Главная страница Случайная лекция
Мы поможем в написании ваших работ!
Порталы:
БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика
Мы поможем в написании ваших работ!
Принцип действия повышающего ИСН
.
Емкость конденсатора 
определяют из выражения:
где 
- допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения.
Коэффициент полезного действия ИСН является функцией частоты коммутации, и с увеличением последней уменьшается, поскольку с увеличением 
в ИСН возрастают коммутационные потери мощности в транзисторе 
и диоде 
силовой части. При высоких частотах (более 20 кГц) необходимо учитывать также потери мощности в 
, [5]. Несмотря на это, КПД ИСН при прочих равных условиях значительно выше, чем в непрерывном стабилизаторе напряжения.
В общем случае ИСН имеет внутреннее (выходное) сопротивление r, которое ранее не учитывалось, зависящее от сопротивления насыщенного транзистора 
и открытого разрядного диода 
, сопротивление катушки дросселя 
и внутреннего сопротивления первичного источника питания r. При анализе ИСН считают, что 
. В этом случае 
и равными оказываются постоянные времени 
зарядки и разрядки цепей дросселя. Такой подход упрощает получение выражения для семейства выходных и регулировочных характеристик силовой части ИСН, которое имеет вид:
.
При заданных 
и 
можно определить условие реализуемости стабилизатора:
при котором возможно осуществить схему силовой части ИСН.
Выражение для выходной и регулировочной характеристики удобнее записать в следующем виде:
рис. 86
|
Семейство выходных (зависимость 
) характеристик строится при различных значениях 
от 0 до 1. Выходное сопротивление такого источника равно r при любом значении .
Семейство регулировочных (зависимость 
) характеристик строится при различных значениях 
.
Построив семейство выход-ных и регулировочных характе-ристик (рис. 86), можно определить диапазон изменения длительности относительной паузы , необхо-димой для сохранения неизменным выходного напряжения 
при колебаниях как входного (от 
до 
) напряжения, так и тока нагрузки (от 
до 
) [5].
Схемы силовых цепей повышающего ИСН показаны на рис.87. Если транзистор VT1 открыт, то к дросселю прикладывается входное напряжение 
и через дроссель начинает протекать нарастающий ток. При этом в дросселе запасается электромагнитная энергия.
а б
Рис. 87
В интервале времени 
диод не пропускает тока, так как к нему приложено обратное напряжение 
конденсатора C. Напряжение 
на 
в интервале равно 
; эдс дросселя в это время равна величине напряжения питания 
, (показана на рис. 87,б без скобок). При запирании транзистора ток, протекающий через дроссель, и магнитный поток и сердечнике дросселя не могут мгновенно снизиться до нуля. На время, в течение которого магнитный поток снижается, в обмотке дросселя индуцируется эдс, которая противодействует уменьшению мдс и имеет полярность, согласную с полярностью входного напряжения (на рис. 87,б в скобках), эдс 
оказывается включенной последовательно с . Суммарное напряжение +открывает диод VD1и дозаряжает конденсатор C. Таким образом, напряжение на нагрузке получается больше входного напряжения на величину, равную эдс самоиндукции дросселя .
Приближенно выходное и входное напряжение ИСН при безразрывном токе дросселя связаны соотношением:
,
откуда 
, или 
.
Здесь 
, а 
.
Если учесть падение напряжения на открытом проводящем ток диоде 
и напряжение насыщения на открытом транзисторе 
, то
Тогда требуемое отношение равно
.
А напряжение – 
.
Средний за период (Т) ток дросселя, средний за время импульса () ток коллектора транзистора VT1, средний за время паузы (
) ток замыкающего диода VD1 в данной схеме зависит от 
следующим образом:
Амплитуда пульсации тока дросселя L1, отклонение от средних значений токов коллектора транзистора VT1 и замыкающего диода VD1 определяются по формуле:
или 
После открывания транзистора VT1 диод VD1 закрывается так как 
, а ток через катушку L1 возрастает до пикового значения:
В момент закрывания транзистора VT1 магнитное поле изменяет полярность напряжения на катушке L1. В результате диод VD1 открывается и напряжение 
добавляется к входному (
). В этой части цикла ток через катушку спадает до тех пор, пока транзистор VT1 не откроется снова.
Минимальное значение тока через дроссель и диод будет равно:
Индуктивность катушки L1 «повышающего» ИСН рассчитывают по формуле
или
Если считать, что сопротивления насыщенного транзистора и открытого диода одинаковыми, то в приведенных выше выражениях:
Емкость конденсатора C2, который питает нагрузку () в течение времени , определяется следующим образом:
Семейство выходных (
в функции 
) и регулировочных (в функции 
, при различных
) характеристик для этого стабилизатора можно построить по выражению:
Семейство выходных и регулировочных характеристик имеет огибающую, определяемую уравнением:
Максимальное значение выходного напряжения при заданном сопротивлении нагрузки равно:
Основным достоинством стабилизатора с силовой цепью, состоящей из последовательного дросселя и параллельного транзистора, является непрерывность тока, потребляемого от источника 
, а следовательно, отсутствуют импульсные помехи, связанные с прерывистым током потребления.
2.2.3.Принцип действия инвертирующего ИСН
Схемы силовых цепей инвертирующих ИСН приведены на рис. 88.
а б
Рис. 88
При открытом состоянии 
1 на дроссель подается напряжение питания 
и по его обмотке протекает нарастающий ток 
, а в магнитном поле дросселя запасается электромагнитная энергия. Полярность напряжения на обмотке дросселя 
(на рис.88 а,б обозначены без скобок). Диод 
1 при этом закрыт под действием обратного напряжения, равного . Во время напряжение на равно .
Запирание 1 приводит к разрыву цепи заряда дросселя 
. При этом эдс обмотки дросселя изменяет полярность (рис. 88 а,б в скобках). Полярность этой эдс противоположна той, которая имелась на дросселе ранее, и полярности напряжения питания . Диод 1 открывается, и энергия, запасенная в магнитном поле дросселя, поступает на параллельно соединенные конденсатор C 2и сопротивление нагрузки .
Конденсатор C2 дозаряжается, восстанавливая уменьшившееся за предыдущий интервал напряжение. Таким образом, на сопротивлении нагрузки образуется постоянное напряжение с полярностью, противоположной полярности входного напряжения .
Величина напряжения на выходе ИСН может быть как меньше, так и больше входного напряжения.
В отличии от рассмотренных, в этом стабилизаторе на рис. 88 накопительная катушка L1 включена не последовательно с нагрузкой, а параллельно ей. При открытом транзисторе VT1 ток через катушку нарастает, а диод VD1 закрыт, так как напряжение на его аноде (относительно катода) отрицательно.
Когда же транзистор закрывается, полярность напряжения на катушке изменяется на обратную, диод VD1 открывается, и ток, создаваемый катушкой, убывает до тех пор, пока транзистор не откроется вновь.
Выражение, определяющее значение 
в зависимости от и , имеет вид:
.
Знак положительный, так как знак напряжения на нагрузке противоположен знаку напряжения питания. Напряжение на нагрузке и ток нагрузки зависят от:
Амплитуды пульсации токов дросселя, транзистора и диода определяются по аналогичным выражением для «повышающего» ИСН.
Максимальные значения токов дросселя, транзистора и диода равны:
Минимальный ток дросселя можно определить из выражения:
Индуктивность рассчитывают по формуле:
или 
а емкость конденсатора - по формуле:
Требуемое отношение 
рассчитывают по формуле:
Семейство выходных и регулировочных характеристик строится по соотношению:
Коммутационные процессы в этой схеме, как и в «понижающем» ИСН, приводят к перегрузке транзистора в первые моменты после его отпирания. Пока не рассосется заряд неосновных носителей в базе диода, через диод и открывшийся транзистор проходит ток разрядки конденсатора C2. Этот ток является для диода обратным, а для транзистора прямым. При инерционном диоде он может достичь больших значений. Разрядка конденсатора C2 через VD1 и VT1 на первичный источник приводит к увеличению пульсации выходного напряжения.[5].
2.3. Методы стабилизации напряжения и эквивалентная схема системы управления импульснымиИВЭП
В значительной степени сложность и экономичность схемы источника питания зависит от выбранного способа управления силовым каскадом и методов стабилизации вторичных напряжений. Рассмотрим несколько возможных вариантов решения этих проблем.
Как отмечалось выше, одним из основных преимуществ импульсных ИВЭП является преобразование напряжения первичной электрической сети в напряжение требуемого уровня с более высоким КПД по сравнению с обычными (низкочастотными, 50, 400 Гц) трансформаторными источниками питания. Чаще всего это достигается за счет стабилизации выходного напряжения путем воздействия на регулирующее устройство (РУ) силовой части (СЧ) преобразователя напряжения (ПН) или импульсного стабилизатора напряжения (ИСН).
Для стабилизации величины выходного напряжения используются различные методы регулирования, основными среди них являются: широтно-импульсная модуляция (ШИМ), частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) и релейная система регулирования (РСР).
В общем принцип действия ШИМ стабилизации заключается в изменении длительности импульсов, усиливаемых силовым каскадом, без коррекции собственно частоты колебаний и их амплитуды. Длительность импульсов, формируемых схемой управления, должна быть обратно пропорциональна величине напряжения на нагрузке. Процесс стабилизации вторичного напряжения с помощью ШИМ представлен на рис. 89.
Рис. 89
Кривая Uн отражает изменение напряжения на нагрузке при отсутствии стабилизции.
Характер изменения длительности импульсов в зависимости от Uн показан на графике Uу (t), временная шкала содержит отметки кратные Т- условному периоду следования импульсов.
В стабилизаторах с ШИМ частота импульсов Uу стабильна (то есть Т = const), а их длительность уменьшается с увеличением выходного напряжения Uн.
В отличие от предыдущего способа, ЧИМ стабилизация характери-зуется модификацией частоты (то есть изменением периода Т следования импульсов) управляющего сигнала при постоянной длительности импульсов. На качественной диаграмме отработки частотным модулятором изменения напряжения Uн, приведенной на рис. 90, показано изменение частоты импульсов, обратно пропорциональное значению Uн.
Рис. 90
|
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Назначение и области использования | | | В стабилизаторах с ЧИМ длительность импульсов Uу не изменяется, а их частота уменьшается при повышении выходным напряжением заданного значения |
Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 463; Нарушение авторских прав
Мы поможем в написании ваших работ!