Вместе с ним уменьшается и ток бывшего ранее открытым диода выпрямителя. В базе диода происходит рассасывание заряда неосновных носителей. Ток, протекающий через диод на этом этапе, .можно определить на основе моделирующей схемы рис.
13.20. В ней источник тока представляет ток коллектора запирающегося транзистора, который при 1:~ Тр, равен („=Т„,йве иь =7„е (' ~а )~1т=У„„,е ~т~; ' (13.49) сопротивление й„' = Дую";/п4 — является пересчнтанным в выходную обмотку силового трансформатора Тр, сопротивлением резистора Я;, индуктивность Е, — это индуктивность рассеяния Тр,, Если принять емкость конденсатора большой, т. е. допустить, что при разряде напряжение на этом конденсаторе остается равным Е„ то для тока диода где т = — Е,/(Йз + г,) — постоянная времени цепи.
Уменьшаясь, ток диода стремится к значению, определяемому последним членом полученной формулы, т. е. величине, зависящей от сопротивления резистора й',. Последняя, как правило, значительно больше величины сопротивления нагрузки выпрямителя. Поэтому ток, определяемый последним членом в (13.50), значительно меньше выпрямленного тока 7м Таким образом, рассасывание неосновных носителей заряда в данной схеме преобразователя происходит при относительно медленном понижении тока диода от значения 1, до некоторого отрицательного значения, близкого к — 1,К„/Ка, которое по своей абсолютной величине заметно меньше прямого тока, текущего через диод.
Расчет времени рассасывания неосновных носителей заряда в диоде при токе, определяемом в (13.50), дает неудобные для практики соотношения. Поэтому при проектировании рассматриваемого преобразователя с мзлоинерционными диодами (т„ ( "с,; "с) принимают, что процесс рассасывания длится столько же, сколько и процесс спада тока, определяемого (13.50), т. е, считают (13.51) Тр х — — (2 —:3) где т, — наибольшая из постоянных времени т, и т. Такое грубое определение времени рассасывания не вносит большой неопределенности при проектировании, так как точность остальных данных, используемых в расчете, невелика. Таким образом, ток диода станет равным нулю чуть раньше, чем ток транзистора. До момента запирания диода конденсатор выпрямителя оставался подключенным к выходной обмотке силового трансформатора Трм поддерживал на ней напряжение, практически равное выпрямленному.
Следовательно, на всех остальных обмотках поддерживалось напряжение, близкое к тому, которое создавал ранее первичный источник Е„, действуя через открытый транзистор. Это при'водило в свою очередь к тому, что напряжение коллектор — эмиттер запирающегося транзистора было мало. После запирания диода напряжение на обмотках трансформатора Тр, спадает. Вместе с ним спадает напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр,. Размагничиваясь, сердечник переключающего трансформатора создает иа обмотках возбуждения послеимпульс, отпирающий ранее запертый транзистор. С его насыщением па выходной обмотке Тр, устанавливается вторая полуволна переменного напря- жения с полярностью, противоположной предыдущей, открывается второй диод выпрямителя и конденсатор С подзаряжается. Хотя ток заряда конденсатора в данной схеме отличается от того, который был использован в ~ 7.7 для определения потерь мощности в диодах выпрямителя, результат подсчета салих потерь мало отличается от (7.58), так как коммутационными потерями мощности в диодах данной схемы преобразователя можно пренебречь.
Поэтому определяют потери в диодах по (7.58). Разряд конденсатора выпрямителя на нагрузку в течение времени смены полярности выходного напряжения инвертора приводит к небольшому спаду напряжения. При расчете полного перепада напряжения на выходе выпрямителя им, как правило, пренебрегают. В этом случае ток конденсатора, равный 1, — 1, за время Тр „уменьшит выходное напряжение на Р л где тл — наибольшая из постоянных времени т и т,.
Из-за коммутационных процессов в данной схеме преобразователя напряжения динамические потери мощности в транзисторах инвертора получаются малыми, ими, как правило, пренебрегают. Остальные расчетные соотношения для данной схемы преобразователя получаются такими же, как и для идеализированной схемы.
й 43.7. Потери мощности в преобразователе иапрюиеиия Ранее говорилось, что современные преобразователи напряжения имеют малые потери мощности и соответственно высокий к. и. д. Поэтому опи получили широкое распространение в современных источниках питания радиоаппаратуры. Однако малые потери в преобразователе получаются не сами по себе, а благодаря проведению комплекса мероприятий, направленных на их снижение.
Наиболее важными из них являются выбор схемы преобразователя, выбор радиодеталей н других компонентов преобразователя, оптимизация параметров преобразователя и режима работы его элементов. Влияние режима работы на потери в преобразователе проследим на примере определения потерь мошиости в транзисторах инвертора, входящего в преобразователь. Потери мощности в транзисторе складываются из потерь в режимах насьпцения и отсечки, а также из потерь на переключение или коммутационных потерь. Последние еше называют -динамическими потерями. Потери мощности, соответствующие режимам насыщения н отсечки транзистора, были определены в гл.
Х1. Приведенные там выражения для вычисления коммутационных потерь остаются справедли- выми и для силового транзистора преобразователя. Воспользуемся этим и вычислим коммутационные потери в одном из силовых транзисторов усилителя мощности, работа1ощего на двухфазный выпрямитель, нагрузка которого: начинается с емкости (рис. 13.11, а). Эти потери мошдости связаны со сквозными токами, возникающими при переключении транзисторов. В 4 13.4 было показано, что транзистор усилителя мощности проводит ток в течение интервала времени, большего, чем полупернод генерируемого в преобразователе переменного напряжения. Этот интервал превышает полупериод на величину, равную сумме времен рассасывания неосновных носителей в транзисторе инвертора и диоде выпрямителя. Запирающийся силовой транзистор в течение времени Т, находится в состоянии насыщения.
В течение времени Т „ напряжение между коллектором и эмиттером силового транзистора преобразователя мало отличается от напряжения насыщения, так как конденсатор выпрямителя, разряжаясь через еще не запертые диоды выпрямителя, поддерживает на всех обмотках трансформатора напряжения, близкие к тем, которые были при насыщении силового транзистора. По этим причинам коммутационные потери, возникающие при запирании силового транзистора, относительно невелики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
