Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Часто завершение этапа рассасывания неосновных носителей заряда связывают не с моментом 1,„а с моментом 1,, соответствующим нулю напряжения на диоде. В схеме рис. 7.2), а при линейном уменьшении напря>кения е 11), начинающемся в л>оыент 1 = 0 с положительных значений, и прк К )) г„получается линейный спад тока диода на этапе рассасывания заряда неосновных носителей в его базовой !57 1р а1 е, 'пп а) Тр, =1,31 17'Т,-„тп (7.
65) ид 1па для гп ) 7Т,„п (7. 66) 7р, 0,31тп+1,27рп 1пп (7.67) (7.68) 1 = 1„р (0,2+ 0,31 гп, Т,и). Рис. 7.21 . Рис, 7.22 ис = Е... — Упр — 1иргп. (7.70) 1„= — 1,.„е ( " п)1 (7.69) 1ВВ области (рцс. 7.21, б). Пусть напряжение е, (1) = Е, (! — ЦТ,п), тогда цз-за малости падении напряжения па диоде в течение временц рассасывания получим 1и (1) Еп (! 117и )1)7 1 р (1 117 ) (7.64) Под влиянием емкости диода напряжение на ием станет равным пулю позже, чем пройдет нулевое значение ток диода (рис. 7.21, в), Это запаздывание тем больше, чем больше время жизни неосновных носителей заряда в базовой области диода т, и чем меньше относительная скорость спада тока 1/Т,„. Таким образом, пока не рассосется заряд цеосновных носителей, обратный ток диода нарастает линейно и прц инерционном диоде (т„) Т„,) может достичь значительной величины, т.
е, получится, что 1 ) 1и,. После рассасывания заряда цеосцовнь~х носителей (1) Тра) с восстановлением обратного сопротивления диода его обратный ток спадает, а напряжение на нем приблизится к е (1). Не углубляясь в методику нахождения величин Т,, п 1, приведем решение этой задачи. Так, прц токе через диод на этапе рассасывания, заданном (7.64), длительность этапа рассасывания получается равной для тп < 7 Т„, Подставив эти значения Т,, в (7.64), найдем 1пр — 1пр (7 р,р11 сп 1) 1нр (1 31 1 тп17 сп 1) Выражение (7.67) получено для т, ь- 7 Т„„а (7.68) для тп ( 7 Тчп Закон спадания обратного тока диода на агапе восстановления его обратного сопротивления достаточно сложен. Однако, имея в виду ~олько определение энергии, выделяющейся в диоде на этом этапе, можем положить этот закон экспонецциальным Наиболее распространенный источник высокочастотного переменного напряжения — транзисторный инвертор — на одних этапах своей работы близок к источнику напряжения, а на других к источнику тока.
Соотношения (7.67) ц (7.68) справедливы лишь для этапов, где инвертор является источником тока. Выберем следующую модель источника выпрямляемого напряжения. В случае омической нагрузки или в отсутствие нагрузки на его выходе создается напряжение трапециевидной формы с длительностью фронтов Т (линня Л БЕГ на рис. 7.22, б). При этом он является источником напряжения с выходным сопротивлением ги. При изменении цагрузкн, связанной с переключением диодов выпрямителя, оц становится цс1очццком линейно спадающего тока.
Такая модель неплохо передаст свойства транзисторного ипвертора, который прп насыщенных транзисторах (ключах в первичной цепи) является источником напряжения, а при переключении транзцсторов во время коммутационных процессов — источником тока. Итак, пусть прц 1( 1, в схеме выпрямителя рнс. 7.22, а был открыт диод Д, и по нему протекал ток 1пр. Напряжение на верхней вторичной полуобмотке трансформазора ймело положительную по- лярность (рис, 7.22, б). Напряжение на выходе выпрямителя ис = е, на этом этапе активных процессов Начиная с 1 = 1, (рпс. 7.22, б) напряжение источника должно бы уменьшаться е, = (11л) Еп,„!1 — 2 (! — Я( Тф'!.
(7.71) Если бы диод Д, отключался мгновенно, то напряжение епц как и е„спадало бы по линейному закону (штриховая линия па рис. 7.22, б). Но емкость диода не может разрядиться мгновенно и диод остается открытым в течение времени рассасывания и при 1) 1,. Из-за этого напряжение е„оказывается больше, чем э. д. с. е„ так как ко вторичной полуобмотке прикладывается через открытый диод напряжение с выходного конденсатора С выпрямителя. Это приводит к тому, что источник е, переходит в другой режим работы. Он становится источником линейно-уменьшающегося тока. Его ток приведенный ко вторичной обмотке прн 1) 1„спадает по закон, 1а! = р, = 1„р (1 — (1 — 1!)1Т,„7, (7.
72) при 1 1р и при 1) 1а еоар =- 2Еа = Е„р, Отсюда коммутационные потери энергии в диоде А „-,.. — ~ ! д (1) еодр (1) г)1 = та = 0,25!„е„, т " (1 — е ("ф "р'11"7. ф р.д (7.74) Коммутационные потери мощности в каждом диоде, дополнительные к определяемым (7.58) статическим потерям, Ф Рд наступает этап рассасывания заряда неосиовных носителей в базовои области диода Д,. К моменту 1 = 1в рассасывание неосновных носителей заряда в ба. вовой области диода заканчивается н наступает следующий этап комму тационных процессов — этап восстановления большого обратного со.
противления диода Д,. На этом этапе обратный ток диода уменьшается экспонеициально, а напряжение ев, спадает от ис до значения, которое дается (7.71), так как после восстановления большого обратного сопротивления источник е, вновь стал источником напряжения и работает иа холостом ходу. К моменту 1 = 1, ток диода Д, станет равным — !,др, восстановление большого отрицательного сопротивления закончится. Напряже.
ние на нижней полуобмотке трансформатора е,а = — е„ при 1 ) 1, возрастаетлинейно, в некоторый момент 1 = 1 и оно сравнивается с напряжением на конденсаторе С. После этого открывается диод Д,. Через него сначала протекает ток, больший 1р, а затем после зарядки выходного конденсатора С, равный прямому. Исходя из рассмотренных коммутационных процессов, при расчете выпрямителя, работающего от высокочастотного источника переменного напряжения, следует дополнительно учитывать: 1. Спад выходного напряжения при 1, (1С 1, из-за разряда конденсатора С обратным током диодов. 2.
Дополнительный разогрев диода при 1а ( 1< 1„когда его обратный ток и обратное напряжение велики. Определим сначала энергию, выделяющуюся в диоде при 1в 1( 1,. Ток диода в это время определяется соотношением (7.64), а напряжение примем спадающим линейно. На основе рис. 7.22, б имеем е„р —— ис — ад, = 2Е, (1 — 1, — Тр,)1(тр — Тр,); (7.73) При инерционных диодах и высокой частоте колебаний источника выпрямляемого напряжения (полупериод Т и фронт Тр малы в сравне- нии с т,) коммутационные потери могут превышать статические.
Определим теперь спад выходного напряжения, вызванный обрат- ным током диода. На этапе 1, —: 1, заряд, теряемый конденсатором С из-за разрядки током диода, Га Га М = ~ ! (1) г(1= 7 1„~( — — 1) г(1+ ~ 1 е рк 'агг д(1= г, та = 1,„-1тр.,+0,5т,(1 — е '( Р— ~.д)1~д)7 Р Р'".
(7.76) оп Помимо этого заряд, теряемый из-за разрядки на нагрузку выпря= мителя, Ь1',1„= /отф. Таким образом, напряжение на конденсаторе за время фронта снизится на био = (ЛЯ„+ ЬЯп)1С. (7,77) Л Уменьшение постоянной составляющей выходного напряжения из-за этого спада ьи би т 1Т+би 1т = а1 = Лис (Тф+ т)1Т, (7.78) где второе слагаемое соответствует этапу процесса, при котором напряжение на заряжающемся конденсаторе возрастает с постоянной времени т (участок 1) 1, на рис.
7.22, б). Полученный перепад напряжения на конденсаторе выпрямителя Лис определяет импульсные пульсации выпрямленного напряжения. Чтобы найти оценочную формулу для величины пульсаций на выходе ЕС-фильтра выпрямителя, поступим следующим образом. Реальную форму выходного напряжения ис —— е„заменим более простой с прямоугольными провалами (рис. 7.23, а).
Амплитуду прямоугольных.провалов примем равной Лис, а их длительностьт, получим, приравняв площади реального и эквивалентного провалов (отмечено штриховкой на-рис. 7.23). По формуле (7.78) эквивалентная длительность импульсов получается равной Тф + т. Теперь, заменив в (7.48) з,на т„ найдем амплитуду изменений выходного напряжения ЕС-фильтра из-за импульсных пульсаций Лив = киот, (т —,)1(16ЕСФ). (7.79) Однако найденные пульсации далеко не всегда являются основными. Помимо них на выходе выпрямителя, а следовательно н фильтра, возникают дополнительные переменные составляющие, обусловленные неидентичностью (асимметрией) вторичных полуобмоток трансформатора н выпрямнтельных диодов.
При асимметрии вторичных В А. рс Иванов цыганов 16! полуобмоток трансформатора а Рр значения амплитуд поло>кительно>с ц отрицательной полуволн отличаются ца Е, а 0,01 В. У современных полупроводниковых вентилей допуск на величину прямого'падения напряжения сл(/ир, приводимый в справочниках, равен нескольким десятым долям вольта. В низковольтных выпрями. телах асимметрия диодов может внести основной вклад в пульсаццц, Таким образом, выпрямленное напряжение от одного полупернода к другому может меняться на ЬЕ„(рис.
7.23, б), причем Ь Е„= Ел~а0,01 + Л(/,р. (7.80) Допустим, что эти перепады имеют прямоугольную форму. Длительность их равна полуперцоду Т выпрямляемого напряжения, а период — 2Т. Тогда, применив (7.48), найдем амплитуду изменений выходного напряжения фильтра: би„= ДЕ„Т'/(1 Ы.С,). (7.81) Экстремальные значения, обусловленные импульсными пульсациями и пульсациями из-за асимметрии, в выходном напряжении фильтра не совпадают во времени, поэтому выбор индуктивностн дросселя н емкости конденсатора фильтра производится так, чтобы большая из двух величин Ь(/„и сл(/„ получилась меньше заданной амплитуды пульсаций выходного напряжения. Отметим теперь особенности применения полученных формул для мостовой схем>я выпрямцтеля с нагрузкой, начинающейся с емкости.
Из-за того что на активном этапе процессов в мостовой схеме работают два последовательно включенных вентиля, выражение (7.70) записывается для нее как и, = Е,,— 2脄— /„„ги, (7.82) Формула для подсчета мощности коммутационных потерь в диоде выпрямителя (7.75) пригодна и для мостовой схемы. Обратное напряжение на диодах мостовой схемы в два раза меньше, челс на диодах основной. Поэтому, мощность коммутационных потерь в каждом диоде мостовой схемы в два раза меньше, чем в диоде основной. Но диодов в мостовой схеме в два раза больше.
Поэтому общие коммутационные потери в этих. двух схемах одинаковы. Все остальные соотношения не меняют своего вида прц переходе от основной схемы и мостовой. Следует отметить, что сопротивление потерь конденсатора, которое в его схеме замещения включено последовательно с его емкостью, может быть сравнимо с г„. Импульсы токов диодов, протекая через сопротивление потерь конденсатора, создают дополнительное перелгенное напряжение на выходе выпрямителя. При большом сопротивлении потерь снижается выпрямленное напряжение. Из-за этого в выпрямителях, работающих на повышенных частотах, стремятся применять конденсаторы с малыми потерями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
