Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Длительность управляющих силовым транзистором импульсов базового тока должна быть меньше рассчитанных значений на время рассасывания заряда неосновных носителей в базе транзистора. Перейдем теперь к коммутационным процессам и начнем их рассматривать с момента включения транзистора. При ! = 0 на базу ранее запертого транзистора подается включающий импульс тока. До этого на базе, а следовательно, и на емкости С, транзистора существовало запирающее напряжение (рис. 11.7, а). Эмиттерный переход был закрыт, а к электродам коллектор — эмиттер было приложено почти все напряжение источника Е((/и, — Е).
Диод Д при 1 ( 0 был открыт, через него протекал ток 1„а падение напряжения на нем равно (/„, (рис. 11.7, б). Положим индуктивность дросселя много больше критической, тогда 1л станет равным 1„ и оба эти значения будут близки к току нагрузки 1„. 1л моменту ! = 1, напряжение на емкости С, станет равным нулю и вслед за этим транзистор откроется.
Его рабочая точка окажется в активной области, ток коллектора начнет нарастать, следуя за током о„нарастающим по экспоненте: (! — <т — Нмтт) / / (! — <т — тсцт,) Однако диод Д сразу не запирается. В его базовой области лишь начинается рассасывание заряда неосновных носителей. Только по истечении времени Т„начнет восстанавливаться большое обратное сопротивление диода и напряжение коллектор — эмиттер транзистора упадет. Полагаем, что меняется напряжение на диоде и транзисторе мгновенно.
Пока проходило рассасывание заряда неосновных носителей в диоде, ток транзистора нарастал и достиг значения /к (считаем /к с- /о/ор, что часто выполняется на практике), а ток диода спадал до величины †/ . Закон спадания тока диода установить легко. Ток диода в сумме с током коллектора транзистора дают постоянный в рамках решаемой задачи ток дросселя /,.
Таким образом, /к =/о — ок =/,(1 — /оф+/где ' '"~~'"). (11,!9) Ток диода спадает по экспоненте н поэтому нельзя воспользоваться результаталш 9 7,8 для вычисления времени рассасывания заряда неосновных носителей в его базе. Однако при относительно небольших пиках тока /,„, что всегда стремятся достигнуть, закон нарастания тока коллектора транзистора близок к линейному /к /ойь (/ /т)/тт. (1!.20) Тогда для тока диода получим 'к = /о(! /о 4 (/ /т)/т ) (! 1.21) т.
е. то же, что и в основе формулы (7.64). В данном случае 7'ск = = т,//г, и, воспользовавшись (7.65) и (7.66), запишем Тр,— — 1,31 !'ткт,//гфк длЯ 7т,(т,йф (11.22) Тр, — 0,31тк+1,2т,//гф для 7т,)тк/гф. (11.23) Подставив эти соотношения в (1!.20) и (11.21), найдем /ккс /о/офТр д/тт /„, / (Тр,й~/т, 1). (!1.24) (!1.25) При инерционном диоде пика тока коллектора транзистора может во много раз превышать его нормальное значение /,. После завершения этапа рассасывания заряда в базовой области диода транзистор быстро переходит в состояние насыщения, а диод в состояние отсечки (рис. 11.7, а, б).
Напряжение (/„, транзистора почти скачком уменьшается до (/к,ы а напряжение на диоде возрастет до Š— (/,к. Перейдем теперь к этапу запирання транзистора. Ранее при рассмотрении модели импульсного диода было отмечено, что процесс его включения под прямой ток менее инерциоиен, чем процесс выключения, и в сравнении с транзистором можно рассматривать включающнйся диод как безынерционный. Зто значительно упростит рассмотрение процесса выключения транзистора. В нашей схеме не будет никаких отличий от рассмотренной ранее схемьь характеристики которой даются выражениями (1!.9) и (!!.10). Таким образом, начиная с момента подачи запирающего импульса на базу транзистора (/ = /о), происходит рассасывание заряда неосновных носителей в базе, которое продолжается в течение времени Т,„определяемого (11.9).
Затем ток транзистора спадает до нулевого в течение интервала Т... определяемого (11.10). Напряжение //„ транзистора после рассасывания заряда неосновных носителей в его базе возрастает почти скачком до Е. Подытоживая, можно отметить, что напряжение е на входе Е,С- фильтра, совпадающее с напряжением на диоде ц„имеет форму, близкую к прямоугольной, но длительность положительных импульсов отличается от длительности импульсов, отпирающих транзистор. Если транзистор отпирается импульсами, длящямися З'„то длительность импульсов на входе фильтра З получается равной а=э' — Тр,+Т„. (11; 26) Найденные законы нарастания и спадания тока коллектора позволяют определить коммутационные потери мощности в силовом транзисторе и разрядном диоде импульсного стабилизатора. Прп включении транзистора в течение времени Тр, его ток нарастает, подчиняясь (!1.18), а напряжение (/„почти равно Е, На этапе /) Тр, напряжение (/к, транзистора мало, потери мощности в нем много меньше, чем на этапе Т,, Поэтому согласно (!1.!4) имеем гр, 'т ~ Е/о~ о (! о ,' ф!Тк,— т,(1 — е р тттт)1.
(11. 27) При выключении транзистора напряжение и„становится большим и практически равным Е на всем этапе спада коллекторного тока, поэтому ск ' т лыка.катк Т ~ Е/к (/) т(/ у (т йфТ~)) (1 ! '27 ) о Здесь /„(/) определяется (11.7) при /о = /о и /о = Т„, а Т„ (1! . 10). Основные потери мощности в диоде происходят на этапе восстановления его большого обратного сопротивления, когда обратный ток 23! а1 гг и гв г1 г в — гт ввв вв» вгг вм вгв вг«1«' Рис. | |.9 Т-В Т 2Т-В 2Т Рос.
| |.0 233 диода спадает примерно по экспоненте с постоянной времени 0,5т„ а обратное напряжение на диоде близко к Е. Отсюда получаем |г Р» „„„— „~ 1 е '~'»г(1 = 0,5Е1 «,1Т. (11.28) о В стабилизаторах напряжения, работающих на повышенной частоте, коммутационные потери мощности в силовом транзисторе и разрядном диоде могут даже превышать «статические» потери мощности. $11.3. Силовая цепь импульсного стабилизатора с параллельным включением дросселя Допустим, что выходное сопротивление источника го равно нулю, а сопротивления насыщенного транзистора и открытого диода равны.
Кроме того, напряжение на нонденсаторе С примем постоянным. При этих предположениях постоянные времени процессов зарядки н разрядки дросселя (рис. 11.8, а, б, в, г) равны и токи зарядки 1»(1) и разрядки 1«(1) определяются выражениями: |',(1) =1,е — "+(1 — е — 'г') Е1г, 1о (1 ) = 1ее — г г«(1 — е — 'г') (1«1г, — '« (11. 29) где 1' = 1 — Т + 0; г = г„р + г„= г„р + г, — сопротивления заряд- ной и разрядной цепей; 1« й 1г — значения тока дросселя, достигну- ,тые к концу зарядной и концу разрядной частей периода.
Поскольку |«(Т вЂ” О) =Те, а |,(О) =1„ (11.30) то, определив значения токов 1е и (г и подставив нх в (11.29), получим е я+у, — гг. 111.3! ! У Р)У | о — |г — Е>Г« 1«(1') =- — — '+ ' г г Постоянная составляющая тока 1»(1') равна току нагрузки е | Г ° уо е е+у, т | — е |г — е|п 1, = — ~ |о(1') г(!'= — —" — + ' — (1 — е — ег ). о (11.32) Это уравнение определяет семейство регулировочных и выходных характеристик. При т.'> Т, что всегда выполняется в стабилизаторах с высоким к. п. д., выражение (11.32) можно упростить, разложив экспоненты в ряд и ограничившись первыми двумя членами этого ряда.
Упрощения приводят его к виду (1« Е (Т '0)10 — 1о|Т 10 . (11.33) Семейство прямых, определяемых этим упрощенным уравнением (рпс. 11.9), имеет своей огибающей гиперболу [(1,1Е+ 1~ 1,г1Е = 0,25. (11. 34) Условие для осуществления схемы, требующее расположения крайней точки рабочей области ниже огибающей семейство гиперболы, запишем так: Ф«1Е~ь+1) 1,,„г1Е ы (0,25, (11.
35) что позволяет определить максимальное значение сопротивления потерь в силовой цепи импульсного т Д стабилизатора ' г ( Егы»1«г41«пса» (1 +1~«1Ет|»Н (11 35) Построения границ рабочей области на семействе выходных — регули- ровочных характеристик совершенно аналогичны проведенным в предыдущем параграфе. Отметим лишь, что в стабилизаторе, силовая цепь которого имеет параллельный нагрузке дроссель, изменения относительной паузы между открывающими транзистор импульсами 01Т должно быть противоположным по знаку изменениям паузы в рассмотренном ранее стабилизаторе с последовательным дросселем. При возрастании напряжения Е или тока на| рузки 1„параметр регулирования Т1 0 должен уменьшаться.
При критической индуктнвности дросселя ток |',(1') при 1' = 0 становится равным нулю. Из этого условия, использовав для замены (1« (11.33), находим 1 ор 0 50 (Е (Т 0)1(1оТ) + г!. (1!.3|) При Ь ) 1.,» ток дросселя практически постоянен и равен 1„, а токи транзистора и диода имеют форму прямоугольных импульсов. Поэтому их средние и действующие значения определяются выраже.
!шями (7.18) и (7.19). Пульсации выходного напряжения в схеме с параллельным вклю. чением дросселя легко найти нз уравнения разряда конденсатора С. На интервале 0 < 1~ (Т вЂ” 3) конденсатор разряжается на сопротивление нагрузки )с, напряжение на нем спадает по экспоненциальному закону. Максимальное н минимальное напряжения на выходе связаны соотношением Уз = У,е — !т — и!гас (1 !.38) что для коэффициента пульсаций дает lг„= 0 5 (Ут — УаУУа = 0 5 (Ут7Уа) (! — е — !т — а!гас). (11.39) Близким к постоянному напряжение на конденсаторе получается при )сС ~) (Т вЂ” 3), что позволяет представить экспоненту в (!1.39) первыми двумя членами ряда и получить более удобное для расчетов выражение lг, (Т вЂ” 0)/(2ЯС).
(1! .40) Коммутационные процессы в этой схеме, так же как и в предыдущей, приводят к перегрузке транзистора в первые моменты после его отпирания. Пока не рассосется заряд неосновных носителей в базе диода, через диод и открывшийся транзистор протекает ток разрядки конденсатора С. Этот ток является для диода обратным, а для транзистора прямым. При инерционном диоде он может достичь больших величин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
