Иванов-Циганов А.И. - Электротехнические устройства радиосистем (1979) (563351), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Однако каждьш из транзисторов мостовой схемы испытывает в два раза меньшее напряжение коллектор — эмиттер в запертом состоянии. В связи с этим преиььуыьества мостовой схемы более ощутимы при значительных напра>кеьшях источника постоянного тока. Процессы в мостовой схеме почти полностью повторяют процессы в рассмотренной основной схеме. Исключение представляет лишь ток первичной обмотки, который является суммой токов („ьь 1вв и, следовательно, совпадает по форме с током вторичной обмотки, а по величине отличается от него в л раз.
Действующее значение тока первичной обмотки в мостовой схеме ! в3 2 раз больше, чем тока в первичной обмотке основной схемы при 257 одинаковых нагрузках и напряжениях. Это обстоятельство улучшает использование трансформатора, его вольт-амперы получаются равнымп Р„т. е. совпадают с мощностью, выделяющейся в нагрузке.
Теми же самыми показателями, во при меньшем числе транзисторов, обладает полумостовая схема (рис. 13.8). В ней два транзистора (Т„ Т,) заменены конденсаторами, что позволяет получить искусственную среднюю точку источника постоянного напряжения Е„. Если от источника Е„можно непосредственно вывести среднюю точку (батарея аккумуляторов с четным числом элементов), то надобность в конденсаторах отпадает. 1(огда транзистор Т, находится в состоянии насыщения, а Ти в состоянии отсечки, нагрузка подключается к конденсатору С„ который на нее и разряжается.
Одновременно с током разряда конденсатора С, по нагрузке протекает и ток подзаряда конденсатора Си. Во второй. полупериод открыт Ти, разряжается С„ а 'подзаряжается С,. Если бы конденсаторы имели бесконечно большую емкость или средняя точка источника не была искусственной, то напряжение на первичной обмотке трансформатора или на нагрузке Ли нл!ело бы прямоугольную форму с амплитудой 0,5Еи. Из-за разряда конденсаторов форма напряжения отличается от прямоугольной, протекал ток /ии = и/а.
Током намагничивания трансформатора пренебрегаем, так как сердечник трансформатора ненасыщен. В течение интервала времени 1, —: 1! транзистор Т, все еще находится в состоянии насыщения, так как происходит процесс рассасывания неосновных носителей заряда в его базе. Следо- г! 4! вательно, напряжение источни- Е, . р у р Гг а г к первичной полуобмотке ! и В са на выходе иивертора (обмотка 3) поддерживается напряжение, гг равное существовавп!ему ранее.
а) в 13.4. Коммутационные процессы в преобразователе с независимым возбуждением Если управлять транзисторами инвертора симметричными импульсами, т. е. сделать Т, = Т, то в течение времени рассасывания заряда неосаовных носителей в их базах окажутся ьткрытыми оба транзистора основной схемы рис. 13.5, а. Оии на зто время практически накоротко замыкают первичную. обмотку трансформатора, их ток становится чрезмерно большим. В мостовой схеме пнвертора рис. 13.9 в течение коммутационного процесса открыты все четыре транзистора силовой цепи. Кол!л!утациоиные токи в ней протекают через транзисторы Т, и Т, (!„) и Т, п Тл(!'„).
Их называют сквозными. Оии перегружают транзисторы и забирают бесполезную, непередаваемую в нагрузку мощность от первичного источника. За время, необходимое для отключения ранее открытых транзисторов, сквозной ток не должен увеличиться до предельной для транзистора величины.
В основной схеме рис. 13. 10 коммутационные токи („и („полностью аналогичны сквозным. Они протекают по первичным полуоблюткам трансформатора навстречу друг другу к общей точке и также не трансформируются в нагрузку, но в отличие от мостовой схемы перегружают и трансформатор. Рассмотрим процесс переключения транзисторов инвертора и диодов выпрямителя — коммутационный процесс — в схеме преобразователя рис. 13.11,а. Пусть в момент 1, на базу ранее открытого транзистора Т, подается запирающий импульс напряжения (рис.
13.11, б), а на базу ранее запертого Т, — отпирающий. До этого через транзистор Т, Рис. 13.9 Ъ) я гаг . Рис. 13.10 Рис. 13.11 Транзистор Ти, открывшись, оказывается в активном режиме. Напряжение на его коллекторе равно 2Еи (дополнительное к напряжению сал1ого источника Еи полУчаетса на полУобмотке тРансфоРматоРа 2). Его ток начинает нарастать. В соответствии с принятой ранее моделью транзистора, работающего в ключевом режиме, ток базы открывающегося транзистора нарастает по экспоненте: 1„=!с,„(1 — е !' "!!')=У (Аф!!1)(! — е !' ыл'), (13.12) а пзменения тока коллектора (в своем масштабе) следует без задер>кки за изменениями базового тока, т.'е, (1 3,13) где р — статический коэффициент усиления по току транзисторов Т, и Т.,; Уа — амплитуда импульса тока базы; т, — постоянная времени транзистора; й,„= 7, (1//„„— фактическая кратность управляющего тока базы. Выражение (13.13) справедливо до тех пор, пока рабочая точка транзистора находится в активной области.
При переходе в насыщение ток коллектора транзистора перестает следовать за током базы и выражение (13.13) теряет силу. Однако (13.!2) остается справедливым и прп насьицении в рамках принятой модели транзистора. Как уже было сказано, сердечник трансформатора ненасыщен, сумма намагничиваюших сил его первичных обмоток ((ктп>1 — 41ш>) равна намагничиваю.цей силе тока вторичной обмотки 1,, т. е. 1ктют 1 кют= /он>к (13. 14) Ток диода Д„пока не вышел из насып1ения транзистор Т„остается Равным Ур и, слеДовательпо, ток >„бУДет возРастать настолько же, насколько увеличивается ток 1„: (к, = 7,„+1„=1„„(1+ й р — йрс " ">Пт). (13.15) Это и приводит к появленшо выброса на импульсе коллекторного тока отключающегося транзистора (рис. 13.11, в).
В л>омеит времени 1, транзистор Т, вьшдет из состояния насьпцения, так как заряд не- основных носителей а его базе рассосался.- Определим время рассасывания заряда в базе Т, из следующих условий: к моменту окончания процесса рассасывания рабочая точка транзистора находится на грани перехода из режима насыщения в активный режим.
Иначе говоря, возрастающий ток коллектора 1„ в этот момент сравнивается с уменьшающимся во времени током ()(а>. Ток базы первого транзистора под воздействием скачка напряжения (рис. 13.11, б) уменьшается по экспоненте от значения /„к и стремится к значению — /а„. Поэтому для него, пока транзистор пе закрылся, имеем (а =!а (2е " "~' — 1) =()йр!„,ф) (2е ' 'пт — 1). (13,15) Подставив это выражение в условие, определяющее конец процесса рассасывания неосновных носителей заряда в базе и ! = Е„получим' е и т">'т =- (2А, + 1)1(зй ) (13. 17) или время рассасывания Тр, — — 1,— 1„= 1,1п [Зйр/(2йф+!)), (13 18) Как только закончилось рассасывание заряда в базе Т„он начинает запираться, его ток коллектора уменьшается, следуя за спадающим.
током базы 1ы. Таким образом, на этапе 1, (1( 1, (13.19) 260 а ток транзистора Т, будет продолжать нарастать, следуя (13.13). В нагрузку через открытьш диод Д, на этом этапе трансформируется РаЗИОСтЬ ТОКОВ 1„— 1к,, ПОЭТОМУ СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКОВ тРаиэпсторов определяет скорость уменьшения тока запираюшегося диода Д, (рис. 13.11, г): 111 п> (>к1 1кт).
(13.20) Использовав (!3.!3) и (13.19), получим 1„=п>й!,к(Зе " '>~т — 2)к тl„„((2йр+1)е 'Пт — 2йф), (13.21) где п> = 1/и = п>1/п>к — коэффициент трансформациитрансформатора; 1' = ! — 1, — время, отсчитываемое от момента выхода Т, из насыщения. Ток, определяемый соотношением (13.2!), протекает через диод Д, до тех пор, пока в его базовой области не рассосется заряд неосновных носителей.
В течение времени рассасывания в диоде падение напря>кения на нем даже при отрицательном токе остается малым, напряжения на обмотках трансформатора поддерживаются конденсатором Ст практически такими же, какими они были при насыщенном транзисторе Т, (рис. 13.11, д). После того как рассосется заряд неосновных носителей в диоде Д, (1) !1), восстановится его большое обратное сопротивление, напряжение на выходе быстро меняет свою полярность (рис. !3.! 1, е, ж) и открывается диод Д,. Для определения времени рассасывания заряда неосновных носителей в базе диода необходимо 'решить уравнение диффузии для этих избыточных носителей при экспоненциальном изменении тока через диод. Ранее при анализе выпрямителя напряжения трапециевидной формы были приведены решения аналогичной задачи, но при линейно уменьшающемся токе через запирающийся диод.
Поскольку рассасывание заряда неосновных носителей в диодах выпрямителя обычно происходит на интервале, меныпем или примерно равном постоянной времени транзистора, то для приближенных расчетов можно воспользоваться полученными ранее результатами, В данном случае относительная скорость спадания тока диода при б = 0 получается в соответствии, с (13.21) равной (13.
22) Тр к 1,31 !/Т„";11=1,31 !/ от /(2йэ+1)'т (1323) а при т, 7т,/(2й,„+ 1) Тр д 0,31ск+1,2т„'(2йф+1). (13.24) 261 Таким образом, при инерционном диоде, обладающем постоянной времени т,) 7т,/(2ЙФ+ 1), время рассасывания неосновных носителей заряда в диоде определится как Сильное насыщение транзистора (увеличение фактического коэффициента насыщения /г,„) резко снижает время рассасывания заряда пеосиовных носителей в базовых областях диодов выпрямителя. Величина выброса обратного тока диода получается из (13.2!) при подстановке !' = Т„,.
Приближенные выражения для выброса обратного тока через диод получаются следующими; пгУ„„[1,31 )/тд (2йф+1)Утд — 1) (13.25) У, пгУдд [0,2+ 0,31тд (2йг, + 1)Ут,). (13.26) У„, = У„, [1+йф — 0,33 (2ггэ+ 1)) = У„„(лф+2)УЗ (13. 27) У„ч, = Ь У„„[1 — (2й, + 1) е г У"/(ЗУсэ)]. (13.28) При р = 3 () гд и Ус = 1,3, т. е. йф — — 4, амплитуда выброса в конце импульса У„„, получается в два раза болыпе-амплитуды самого импульса У„,. !4з-за коммутационных выбросов постоянная составляющая тока, потребляемого инвертором от первичного источника Ед, может быть заметно большей У„,.
Усреднпв сумму токов гд, и г„„получим для постоянной составляющей тока источника Уд =(У„дУТ) (Т Т, +0 5т,(1+е Ъ~~ ')+(~ддУУд) 0 бтд+ +2йэ[2Тр,+Тр д+.с,[е г г'д — 1п2)Ц. (13.29) . Так, положив й, = 5, т, = т, = 3 мкс и Т = 25 мкс, получим Трд — — 0,33 с„Трл —— - 0,26 сд, Ущд — — 1 93 Уд и Уд =.
1 3! Удд. Полученные выражения для У„„и Т„, позволяют рассчитать динамические потери мощности в диодах выпрямителя и пульсации выпрямленного напряжения. Для этого можно использовать формулы 3 !1,1. Коммутационные процессы в схеме преобразователя, содержащего выпрямитель с нагрузкой, начинающейся с индуктивности (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
