Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 33
Текст из файла (страница 33)
с. отлична от нуля, конденсатор С подзаряжается, напряжение на нем е„возрастает по экспоненциальному закону (рис. 7.16, б). В интервале от Т вЂ” 0 до Т конденсатор разряжается через фильтр на нагрузку постоянным током Уо, напряжение на нем ео, спадает по линейному закону, В однофазной схеме время разрядки конденсатора значительно болыпе и равно Т+ О. Из уравненпя, определяющего напряжение на конденсаторе С при скачке э.
д. с. Е, легко получить ем — — (Š— /,т) (1 — е-'!') + Е)е-'!', (7.53) где ео, — напряжение, большее действительного на 2 Е„р) т = тС— постоянная времени; Ет — напряжение, оставшееся на конденсаторе от предыдущего полупериода. К концу процесса зарядки напряжение на конденсаторе станет равным Ео, величину которого можно определить из (7.53), подставив ! = Т вЂ” О. При разрядке конденсатора С, т.
е. в интервале Т вЂ” 0 < ! < Т, напряжение на нем спадает по закону еоо = ЕО /от (1 — Т + О)/т. (7.54) К концу полупериода для двухфазной схемы оно станет равным Ет. Решив совместно уравнение (7.53) при ! = Т вЂ” О и (7.54) при 1= Т, получим соотношения, определяющие Ет и Ео, а подставив нх в (7.53) и (7.54), определим законы изменения выпрямленного напряжения е„и е„. Из этих законов легко найти постоянную составляющую выпрямленного напряженна: Гт — в т о.=.,-'() „О)вн- )',„)оа1- О т е О 1+о )т О)!' = Š— /,ф+ — +О ' „„„1. (7.55) т 2тт (1; )т — О)п) Воспользовавшись соотношением /о = Ео/)сн, можно несколько иначе записать равенство (7.55): Ео = ЕЯ ! + (тЯн) Р' (07Т) Ь.
где Р'(0(Т)=1+0/Т+(0~7(2ТтЦ(1+ем™)/(! — е гт — в))н) (756) функция Р (О/Т), параметром которой является отношение Т/т (рис. 7.17), при О/Т < 0,5 не превышает 2,5. Поэтому при малых отношениях т/!сн (что практически всегда имеет место), для того чтобы оказать влияние на величину выпрямленного напряжения, требуется большое изл)енение параметра О/Т. Эта особенность рассматриваемой схемы обусловливает весьма своеобразную форму регулнровочной характеристики, Рассчитанная по соотношеншо (7.56) регулировочная характеристика, представляющая собой зависимость Ео/Е от регулируемой величины о/Т и параметра Т/г (рис. ?.!8), при небольших значениях О/Т имеет очень малый наклон.
Важно еще н то, что сели- чина выпрямленного напряжения зависит от емкости конденсатора, 153 Конденсатор с большой емкостью, Разршкаясь постоянным током /ю и то ЧЕПИС ИнтЕРВаЛа 8, тЕРЯЕт МСП1щгУЮ ЧаетЬ СВОЕГО ЗаРЯДа, конденсатор с малоЙ емкостью, и спад напряжения на нем мепыпе. 3то подтверждается двумя кривыми на рис. 7.18 длят/Т = 1 и т/Т=0,08 Так как при расчете рсгулировочной характеристики было принято г//7ю = 0,1, т. е. постоянной величине, то следует считать, что изме.
пеппе постоянной времени зарядки т достигается только за счет изме. пения елисости конденсатора С. а/т) 8о с аб ат пб п,б ои П,е ф о ог ом пб пе т ог о; об ое т Рис. 7.17 Рис. 7.18 Определим теперь действующее значение тока вентиля. Ток вентиля отличен от нуля только в течение интервала 0 (/( Т вЂ” 8 при периоде 2Т (см. Рис. 7.16, а). Поэтому имеем / т — а /,=1/ 2 ~ ю" о//=0,707/ю0~у), (7.57) о Отсюда мощность потерь в диоде ю = Е ююр/ю (Т вЂ” 8)/(2Т) + гю/"„. (7.58) Действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора для мостовой схемы выпрямителя в ) т2 раз больше, челл тока вентиля, ибо она пропускает через себя импульсы токов двух групп вентилей (см.
Рнс. 7,16, г), т. е. /л = /„0 (8/Т). Пульсации напряжения иа выходнолл конденсаторе выпрямителя определяются перепадом напряжения, который происходит во время его разрядки /еюю = (Ер — Ет)/(2Ею) = /юга/(2Еют) = ~~~ (7 59) Заканчивая вывод расчетных соотношешш для схемы выпрямителя, найдем выходное сопротивление схемы. Поскольку выходное сопротивление определяет спадаиие выпрямленного напряжения с ростом тока нагрузки, то его легко определить из (7.55): /л„„„= г0л (8/Т). 184 Из полученного соотношения не следует, что выходное сопротшь ление выпрямителя прямо пропорционально сопротивлению фазы г, так как функция 0 (8/Т) зависит от параметра т/Т, который в свою очередь зависит от сопротивления фазы.
Прп стремлении г к нулю выходное сопротивление стремится к пределу; /т,„ю ы = 8'/(2ТС), (7.61) что свидетельствует о его зависимости от величины емкости выходного конденсатора выпрялштеля. Требуемая для выпрямителя габаритная мощность трансформатора в нашем случае (для мостовой схемы) 1 А,р — — 1 Ал — — /,Ел=/„0(б/Т) Е Р (7' — 8)/Т, (7,62) ю Е Ят лрт — ллй и~ ю ° Ю ° ' лм трансформатора. й У.З. Коммутационные процессы в выпрямителях напряжения прямоугольной формы Полученные ранее соотношения, определяющие токи и напряжения в схеме выпрямителя при прямоугольной форлле переменного напряжения, ие учитывают инерционности полупроводниковых диодов и, следовательно, пригодны только тогда, когда постоянная времени выпрямптельных диодов меньше времени смены поляр.
ности (длительности фронта) выпрямленного напряжения. Современные малоинерционные полупроводниковые диоды имеют постояниу1о времени порядка 1 мкс. Если принять длительность фронта переменного напряжения равной 5юйю от длителы1ости периода, то получим граничную (для учета инерционности) частоту около 10 крц. Обычные вьшрял1ительные диоды имеют постоянную времени, равную нескольким десяткам микросекунд.
Поэтому в схемах с такими диодами при частотах выпрямляемого напряжения даже в несколько кплогерц необходимо учитывать инерционность диодов прп переключении, т. е. процессы коммутации. При подаче прямого напряжения на полупроводниковый диод его ток приобретает установившееся значение /„р не сразу, а спустя некоторое время, необходимое для изменения концентрации неосновпых носителей заряда в базовой области диода. Аналогичная картина получается и при подаче обратного напряжения, когда ток диода становится ллалыл~ лишь после рассасывания заряда неосновных носителей из базовой области. В течение процесса Рассасывания диод обладает хорошей электропроводностью и через него протекает заметный обратный ток.
Кратковременные, ио большие обратные токи увеличивают мощность потерь в диодах. Полшмо этого, обратные токи запирающихся диодов приводят к повышеншо напряжения пульсации выпрямителя и снижению выпрямленного напряжения. Модель полупроводникового диода, в которой учтены его инерционность н нелинейность (рис. 7.19, а), содержит два сопротивления и емкость 1рнс.
7.!9, б). Емкость диода !диффузионная и барьерная) зависит от напряжения на п-р-переходе, т. е. является нелинейно! ебисостью. Сопротивление рч>-перехода г„также является нелинейным. Зази. симость протекающего по нему тока от напряжения на р-и-переходе 1! хорошо аппроксимируется следующим выражением: !сб (Е !) (7. 63) где 1,бр — обратный ток перехода; !7б — масштабный коэффициент Сопротивление толщины базовой области диода г,, как и г„, пели. нейно. Эффективная толщина базы меняется с изменением тока диода. Сопротивления г„ и гб в данной модели обусловливают статическую характеристику диода.
В динамике из-за шунтирующей р-а-переход емкости С падение напряжения на диоде сильно отличается от стати. ческого, так же как и омическнй! 1г, С ток р-л-перехода !' отличается ог л К д тока диода. о — Ь+ — ч> Недостатком данной модели ! 1> является ее сложность. Диффеа) од ренциальиые уравнения, описыд) вающие изменения тока диода в такой модели, решаются только Ряс. 7.!9 численно.
Поэтому расчеты ком. мутациониых процессов, протекающих в полупроводниковых диодах, проводят только на вычислительных машинах. В приводимых расчетах используется решение, найденное в такой модели при наложении весьма жестких ограничений, а ил>евно, ток диода спадает во времени по линейному закону. Знание закона изменения тока диода позволяет обойти ряд трудностей, новинка!ощпх при решении. До анализа коммутационных процессов в выпрямителе посмотрим, как будет меняться ток диода в данной модели при его запиранип и отпирании.
Пусть через диод пропускается ток формы, показанной на рис. 7.20, б. Такой ток можно получить в схеме рис. 7.20, а при включении ключа в позицию 1 в момент 1 = 0 и переброс в позицию 2 в момент 1 = 1,. В первый момент после включения напряжение на диоде должно возрасти скачком на величину 1„,г„а затем по мере зарядки плавно увеличиться до !7„р !штриховая линия а — б на рис. 7.20, а).
Однако на реальных импульсных диодах в первый момент после включения напряжение оказывается большим У„, !сплошная линия на рис. 7.20, в). Это явление для выбранной моделй представляется как изменение сопротивления гб, вызванное уменьшением толщины базы. Сначала сопротивление гб будет относительно большим, а затем по мере накопления неосновных носителей заряда в базовой области уменьшается. У открытого диода падение напряжения на гб обычно меньше напряжения !! на р-а-переходе.
В момент 1 = 1, ток диода инверти. !56 руется на обратный — !. Диод не сразу теряет свои проводящие свойства, поэтому в течение интервала 1, — 1, на нем сохраняется небольшое положительное падение напряжения. В принятой модели при изменении тока диодз с прямого па обратный сразу меняется полярность напряжения на сопротивлении гб (скачок на рис. 7,20, в), а затем постепенно происходит разрядка емкости С !штриховая линия с — б1).
Когда емкость диода разрядилась и напряжение на р-п-переходе !! стало равным нулю 11 = 1„), начинает постепенно восстанавливаться большое обратное сопротивление и-р-перехода п его отрицательный ток спадает по абсолютной величине до 1,бш а напряжение возрастает по абсолх>гной величине до Е,б — — Е,. а( 1 Гр Ряс. 7.20 Когда напряжение ыа диоде мало, ток, отдаваемый источником Еб, близок к току короткого замыкания ! = Е,/>т,.
Этот обратный для диода ток протекает в цепи в течение всего интервала 1„- 1( 1„ называемого интервало>л рассасывания заряда неосновных носителей в базовой области диода и обозначаемого Т,, На следующем этапе— восстановления большого обратного сопротйвления — по мере уменьшения абсолютной величины тока диода от ! до 1„, обратное напряжение на диоде возрастает до Е,. Именно на этом этапе коммутационных процессов в диоде выделяется заметная энергия, так как и ток, протекающий через него, и напряжение на нем велики. Эта энергия сравнима с энергией, выдели>ощейся в диоде при прямом токе, даже если длительность этапа восстановления заметно меньше времени нахождения диода под прямым током.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
