Параметр

Понижающий (схема рис. 4-7, а)

Повышающий (схема рис. 4. 7, б)

Инвертирующий (схема рис 4.7, в)

Внешняя характеристика г/н(/н). В

Выходное сопротивление Rbux, Ом

Пульсации выходного напряжении ДС/с, В

Граничное значение индуктивности Lrp, Ги

fC/н-/н1Тн1 +

8LCP

(1-V)-

1 -г

Vhi + + (l-7)/-pi

Г1 + Го

1-7 Vhs

L(i-v)

(1-7) г

(1-7)- J Vhs + CI -7) V

(1-v)-

/ин Сф

7(1-7)=

(1-Г)

(1-Т)~ +

Vh2 + (1-т) V

Ti-l--L-t--K.T

- Уп-/ Х

7-H3 + (l-V) /-р,

(1-f)

у/-яз+(1-Т) Р. (1-Т)

Т (1-7)

(1-7)=

(1-7)= +

7нз + (1-7)рз

Г1 + Го

даны в табл. 4.2. Кроме того, иа рис. 4.7 представлен вид регулировочных характеристик этих регуляторов. Заметим, что, когда ключ разомкнут, ток дросселя L течет через диод VD. Значение индуктивности L>Lrp обеспечивает непрерывный режим протекания тока. Детальное описание работы регуляторов даио в [85, 86].

Для оценки параметров регуляторов используются упрощенные эквивалентные схемы рис. 4.8. В них дроссель представлен источником тока /г., а источник питания и конденсатор фильтра - источниками напряжения i/n и Un соответственно.

Регулятор рнс. 4.7, а понижает напряжение питания, а регулятор рис. 4.7, б повышает его. Регулятор рис. 4.7, в инвертирует входное напряжение. Из этих трех схем наиболее часто применяется схема рис. 4.7, а. Как правило, схемы этого типа (рис. 4.7) используются совместно со схемой управления силозым ключом типа ШИМ или релейного управления. На рис. 4.9 приведена полная схема импульсного стабилизатора с релейным управлением [87]. Схема релейного управления содержит регенеративный компаратор (на операционном усилителе рА710) и ключ иа биполярном транзисторе VT2.

При открытом мощном МДП-транзисторе VT\ ток дросселя L растет я растет падение напряжения иа резисторе Ra. Когда оно достигает значения

Рис. 4.8. Схемы замещения понижающего (а), повышающего (б) и инвертирующего (в) типов

o,oaf

±6420,0

Рис. 4.9. Релейный стабилизатор напряжения

ДУп 50 мВ, компаратор срабатывает и траизистор VT2 отпирается. В результате напряжение на затворе VTI падает почти до нуля, VT\ закрывается и ток дросселя начинает протекать через открывшийся диод VD\. Теперь ток дросселя начинает уменьшаться и уменьшается падение напряжения иа резисторе Ro- Когда оио уменьшится на величину Af/n, компаратор возвращается в исходное состояние, VT2 закрывается и напряжение на затворе УТ\ становится положительным. Транзистор УТ\ открывается, VD\ закрывается, и ток через дроссель вновь растет.

Амплитуда импульсов на затворе должна превышать амплитуду им-шульсов на истоке. Это достигается цепью так называемой вольтодобавки, осуществляемой через конденсатор Cl. Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения С/оп = 5 В служит параметрический стабилизатор и делитель

При (/вы 1 = 5 В и токе / до 5 А стабилизатор имеет КПД Т1 = 75% ври частоте преобразования 200 кГц. С помощью резисторов RI, R2 задается ширина петли гистерезиса компаратора Д(/п. Малые мощности управления МДП-транзистором позволяют строить простые щиротно-импульс-ые регуляторы для двигателей постоянного тока (рис. 4.10) 89]. Функцию

Рис. 4 10. Широтно-и.мпульсный регулятор

регулирования в схеме выполняют два компаратора. Скорость задается с помощью потенциометра RI. Делитель напряжения R7RS, диод VD\ и конденсатор Ст образуют цепь обратной связи по напряжению двигателя Когда напряжение обратной связи превысит напряжение, снимаемое с потс -циометра RI, на выходе компаратора А появляется сигнал низкого уровня, который открывает силовой МДП-транзистор. Одновременно переключается компаратор В, в результате чего потенциал напряжения на катоде VDI увеличивается на величину напряжения конденсатора Ст. По мере разряда конденсатора цепи обратной связи Ст напряжение обратной связи становится меньше заданного напояжсиня и проходит переключение компаратора А, вызывая выключение МДП-транзистора.

В этой схеме питающее напряжение может меняться от 9 до 48 В, а ток двигателя -до 5 А. При использовании двигателя с параметрами jl{,=8,6 Ом и L = 3,6 мГн при изменении (/д от 10 до 30 В скорость двигателя изменялась с 3000 до 3200 мин . Следует отметить, что МДП-транзистор, двигатель и диод VDi образуют регулятор понижающего типа.

На основе регулятора (см. рис. 4.7, б) строят преобразователи напряжения повып1ающего типа -iic. 4.11) [88]. При подключении схемы к сети шервым включается транзистор VT2 и в индуктивности идет процесс накоп-жиия энергии. Напряжение на затворе транзистора VTI определяется на-Ц1яжеиием стока VT2, и когда оно станет больше, чем пороговое, тран-анстор VTI открывается, а транзистор VT2 закрывается. Энергия, накопленная в индуктивности, передается в нагрузку. Когда выходное напряжение становится больше напряжения стабилизации VD3, открывается транзистор VT3,. задерживая очередное включение транзистора VT2, этим стабилизируя выходное иапряжение. При входном напряжении (/п = 8...12 В и токе /,= 1 мА ti 70%.

Регулягоо инвертирующего типа (рис. 4 7, в) применяется для получения разнопллрного выходного напряжения при однополярном источнике элекгропитаиия. Однако наиболее широкое применение этот регулятор нв- .ел в устройствах зарядки емкостных накопителей.

и =*в...*т

Рис. 4.11. Стабилизатор высокого напряжения

Функциональная схема одного из таких устройств (рис. 4.12) содержит релейный элемент на базе интегрального компаратора (ИК) с верхним (/

Рис, 4.12. Принципиальная схема источника заряда конденсатора (а) и временные диаграммы работы (б)

и нижним (/нп порогами срабатывания, задающий генератор (ЗГ), ждущк* мультивибратор (ЖМ) и усилитель напряжения (УН), управляющий Л1ДП-транзистором VT.

Генератор ЗГ запускает ЖМ и силовой ключ, при этом через индуктивность начинает протекать ток. При к=/макс = (/вп ? релепныи элемент срабатывает, выключая силовой ключ. Энергия, накопленная в индуктиаво-сти, передается конденсатору Сн. В момент, когда уменьшающийся ток iu достигает значения /мнн=(/нп ?, с формирователя импульсов ФИ на вход тиристора VD1 поступает управляющий сигнал. Энергия, выделяемая шв нагрузке, пропорциональна разности токов /макс-/мин, которая стабильна. Изменяя величины i/вп н (/нп с помощью напряжения уирвлення С/ регулируем напряжение на Сн. В принципиальной схеме усгройства (рис. 4.13) в качестве силового ключа применен составной транзистор КП901А, КТ908. При Сн=1 мкФ, частоте ЗГ, равной 1 кГц, напряжение на Сн изменяется от 30 до 180 В. КПД источника порядка 70%.

*rs KTS08

Рис. 4.13. Принципиальная схема источника заряда емкостного накопителя

4.5. Импульсные преобразователи электрической энергии

Преобразователем электрической энергии является устройство, которое связывает две (или более) электрические системы с отличающимися друг от друга параметрами. Это может быть преобразователь постоянного напряжения в переменное, переменного напряжения одной частоты в другую и т. д. Схемы преобразователей обладают миогоступеичатой структурой, т. е. представляют собой каскадное соединение различных простых преобразователей, регуляторов и выпрямителей.

Схемы преобразователей подразделяют иа однотактиые (рис. 4.14, а-в) и двухтактные (рис. 4.14, г-е). Схема обратноходового преобразователя (рис. 4.14, а) является наиболее простой, так как содержит минимальное число элементов. Принцип работы такого преобразователя заключается в следующем. При открытом состоянии транзистора VT в трансформаторе накап зается энергия, которая при закрытом состоянии ключа передается в narpyjKy через обмотку U7 . В связи с импульсным характером передачи энергии в нагрузку на выходе преобразователя ставят сглаживающий конденсатор Сф. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку входной и выходной цепей и получение выходного напряжения любого уровня и полярности. Существенным недостатком такого преобразователя является невозможность работы в режиме холостого хода, при котором резко возрастает выходное напряжение.

В пря.моходовом преобразователе (рис. 4.14, б) при замкнутом ключе энергия первичного источника Ул поступает через трансформатор как в нагрузку, так и на заряд конденсатора Сф. Когда ключ закрыт, конденсатор Сф отдает накопленную энергию в нагрузку. При закрывании транзистора в схеме иа обмотках трансформатора возникают перенапряжения, обусловленные энергией, накопленной в магнитном поле трансформатора. Эта энергия должна быть выведена из трансформатора, так как при следующих включениях магнитопровод трансформатора может насытиться, что приведет к неограниченному росту тока стока. Для вывода энергии в трансформатор вводят размагничивающую обмотку Wp, подключенную к источнику

Уп через диод VDp. Обмотки Wc и Wp должны иметь между собой сильную магнитную связь, а максимальное значение коэффициента заполнения

В полумостовой одиотактной схеме (рис. 4.14, в) напряжение иа транзисторах никогда ие превышает напряжения питания Уп. При открытых

5 С C i ИЩ ,4= .

+ о-

VT1 I

Рис. 4.14. Преобразователи напряжения:

- обратноходовый; б - прямоходовый с размагничивающей обмоткой;

- однотактный полумостовоЯ; г - двухтактный с нулевыи выводом;

д - полумостовой; е - мостовой

ключах к обмотке Wt. прикладывается напряжение Уп и соответствеиио появляется напряжение У иа вторичной стороне. При закрывании ключей иа обмотке появляется ЭДС-самоиидукции, обусловленная энергией, иа-коплеиион в трансформаторе, которвя открывает диоды VD\ и VD2. Обмотка при этом работает как размагничивающая обмотка, сбрасывая энергию, накопленную в трансформаторе, в источник Уп-

Различные схемные решения однотактиых преобразователей отличаются друг от друга способами использования энергии, запасенной в трансформаторе, однако для иих характерна работа магнптопровода траисформато-