Двухтактный преобразователь напряжения на полевых транзисторах: Двухтактный преобразователь напряжения на полевых транзисторах

Содержание

Двухтактный преобразователь напряжения на полевых транзисторах

Что-то не так?


Пожалуйста, отключите Adblock.

Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.

Как добавить наш сайт в исключения AdBlock

Более удачная схема двухтактного преобразователя с полевыми транзисторами, выполненная с использованием специализированного ШИМ-контроллера 1114ЕУ4, приведена на рис. 4.39. При указанных на схеме номиналах частота преобразования около 20 кГц. В нормальном состоянии транзисторы VT1 и VT2 закрыты и открываются импульсами, поступающими с выхода микросхемы. Цепь CI, R2 обеспечивает плавный выход на рабочий режим. Делители напряжения на резисторах R7, R9 и R8, R10 ограничивают выходной ток микросхемы, а также величину напряжения на затворах ключей. Диод VD1 защищает схему при ошибочном подключении полярности источника питания.

Схема устойчиво работает с нагрузками до 100 Вт, единственное условие — транзисторы VT1, VT2 должны быть установлены на радиаторы. КПД подобных схем при тщательном изготовлении

трансформатора достигает 90%. При использовании в схеме современных полевых транзисторов с изолированным затвором можно существенно уменьшить габариты конструкции.

Трансформатор Т1 выполнен на двух сложенных вместе кольцевых сердечниках из феррита марки М2000НМ типоразмера К32х20х6. Первичная обмотка содержит 2×8 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,8 мм’. Вторичная обмотка для получения напряжения 220 В — 300 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,25 мм. Обмотка обратной связи — 10 витков проводом ПЭЛШО диаметром 0,25 мм.

Двухтактный преобразователь напряжения 12-220В на транзисторах

Двухтактный преобразователь напряжения 12-220В на полевых транзисторах, выполненный с использованием специализированного ШИМ-контроллера 1114ЕУ4 предназначен для питания потребителей переменного тока напряжением 220В от автомобильного аккумулятора напряжением 12 В.

Двухтактный преобразователь напряжения 12-220В на полевых транзисторах, выполненный с использованием специализированного ШИМ-контроллера 1114ЕУ4.

Такой преобразователь не сложно изготовить при наличии минимальных навыков в радиоделе. От него можно будет запитать ноутбук, небольшой телевизор, электрическую бритву и другие маломощные бытовые приборы.

Основные характеристики двухтактного преобразователь напряжения 12-220В на полевых транзисторах.

— Входное напряжение: 12 В постоянное.
— Выходное напряжение: 220 В переменное.
— Мощность нагрузки: до 100 Вт.
— КПД при тщательном изготовлении трансформатора: до 90%.

Электрическая схема двухтактного преобразователя напряжения 12-220В на полевых транзисторах, выполненная с использованием специализированного ШИМ-контроллера 1114ЕУ4.

При указанных на электрической схеме номиналах, частота преобразования напряжения будет около 20 кГц. В нормальном состоянии транзисторы VT1 и VT2 закрыты и открываются импульсами, поступающими с выхода микросхемы.

Цепь конденсатора С1 и резистора R2 обеспечивает плавный выход на рабочий режим. Делители напряжения на резисторах R7, R9 и R8, R10 ограничивают выходной ток микросхемы, а также величину напряжения на затворах ключей. Диод VD1 защищает схему при ошибочном подключении полярности источника питания.

Схема двухтактного преобразователя напряжения 12-220В на полевых транзисторах устойчиво работает с нагрузками до 100 Вт. Единственное условие — транзисторы VT1, VT2 для этого должны быть установлены на радиаторы. При использовании в электрической схеме данного преобразователя напряжения современных полевых транзисторов с изолированным затвором, можно существенно уменьшить габариты всей конструкции.

Элементная база двухтактного преобразователя напряжения 12-220В на полевых транзисторах.

Трансформатор Т1 выполнен на двух сложенных вместе кольцевых сердечниках изготовленных из феррита марки М2000НМ. Типоразмер К32х20х6. Первичная обмотка трансформатора содержит 2×8 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,8 мм. Вторичная обмотка трансформатора для получения напряжения 220 В содержит 300 витков проводом ПЭЛ диаметром 0,25 мм. Обмотка обратной связи содержит 10 витков проводом ПЭЛШО диаметром 0,25 мм.

По материалам книги «Как создать источники питания своими руками».
Шмаков С. Б.

Похожие статьи:

  • Малогабаритный преобразователь постоянного напряжения 12 В в постоянное напряжение большей величины, устройство, характеристики, схема, элементная база, настройка.
  • Импульсный преобразователь с 12В на 220В 50 Гц, устройство, характеристики, схема, элементная база, настройка.
  • Тиристорный преобразователь 12-500 В с мощностью в нагрузке до 500 Вт, устройство, характеристики, схема, элементная база, настройка.
  • Бестрансформаторный преобразователь напряжения 12В-220В и инвертор 12В-220В на полевых транзисторах, устройство, характеристики, схема, элементная база, настройка.
  • Схема инвертора 12 В в переменное напряжение 36, 127 и 220 В, характеристики, устройство, элементная база, настройка, аналоги деталей, сборка.
  • Походный инвертор 12 В в 220 В, характеристики, устройство, электрическая схема, элементная база, настройка, аналоги деталей, сборка.

СХЕМА ДВУХТАКТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ


   Пожалуй одна из самых простых схем преобразователей напряжения из себя представляет простой двухтактный преобразователь на полевых транзисторах, которые включены по схеме мультивибратора. Стабилитроны из схемы можно исключить, если конечно схема предназначена для питания от напряжения не более 12 вольт. Резисторы в схеме не критичны их номинал может быть в районах от 220 ом до 1 килоома, они ограничивают ток затвора полевых транзисторов, следовательно подбором их номинала можно регулировать частоту преобразователя. Резисторы желательно применить с мощностью 0,5-1 ватт, возможен перегрев этих резисторов, но это не страшно.

   Работа двухтактного преобразователя достаточно проста, транзисторы поочередно открываясь и закрываясь создают в первичной обмотке трансформатора переменное напряжение высокой частоты. Трансформатор мотается на желтом ферритовом кольце из компьютерного блока питания, хотя можно использовать и кольца марки 2000НМ.

   Для питания ЛДС трансформатор в первичной обмотке содержит 6 витков с отводом от середины, провод 0,6-1 мм, вторичная обмотка содержит 90 витков и растянута по всему кольцу, провод 0,2-0,4 мм, изоляции можно не ставить, если для первички применить многожильный провод в резиновой изоляции. 

   Преобразователь способен развивать мощность до 20 ватт при использовании полевых транзисторов серии IRFЗ44 и до 30 ватт если применить транзисторы типа IRF3205. Область применения такого рода двухтактных преобразователей достаточно широка, поскольку преобразователь способен развивать неплохую выходную мощность и имеет очень компактные размеры, целесообразно использовать его в Гаусс-пушке для зарядки конденсаторов или же для питания ЛДС в походных условиях, где нет бытовой сети 220 вольт, питать таким преобразователем активные устройства — приемники, маломощные зарядные устройства нельзя, поскольку частота преобразователя достаточно высокая.


Поделитесь полезными схемами


УСТРОЙСТВА НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОЗАЖИГАЛКИ
    Внутренности стандартные — преобразователь и высоковольтная катушка. Работает устройство очень просто: напряжение от пальчиковой батарейки подается на автогенераторный преобразователь, на выходе первого трансформатора образуется напряжение 40-50 Вольт.


СХЕМА ТАЙМЕРА С ПИТАНИЕМ ОТ СЕТИ 220В

     Этот простой самодельный таймер позволяет задержать на определенное время выключение осветительного или нагревательного прибора с сетевым питанием. Схема таймера проста и доступна для повторения даже начинающими радиолюбителями.     


СХЕМА ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРА
    Налаживания особо не требуется. Если все собрано верно схема работает сразу после первого включения. 

Преобразователь напряжения на полевых транзисторах, 12В — 220В/50Гц


Простой, но мощный преобразователь 12-220

Довольно мощный и простой двухтактный преобразователь напряжения можно построить с применением всего двух мощных полевых транзисторов. Такой инвертор был неоднократно мною задействован в самых разных конструкциях. В схеме применены два мощных N-канальных транзистора, их желательно брать с рабочим напряжением 100 Вольт, допустимый ток 40 Ампер и более.

Схема довольно популярна в сети.

Помимо транзисторов в схеме имеем ультрабыстрые диоды, можно задействовать диоды, типа UF4007, HER207, HER307, HER308, MUR460 и другие. Два стабилитрона на 12 Вольт для ограничения напряжения на затворах полевых ключей, стабилитроны желательно брать с мощностью 1 или 1,5 ватт, если в наличии не имеются стабилитроны на 12 Вольт, то можно использовать с напряжением стабилизации 9-15 Вольт, не критично.

Ограничительные резисторы желательно взять с мощностью 0,5 или 1 ватт, возможен небольшой перегрев этих резисторов.Трансформатор может быть намотан на сердечнике от компьютерного блока питания, можно даже ничего не мотать, и использовать трансформатор по обратному принципу – в качестве повышающего. На всякий случай скажу, что первичная или силовая обмотка состоит из 2х5 витков, намотана шиной из 5 отдельных жил по 0,7мм (каждая шина) провод не критичен.

Вторичная, повышающая обмотка намотана поверх первичной и состоит из 45 витков – этого вполне хватит для получения 220 Вольт с учетом рабочей частоты генератора.

Схема не содержит критических компонентов, разброс элементной базы довольно широкий. Транзисторы обязательно установить на теплоотвод, не забывайте разделить их от теплоотвода слюдяными прокладками, но это в случае одного цельного теплоотвода.

Дроссель может быть намотан на кольце от выходных дросселей компового БП, обмотка мотается шиной из 3-х жил провода 1 мм (каждая), количество витков от 6 до 12.

Немного о мощности и мерах безопасности. Выходное напряжение зависит от подключенной нагрузки, данный инвертор предназначен для работы с пассивными нагрузками (лампа, паяльник и т.п.) поскольку выходная частота в сотни раз больше, чем частота в сети.

Для подключения к инвертору активных нагрузок, напряжение с выхода трансформатора нужно сначала выпрямить, затем сгладить конденсатором электролитического типа, не забываем, что в выпрямителе обязательно нужно использовать быстрые диоды с обратным напряжением не менее 600 вольт и с током 2 Ампер и более. Электролитический конденсатор на напряжение 400 Вольт, емкость 47-330 мкФ. Мощность инвертора составляет 300 ватт!

Будьте предельно осторожны – выходное напряжение после выпрямителя с конденсатором смертельно опасно!

Автор; АКА Касьян

.

Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В

Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.

Преобразователь (рис. представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1.

В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.

В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.

При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.

Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.

Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.

Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.

При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.

Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.

Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.

Преобразователь напряжения для питания фотовспышки

Преобразователь напряжения (рис. 13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.

Рис. 13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.

Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.

Преобразователь напряжения с ШИМ управлением

На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.

КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.

Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.

При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.

В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).

Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.

Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.

Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20. 140 кГц.

Однокаскадные преобразователи напряжения

Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.

Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.

Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.

Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.

Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.

Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).

Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12. 0,23 мм).

Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700. 800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.

Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).

Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).

Слаботочный преобразователь напряжения на 440В

Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.

Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.

Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.

Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.

В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.

Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4. 1,0 мА.

Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения

Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).

Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.

Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.

Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.

Преобразователь по схеме индуктивной трехточки

Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120. 150 В.

Потребляемый преобразователем ток около 3. 5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.

Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.

Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19. 0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12. 51 кОм.

Преобразователь для автомобиля

Для автотуриста, особенно на длительном привале, единственным источником электроэнергии служит аккумуляторная батарея автомобиля. Поэтому, естественно, и все походные осветительные и нагревательные приборы питаются от нее. А если в дорогу взяты приборы, рассчитанные на напряжения 36, 127, 220 В? Ничего страшного. Выручит преобразователь напряжения, схема которого показана на рисунке. Описываемое устройство позволяет питать люминесцентную лампу, электропаяльник на напряжение 36 В, электробритву и другие приборы. Максимальная мощность нагрузки преобразователя — 40 Вт, при этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, составляет примерно 4 А. Вилкой ХР1 преобразователь подключают к прикуривателю или розетке, соединенной с аккумуляторной батареей автомобиля. С целью уменьшения габаритов конструкции преобразователя частота задающего генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2, выбрана около 25 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 образуют буферный каскад, нагрузкой которого служит обмотка I согласующего трансформатора Т1. Импульсы напряжения на обмотках II и III трансформатора управляют мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. При этом ток в первичной обмотке трансформатора Т2 преобразователя достигает в импульсе 8 А, что обеспечивает требуемую мощность на его вторичных обмотках. Напряжение питания на элементы задающего генератора и буферного каскада поступает через развязывающий фильтр L1C4C6. Чтобы генератор вырабатывал сигнал симметричной формы — меандр, необходимый для управления транзисторными ключами, в него введена цепочка R1VD1, выравнивающая длительность зарядки и разрядки конденсатора С1. Обмотка III трансформатора Т2 рассчитана на подключение к ней (через разъемы XS1, XS2) приборов на напряжение 36…40 В. Отводом обмотки можно изменять мощность, потребляемую нагрузкой, например, подбирать температуру нагрева жала электропаяльника. Обмотка II этого трансформатора предназначена для питания приборов, рассчитанных на переменные напряжения 127 и 220 В. Часть напряжения, снимаемого с верхней по схеме секции обмотки, выпрямляется диодами VD4-VD7, включенными по схеме моста, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С 11. В результате на разъеме XS5 (при замкнутых контактах кнопки SB1) действует постоянное напряжение 115 В — для питания электробритвы с коллекторным электродвигателем. Впрочем, это напряжение может иметь другое значение- в зависимости от конкретной модели электробритвы. Известно, что для включения люминесцентных ламп без подогрева нитей накаливания необходимо напряжение более 500…600 В. Чтобы получить его, напряжение 200 В обмотки II трансформатора Т2 подается на выпрямитель-умножитель, выполненный на диодах VD2, VD3 и конденсаторе С9. В результате на конденсаторе С10 действует повышенное напряжение постоянного тока. Для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт параллельно конденсатору С9 подключают (тумблером SA1) конденсатор С8. Однако напряжения на фильтрующем конденсаторе С10 оказывается недостаточным для зажигания люминесцентной лампы. Поэтому в этот узел устройства введен дополнительный пусковой трансформатор ТЗ, но включают лампу вручную кнопкой SB1. Вот как это происходит. При замкнутых контактах кнопки SB1 конденсатор С11 заряжен до напряжения 115 В. При нажатии на кнопку он быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора ТЗ. При этом на вторичной обмотке трансформатора возникает импульс напряжения, достаточный для зажигания люминесцентной лампы. В дальнейшем свечение лампы поддерживается напряжением на конденсаторе С10 выпрямителя VD2, VD3. Такое построение этого узла преобразователя позволяет не только обойтись без подогрева накальной нити люминесцентной лампы, но и использовать лампу с перегоревшей нитью накаливания (если, конечно, она пригодна для работы в таком режиме). Напряжение подают на оба вывода нити накаливания. Люминесцентную лампу подключают к разъему XS6 «ЛДС». Соединения между деталями делают снизу платы. Другие детали монтируют на дополнительной плате, которую размещают на боковой стенке корпуса. Цепи преобразователя, по которым течет большой ток, следует выполнять проводом диаметром не менее 2 мм возможно минимальной длины. Это требование относится и к проводам, соединяющим преобразователь с аккумуляторной батареей. Микросхема DD1 преобразователя может быть К561ЛЕ5, диод VD1 — любой высокочастотный малогабаритный, транзисторы VT1 и VT2 — КТ827 с буквенными индексами Б, В. Выпрямительные диоды VD2-VD7 должны быть высокочастотными, например (кроме КД212А), КД205А- КД205Д, КД213А, КД213Б. Конденсаторы: С1 — КД, КТ, КМ; С6 и С7 ~ КМ, МБМ; С2 и С3 — К50-24 (или К50-6), остальные — БМ, МБМ. Индуктивность дросселя L1 может быть 10…200 мкГн. Трансформаторы Т1 и ТЗ выполнены на кольцах типоразмера К20Х12Х6 из феррита 2000НМ. Обмотка I первого из них содержит 120 витков, а обмотки II и III — по 45 витков провода ПЭВ-2 0,2. Первичная обмотка трансформатора ТЗ представляет собой 2 витка, а вторичная — 20 витков провода ПЭВ-2 0,4. Магнитопроводом трансформатора Т2 служат два склеенных вместе кольца типоразмера К32Х20Х Х9 из феррита 2000НМ. Его обмотка I содержит 1,5 витка провода ПЭВ-2 2,0, обмотка II — 88 витков провода ПЭВ-2 ,0,4 (отводы от 36 до 50-го витков, считая от начала), обмотка III -16 витков провода ПЭВ-2 1,0 (отвод от 14-го витка). Перед намоткой провода острые грани колец надо сгладить надфилем, после чего обмотать магнитопровод лакотканью или изоляционной лентой. Налаживание преобразователя напряжения заключается в следующем. Сначала подбором резистора R1 добиваются на выходе буферного каскада импульсного сигнала, близкого по форме к меандру. Затем, в случае необходимости, подбором конденсатора С1 устанавливают частоту задающего генератора, равную 25…27 кГц. Ток, потребляемый преобразователем без нагрузки, должен составлять примерно 500 мА.

Шаг 7 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ . Семь шагов в электронику

Разновидности преобразователей

Преобразователи напряжений — одни из самых распространенных радиотехнических устройств. Они используются в качестве источников питания других устройств и имеют самые различные выходные напряжения и мощности.

По видам преобразователей напряжения различаются: преобразователи постоянного (DC) и переменного (АС) напряжений.

По соотношению входного и выходного напряжения различаются: повышающие (Step-Up) или понижающие (Step-Down) преобразователи.

Помимо собственно преобразования напряжений эти устройства могут реализовывать и дополнительные функции (например, защиту питаемого устройства от пропадания питающего напряжения — такие устройства называются источниками бесперебойного питания или UPS).

Способы преобразования одного постоянного напряжения в другое

Преобразование одного постоянного напряжения в другое, в зависимости от их соотношения, можно сделать одним из двух способов:

♦ в случае понижения (например, с 220 В до 12 В) можно погасить излишек напряжения на регулирующем элементе.

♦ более универсальный способ — превратить каким-либо образом постоянное напряжение в переменное, произвести нужное преобразование переменных напряжений (например, из 12 В в 220 В) с помощью хорошо известного устройства — трансформатора, — а затем полученное переменное напряжение выпрямить, превратив таким образом в постоянное.

В большинстве случаев в преобразователях напряжений используют именно второй способ — первый может выполнять только понижение напряжения, не обеспечивает гальванической развязки напряжений и при большом различии входного и выходного напряжений отличается чудовищно низким КПД. Однако это не означает, что первый способ вообще не используется, — просто ему надо знать время и место!

Функциональная схема преобразователя напряжений приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Функциональная схема преобразователя напряжений

Она состоит из мощного генератора переменного напряжения (I), трансформатора (II), выполняющего нужные преобразования напряжений, и мощного выпрямителя (III). Кроме указанных компонент, в преобразователе часто присутствует дополнительный элемент — устройство управления (обеспечивает преобразователь дополнительными функциями, например, токовой защитой или плавным включением).

Причины потери мощности

Идеальный преобразователь должен выполнять преобразование напряжений без потерь мощности, поскольку это — совершенно ненужные затраты, снижающие КПД. Естественно, в реальной жизни такого не бывает, и потери мощности при преобразовании неизбежны.

Причин потери мощности несколько.

Причина 1. Из соображений минимизации размеров трансформатора преобразование напряжений выполняют на повышенной частоте. Если силовой трансформатор мощностью 1 кВт, работающий на частоте 50 Гц, по весу и размерам вполне может сойти за двухпудовую гирю, то такой же трансформатор для частоты 100 кГц легко помещается на ладони.

Однако на таких высоких частотах резко возрастают потери в железе и меди трансформатора. Особенно в железе — в промышленности, например, токи частот 60–70 кГц используются для нагрева металла перед закалкой (т. е. до 700–800 градусов). Все это вынуждает:

♦ применять специальные материалы (ферриты), которые способны работать на столь высоких частотах с приемлемыми потерями мощности;

♦ обмотки выполнять многожильным проводом или несколькими скрученными проводами, чтобы снизить т. н. скин-эффект (он заключается в «выдавливании» высокочастотных токов из глубины проводника на его поверхность, в результате чего внутренняя часть проводника перестает участвовать в передаче тока, а это напрасный расход весьма дорогой меди).

Причина 2. Для того чтобы обеспечить минимальные потери мощности в инверторе, преобразование частоты выполняется не с помощью синусоидального переменного напряжения, а с помощью напряжения, имеющего прямоугольную форму.

В этом случае выходные ключи преобразователя работают в ключевом режиме (аналогично усилителям класса D), т. е. они либо полностью открыты (и тогда протекающий через них ток вызывает минимально возможные потери мощности), либо полностью закрыты (и тогда, естественно, вообще не вносят никаких потерь).

Проблема здесь заключается в том, что ни один силовой ключ не в состоянии мгновенно перейти из одного состояния в другое — он неизбежно проходит при этом стадию т. н. активного режима, в котором он больше всего похож на основательно подгоревший контакт. Именно в моменты перехода из одного состояния в другое на силовых ключах и происходит львиная доля всех потерь мощности.

Сократить потери при переходе ключей из одного состояния в другое — задача весьма непростая, и решается она как выбором быстродействующих ключей, так и схемно-техническими средствами (сокращением времени переключения ключей и уменьшением тока, протекающего через ключ в момент переключения).

Причина 3. по аналогичной причине — невозможности мгновенно открыться или закрыться, — происходят потери мощности на диодах выпрямителя. Здесь также задача снижения потерь мощности решается выбором диодов и схемно-техническими средствами.

Особенности схемотехники преобразователей

Схемотехника преобразователей напряжения отличается большим разнообразием, однако ее можно разбить на несколько групп. Первое, самое очевидное, деление — преобразователи бывают однотактные и двухтактные. Легко догадаться, что эти группы отличаются количеством силовых ключей в схеме.

Однотактные преобразователи (рис. 7.2) содержат всего один силовой ключ, всего один выпрямительный диод, отличаются более простой схемотехникой, и практически всегда используются в источниках пихания сравнительно небольшой мощности.

Главный недостаток однотактных преобразователей — они работают при сильном подмагничивании магнитопровода трансформатора, поэтому далеко не всякий трансформатор будет пригоден для работы в однотактной схеме. По этой же причине достаточно сложно изготовить однотактный преобразователь на большие мощности.

Однотактные преобразователи, в свою очередь, делятся на две группы:

♦ прямоходовые (рис. 7.2, а), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит в тот момент, когда силовой ключ открыт.

♦ обратноходовые (fly-back, рис. 7.2, б), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит тогда, когда силовой ключ заперт.

Рис. 7.2. Принципиальные схемы однотактных преобразователей:

а — прямоходовой, б — обратноходовой

 Примечание.

Такое возможно потому, что в то время, когда силовой ключ открыт, энергия для передачи в нагрузку запасается в виде магнитного поля в магнитопроводе трансформатора, а при закрытом ключе уже эта запасенная энергия передается в нагрузку.

Схемотехнически эти две группы отличаются только полярностью включения выпрямительного диода и алгоритмом управления силовым ключом. Современные однотактные преобразователи по большей части являются обратноходовыми, в том числе и потому, что трансформатор для них проще в изготовлении и содержит меньшее число витков.

Двухтактные преобразователи напряжения (рис. 7.3) содержат вдвое большее число силовых ключей, вдвое большее число выпрямительных диодов, но зато практически не ограничены в выходной мощности.

Схемотехнически двухтактные преобразователи также можно разделить на две группы:

♦ схема со «средней точкой» (рис. 7.3, а)

♦ полумостовая (рис. 7.3, б) и мостовая (рис. 7.3, в) схема.

Рис. 7.3. Принципиальные схемы двухтактных преобразователей:

а — схема со «средней точкой»; б — полумостовая схема; в — мостовая схема

Первая группа фактически представляет собой два «рядом стоящих» прямоходовых однотактных преобразователя, работающих в противофазе.

 Примечание.

Двухтактных обратноходовых преобразователей не бывает, потому что такой режим требует применения управляемых особым образом ключей вместо выпрямительных диодов (впрочем, с появлением т. н. синхронных выпрямителей не исключено, что двухтактный обратноходовый преобразователь, наконец, появится).

Вторая группа очень похожа на двухтактные выходные каскады УНЧ. В двухтактных преобразователях подмагничивание трансформатора отсутствует (или, во всяком случае, не является неизбежной характеристикой схемы). Это существенно упрощает изготовление трансформатора (в частности, позволяет применять для трансформаторов кольцевые магнитопроводы без каких-либо ограничений).

Схемы со средней точкой в основном применяются при низких входных напряжениях, мосты и полумосты — при высоких.

Причины такого разделения более экономические, нежели технические — при низких напряжениях первичная обмотка трансформатора полумоста содержит вдвое меньше витков, чем у моста, и вчетверо меньше, чем у схемы со средней точкой.

Изготовить же обмотку с числом витков, меньшим трех, как ни странно, весьма затруднительно — малейшие неточности ее изготовления слишком сильно влияют на напряжения вторичных обмоток, особенно если они высоковольтные.

При высоких напряжениях, наоборот, меньшее число витков удешевляет стоимость трансформатора.

 Примечание.

Дополнительный плюс мостовых и полумостовых схем, несмотря на более сложное устройство управления, в том, что они лишены «фирменной» проблемы всех однотактных преобразователей и преобразователей со средней точкой — всплесков перенапряжения на обмотке трансформатора при закрытии ключа.

Эти всплески в мостах и полумостах эффективно гасятся демпферными диодами силовых ключей, «отправляясь» обратно в источник первичного напряжения. В однотактных же схемах и в схеме со средней точкой для борьбы с этими всплесками приходится:

♦ применять специальные гасящие цепочки-снабберы, которые снижают КПД устройства и зачастую имеют немалые габариты, что особенно заметно на преобразователях небольшой мощности;

♦ усиливать изоляцию обмоток трансформатора, что сказывается на его стоимости далеко не в лучшую сторону.

 Примечание.

Самые мощные преобразователи обычно собирают по схеме двухтактного моста.

На этом шаге мы попробуем с вами, уважаемый читатель, изготовить повышающий преобразователь постоянного напряжения 12 В (это напряжение называется входным или первичным) в постоянное напряжение 220 В (это напряжение будет, соответственно, выходным или вторичным).

Если пользоваться вновь введенными обозначениями, его можно назвать DC-DC Step-Up 12/220 В преобразователем.

Первый преобразователь, который мы сделаем, будет собран… на транзисторах.

Преобразователь напряжения на транзисторах

Принципиальная схема. Схема транзисторного преобразователя приведена на рис. 7.4. Это — двухтактный автогенератор со «средней точкой» (однотактные генераторы в повышающих преобразователях применяются нечасто — в основном в очень высоковольтных или очень маломощных).

Рис. 7.4. Схема транзисторного преобразователя напряжения

Для обеспечения генерации в системе должна присутствовать положительная обратная связь. В этой схеме она обеспечивается обмоткой II трансформатора. Обмотка I — обмотка первичного напряжения, обмотка III — соответственно, вторичного.

Транзисторы Т2 и ТЗ служат для защиты выходных транзисторов от перегрузки. В силу простоты схемы такого вида были весьма популярны на заре преобразователей напряжения, однако эта схема — не самая экономичная, и на ее работу очень заметное влияние оказывает характер нагрузки.

 Примечание.

Именно по этой причине (с целью ограничения тока заряда конденсатора С1) в схеме присутствует позистор R6 — без него схема может просто не «завестись».

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 60×62,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Разводка печатной платы (60×62,5 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Схема расположения деталей на плате

Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К45х28х12. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.1.

Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 200 см2.

Налаживание. Если преобразователь при подаче питания не заработает, необходимо поменять местами выводы обмотки II трансформатора.

Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Внешний вид преобразователя

Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на транзисторах» на прилагаемом диске.

Преобразователь напряжения на микросхемах

Принципиальная схема. Схема преобразователя на микросхемах приведена на рис. 7.8. Это — также двухтактный преобразователь со средней точкой, но вместо биполярных в нем применены полевые ключи.

Рис. 7.8. Схема преобразователя напряжения на микросхемах

Для низковольтных преобразователей применение полевых транзисторов, в настоящее время — наиболее удачное решение, поскольку они обладают минимальным уровнем потерь мощности (в том числе и мощности на управление).

Управляются транзисторы с помощью микросхемы DA1. Выходные сигналы микросхемы подаются на эмиттерные повторители на транзисторах Т2, ТЗ и Т5, Т6.

 Примечание.

Это необходимо по причине того, что затвор полевого транзистора обладает довольно значительной емкостью и на высоких частотах весьма заметно нагружает устройство управления.

Эта лишняя нагрузка приводит к «затягиванию» управляющих импульсов, и, как следствие, к расширению зоны активного режима, в которой потери на ключе максимальны. Защита от перегрузок транзисторов по току встроена в микросхему, сигнал защиты снимается с резистора R3. Выпрямитель аналогичен выпрямителю, примененному в предыдущей конструкции.

Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 66,25×42,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 2.DXF), и посмотреть на рис. 7.9.

Рис. 7.9. Разводка печатной платы (66,25×42,5 мм, в зеркальном изображении)

Схема расположения деталей приведена на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Схема расположения деталей на плате

Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К28х16х9. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.2.

Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 50 см2.

Налаживание. Какой-либо наладки преобразователь не требует.

Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.11.

Рис. 7.11. Внешний вид преобразователя

Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» —» «Преобразователь на микросхемах» на прилагаемом диске.

Как рассчитать трансформатор для преобразователя. Расчет трансформатора не слишком сложен, но достаточно трудоемок. Автор рекомендовал бы, в первую очередь, скачать готовую программу для расчета. Очень удачна, на взгляд автора, программа Е. Москатова. Найти ее можно по адресу http://www.moskatov.narod.ru/Programs.html. Если же Вас интересуют непосредственно расчетные формулы, стоит заглянуть на http://k155la3.ucoz.ru/index/raschet_transformatora_impulsnogo_bloka_pitanija/0-93 — там приведен пример расчета.

Преобразователь напряжения на электромагнитных реле

Принципиальная схема. Схема преобразователя на электромагнитном реле представлена на рис. 7.12. Этот преобразователь до смешного прост.

Рис. 7.12. Принципиальная схема преобразователя на электромагнитном реле

При включении преобразователя ток обмотке реле возрастает до тех пор, пока реле не сработает. При срабатывании оно размыкает свои собственные контакты, и ток в обмотке прерывается. Затем, через некоторое время реле отпустит свой якорь, и ток через обмотку снова возобновится. В результате в обмотке трансформатора возникает пульсирующий ток — дальнейшее, думается, понятно.

Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.13.

Рис. 7.13. Внешний вид преобразователя

Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на реле» на прилагаемом диске.

 Вывод.

Если не считать постоянно подгорающих контактов и невысокой частоты преобразования, схема может считаться идеальной по простоте. В реальной жизни в подобных схемах применялись специальные вибропреобразователи, которые не приходили в негодности за полчаса из-за разрушения контактов, как это обязательно произойдет с нашим реле.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

   К написанию этой статьи меня подтолкнул материал уважаемого ear «Преобразователь 12-220», в которой он рассказывает, как его собрать из ненужного компьютерного блока питания АТ/АТХ. После этой переделки, неиспользуемыми останутся один или два маленьких трансформатора (в разных блоках по разному) из которых можно собрать простейший повышающий преобразователь на BUZ12, например для питания от 12В маломощных ЛДС (мощность которой не должно превышать габаритную мощность трансформатора, иначе она не будет светить). Привожу схемы для вариантов с одним трансформатором или с двумя.


   Схемотехника данного преобразователя очень напоминает аналогичную, с использованием биполярного транзистора КТ805, но за счёт меньшего сопротивления перехода канала исток-сток полевого транзистора (доли Ом), её КПД значительно выше. Самое сложное в нашей конструкции — это перемотка ферритовых трансформаторов. Для начала выпаенные трансформаторы «отварите» в кипящей воде в течении получаса, чтобы размягчить клей. Пока они не остыли — разделите половинки. Если вдруг они сломаются — не растраивайтесь, так как их можно склеить клеем ПВА. Размотайте с каркасов старые обмотки и наматайте новые (начала обмоток показаны точками), стараясь укладывать провод виток к витку и делайте изоляцию между обмотками, например изолентой. 


   При первом включения соблюдайте фазировку обмоток, чтобы случайно не спалить транзистор.


   Вот что у меня в итоге получилось. Кроме люминисцентных ламп, можно подключать к устройству любую другую маломощную нагрузку, до 10-ти ватт. Например зарядные устройства для мобильной техники, если вы на природе и имеете доступ к авто.


   Желаю всем радиолюбителям творческих успехов! С уважением, Андрей Жданов (К@Т).

   Форум по преобразователям 12-220В

   Форум по обсуждению материала ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ



Лекции по электропитанию — 1.2.1_3ФАЗНЫЕ ЦЕПИ. 1.2.4.АД.doc


Лекции по электропитанию
скачать (4585.2 kb.)

Доступные файлы (30):


содержание

1.2.1_3ФАЗНЫЕ ЦЕПИ. 1.2.4.АД.doc

Тема: 1.2 – Електричні мережі, машини та трансформатори.

1.2.1 – Електричні мережі та системи трифазного струму.

1.2.2 – Електричні трансформатори.

1.2.3 – Синхронні генератори (СГ).

1.2.4 – Асинхронні двигуни (АД).

Розподіл навчального часу по темі 1.2


Назва

навчального

об’єкту


Загальна

кількість

годин


Аудиторних

годин


Лекції

Лабораторних

робіт


На самостійне

вивчення


Тема: 1.2

13

6

6

0

7

1.2.1

3

2

2

0

1

1.2.2

4

2

2

0

2

1.2.3

3

1

1

0

2

1.2.4

3

1

1

0

2

1.2.1 Лекція

Трехфазные электрические системы.

Трехфазные цепи

План:

1. Система трёхфазного тока.

2. Соединение источников и потребителей по схеме «звезда»: схемы, соотношения между линейными и фазными токами и напряжениями. Назначение «нулевого» проводника.

3. Соединение источников и потребителей по схеме «треугольник». Мощность трёхфазной цепи. Самостоятельная работа.

4. Образование вращающегося магнитного поля при помощи трёхфазных систем тока

Расчет трёхфазной цепи переменного тока .Самостоятельная работа.

. Задания, методуказания к самостоятельной работе: Л1 с.4-8.,Л2 с.70-71.,Л3.

Материал лекции.

Література:


  1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1986.-240с.

  2. Плотников Г.С. Электромонтёр электроустановок предприятий связи. М.: Радио и связь, 1989.-320с.

  3. Набор опорных конспектов по предмету Электропитание. г.Львов.

1.При вращении в магнитном поле не одного, а трех проводников (рис 1), сдвинутых относительно друг друга на 120°, в каждом из них возникнут ЭДС одной и той же частоты, но не совпадающие (сдвинутые) по фазе на 1 /3 периода. В нагрузке, подсоединенной к этим проводникам, будут протекать токи, сдвинутые между собой, как и ЭДС, на 1/3 периода. Такая электрическая система называется трехфазной системой переменного тока. Несвязанная трехфазная система, при которой приемники электроэнергии соединены с обмотками генера­тора шестью проводами, показана на рис 2. Эту систему можно упростить (рис 3), соединив концы х, у, z обмоток трехфазного генератора и электроприемника общим проводом. Общая точка

Рис. 1 Получение трехфазной системы ЭДС

Рис. 2. Шестипроводная цепь трехфазной системы

Рис. 3 Соединение звездой с нулевым проводом

соединения концов фаз (обмоток) называется нейтралю трёхфазной системы, а провод, присоединенный к ней, нейтральным (нулевым). В нулевом проводе протекает геометрическая сумма токов трех фаз системы. При равенстве нагрузок в фазах алгебраическая сумма токов будет равняться нулю, т. е. в нулевом проводе ток про­текать не будет. Остальные провода, соединяющие генератор с прием­никами энергии, называются линейными. Одинаковая нагрузка фаз называется равномерной или симметричной. В трехфазной системе напряжение между началом и концом одной обмотки гене­ратора называется фазным (Uф). Напряжение между двумя линей­ными проводами называются линейным (Uл). Различают также фаз­ные и линейные токи. Фазным называется ток, протекающий в об­мотке генератора или в нагрузке, включенной в фазный провод, линейным — ток, протекающий в линейном проводе. При соедине­нии звездой

Uл= Uф . и Iф = Iл.

Так как при симметричной (равномерной) нагрузке фаз в нуле­вом проводе тока нет, то можно от него отказаться. Тогда четырехпроводная система превратится в трехпроводную. Такие системы применяют в сетях, питающих трехфазные электродвигатели перемен­ного тока, имеющие практически равные сопротивления обмоток. В сетях, питающих осветительные установки и другие однофазные электроприемники, нагрузки могут оказаться неодинаковыми и по нулевому проводу будет протекать ток. Активную мощность трехфазной системы определяют как сумму всех трех фаз: Р = Pа+ Pb+ Рс. При одинаковой нагрузке фаз РА = РB = РC,, Р = ЗРФ.. Для любой из фаз Рф – Uф/ф cos . Следовательно, мощность трехфаз­ной системы при равномерной нагрузке фаз Р=3 Uф/ф cos или Р=U л I л cos .

Реактивная мощность трехфазной системы (вар) Q =U л I л sin , а полная мощность (В . A) S =U л I л или S = .


  1. Образование вращающегося магнитного поля с помощью трёхфазных систем тока.

Магнитное поле, вектор результирующей магнитной индукции, у которого неизменён и вращается с постоянной угловой скоростью, называется круговым вращающимся магнитным полем.

Рассмотрим магнитное поле трёх одинаковых катушек, подключенных к симметричной трёхфазной системе. Оси катушек сдвинуты в плоскости на 1200 относительно одна другой, и токи входят в начала обмоток катушек . Обозначим индукцию первой катушки В1, второй – В2 и третей – В3.Мгновенные значения В1, В2 и В3 и результирующий вектор В для различных моментов. С увеличением времени вектор результирующей магнитной индукции вращается в пространстве со скоростью w по направлению от первой катушки ко второй.


  1. Что такое трёхфазная цепь?

  2. Что такое нейтраль трехфазной системы?

  3. Какое напряжение называется фазным,линейным?

  4. Когда линейное напряжение генератора равно фазному?

  5. Как определить мощность трехфазной системы?

  6. Что такое вращающееся магнитное поле?

1.2.4. Лекция

Асинхронные двигатели.

План:


  1. Принцип действия асинхронного двигателя. Его устройство.

  2. Основные параметры асинхронных двигателей.

  3. Пуск и регулирование частоты вращения АД. Самостоятельная работа.

  4. Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя. Пуск однофазных АД. Самостоятельная работа.Л.1 с.14-18.,Л.2 с.71-74.,Л.3.Материалы лекции.

Литература:


  1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1986.-240с.

  2. Плотников Г. Работа асинхронного двигателя основана на явлении, названном «диск Араго— Ленца» (рис. 1). Это явление заключается в следующем: если перед полю­сами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси с помощью рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясня­йся тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуцирует в нем вихревые токи. В результате взаимодейст­вия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца напра­вление всякого индуцированного тока таково, что оно противодей­ствует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение таким образом, что он следует за магни­том. При этом частота вращения диска всегда меньше частоты вра­щения магнита. Если бы их частоты почему-либо стали одинаковыми,

    Рис. 1. Схема, поясняющая принцип действия Рис. 2. Устройство асинхронного асинхронного двигателя: двига­теля:

    1-медный диск; 2 – ось; 3- рукоятка 1 — корпус; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – подшипник;

    5 – щиток

    то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска и, следо­вательно, в нем не возникали бы вихревые токи, т.е. не было бы силы, под воздействием которой диск вращается.

    В асинхронных двигателях постоянное магнитное поле заменено вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной системой переменного тока.

    Как и любая вращающаяся машина переменного тока, асинхрон­ный двигатель (рис. 2) состоит из двух основных частей, неподвиж­ной части (статора) и подвижной (вращающейся) части (ротора). Асинхронная машина обладает свойством обратимости, т. е. Может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двига­теля.

    Статор состоит из чугунного или алюминиевого корпуса, в котором укреплен сердечник в виде пакета из электротехнической стали. В пазах сердечника статора уложены секции трехфазной обмотки, концы которой выведены на щиток зажимов для присоединения к, питающей сети. Обмотка ротора электродвигателей бывает либо короткозамкнутой, либо изолированной (с фазным ротором). Короткозамкнутая обмотка ротора (рис.3) представляет собой цилиндри­ческую клетку из медных или алюминиевых стержней, которые без изоляции заложены в пазы сердечника ротора. Торцевые концы стержней замкнуты кольцами из того же материала Обмотка фазного ротора, как правило, трехфазная, с таким же числом катушек, что и обмотка статора данного двигателя. Обмотки фазного ротора соедине­ны в звезду, свободные концы фаз присоединены к трем контактным кольцам, также расположенным на валу ротора, но изолированным от него и между собой. По контактным кольцам скользят угольные щетки, укрепленные в неподвижных щеткодержателях. Такое уст­ройство позволяет подключить к обмоткам ротора пусковой трех­фазный реостат, который позволяет снизить величину пускового тока. Частота вращения ротора асинхронного двигателя меньше частоты вращения магнитного поля. Эти частоты связаны соотношением

    s = (ntпг)/ nt или s =

    где пг = 60 f/p — частота вращения магнитного поля, об/мин, назы­ваемая синхронной, n2 — частота вращения ротора, об/мин; s — скольжение.

    В начальный момент включения электродвигателя частота враще­ния ротора n2 = 0 и s=l. Номинальное скольжение находится обычно в пределах 2… 8%. На рис 4 показана зависимость вра­щающего момента от скольжения.

    Устойчивая работа двигателя возможна только на восходящей ветви кривой зависимости вращающего момента от скольжения, т. е. При изменении скольжения от 0 до Smax.. Это возможно потому, что на восходящей ветви кривой с увеличением нагрузки (скольжения) вращающий момент увеличивается, а на нисходящей ветви кри­вой — уменьшается. При включении асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором в сеть на полное напряжение его пусковой ток в несколько раз превышает номинальное значение. По мере увели­чения оборотов двигателя этот ток быстро падает до значения, завися­щего от нагрузки. Имеется ряд способов уменьшения пускового тока, которые сводятся к временному уменьшению напряжения на зажимах статора. Наибольшее распространение из них получили: включение в цепь подводящих проводов реостата, индуктивных сопротивлений, автотрансформатора, а также переключение обмоток статора со схемы звезды на треугольник. В последнем случае пуско­вой ток в сети уменьшается в 3 раза, как и пусковой момент двигателя. При пуске электродвигателей способами, использующими снижение напряжения на фазах статорных обмоток, пусковой вращающий мо­мент снижается пропорционально квадрату напряжения, что ограни­чивает применение этих способов пуска.

    Пуск мощных двигателей под нагрузкой осуществляется с помощью реостата, включаемого в цепь фазного ротора. Однако двигатели с фазным ротором сложны по конструкции и дороже двигателей с короткозамкнутым ротором, поэтому применяются редко.

    Число оборотов асинхронного электродвигателя можно регули­ровать изменением скольжения, числа пар полюсов и частоты напря­жения, подводимого к электродвигателю.

    Повышение скольжения применяется в электродвигателях с фазным ротором путем включения реостата в цепь ротора. В двигате­лях с короткозамкнутым ротором — активного или индуктивного сопротивлений в цепь обмотки статора.

    Регулирование числа оборотов двигателя путем изменения числа пар полюсов является ступенчатым и требует усложнения конст­рукции электродвигателя. Выпускают двух-; трех-; и четырех -скоростные двигатели. Так, четырехскоростной двигатель может иметь синхронные скорости вращения 500, 750, 1000 и 1500 об/мин.

    Для регулирования числа оборотов путем изменения частоты напряжения двигатели должны получать питание от специальных генераторов переменного тока с регулируемой частотой. Особенностью одно­фазного двигателя является отсутствие начального, или пускового, момента, т. е. при включении такого двигателя в сеть ротор его бу­дет оставаться неподвижным. Если же под действием какой-либо внешней силы вывести ротор из состояния покоя, то двигатель будет развивать вращающий момент. Отсутствие начального враща­ющего момента является существенным недостатком однофазных асинхронных двигателей, поэтому их всегда снабжают пусковыми устройствами.

    Наиболее простым пусковым устройством являются две обмотки, помещенные на статоре и сдвинутые одна относительно другой на половину полюсного деления (90 эл. град ). Для получения угла сдвига фаз между токами в обмотках, равного примерно четверти периода, одну из обмоток (рабочую) включают в сеть непосредст­венно, а вторую обмотку (пусковую) — последовательно с катушкой или конденсатором (рис.6). Пусковую обмотку включают только на период пуска.

    В качестве однофазного двигателя может быть использован любой трехфазный двигатель. При работе трехфазного двигателя в качестве однофазного, рабочая, или главная, обмотка, состоящая из двух последовательно соединенных фаз, включается непосредственно в од­нофазную, сеть, третья фаза, являющаяся пусковой, включается в ту же сеть через пусковой элемент — резистор, катушку или конден­сатор.

    Контрольные вопросы


    1. Что называется асинхронным двигателем?

    2. Что называется скольжением ротора?

    3. Каковы особенности пуска асинхронных двигателей?

    4. Как осуществить реверс АД?

    1.2.3 Лекция

    Синхронные генераторы.

    План


    1. Назначение, принцип действия, устройство синхронных машин.

    2. Основные электрические параметры СГ.

    3. Внешняя характеристика СГ в зависимости от характера нагрузки. Самостоятельная проработка.Л.1.с.18-22.,Л.2.с.74-78.,Л.3.Материалы лекции.

    Литература:


    1. Бушуев В.М. Электропитание устройств связи: Учебник для техникумов. При вращении ротора синхронной машины первичным двигате­лем магнитный поток возбуждения Фв вращается с неизменной частотой п и наводит в трехфазной обмотке статора ЭДС Е = 4,44 f Фв К, где f — частота тока в статоре; w — число витков в фазе статора; K — коэффициент, зависящий от конструкции машины (обычно он составляет примерно 0,92…0,96). Частота ЭДС и тока синхронного генератора зависит от числа пар полюсов и частоты вра­щения ротора: f = np/60.

      Возникновение ЭДС в проводниках синхронной машины воз­можно как при перемещении проводником в неподвижном электри­ческом поле, так и при перемещении магнитного поля относи­тельно неподвижных проводников. В первом случае полюсы, т. е. индуцирующая часть машины, возбуждающая магнитное поле, располагают на неподвижной части машины (статоре), а индуци­руемую часть машины (якорь), т. е. проводники, в которых создает­ся ЭДС, — на вращающейся части машины (роторе). Во втором случае полюсы располагают на роторе, а якорь на статоре. Наиболее широкое применение получили синхронные генераторы, в которых полюсы помещены на роторе, а якорь — на статоре.

      Устройство статора синхронного генератора аналогично устрой­ству статора асинхронного двигателя. Ротор синхронных генераторов выполняют либо с неявно выраженными полюсами, т. е. без выступа­ющих полюсов, либо с явно выраженными (выступающими) полюсами.

      В машинах с относительно малой частотой вращения (при большом числе полюсов) ротор имеет явно выраженные полюсы (рис 1,а),

      Рис. 1. Ротор синхронной машины: а — с явно выраженными полюсами ;

      6 — с неявно выраженными полюсами

      равномерно расположенные по его окружности. При большой час­тоте вращения такое устройство ротора не может обеспечить нужной механической прочности и, поэтому высокоскоростные машины снаб­жены роторами с неявно выраженными полюсами (рис.1, б).

      Материал для самостоятельной проработки.

      На рис.2 (а) даны внешние характеристики синхронного генератора при резистивной и реактивной нагрузках. Эти характе­ристики показывают зависимость напряжения на зажимах генератора от тока нагрузки при неизменных частоте вращения ротора и токе возбуждения. Различный вид этих характеристик при резистивной, индуктивной и емкостной нагрузках объясняется неодинаковым воздействием поля реакции якоря на магнитный поток полюсов. Чтобы обеспечить постоянство напряжения при изменении нагруз­ки, необходимо изменять ток возбуждения в синхронном генераторе.

      Зависимость, показывающая, каким образом необходимо изме­нить ток в обмотке возбуждения iB для того, чтобы при изменении

      Рис. 2. Внешние (а) и регулировочные (б) характеристики синхронного ге­нератора при нагрузках:

      / — емкостной; 2 — резистивной, 3 — индуктивной

      нагрузки генератора напряжение на его зажимах оставалось неиз­менным, называется регулировочной характеристикой (рис. 2,6).

      Наиболее часто синхронные генераторы работают на общую мощ­ную сеть электростанции или энергосистемы. Для включения гене­ратора в сеть необходимо: одинаковое чередование фаз в сети и гене­раторе; равенство напряжения сети и ЭДС генератора; равенство частот ЭДС генератора и тока сети; включать генератор в тот мо­мент, когда ЭДС генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.

      При включении генераторов в сеть используют специальные уст­ройства — синхроскопы. Простейшим синхроскопом являются три лампы накаливания, включаемые между зажимами генератора и сети. Лампы должны быть рассчитаны на двойное напряжение сети и до включения генератора на параллельную работу с сетью либо все загораться, либо гаснуть. В момент, когда ЭДС генератора равна и направлена встречно напряжению сети, лампы погаснут, так как напряжение на каждой лампе равно нулю. При погасании ламп генератор включается в сеть. До включения генератора в сеть его ЭДС измеряют вольтметром и путем регулирования тока возбуж­дения устанавливают ее равной напряжению сети. Частота ЭДС генератора регулируется изменением частоты вращения первичного двигателя.

      Контрольные вопросы


      1. Что называется СГ?

      2. Как называется неподвижная часть СГ?

      3. Что такое якорь СГ?

      4. Основные электрические параметры СГ?

      5. Условия включения генератора в сеть?

      4. Что называется регулировочной характеристикой СГ?
      Скачать файл (4585.2 kb.)


      Что такое двухтактный преобразователь?

      Двухтактный преобразователь — это схема преобразователя, в которой используются переключающие устройства двухтактного и вытяжного типа, которые обычно представляют собой биполярные переходные транзисторы (BJT), полевые транзисторы (FET) или кремниевые выпрямители (SCR). Двухтактный — это термин, который обычно ассоциируется с двумя переключателями, каждый из которых подключен к положительной или отрицательной ветви источника постоянного тока (DC). Двухтактный преобразователь — это преобразователь постоянного тока в постоянный, который очень распространен из-за высокого КПД схемы, который в основном определяется потерями мощности на основных клеммах двухтактного устройства и энергоэффективностью используемого трансформатора.Обычно в двухтактных преобразователях используются высокоэффективные трансформаторы с ферритовым сердечником, которые работают в диапазоне звуковых частот до более высоких слышимых частот. Двухтактный преобразователь также использует управление рабочим циклом для получения желаемого выходного напряжения в условиях несущей нагрузки.

      Подобно двухтактному преобразователю, обратноходовой преобразователь также является преобразователем постоянного тока в постоянный, хотя его также можно использовать для преобразования энергии переменного тока в постоянный.Обратный преобразователь в телевизионных установках использует сигнал горизонтального отклонения для создания высокого положительного напряжения, необходимого на аноде телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и некоторых плазменных установок. С точки зрения времени нарастания и спада сигнала, быстрое падение выходного сигнала горизонтального отклонения по мере того, как луч ЭЛТ возвращается к началу следующей видеостроки, имеет решающее значение для генерирования высокого напряжения на выходе обратноходового трансформатора. Результирующее высокое напряжение выпрямляется и фильтруется для получения анодного питания, которое обычно составляет более 20 000 вольт постоянного тока для небольших ЭЛТ.

      Прямой преобразователь вводит постоянный ток и обычно выдает более высокое постоянное напряжение. Прямые преобразователи имеют генераторы и высокочастотные трансформаторы, которые используют двухтактный выход для восстановления постоянного напряжения на требуемом уровне.Электронное оборудование обычно имеет минимальное входное напряжение, ниже которого оборудование перестает работать. Прямой преобразователь может использоваться, чтобы напряжение питания ниже предыдущего минимума оставалось полезным. Эта функция очень полезна для полевого и аварийно-спасательного оборудования, которому требуется вся энергия, которую можно использовать в особых условиях, например, при длительных отключениях электроэнергии.

      Двухтактный выход может быть получен как от одиночного, так и от двойного источника питания.Автомобильное напряжение 12 В постоянного тока представляет собой несимметричный выход мощности. Есть только одна горячая линия +12 В постоянного тока; другая линия — возвратная или обычная. Другие источники питания постоянного тока могут иметь положительный или «+» и отрицательный или «-» выход, включая общую линию. Различные конфигурации схемы позволяют конфигурациям с одним или двумя источниками питания генерировать желаемый выходной сигнал.

      Топологии двухтактных преобразователей мощности

      — National Semiconductor

      Push Pull Мощность Конвертер Топологии Этот курс знакомит с семьей. преобразователей питания постоянного тока в постоянный, часто называемые топологиями Push Pull .Мы рассмотрим некоторые из преимуществ и компромиссов по сравнению с более распространенными «односторонними» преобразователями. Наш основной интерес будет заключаться в нескольких топологиях, применимых к изолированным преобразователям постоянного тока в постоянный. Вы увидите, как конструкция обычного прямого преобразователя преобразуется в преобразователь Push Pull , а затем познакомитесь с деталями, которые National предлагает для это приложение. Конвертеры Push Pull получили свое название от того факта, что обмотки трансформатора используются в двунаправленном режиме (двухквадрантный режим работы), в отличие от преобразователей прямого действия, которые работают в одном магнитный квадрант.Карта курса / Оглавление 1. Навигация по курсу 1. 1.1 Навигация по курсу 2. Односторонний обзор 1. 2.1 Общий Power Преобразователь с одним переключателем Топологии 2. 2.2 Понижающий регулятор. Основные сведения 3. 2.3 Понижающий преобразователь . Характеристики 4. 2.4 Прямой преобразователь 5. 2.5 Прямой диодный ток 6. 2.6 Прямой преобразователь Характеристики 7. 2.7 Общие двухконтактные силовые преобразователи топологии 3. Push Pull Топология 1. 3.1 Push Pull Топология 2. 3.2 Push — Переключение сигналов Pull 3. 3.3 Push Pull Диодные токи 4. 3.4 Использование сердечника: вперед и Push Тянуть Конвертер s 5. 3.5 Тянуть Тянуть Характеристики 4. Нажать Притягивать Контроллер 1. 4.1 LM5030 Нажать Потянуть Контроллер 2. 4.2 LM5030 Нажать — Pull Demo Board 3. 4.3 LM5030 Push Pull Схема демонстрационной платы 4. 4.4 Базовая станция LM5030 3G RF Power < / strong> Supply 5. 4.5 Схема радиочастотного источника питания базовой станции LM5030 3G 5. Каскадный понижающий / Push Pull 1.5.1 Каскадный понижающий и толкающий вытягивающий 2. 5.2. Каскадный преобразователь с питанием от напряжения . Преимущества 3. 5.3. Толчок с питанием по току — Концепция Pull 4. 5.4 Каскадные преимущества преобразователя тока с питанием 5. 5.5 Напряжения переключения с питанием от тока 6. 5.6 Push с питанием по току — Переключатели Pull 7. 5.7 Формы сигналов переключателя тока 8.5.8 Почему важно снизить вторичные ректификационные потери? 9. 5.9 Сравнение напряжений выпрямителя 10. 5.10 Формы сигналов выпрямителя 6. Каскадный ШИМ-контроллер 1. 6.1 Каскадный ШИМ-контроллер LM5041 2. 6.2 Блок-схема LM5041 3. 6.3 LM5041 с питанием по току Push Демонстрационная плата Pull 4. 6.4 Схема демонстрационной платы LM5041 / LM5100 7. Топология полумоста 1. 7.1 Базовый полумостовой мост 8. Полумостовой контроллер 1. 8.1 Полумостовой контроллер LM5035 2.8.2 Схема демонстрационной платы LM5035 3. 8.3 Концепция каскадного полумоста 4. 8.4 Характеристики каскадного полумоста 9. Полный мост

      Однофазный двухтактный инвертор (12 В / 220 В)

      Контекст 1

      … В инверторах Push Pull PWM используется базовая схема, показанная на рис. 2. Постоянное напряжение от батареи преобразуется в переменное с использованием пары N параллельных силовых полевых МОП-транзисторов на каждой ножке. Положительный 12 В постоянного тока от батареи подключается к центральному отводу первичной обмотки трансформатора, тогда как каждая параллельная группа полевых МОП-транзисторов подключается между краем первичного трансформатора и клеммой…

      Context 2

      … регулирование выходного напряжения достигается изменением ширины управляющих импульсов полевых МОП-транзисторов и, следовательно, среднеквадратичного значения выходного напряжения. Обычно это делается с помощью системы обратной связи (рис. 2), которая определяет выходное напряжение инвертора. Когда эта обратная связь определяет, что выходное напряжение начало уменьшаться, инверторы схемы управления MOSFET увеличивают ширину импульсов, которые включают MOSFET. MOSFET включается на более длительное время в каждом полупериоде, автоматически корректируя среднеквадратичное значение выходного напряжения…

      Контекст 3

      … Принципиальная схема однофазной двухтактной инверторной схемы представлена ​​на рис. 2. Она состоит из трех частей: цепи управления, двух ветвей переключающих силовых элементов, соединенных параллельно, и трансформатор. Схема инвертора, представленная в этой статье, имеет малую мощность и также используется в качестве зарядного устройства. Выбранный метод ШИМ является основным фактором для скорости переключения полевых МОП-транзисторов и временных задержек в каждом параллельном МОП-транзисторе каждой ветви …

      Контекст 4

      …. сфокусированы в верхней части двухтактного инвертора Рис. 2. Для наглядности мы показали приложенный управляющий импульс в верхних ветвях инвертора с амплитудой 6 В и частотой 50 Гц (соответственно T = 20 мс), возрастающий относительно медленно. Рис. 4. Тот же импульс возбуждения применяется в противоположном плече, но с фазой сдвига 180 0 …

      Контекст 5

      … предположим, что нагрузка выходного трансформатора на рис. цепь стока каждой ветви инвертора (рис. 5), рассматривая трансформатор как…

      Context 6

      … между ветвью рассогласования и другими полевыми МОП-транзисторами с такими же характеристиками выше (рис. 13 и рис. 17), разница между пиковым током на ветви рассогласования и другими токами различается примерно в 4 раза . Случай, когда разность пороговых напряжений в два раза выше, а пиковые токи различаются в три раза. Скорость увеличения тока в ветви рассогласования (Рис. 22) выше, чем скорость увеличения тока в той же ветви (Рис. 24). В результате этого несоответствия и разного времени нарастания управляющего сигнала полевой МОП-транзистор в ветви рассогласования может быть поврежден в начале перехода от инвертора переменного тока к постоянному току….

      Контекст 7

      … выше (Рис.13 и Рис.17), разница между пиковым током на ветви рассогласования и другими токами различается примерно в 4 раза. Случай, когда разность пороговых напряжений в два раза выше, а пиковые токи различаются в три раза. Скорость увеличения тока в ветви рассогласования (Рис. 22) выше, чем скорость увеличения тока в той же ветви (Рис. 24). В результате этого несоответствия и разного времени нарастания управляющего сигнала полевой МОП-транзистор в ветви рассогласования может быть поврежден в начале перехода от инвертора переменного тока к постоянному току….

      Патент США на схему обнаружения сверхтока без потерь для генераторов Ройера и двухтактных преобразователей Патент (Патент № 9,989,564, выдан 5 июня 2018 г.)

      УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

      1. Область изобретения

      Настоящее изобретение относится к генераторам Ройера и двухтактным преобразователям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к схеме обнаружения перегрузки по току для генераторов Ройера и двухтактных преобразователей.

      2.Описание предшествующего уровня техники

      Один из традиционных подходов к контролю тока в генераторе Ройера состоит в том, чтобы установить резистор считывания в каждую половину генератора Ройера. Однако для этого традиционного подхода требуется дополнительное оборудование, поскольку для двухтактного преобразователя требуются два резистора считывания, что также приводит к дополнительным потерям мощности. Кроме того, этот традиционный подход имеет недостатки, заключающиеся в том, что он неэффективен и чувствителен к шуму, если чувствительные резисторы выбраны так, чтобы иметь низкие значения сопротивления, чтобы уменьшить потери мощности на чувствительных резисторах, несущих ток нагрузки переключающих транзисторов генератора Ройера. .Обычно, когда биполярные переходные транзисторы (BJT) используются в качестве переключающих транзисторов в генераторе Ройера, чувствительные резисторы подключаются между эмиттером каждого переключающего транзистора и землей.

      Другой традиционный подход — добавить индуктивность рассеяния к трансформатору генератора Ройера (разделив первичную и вторичную обмотки) и выбрать переключающие транзисторы с правильным коэффициентом усиления для ограничения перегрузки по току. Этот традиционный подход требует дополнительного оборудования для разделения первичной и вторичной обмоток и требует больше времени на изготовление.Кроме того, выбор подходящих переключающих транзисторов может быть сложным и расточительным.

      В продаже имеется множество генераторов Ройера. Однако многие схемы на основе генератора Ройера не имеют защиты от короткого замыкания. Кроме того, коммерчески доступные генераторы Ройера с защитой от короткого замыкания имеют нежелательные потери мощности в цепи обнаружения перегрузки по току.

      Традиционным подходам присуща проблема потери эффективности из-за необходимости добавления одного или нескольких резисторов считывания.В частности, при традиционных подходах теряется эффективность из-за потери мощности в измерительном резисторе (ах). Кроме того, добавление индуктивности рассеяния приводит к более сложной конструкции трансформатора и требует тщательного выбора переключаемых транзисторов, что делает традиционные подходы громоздкими в производстве.

      СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

      Для преодоления проблем, описанных выше, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют генератор Ройера, включающий в себя схему обнаружения перегрузки по току без потерь для защиты генератора Ройера в ответ на или после обнаружения перегрузки по току, поэтому чтобы обеспечить защиту от короткого замыкания без нежелательных потерь мощности.Описанные здесь предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены к генератору Ройера, который включает в себя управляющий штифт для включения / выключения генератора Ройера, как описано в соответствующей предварительной заявке на патент США № 61 / 711,392, озаглавленной «КОНТРОЛЬНЫЙ ПИН И ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ ОСЦИЛЛЯТОРОВ ROYER И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ », зарегистрированной 9 октября 2012 г., которая полностью включена посредством ссылки.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают снижение потерь мощности в цепи обнаружения перегрузки по току преобразователя мощности по сравнению с традиционными подходами.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения преодолевают указанные выше проблемы традиционных подходов. В частности, резисторы, включенные в предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, не несут ток нагрузки переключающих транзисторов, чтобы обеспечить обнаружение сверхтока без потерь. Кроме того, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения менее чувствительны к изменениям коэффициентов усиления переключающих транзисторов по сравнению с традиционными подходами.Соответственно, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают более легкий выбор переключающих транзисторов генератора Ройера.

      Схема, включающая защиту от перегрузки по току согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, включает в себя вход напряжения, первый и второй переключающие транзисторы, которые переключаются комплементарно и которые принимают ток от входа напряжения, первый резистор, первый диод, включая первый анод и первый катод, и второй диод, включающий в себя второй анод и второй катод.Первый анод и второй анод соединены друг с другом и подключены к входу напряжения через первый резистор. Первый катод подключен к первому переключающему транзистору, а второй катод подключен ко второму переключающему транзистору, так что соединение первого и второго анодов обеспечивает сигнал перегрузки по току, который связан с током в первом и втором переключающих транзисторах. .

      Первый резистор предпочтительно является термистором. Первый и второй переключающие транзисторы предпочтительно представляют собой транзисторы с биполярным переходом.Первый и второй катоды предпочтительно подключены к коллекторам транзисторов с биполярным переходом. Первый и второй переключающие транзисторы предпочтительно представляют собой металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы. Первый и второй катоды предпочтительно подключены к стокам металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов.

      Схема дополнительно предпочтительно включает схему делителя напряжения, подключенную к первому и второму анодам. Схема делителя напряжения предпочтительно включает в себя второй и третий резисторы, включенные последовательно.Предпочтительно, чтобы первый или второй резистор был термистором. Термистор предпочтительно представляет собой термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Схема также предпочтительно включает фильтрующий конденсатор, подключенный параллельно схеме делителя напряжения. Схема также предпочтительно включает фильтрующий конденсатор, подключенный к первому и второму анодам.

      Первый и второй переключающие транзисторы переключаются при рабочем цикле 50% или близком к нему.

      Схема, включающая защиту от перегрузки по току согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, включает в себя вход напряжения, резистор, трансформатор, включая первичную и вторичную обмотки, первый и второй переключающие транзисторы, которые переключаются комплементарно и которые расположены так, чтобы пропускать ток. от входа напряжения для протекания в первичных обмотках и схему защиты от перегрузки по току, включающую первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод, и второй диод, включающий в себя второй анод и второй катод.Первый анод и второй анод подключены друг к другу и к вводу напряжения через резистор. Первый катод подключен к первому переключающему транзистору, а второй катод подключен ко второму переключающему транзистору, так что соединение первого и второго анодов обеспечивает сигнал перегрузки по току, который связан с током в первом и втором переключающих транзисторах. .

      Схема также предпочтительно включает развязывающий конденсатор, подключенный между первичной обмоткой и землей.Предпочтительно трансформатор дополнительно включает в себя обмотки обратной связи, и обмотки обратной связи приводят в действие первый и второй переключающие транзисторы.

      Схема дополнительно предпочтительно включает в себя схему делителя напряжения, подключенную к первому и второму анодам. Схема делителя напряжения предпочтительно включает термистор. Схема также предпочтительно включает фильтрующий конденсатор, подключенный параллельно схеме делителя напряжения.

      Схема также предпочтительно включает третий и четвертый диоды, подключенные к вторичным обмоткам, чтобы обеспечить выход выпрямленного напряжения.

      Вышеупомянутые и другие особенности, элементы, характеристики, этапы и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

      КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

      РИС. 1 представляет собой принципиальную схему генератора Ройера 10 , оборудованного схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 11 согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

      РИС. 2 представляет собой принципиальную схему двухтактного преобразователя 20 , оборудованного схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 21 согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

      РИС. 3 представляет собой принципиальную схему генератора Ройера , 30, , оборудованного схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 31, , которая включает в себя температурную компенсацию согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

      ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

      ФИГ.1-3 показаны принципиальные схемы схем обнаружения перегрузки по току без потерь 11 , 21 , 31 согласно первому, второму и третьему предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрены схемы обнаружения перегрузки по току, которые измеряют напряжение на выводах пары переключающих транзисторов с дополнительным переключением, то есть переключением в противофазе друг с другом, так что один переключающий транзистор включается / выключается, когда другой переключающий транзистор выключен / включен.На фиг. 1 и 3 схемы обнаружения перегрузки по току 11 , 31 определяют напряжение V ce коллектор-эмиттер переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 в генераторе Ройера 10 , 30 , а на ФИГ. 2, схема 21 обнаружения перегрузки по току обнаруживает напряжение V sd исток-сток переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 в двухтактном преобразователе 20 . После обнаружения перегрузки по току цепь отключения (не показана на фиг.1-3) может отключить входное напряжение, чтобы предотвратить повреждение.

      Переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 могут быть, например, биполярными переходными транзисторами (BJT) или металлооксидными полупроводниковыми полевыми транзисторами (MOSFET). Если на выходе генератора Ройера или двухтактного преобразователя происходит короткое замыкание, ток через каждый из переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 увеличивается, а напряжения на переключающих транзисторах TR 1 , TR 2 прибавка.Если переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 являются BJT, напряжение коллектор-эмиттер V ce каждого из переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 увеличивается. Повышение напряжения коллектор-эмиттер V ce переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 выше, чем нормальное напряжение насыщения коллектора V cesat при полной нагрузке, поскольку переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 выходят из насыщения и работают в активной области.Полная нагрузка относится к номинальной нагрузке генератора Ройера или двухтактного преобразователя, так что переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 работают в режиме насыщения.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения предпочтительно включают в себя схемы обнаружения перегрузки по току 11 , 21 , 31 , которые включают в себя два диода D 1 , D 2 с анодами, подключенными для обеспечения перегрузки по току сигнал. Катоды этих диодов D 1 , D 2 подключены соответственно к переключающим транзисторам TR 1 , TR 2 .

      РИС. 1 является принципиальной схемой генератора Ройера 10 со схемой 11 обнаружения перегрузки по току без потерь согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.

      Генератор Ройера 10 , показанный на фиг. 1 включает переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 , трансформатор Т, резистор R 5 , диоды D 3 , D 4 , а также конденсаторы C 3 , C 4 . Трансформатор T включает в себя первичные обмотки T P и вторичные обмотки T S и обмотки обратной связи T FB .Первичная обмотка T P имеет центральный ответвитель, образуя две первичные обмотки T P1 , T P2 . Вторичная обмотка T S имеет центральный отвод, чтобы сформировать две вторичные обмотки T S1 , T S2 . Обмотки обратной связи T FB имеют центральный отвод, образуя две обмотки обратной связи T FB1 , T FB2 . Резистор R 5 и конденсатор C 2 используются для запуска генератора Ройера, а также могут использоваться для поддержания управляющего сигнала на переключающих транзисторах TR 1 , TR 2 .Конденсатор C 3 является входным развязывающим конденсатором, который предназначен для уменьшения входных пульсаций.

      Выводы переключающего транзистора TR 1 подключены к первичной обмотке T P1 , а выводы переключающего транзистора TR 2 подключены к первичной обмотке T P2 . Обмотка обратной связи T FB1 управляет переключающим транзистором TR 2 , а обмотка обратной связи T FB2 управляет переключающим транзистором TR 1 .Генератор Ройера выполнен в виде автоколебательного устройства, так что переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 работают с рабочим циклом 50% и не совпадают по фазе друг с другом, так что переключающий транзистор TR 1 включен. / выключено при переключении транзистора TR 2 выключено / включено. Генератор Ройера полагается на насыщение трансформатора T 1 для создания быстро нарастающего тока для управления переключающими транзисторами TR 1 , TR 2 .Форма волны напряжения через первичные обмотки T P регулируется таким образом, что переменное напряжение, которое предпочтительно является прямоугольной волной, генерируется на вторичных обмотках T S1 , T S2 . Величина переменного напряжения определяется соотношением витков трансформатора T.

      Диоды D 3 , D 4 выпрямляют переменное напряжение с трансформатора T в постоянное напряжение. Выпрямленное постоянное напряжение поступает на накопительный конденсатор С 4 , который обеспечивает выходные напряжения + В, 0 В.Генератор Ройера может вместо того, чтобы обеспечивать выходное напряжение постоянного тока, обеспечивать выходное напряжение переменного тока, не используя диоды D 3 , D 4 для выпрямления переменного напряжения.

      Схема обнаружения перегрузки по току 11 предпочтительно включает в себя два диода D 1 , D 2 с подключенными анодами. Катоды этих диодов D 1 , D 2 подключены соответственно к переключающим транзисторам TR 1 , TR 2 в генераторе Ройера 10 .В частности, если коммутирующие транзисторы TR 1 , TR 2 являются биполярными, то катоды диодов D 1 , D 2 соединены соответственно с коллекторами коммутирующих транзисторов TR 1 , TR 2. . Однако, если переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 являются полевыми МОП-транзисторами, катоды диодов D 1 , D 2 соответственно подключены к стокам переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 как показано на фиг.2. Аноды диодов D 1 , D 2 подключены к входному напряжению VIN через резистор R 1 . Аноды диодов D 1 , D 2 также соединены с землей через последовательные резисторы R 2 , R 3 . Таким образом, когда один из переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 включен, напряжение на аноде его соответствующего диода D 1 или D 2 равно напряжению коллектор-эмиттер V ce. через переключающий транзистор TR 1 или TR 2 плюс одно падение на диоде (т.е.например, прямое падение напряжения на диоде, которое обычно составляет примерно 0,7 вольт). Когда один из переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 выключен, напряжение на аноде его соответствующего диода D 1 или D 2 повышается до входного напряжения VIN, к которому подключены аноды. .

      По мере увеличения напряжения на переключающих транзисторах TR 1 , TR 2 увеличивается напряжение на катодах диодов D 1 , D 2 .Соответственно увеличивается напряжение на аноде диодов D 1 , D 2 . Напряжение на анодах пропорционально току, протекающему через переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 , так что напряжение можно использовать для выдачи сигнала перегрузки по току.

      Резисторы R 2 , R 3 предназначены для определения делителя напряжения, который устанавливает уровень напряжения сигнала перегрузки по току. Значения сопротивлений резисторов R 2 , R 3 можно выбрать в соответствии с желаемыми напряжениями сигнала перегрузки по току.Значения сопротивлений резисторов R 2 , R 3 также можно выбрать исходя из номинальной нагрузки генератора Ройера. Конденсатор C 1 предпочтительно используется для фильтрации высокочастотного шума, который может дать неправильное считывание сигнала перегрузки по току. Например, конденсатор C 1 может быть выбран для обеспечения фильтра нижних частот, который имеет спад на частоте в диапазоне МГц, чтобы удалить нежелательные выбросы и шум из схемы обнаружения перегрузки по току 11 .

      РИС. 2 представляет собой принципиальную схему двухтактного преобразователя 20 , оборудованного схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 21 . Схема обнаружения перегрузки по току 21 предпочтительно аналогична схеме обнаружения перегрузки по току 11 , за исключением того, что схема обнаружения перегрузки по току 21 используется в другой схеме: вместо этого используется двухтактный преобразователь 20 . генератора Ройера 10 . Это показывает, что схемы обнаружения перегрузки по току 11 , 21 могут использоваться в схемах, включающих пару переключающих транзисторов с комплементарной коммутацией.

      Для двухтактного преобразователя 21 с дополнительным переключением обмотки обратной связи T FB имеют центральное ответвление для образования двух обмоток обратной связи T FB1 , T FB2 , которые управляют переключающими транзисторами TR 1 , TR 1 . Любой из двух переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 включен в любой момент цикла переключения, за исключением времени перехода, когда оба переключающих транзистора TR 1 , TR 2 выключены.Как показано на фиг. 2, переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 предпочтительно являются, например, полевыми МОП-транзисторами. Соответственно, напряжение на аноде каждого из диодов D 1 , D 2 всегда будет напряжением исток-сток V sd каждого из переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 плюс один падение напряжения на диоде (т. е. прямое падение напряжения на диоде, которое обычно составляет примерно 0,7 В), за исключением времени коммутации.Однако время перехода относительно короткое по сравнению с циклом переключения, и напряжение на аноде каждого из диодов D 1 , D 2 во время коммутации может быть отфильтровано.

      РИС. 3 показана принципиальная схема генератора 30, Ройера, оборудованного схемой 31, обнаружения перегрузки по току без потерь, которая включает в себя температурную компенсацию.

      Резистор R 2 , как показано на фиг. 1 и 2 могут быть заменены термистором TM с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для обеспечения температурной компенсации для цепи обнаружения перегрузки по току.В частности, если переключающие транзисторы TR 1 , TR 2 являются BJT, напряжение коллектор-эмиттер V ce снижается с увеличением температуры. Соответственно, термистор TM NTC компенсирует температурное изменение напряжения коллектор-эмиттер V ce путем изменения напряжения на переходе резисторов R 2 , R 3 . Вместо замены резистора R 2 на термистор TM также можно заменить резисторы R 1 или R 3 на термистор TM.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут также обеспечивать защиту от перегрева, если полевые МОП-транзисторы используются в качестве переключающих транзисторов TR 1 , TR 2 . Полевые МОП-транзисторы имеют положительный температурный коэффициент, поскольку сопротивление сток-исток R dsON полевого МОП-транзистора увеличивается с температурой. То есть при более высоких температурах падение напряжения на полевом МОП-транзисторе будет выше. Это более высокое падение напряжения влияет на напряжение на общем аноде диодов D 1 , D 2 , что может использоваться для обнаружения состояния перегрева.Например, при повышении температуры напряжение исток-сток V sd снижается, а сопротивление термистора TM уменьшается. Соответственно, напряжение на стыке термистора TM и резистора R 3 будет увеличиваться, и, таким образом, может генерироваться сигнал перегрузки по току в ответ на состояние перегрева.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены к другим схемам для обеспечения тех же функций, что и генератор Ройера или двухтактный преобразователь.Обнаружение сверхтока в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения может применяться к различным переключающим преобразователям, например, обратным или прямым преобразователям.

      Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть применены к любым двухтактным преобразователям, которые включают в себя BJT или MOSFET и работают с полным рабочим циклом (то есть при нагрузке 50% или около нее). Полный рабочий цикл является предпочтительным, потому что, когда оба переключающих транзистора выключены, состояние перегрузки по току может быть обнаружено, потому что напряжение коллектор-эмиттер V ce или исток-сток V sd на переключающих транзисторах в два раза больше входного напряжение Вин.

      Следует понимать, что приведенное выше описание является только иллюстрацией настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут разработать различные альтернативы и модификации без отступления от настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение предназначено для охвата всех таких альтернатив, модификаций и отклонений, которые попадают в объем прилагаемой формулы изобретения.

      Топологии двухтактного и прямого преобразователя [часть 1]




      1. Введение

      В трех топологиях импульсных регуляторов, рассмотренных в предыдущем секции, выходные возвраты были общими с входными возвратами, и несколько выходов были невозможны (за исключением обсуждаемого особого случая в разделе 3.8).

      В этом разделе мы рассмотрим некоторые из наиболее широко используемых полностью изолированных топологии импульсных регуляторов. Эти топологии — двухтактная, несимметричная. прямой преобразователь, а двусторонний и чередующийся прямые преобразователи — похожи, поэтому мы считаем их одной семьей.Все эти топологии обеспечивают их питание на нагрузки через высокочастотный трансформатор; следовательно, выходы могут быть изолированы по постоянному току от входа, возможны несколько выходов.

      2. Топология Push-Pull

      2,1 Основные операции (с выходами Master / Slave)

      Двухтактная топология показана на фиг. 1. Он состоит из транс бывший T1 с несколькими вторичными. Каждый вторичный доставляет пару 180 град.противофазные прямоугольные импульсы мощности с фиксированной амплитудой входным напряжением и количеством витков первичной и вторичной обмоток.

      Ширина импульса для всех вторичных обмоток идентична, как определено цепь управления и контур отрицательной обратной связи вокруг мастера вывод. Схема управления аналогична понижающему и повышающему регуляторам. показано ранее на рисунках 4 и 10, за исключением двух одинаковых регулируемых Широтные импульсы, сдвинутые по фазе на 180 градусов, управляют базами Q1, Q2.Дополнительные вторичные узлы Ns1, Ns2 называются ведомыми.

      Приводы на базе транзистора при включении достаточны для вывода коммутируемый конец каждой половины первичной обмотки до Vce (sat), обычно около 1 В во всем указанном диапазоне тока. Следовательно, поскольку каждый транзистор включается, он прикладывает прямоугольный импульс напряжения к своей половине первичной обмотки. магнитуды Vdc — 1.


      РИС. 1 Двухтактный преобразователь с широтно-модулированной модуляцией. Транзисторы Q1 и Q2 принимать 180 сдвинутых по фазе сигналов управления с широтно-импульсной модуляцией.Мастер выход Vsm, и есть два ведомых, Vs1 и Vs2. Петля обратной связи замкнут вокруг Vsm, а ширина импульса Ton регулируется для регулирования главный выход против изменений линии и нагрузки. Будет видно, что ведомые регулируются против изменения линии, но только частично против изменения нагрузки.

      На вторичной обмотке трансформатора будут плоские прямоугольные волны амплитудой (Vdc — 1) (Ns / Np) — Vd длительностью To, где Vd — прямое падение выходного выпрямителя, принимаемое равным 1 В для обычного диод с быстрым восстановлением и 0.5 В для диода Шоттки. Выходные импульсы на катодах выпрямителя есть рабочий цикл 2 тонны / т, потому что есть два импульса за период.


      РИС. 2 Осциллограммы напряжения (Нм) на главной вторичной обмотке. В Выходной LC-усредняющий фильтр дает выходное напряжение постоянного тока.

      Таким образом, формы сигналов на входах LC-фильтров, показанных на фиг. 1 очень похожи на те, что на входе в LC-фильтр понижающего регулятора рисунка 1.4, который имеет плоскую амплитуду и регулируемую ширину.

      LC-фильтры на фиг. 1 служит той же цели, что и на рисунке. 4. Они обеспечивают выход постоянного тока, который является средним значением прямоугольной волны. напряжение на входе фильтра. Анализ индуктора и конденсатор работает точно так же, как понижающий стабилизатор, а Метод расчета их величин точно такой же, как и следующий.

      Постоянное или среднее напряжение на выходе Vm на фиг.2 (при условии D1, D2 — диоды Шоттки с прямым падением напряжения 0,5 В) будет …

      ————— p86a

      Формы сигналов на выходных выпрямителях Vm показаны на фиг. 2.

      Если контур отрицательной обратной связи замкнут около Vm, как показано на рисунке 2.1, Ton и Vm будут регулироваться в соответствии с входным напряжением постоянного тока и нагрузкой

      .

      Vm = [(Vdc — 1) (Nm / Np) — 0,5] (2Ton / T)

      При изменении Vdc контур отрицательной обратной связи корректирует Ton в направлении чтобы Vm оставалась постоянной.

      текущих изменения. Хотя ток нагрузки не появляется в формуле. 1, а текущее изменение вызовет изменение Vm, это изменение будет ощущаться усилитель ошибки, и Тон будет изменен, чтобы исправить это. Предоставление ток в L1 (см. фиг.1) не прерывается, изменяется in Ton будет маленьким, а абсолютное значение Ton будет выражено как Уравнение. 1 для любого отношения витков Nm / Np, входного напряжения Vdc и периода T.

      Для ведомых вторичных обмоток напряжения на катодах выпрямительного диоды фиксируются количеством вторичных витков, и длительностью Ton прямоугольных волн такое же, как определено главным контуром обратной связи.Таким образом, выходное напряжение ведомого с нормальными диодами будет

      .

      2,2 Регламент линейной нагрузки подчиненного устройства

      Это видно из Ур. 1, 2 и 3, что подчиненные устройства регулируются от изменений на входе Vdc петлей отрицательной обратной связи, которая поддерживает Vm константа, в соответствии с ( 1. То же уравнение, Vm = (Vdc — 1) Ton также появляется в уравнениях. 2 и 3, и, таким образом, Vs1, Vs2 также остаются постоянными. при изменении напряжения постоянного тока.

      Обратите внимание, что при изменении тока нагрузки в ведущем устройстве (Vm) напряжение падает его выпрямительные диоды и сопротивление обмотки изменятся незначительно.

      Таким образом, контур отрицательной обратной связи будет корректировать эффекты изменения нагрузки Vm. и измените Ton, чтобы Vm оставалась постоянной.

      Для выходов ведомых устройств Ton будет изменяться без соответствующих изменений. в Vdc, и из уравнений. 2 и 3 видно, что изменения Vs1, Вс2 будет результат. Такие изменения выходных напряжений ведомого из-за изменений в главном выходном токе упоминаются как перекрестное регулирование.

      Выходные напряжения ведомого устройства также изменятся в результате изменения их собственные выходные токи.Аналогичным образом изменения тока ведомого устройства вызовут изменение падения напряжения на их выпрямительных диодах и сопротивлениях обмоток, немного понизив пиковое напряжение. Эти изменения не исправлены основным контуром обратной связи, который воспринимает только Vm.

      Однако, обеспечивая токи в выходных катушках индуктивности L2, L3, и особенно в главной катушке индуктивности L1 не работают прерывистые, подчиненные выходное напряжение может варьироваться в пределах от ± 5 до ± 8%.

      СОВЕТ Гораздо лучшее перекрестное регулирование может быть получено при использовании спаренного выхода. индукторы (где все выходы имеют общий сердечник индуктора).

      2,3 Допуск выходного напряжения ведомого устройства

      Хотя изменения выходных напряжений ведомого устройства относительно небольшие, Абсолютные значения выходного напряжения не регулируются точно. Как видно в уравнениях. 2 и 3, они фиксируются с помощью Ton и соответствующих им вторичных повороты Ns1, Ns2.Но Ton почти постоянен, что определяется контуром обратной связи. для поддержания постоянного напряжения главного устройства. Далее, поскольку витки могут быть изменяется только целыми числами, абсолютное значение выхода ведомого напряжение не настраивается точно. Изменение вторичного напряжения на однооборотное изменение Ns определяется как Vm. Тонн / Np.

      В большинстве случаев абсолютные значения выходного напряжения ведомого устройства не слишком велики. важный. Подчиненные устройства обычно управляют операционными усилителями или двигателями, и чаще всего они могут выдерживать постоянное напряжение в пределах 2 В от желаемого. ценность.Если важна абсолютная величина, выходное напряжение равно обычно проектируется так, чтобы быть выше, чем требуется, и снижать до желаемого точное значение с помощью линейного или понижающего регулятора. Поскольку ведомый выход полурегулируемый, линейный регулятор достаточно эффективен.

      2,4 Ограничения минимального тока индуктивности главного выхода

      Обсужден выбор выходного дросселя для понижающего стабилизатора. в разделе 3.6. Было отмечено, что при среднем токе, в котором шаг на фронте формы волны тока индуктора упал до нулевой (см. рисунки 6a и 6b), индуктор считается работающим всухую или идти прерывисто.Ниже этого среднего тока контур обратной связи поддерживает постоянное выходное напряжение понижающего стабилизатора за счет уменьшения периода включения; это приводит к снижению выходных напряжений ведомого.

      Однако на рис. 6а видно, что при токах выше прерывистый, время «включения» почти постоянно на больших выходной ток изменяется. Ниже высыхания время включения меняется. кардинально.

      В понижающем регуляторе это не представляет большой проблемы, потому что только задействован один выход, и контур обратной связи поддерживает это выходное напряжение постоянный.Но в двухтактном преобразователе с широтно-модулированной и некоторых ведомых, выходное напряжение ведомого прямо пропорционально к мастеру «на» время, как показано уравнениями. 2 и 3.

      Следовательно, когда задействованы ведомые устройства, важно, чтобы средний ведущий выходной ток катушки индуктивности не должен прерываться, превышая его указанный минимум. Если указан минимальный выходной ток главного устройства на одну десятую от номинального значения, например, минимальная выходная индуктивность значение должно быть выбрано из уравнения.8. Напряжение на выходе ведомого устройства будет изменяться. в пределах примерно 5% выше прерывистого тока главного дросселя. Ниже этот критический ток, контур обратной связи будет поддерживать главный выход постоянное напряжение при значительном уменьшении Ton, за которым следует ведомый выходное напряжение.

      Кроме того, выходы ведомых устройств не должны работать прерывисто. токи выше их собственных указанных минимальных токов. Выходные индукторы ведомого устройства должны также выбирается из уравнения.8. Очевидно, что большие минимальные токи подразумевают индукторы меньшего размера.

      TIP Эта проблема также устраняется за счет использования связанных выходных катушек индуктивности.

      1. Двухтактный преобразователь является одной из старейших топологий и до сих пор находится в стадии разработки. популярный. Он может обеспечивать несколько выходов, возврат которых изолирован по постоянному току. от входной земли и друг от друга. Выходное напряжение может быть выше или ниже входного напряжения. Мастер регулируется по линии и вариации нагрузки.Рабы одинаково хорошо регулируются по линии изменяется и может быть в пределах 5% для изменений нагрузки до тех пор, пока выход индукторы не должны выходить из строя.

      2,5 Дисбаланс потока в двухтактной топологии (ступенчатое насыщение) Эффекты)

      Проектировщик должен знать о довольно незаметном режиме отказа в push преобразователи тяги, известные как насыщение лестницы, вызванные возможным дисбаланс потока в сердечнике трансформатора.

      Этот эффект лучше всего можно понять, исследуя типичный гистерезис. петля из материала ферритового сердечника, используемого в силовом трансформаторе, как показано на фиг. 3.

      При нормальной работе отклонения потока в сердечнике находятся между уровнями, такими как В1 и В2 гаусс на фиг. 3. Важно оставаться на линейном уровне. часть петли гистерезиса ниже примерно ± 2000 Гс. На частотах до 25 кГц или около того, потери в сердечнике низкие, и эти максимальные отклонения допустимы.Однако, как обсуждалось в разделе 2.2.9.4, потери в сердечнике быстро растут с увеличением частота и более 100 кГц консервативная конструкция ограничивает пиковую плотность потока до 1200 или даже 800 г.

      На фиг. 1, когда Q1 включен, точка без точки конец Np1 положителен относительно конца точки, а ядро ​​движется вверх по петле гистерезиса, скажем, от B1 к B2. Фактическая сумма, которую он перемещает up пропорционален произведению напряжения на Np1 и времени включения Q1. (из закона Фарадея; см.18). Когда Q1 выключается и Q2 включается, точечный конец Np2 положителен относительно к концу без точки, и ядро ​​движется обратно вниз от B2 к B1. В Фактическая величина его движения вниз пропорциональна напряжению на Np2. и время «включения» второго квартала.

      РИС. 3 Петля гистерезиса из типичного материала ферритового сердечника (Ferroxcube 3C8). Экскурсии потока обычно ограничиваются от ± 2000 Гс до примерно 30 кГц по требованию оставаться на линейной части контура.На более высоком частотах от 100 до 300 кГц, отклонения пикового потока должны быть уменьшены до около ± 1200 или ± 800 Гс из-за потерь в сердечнике. Материал 3C8 — феррит. от Ferroxcube Corporation. Другие материалы от этого или других производителей очень похожи, различаются в основном потерями в сердечнике и температурой Кюри.

      Кроме того, если произведение вольт-секунд на Np1 при включенном Q1 равно равно произведению вольт-секунды на Np2, пока Q2 включен, после одного полного периода ядро ​​переместится с B1 на B2 и вернулся ровно в B1.Но если эти вольт-секундные продукты отличаются только на несколько процентов, и ядро ​​не вернулось в исходную точку каждый цикл, после нескольких периодов ядро ​​будет «ходить» или «подниматься по лестнице» или вниз по петле гистерезиса до насыщения. В насыщенности, конечно, ядро не может выдерживать напряжение, и в следующий раз, когда транзистор «включится», он будут разрушены высоким током и высоким напряжением.

      Ряд факторов может вызвать появление «включенного» вольт-секундного продукта. отличаться от «выключенного» или сбросить вольт-секундный продукт.Напряжения коллектора Q1 и Q2 и время включения не могут быть точно равны, даже если их базовое время «включения» одинаково. Если Q1, Q2 — биполярные транзисторы, у них есть время «хранения». которые эффективно удерживают коллектор во включенном состоянии после того, как базовый привод отключен. удаленный. Время хранения может составлять от 0,3 до 6 мкс и иметь большой объем производства. распространяется. Они также зависят от температуры, значительно увеличиваясь. при повышении температуры. Даже если Q1 и Q2 имеют одинаковое время хранения, они могут стать неравными, если расположены на радиаторе и работают при разных температурах.

      Следовательно, если у одного транзистора произведение вольт-второй лишь немного больше чем другой, это приведет к тому, что ядро ​​будет постепенно смещаться от центра к насыщению с каждым циклом. Это приведет к срабатыванию одного транзистора. потребляют немного больше тока, чем другой, когда сердечник перемещается на криволинейная часть петли гистерезиса (см. фиг. 3). В результате ток намагничивания сердечника в этот полупериод начинает становиться значительным часть тока нагрузки.Транзистор, потребляющий больше тока, будет теперь работает немного теплее, увеличивая время его хранения. С более длительным хранением время в этом транзисторе, произведение вольт-секунда, которое он применяет к сердечнику в его «включенном» полупериоде увеличивается, ток в этой половине период увеличивается, и время хранения в этом транзисторе все еще увеличивается дальше.

      Таким образом, возникает состояние разгона, которое быстро приводит сердечник в состояние насыщения. и разрушает транзистор.

      «Включенные» вольт-секундные произведения Q1 и Q2 также могут отличаться из-за их изначально неравных «включенных» или Vce (sat) напряжений, которые имеют значительный производственный разброс. Как описано ранее, с биполярные транзисторы, любая начальная разница во включенном напряжении увеличивается, потому что «включено» напряжение биполярных мышц уменьшается при повышении температуры.

      Если Q1, Q2 — МОП-транзисторы (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник), проблема дисбаланса потока гораздо менее серьезна.Начнем с того, что МОП-транзисторы не имеют времени хранения и с равным входным временем включения (гейта), время выхода (слива) равны и, что немаловажно, «включено» вольт Возраст полевого МОП-транзистора увеличивается с увеличением температуры. Таким образом описанное ранее состояние разгона отменяется, обеспечивая некоторую компенсацию. Если бы было какое-либо начальное неравенство вольт-секунд, ток одного полевого транзистора был бы быть больше, так как сердечник начал двигаться вверх по криволинейной части гистерезиса петля.Полевой транзистор с большим током будет нагреваться, и его «включено» напряжение повысит и отнимет напряжение у его половины первичной обмотки. Это уменьшит произведение вольт-секунд за этот полупериод и вывести транзистор ток обратно вниз, обеспечивая некоторую компенсацию.

      2,6 Показания дисбаланса потока

      Предыдущее описание может означать, что любой небольшой дисбаланс вольт второй продукт между полупериодами вызывает определенный сбой, но это не обязательно так.Двухтактный преобразователь может продолжать надежно работать с небольшим дисбалансом потока без немедленного насыщения его ядро ​​и разрушение его транзисторов. Многие маломощные, низкое напряжение Конструкции двухтактных преобразователей работают достаточно надежно, несмотря на очевидные проблемы.

      Обратите внимание, что при небольшом вольт-секундном дисбалансе, если бы не было внутренний механизм коррекции, насыщение сердечника и отказ транзистора всегда будет происходить после нескольких циклов переключения.Таким образом, если бы были начальный вольт-секундный дисбаланс, скажем, 0,01% (что практически невозможно), потребуется всего 10 000 циклов, пока ядро переместится от низкой начальной точки B1 (см. фиг. 3) к насыщающему точка B2, и транзисторы, вероятно, будут разрушены до этого.

      Один корректирующий механизм, который может позволить преобразователю выжить, сопротивление первичной обмотки. Если есть начальная вольт-секунда дисбаланс, транзистор, потребляющий больше тока, производит большее напряжение падение на его половине сопротивления первичной обмотки.Это падение напряжения грабит вольт-секунд от обмотки и стремится восстановить баланс вольт-секунд.

      Таким образом, преобразователь может оставаться в несбалансированном состоянии без немедленного уходя в бегство и полностью насыщая ядро. Указание где сердечник работает на петле гистерезиса, можно получить поместите токовый пробник в центральный отвод трансформатора, как показано на рисунке. 4г.

      Форма волны, указывающая баланс вольт-секунд, показана на фиг.4а, где пики переменного тока равны. Импульсы тока первичной нагрузки имеют характерную форму пандуса на ступеньке, как и у самца регулятор показан здесь. У них такая форма, потому что все вторичные иметь выходные LC-фильтры, которые генерируют такие формы волны, как описано в Раздел 3.2.

      Первичный ток нагрузки — это сумма всех отраженных вторичных токов. в первичную обмотку на их соответствующие передаточные числа. Однако общая первичный ток — это сумма этих вторичных токов плюс первичный ток. ток намагничивания.Ток намагничивания — это ток, потребляемый индуктивность намагничивания, которая является индуктивностью, видимой при взгляде на первичный с разомкнутыми вторичными обмотками.

      Эта индуктивность всегда присутствует и эффективно параллельна с первичная обмотка. Этот ток добавляется ко вторичным токам. отражается в первичной обмотке, как на фиг. 4e.

      Форма волны полного первичного тока в таком случае является суммой линейного нарастания отраженные токи нагрузки и ток намагничивания.

      Но при условии, что сердечник работает в линейной области контура B / H, ток намагничивания будет линейным, начиная с нулевого тока каждый цикл.

      Когда транзистор «включается», он прикладывает скачок напряжения. приблизительно Vdc — 1 на индуктивности намагничивания L pm. Намагничивание ток затем линейно нарастает со скоростью

      dI / dt = (Vdc — 1) / L pm (уравнение 4)

      и для транзистора «включено» время Ton достигает пика. из


      РИС.4 Осциллограммы тока в центральном ответвлении трансформатора. (а) Форма волны показывает равное произведение вольт-секунда на двух половинах первичной обмотки трансформатора. (b) Неравное произведение вольт-секунд на двух половинах первичной обмотки трансформатора.

      Сердечник еще не находится на криволинейной части петли гистерезиса. (c) Неравная вольт-секунда продукт. Вогнутость вверх указывает на опасную ситуацию. Ядро далеко вверх на изогнутой части петли гистерезиса. (d) Добавление диода последовательно с одна сторона первичной обмотки, чтобы проверить, насколько серьезно существует неравенство вольт-секунда.(e) Полный первичный ток — это сумма отраженных нарастающих ступеней. вторичные токи нагрузки плюс линейное нарастание тока намагничивания.

      Ток намагничивания Ipm остается небольшим по сравнению с суммой токи нагрузки отражаются в первичной обмотке, гарантируя, что L pm в уравнении. 5 большой. По конструкции пиковый ток намагничивания не должен быть больше чем 10% первичного тока нагрузки.

      При добавлении к току нагрузки линейного нарастания, линейное намагничивание ток небольшой, и он просто немного увеличивает крутизну последнего.Кроме того, если вольт-секунды равны в чередующихся полупериодах, пик токи также будут одинаковыми в каждом полупериоде, как на фиг. 4а, потому что операция сосредоточена вокруг начала петли гистерезиса на рисунке 3.

      Однако, если произведения вольт-секунд на чередующихся полупериодах не равны, основная операция не сосредоточена на источнике петли гистерезиса. Поскольку горизонтальная шкала (H oersteds) пропорциональна намагничиванию ток, это проявляется как смещение постоянного тока, как на фиг.4b, делая неравные по амплитуде импульсы переменного тока.

      До тех пор, пока смещение постоянного тока не поднимает сердечник по петле гистерезиса заметно, что наклон пандуса все еще остается линейным (рис. 4b) и операция по-прежнему достаточно безопасна. Сопротивление первичной проводки может оставаться ядро от дальнейшего движения к насыщению.

      Но если есть большое неравенство в вольт-секундах на другой половине циклов сердечник смещается ближе к насыщению и входит в изогнутую часть петли гистерезиса.Теперь индуктивность намагничивания, которая равна пропорционально крутизне петли гистерезиса, уменьшается и намагничивание ток значительно увеличивается. Это проявляется как вогнутость вверх в текущем наклоне на фиг. 4c.

      Это опасная ситуация с неизбежностью отказа. Теперь даже небольшой повышение температуры может привести к описанному ранее сценарию выхода из-под контроля. Ядро будет сильно доведено до насыщения и разрушит силовой транзистор.Конструкция двухтактного преобразователя, безусловно, не должна считаться безопасной. если импульсы тока в главном центральном отводе показывают вогнутость вверх в их пандусах. Даже линейные наклоны, как на фиг. 4b с чем-нибудь большим неравенство пиковых токов более 20% небезопасно и недопустимо.

      Примечание: более разрушительный эффект может возникнуть при внезапном переходном процессе. изменение нагрузки, потому что лишний ток может сразу забрать ядро в насыщение..

      2,7 Испытания на дисбаланс потока

      Простой тест, чтобы определить, насколько близко к опасной ситуации дисбаланса потока. может работать двухтактный преобразователь, показанный на фиг. 4г. Здесь кремниевый диод с прямым падением напряжения около 1 В включен последовательно с одна половина первичной обмотки трансформатора. Теперь в состоянии «включено», Напряжение на этой половине с последовательно включенным диодом на 1 В меньше, чем другая половина, и есть искусственно созданный вольт-секундный дисбаланс.Тогда форма сигнала центрального отвода будет выглядеть как на рис. 4b или 4c. Наклон тока, соответствующий стороне, на которой нет диода. будет иметь большее произведение вольт-секунда и больший пиковый ток. При переключении диода на другую сторону больший пиковый ток будет можно увидеть переключение на противоположную половину первичной обмотки трансформатора.

      Теперь близость схемы к восходящей вогнутой ситуации ИНЖИР. 4c можно определить.Если один последовательный диод может давать ток рампа идет вогнутой, цепь слишком близка к неминуемой поломке. Размещение два последовательных диода на одной стороне дадут представление о том, какой запас Там есть.

      Следует отметить, что первичный ток намагничивания не дает мощности. к вторичным. Он не появится во второстепенных. Это просто качает магнитопровод через петлю гистерезиса.

      На ФИГ. 3, намагничивающая сила H в эрстедах (Э) связана с ток по фундаментальному магнитному соотношению

      где Np — количество витков первичной обмотки Im — ток намагничивания. в амперах lm — длина магнитного пути в см.

      2,8 Преодоление дисбаланса потока

      Дисбаланс потока может стать серьезной проблемой при высоких напряжениях и высоких полномочия. Есть несколько способов обойти проблему, но большинство связаны с повышенной стоимостью или количеством компонентов. Некоторые схемы борьбы с флюсом дисбаланс описан в следующих подразделах.

      2.8.1 Зазор в ядре

      Дисбаланс потока становится серьезным, когда сердечник выходит на изогнутый часть петли гистерезиса (см. фиг.3) и ток намагничивания начинает экспоненциально возрастать, как на фиг. 4c. Этот эффект может быть уменьшается за счет перемещения изогнутой части петли гистерезиса на более высокую ток, наклоняя петлю гистерезиса. Тогда ядро ​​может выдержать большее смещение постоянного тока или неравенство произведения вольт-секунда.

      Воздушный зазор, введенный на магнитный путь сердечника, имеет эффект показанный на фиг. 5. Он изменяет наклон петли гистерезиса.

      Воздушный зазор от 2 до 4 мил (тысячных долей дюйма) обеспечивает изогнутую часть петли намного дальше от начала координат, так что сердцевина может допускать достаточно большое смещение по H (дисбаланс тока).Это может помощь на более высоких уровнях мощности. Его недостатком является уменьшение индуктивность, так что критический ток должен быть больше, чтобы предотвратить прерывистый режим операция.


      РИС. 5 Как зазор в сердечнике уменьшает крутизну гистерезиса петля.

      Воздушный зазор для прототипа EE или сердечника чашки легко обрабатывается пластиком. прокладки в центре и на внешних ножках. Поскольку поток проходит через центральная нога и возвращается через внешние ноги, общий зазор в два раза толщина регулировочной шайбы.В серийном трансформаторе не очень много дороже шлифовать центральную стойку до удвоенной толщины регулировочной шайбы. Это даст примерно тот же эффект, что и прокладки в центре. и внешние ножки, но предпочтительнее, так как зазор не изменится при изменении в толщине пластика и приводит к меньшему магнитному излучению и, следовательно, уменьшенные радиопомехи.

      2.8.2 Добавление первичного сопротивления

      Это было указано в разделе 2.6 сопротивление первичной проводки сердечник от быстрого перехода в насыщение, если есть вольт второе неравенство. При наличии такого неравенства полуприма с продукт с большим вольт-секундным напряжением потребляет больший пиковый ток. Это больше ток вызывает большее падение напряжения на сопротивлении проводки и отнимает вольт-секунды у этой половины первичной обмотки, восстанавливая текущий баланс.

      Этот эффект можно усилить, добавив дополнительное сопротивление последовательно. с обеими первичными половинками.Добавленные резисторы могут быть расположены либо в коллекторы или эмиттеры силовых транзисторов. Цена самая лучшая определяется эмпирически путем наблюдения за импульсами тока в трансформаторе центральный кран. Требуемые резисторы обычно менее 0,25 Ом.

      Конечно, они увеличивают потери мощности и снижают эффективность.

      2.8.3 согласующие силовые транзисторы

      Поскольку вольт-секундное неравенство возникает в основном из-за неравенства в хранении время или напряжение в силовых транзисторах, если эти параметры совпадают, добавляет уверенности, что вместе с двумя предыдущими «исправлениями» не будет проблем с дисбалансом потока.

      Это не лучшее решение и будет дорогостоящим исправлением, так как это довольно Дорогое сопоставить транзисторы по двум параметрам. Чтобы сделать такое сопоставление требуется специализированная тестовая установка, которая будет недоступна, если поле замены становятся необходимыми.

      Также необходимо удостовериться, что если сопоставление выполняется в определенное токи нагрузки и температура, согласование все еще сохраняется, когда они меняются. Кроме того, согласование сроков хранения трудно убедить, поскольку оно зависит от сильно зависит от прямого и обратного базовых входных токов в биполярных транзисторах.Как правило, любое сопоставление выполняется путем сопоставления Vce и ​​Vbe («включенный» коллектор-эмиттер и напряжения база-эмиттер) при максимальном рабочем токе. Следовательно сопоставление не является жизнеспособным решением для крупных коммерческих поставок.

      2.8.4 Использование силовых МОП-транзисторов

      Поскольку большая часть неравенства вольт-секунд возникает из-за неравенства времени хранения между двумя биполярными силовыми транзисторами проблема в значительной степени исчезает если используются полевые МОП-транзисторы, потому что у них нет времени хранения.

      Есть дополнительное преимущество, так как «включено» напряжение полевого МОП-транзистора. транзистор увеличивается с температурой. Таким образом, если половина начальных классов имеет тенденцию чтобы принять большой ток, его транзистор работает немного теплее, а его «включено» напряжение увеличивает и отбирает напряжение с обмотки. Это уменьшает вольт-секундную продукт на той стороне и стремится восстановить баланс. Это, конечно, качественно в правильном направлении, что полезно, но не может быть зависел от надежного решения проблемы магнитного дисбаланса при любой мощности уровней и с комбинацией наихудшего случая.

      Однако с мощными полевыми МОП-транзисторами на уровнях мощности менее 100 Вт и малой потребляемой мощности. напряжения (как в большинстве приложений преобразователей постоянного / постоянного тока), двухтактные преобразователи могут быть построены и строятся с высокой степенью уверенности.

      2.8.5 Использование топологии текущего режима

      Безусловно, лучшее решение для Проблема дисбаланса потока заключается в использовании управления текущим режимом. Это полностью и надежно решает проблему дисбаланса потока; также он имеет значительные собственные дополнительные преимущества.

      В обычных двухтактных технологиях всегда есть остаточная проблема, которая, несмотря на все исправления, проблема дисбаланса потока возникнет в худшем случае ситуация и транзистор будет разрушен. Топология текущего режима решает эту проблему, отслеживая ток в каждом из двухтактных транзисторов. на пошаговой основе. Затем схема управления вынуждает чередовать импульсы тока равной амплитуды с сохранением рабочей точки очень близко к центру петли B / H.

      Детали топологии текущего режима будут обсуждаться в Разделе 5.

      2,9 Взаимосвязи при проектировании силового трансформатора

      Примечание: конструкция компонентов раны является специализированным предметом и более подробно рассмотрено в Разделе 7. Правильная конструкция трансформаторов, индукторы и дроссели необходимы для оптимальной работы оборудования. Инженер, который не торопится, чтобы стать полностью компетентным в этой области. дадут гораздо лучшие результаты, поэтому читателю настоятельно рекомендуется изучить Раздел 7, прежде чем приступить к каким-либо реальным проектам.

      В следующем разделе мы покажем итерационный метод выбора размер сердечника и параметры намотки. Он служит хорошим примером при использовании этого метода требуется довольно длительный процесс.

      Читателю будет полезно изучить этот процесс, который показывает взаимодействие между различными параметрами. Однако на практике оптимальные конструкции обычно начинают с определения максимально допустимого повышения температуры (обычно 30 град.C), а также один из методов или компьютерных программ с использованием номограмм. будет использоваться для предоставления гораздо более быстрого решения с определенным результатом, избегая утомительной итеративной процедуры.

      2.9.1 Выбор сердечника

      Проектирование трансформатора начинается с первоначального выбора сердечника. чтобы удовлетворить желаемую общую выходную мощность. Доступная выходная мощность от того или иного ядра зависит от рабочей частоты, от рабочего колебание плотности потока (B1 и B2 на фиг.3), площадь ядра Ae, площадь окна обмотки шпульки Ab и плотность тока в каждой обмотке.

      Решения по каждому из этих параметров взаимосвязаны, и выбор сделаны для минимизации размеров трансформатора и повышения его температуры.

      В разделе 7, посвященном магнетизму, выведено уравнение, показывающее рекомендуемая выходная мощность для данного ядра как функция параметров упомянутый ранее.

      Уравнение можно использовать в серии итерационных вычислений, сначала выполняя предварительный выбор конкретного сердечника, пиковой плотности потока и рабочего частота и расчет доступной выходной мощности.Тогда при наличии мощность недостаточна, выбирается сердечник большего размера и расчеты повторять до тех пор, пока не будет найдено ядро ​​с требуемой выходной мощностью.

      Это долгая и обременительная процедура; вместо этого уравнение превращается в набор диаграмм, позволяющих изменять ядро ​​и рабочую частоту. выбран с первого взгляда для любой желаемой выходной мощности. Такие уравнения и диаграммы для большинства часто используемых топологий можно найти в разделе 7.

      Предположим, что эти диаграммы будут использоваться для выбора определенного ядра. так что площадь Ae известна. В остальном конструкция трансформатора предполагает: расчет количества витков на первичной и вторичной обмотках, подбор размеров проводов, расчет потерь в сердечнике и меди, и, наконец, расчет превышения температуры трансформатора.

      Оптимальное расположение различных слоев проволоки на сердечнике катушки важен для улучшения связи между обмотками и уменьшения потери меди из-за эффектов «кожи» и «близости».

      Обсуждаются расположение обмоток, скин и эффекты близости. в Разделе 7.

      В этом примере проектирование будет продолжено с использованием ядра, выбранного из диаграммы выбора, описанные ранее, обеспечивающие известное значение площадь ядра Ae.

      2.9.2 Выбор времени включения транзистора максимальной мощности

      Уравнение 1 показало, что преобразователь сохраняет выходное напряжение Vm постоянной, увеличивая Ton при уменьшении Vdc.Таким образом, максимальное время включения Ton возникает при минимальном заданном входном напряжении постоянного тока Vdc.

      Но в преобразователях этого типа максимальное время включения не должно превышает половину периода переключения T. Если бы это было сделано, сброс вольт-секундного продукт будет меньше установленного вольт-секундного продукта, и после нескольких циклов ядро ​​переходит в состояние насыщения и разрушить силовой транзистор.

      Кроме того, из-за неизбежного времени хранения в биполярных транзисторах, базовое время включения привода не может быть равным половине период, так как время хранения вызовет перекрытие с противоположным транзистор.

      Это приведет к немедленному отказу, потому что два силовых транзистора эффективно закоротит обмотку. Каждый транзистор потребует большой токи при полном напряжении питания и будут быстро разрушены.

      Таким образом, чтобы гарантировать, что ядро ​​всегда будет перезагружено в течение одного периода и исключить любую возможность одновременного проведения, когда Входное напряжение постоянного тока находится на минимальном уровне Vdc, и контур обратной связи пытается для увеличения Ton для поддержания постоянного Vm, максимального времени включения будет ограничен каким-то зажимом, чтобы никогда не превышать 80% полупериода.Тогда в уравнении. 1, для указанных Vdc, T и для Ton = 0,8T / 2, соотношение Nm / Np будет фиксированным, чтобы обеспечить желаемый выход. Vm.

      СОВЕТ: Современные ИС привода и управления обеспечивают регулируемые (так называемые) «мертвые» время », чтобы предотвратить перекрытие силовых устройств. В некоторых конструкциях динамический предусмотрены такие методы, чтобы состояние проводимости силовых устройств контролируется, и сигнал привода задерживается до предыдущего активного устройство питания было полностью «выключено» до того, как будет разрешено следующее включать.»Это позволяет обеспечить полный диапазон рабочего цикла. используются, полностью исключая любую возможность перекрытия.

      2.9.3 Выбор первичных витков

      Число витков первичной обмотки определяется законом Фарадея (см. 17). Отсюда Np фиксируется минимальным напряжением на первичной обмотке (Vdc — 1) и максимальное время включения, которое, как и раньше, должно быть не более 0,8T / 2. Тогда …

      Поскольку Ae в уравнении. 7 фиксируется выбранной жилой, Vdc и T задаются а количество витков первичной обмотки фиксируется, как только дБ (желаемый поток изменение в 0.2

      Для всех магнитных расчетов я предпочитаю работать в предыдущей модифицированной Единицы СИ, поскольку они дают немедленные решения, избегая громоздких показателей, таким образом уменьшая количество ошибок.

      2.9.4 Выбор максимального изменения потока (колебание плотности потока)

      Из ур. 7 видно, что количество витков первичной обмотки обратно пропорционально пропорционально дБ, колебание потока. Казалось бы, желательно максимально дБ, чтобы минимизировать Np, поскольку меньшее количество витков означает, что провод большего диаметра размер может быть использован, что приведет к более высоким допустимым токам и более вывод из заданного ядра.Кроме того, чем меньше оборотов, тем дешевле будет трансформаторные и понижающие паразитные паразитные емкости.

      Из петли гистерезиса фиг. 3, однако, видно, что в ферритовые сердечники, петля входит в изогнутую часть выше ± 2000 Гс. желательно оставаться ниже этой точки, где ток намагничивания начинает быстро расти. Так что изначально хорошим выбором может показаться быть ± 2000 Гс (0,2 тесла). Но мы также должны учитывать потери в сердечнике.

      Потери в ферритовом сердечнике увеличиваются примерно на 2.7-я степень пикового потока плотности и примерно в 1,6-й степени рабочей частоты.

      Следовательно, до 50 кГц потери в сердечнике не препятствуют работе ± 2000 Гс, и может показаться желательным работать на этом уровне магнитного потока.

      Однако, чтобы предотвратить насыщение активной зоны в переходных условиях, лучше обеспечить более широкую маржу. Вскоре мы увидим, что предпочтительнее для ограничения работы до ± 1600 G даже на частотах, где потери в сердечнике не являются запретительными.Закон Фарадея, решенный для изменения магнитного потока в дБ:

      Уравнение 2.8 говорит, что если Np выбрано для данного дБ, скажем, от -2000 до +2000 G, или 4000 G на дБ, то до тех пор, пока произведение (Vdc — 1) (Ton) постоянно, дБ будет постоянным на уровне 4000 G. Далее, если обратная связь контур работает и поддерживает постоянное выходное напряжение Vm, уравнение. 1 говорит что (Vdc — 1) (Ton) постоянно, а дБ действительно останется постоянным. Так обеспечение обратной связи всегда гарантирует, что всякий раз, когда Vdc является минимальным, что Ton на максимум, тогда Ton и Vdc никогда не могут быть одновременно максимум.

      Однако в некоторых переходных процессах или условиях сбоя, если Ton было на максимуме в течение одного или, возможно, даже нескольких циклов, и Vdc имел переходный шаг на 50% выше его нормального значения, контур обратной связи может не уменьшить время «включения» достаточно быстро (как обычно требуется по формуле. 1), и может существовать короткий период, когда Vdc и Ton будут максимальными. в то же время. В этом случае уравнение 8 показывает, что дБ будет 1,5 (4000) или 6000 Г.

      Затем, если ядро ​​было запущено с точки -2000-G, в конце этого времени включения ядро было бы нагружено на 6000 G выше этого, или до +4000 G. петля гистерезиса (см. фиг. 3) показывает, что при температурах несколько выше 25 градусов C, он будет очень насыщенным и не сможет поддерживать приложенное напряжение. Транзистор будет подвержен сильному току и высокое напряжение и быстро выйдет из строя.

      В разделе анализа обратной связи в Разделе 12 будет видно, что усилитель ошибки имеет задержку во времени отклика, потому что его полоса пропускания ограничен для стабилизации контура обратной связи.Следовательно, всегда возможно как входное напряжение, так и время включения должны быть максимальными для переходный период из-за неизбежной задержки ответа усилитель ошибки, хотя усилитель ошибки в конечном итоге исправит время «включения», чтобы продукт (Vdc — 1) (Ton) оставался постоянным. в соответствии с формулой. 1. Если сердечник подвергается максимальному входному напряжению и максимальное время включения в результате задержки усилителя ошибки, даже в течение одного цикла, он может пропитать сердечник и разрушить транзистор.

      Однако, если Np в уравнении. 8 выбрано для обеспечения 3200 G дБ при Vdc и Ton, конструкция более безопасна и может выдерживать скачок входного напряжения 50%. При дБ = 3200 G, если усилитель ошибки слишком медленный, чтобы скорректировать время включения, трансформатор дБ будет 1,5 (3200) или 4800 Гс; а если ядро ​​запустилось от нормального минимального потока -1600 G, он будет доведен до -1600 + 4800 или +3200 G. Петля гистерезиса на фиг. 3 показывает, что ядро выдерживает это даже при 100 град.С.

      Таким образом, количество витков первичной обмотки выбирается из уравнения. 7 для дБ = 3200 G даже на более низких частотах, где большой поток не может вызвать чрезмерного потери в сердечнике. Выше 50 кГц потери в сердечнике быстро увеличиваются и вынуждают выбор более низкой плотности потока. На частотах от 100 до 200 кГц пиковая плотность потока может быть ограничено до 1200 или даже 800 G для достижения приемлемо низкого сердечника рост температуры.

      2.9.5 Выбор вторичных витков

      Обороты для основного и ведомого выходов рассчитываются по формулам.1, 2 и 3 в соответствии с указанными, или рассчитанные, требования к напряжению. Мы видим, что входное напряжение Vdc и T. Максимальное время включения Ton было произвольно установлено на 0,8T / 2, а Np было рассчитано по формуле Фарадея. закон (см. уравнение 7) для известного Ae для выбранного ядра. Размах потока дБ был установлен на 3200G для частот ниже 50 кГц и для минимизации ядра убытки. Более низкие значения будут использоваться на более высоких частотах, как обсуждалось. ранее.

      2,10 Пиковые и среднеквадратичные токи первичной, вторичной обмоток

      В этом примере провод размеры будут выбраны на основе консервативного операционного тока плотность. Плотность тока дана как среднеквадратичное значение тока в амперах на 1 шт. круговых мил * площади поперечного сечения провода.

      Следовательно, прежде чем приступить к выбору сечения проводов для любой обмотки, мы требуется знание действующих значений токов в каждой обмотке.

      2.10.1 Расчет пикового тока первичной обмотки

      Ток, потребляемый от входного источника постоянного тока Vdc, можно контролировать в трансформаторе центральный ответвитель и имеет форму волны, показанную на рисунках 1b и 1d. Импульсы имеют характерную форму волны скачкообразного движения, поскольку вторичные все они имеют выходные LC-фильтры, как описано в разделе 3.2. Основной ток — это просто сумма всех вторичных токов нарастания напряжения. отражается в первичной обмотке за счет их отношения витков, а также намагничивания Текущий.

      Как обсуждалось в Разделе 2.9.2, при минимальном входном напряжении постоянного тока транзистор время включения составит 80% от полупериода. Далее, поскольку на каждый полупериод, рабочий цикл импульсов на фиг. 1 составляет 0,8 при Vdc. Для упрощения расчета предполагается, что импульсы на рисунке имеют эквивалентная форма волны с плоской вершиной, амплитуда которой Ipft является значением тока в центре рампы.

      Тогда входная мощность при Vdc равна напряжению, умноженному на средний ток, что равно 0.8Ipft, и предполагая эффективность 80% (что обычно достижимо до 200 кГц), Po = 0.8Pin или …

      Это полезное соотношение, так как оно дает эквивалентный первичный элемент с плоской вершиной. амплитуда импульса тока с точки зрения того, что известно — выходная мощность и указанное минимальное входное напряжение постоянного тока. Это позволяет выбрать первичный сечение провода на основе рассчитанного действующего значения первичного тока в первичной обмотке. Это также позволяет транзистору с адекватным текущим рейтингом, который необходимо выбрать.

      2.10.2 Расчет действующего значения первичного тока и выбор сечения провода

      Каждый половина первичной обмотки передает только один из импульсов Ipft за период, и, следовательно, его рабочий цикл составляет (0,8T / 2) / T или 0,4. Как известно, среднеквадратичное значение плоскопараллельного импульса амплитудой Ipft при скважности D составляет …

      Это дает среднеквадратичное значение тока в каждой половине первичной обмотки в единицах известного параметры: выходная мощность и указанное минимальное входное напряжение постоянного тока.

      Консервативная практика при проектировании трансформаторов заключается в эксплуатации обмоток. при плотности тока 500 круговых мил на среднеквадратичный ампер.

      В этом нет ничего абсолютного; плотности тока 300 круговых милы на среднеквадратичный ампер часто используются для обмоток с несколькими оказывается. Однако, как правило, плотность выше 300 круговых Следует избегать мил на среднеквадратичное значение ампера, так как это приведет к чрезмерному увеличению меди потери и повышение температуры.

      Таким образом, при 500 круговых мил на среднеквадратичный ампер необходимое количество круговых мил мил для половинных первичных цветов…

      Обратите внимание, что это также в терминах известных значений выходной мощности и указанной минимальное входное напряжение постоянного тока. Затем можно выбрать подходящий размер провода. столы в круговых мил, даваемых формулой. 12.

      2.10.3 Расчет вторичного пика, действующего значения тока и сечения провода

      Токи в каждой вторичной половине показаны на фиг. 6. Обратите внимание на выступ. по окончании времени «включения» транзистора. Этот выступ тока существует потому, что на входе в индуктор фильтра, как в понижающем регуляторе на Рисунке 4.В долларах, диод свободного хода был важен как обратный путь для тока индуктивности когда транзистор выключился. При выключении транзистора полярность через выходную катушку индуктивности перевернулось, и ее входной конец пошел бы катастрофически отрицательно, если бы он не был пойман на свободном ходу диод примерно на 1 В под землей. После этого ток в индукторе продолжал течь. через безынерционный диод D1 на рисунке 4e.

      Этой проблемы нет в схеме выпрямителя, показанной на рисунке. 6.

      В каскаде двухтактного выходного выпрямителя функция свободного хода диод выполняется за счет выходных выпрямительных диодов D1 и D2. Когда либо транзистор выключается, входной конец катушки индуктивности пытается пойти отрицательно. Как только он упадет примерно на один диод под землю, оба выпрямителя проводят, каждый потребляет примерно половину общего тока индуктор рисовал непосредственно перед выключением (см. Рисунки 6d и 6e). Поскольку полное сопротивление каждой вторичной полупроводниковой обмотки равно маленький, перепад на них незначительный, а выпрямительный диод катоды улавливаются под землей при напряжении около 1 В.

      Таким образом, если среднеквадратичные токи вторичной обмотки должны быть точно рассчитаны, следует учитывать токи уступа в течение 20% мертвого времени.

      Однако в этом примере видно, что они составляют только около половины пиковый ток индуктора и рабочий цикл (0,4 Тл / 2) / Тл или 0,2.

      При таких малых амплитудах и скважности ими можно пренебречь в этом пример. Тогда можно считать, что каждая вторичная половина имеет характеристику линейно-ступенчатая форма волны, которая при минимальном входном постоянном токе переходит в рабочий режим цикл (0.8T / 2) / T или 0,4. Величина тока в центре рампы — это постоянный выходной ток Idc, как видно из рисунка. 2.6 f.


      РИС. 6 Выходные выпрямители D1 и D2 служат в качестве обратных диодов. в двухтактной схеме выпрямителя. Каждая вторичная обмотка несет половину нормальный свободный ход «уступа» в течение 20% мертвого времени. Это следует учитывать при оценке вторичных потерь в меди.

      продолжение к части 2 >>


      Двухтактный выход

      Двухтактный усилитель представляет собой электронную схему и используется в ряде усилителей мощности.Он является частью схемы усилителя и имеет задачу усиления электрического сигнала до такой степени, чтобы подключенное оборудование могло работать с ним. Название происходит от того факта, что два компонента работают в схеме противоположным образом, в зависимости от конструкции активен только один, по два каждый.

      Общий

      Применение двухтактного выхода, например, аудиоусилитель, преобразователь напряжения или передатчик. Быть двухтактными усилителями с транзисторами, такими как биполярные транзисторы или полевые транзисторы.В исторических конструкциях используются электронные лампы.

      Для двухтактной схемы сопротивление нагрузки не требуется. Таким образом достигается гораздо более высокая эффективность по сравнению с другими принципами управления. В усилителях мощности, что является существенным преимуществом перед «Eintaktschaltungen».

      Особой формой двухтактной ступени является мостовая схема. Это дает то преимущество, что можно выводить как положительное, так и отрицательное напряжение, несмотря на униполярный источник питания.

      Дополнительный выходной каскад

      На рисунке показана основная схема дополнительного выходного каскада с Eintaktansteuerung и несимметричным рабочим напряжением. Преимущество состоит в том, что постоянное последовательное соединение транзисторов Q4 и Q5 дорогостоящих трансформаторов делает излишним (выходной каскад без железа). Однако базовое смещение для транзисторов выходного каскада необходимо для минимизации перекрестных искажений, которые выполняются двумя диодами D1 и D2.Эти диоды имеют теплопроводное соединение с транзисторами, прямое напряжение диода изменяется таким же образом, как и переходы база-эмиттер транзисторов, в результате чего изменение смещения в значительной степени компенсируется (температурная компенсация). И Q4, и Q5 просто не проводят тока покоя, раньше это была операция B. Можно установить более высокое базовое смещение (например, с тремя диодами) и добавив эмиттерные резисторы, также работающие с током покоя (режим AB или A). В этом случае качество сигнала увеличивается, но также увеличиваются потери мощности.

      Описание схемы: R1 = R2 = 100 кОм и 20 кОм обеспечивают регулировку напряжения 3,3 В в точке подключения. Q1 и Q2 образуют дифференциальный усилитель, часть R7 / (R7 R8) сравнивает выходное напряжение с этими 3,3 В, и любое отклонение немедленно используется для противодействия Q3. Выходное напряжение на стыке Q4 и Q5 будет вдвое меньше напряжения питания, так что динамический диапазон вверх и вниз будет симметричным. Для соблюдения значений R7 = 20 кОм и R8 = 40 кОм.

      Чтобы через громкоговоритель не протекал постоянно постоянный ток, нагревался бы сам Q4, электролитический конденсатор примерно 1000 мкФ ставится последовательно.

      Теперь, если входное напряжение увеличивается до 1 В, выходное напряжение должно увеличиться до 3 В, чтобы дифференциальный усилитель перестал работать nachzusteuern Q3. Таким образом, схема усиливает напряжение в 3 раза при увеличении входного напряжения до 1 В, источник сигнала должен обеспечивать = 1 кОм В / 20 50 микроампер.Q4 и Q5, но могут проводить в 10 000 раз больше электричества от источника питания к динамику, поэтому управляющая мощность усиливается на входе в 30 000 раз.

      Эту внутреннюю схему можно найти с небольшими изменениями во многих ИС, которые содержат все, кроме двух конденсаторов. При рабочем напряжении 20 В выходное напряжение может варьироваться до 10 В вверх или вниз от среднего, что соответствует эффективному напряжению 7,1 В. Для динамика с сопротивлением 4 Ом максимальная мощность составляет 12.5 Вт. На практике все же необходимо близко к 1 В на силовой транзистор вычесть, и тогда можно ожидать 10 Вт.

      Квазикомплементарный выходной каскад

      Квазикомплементарный выходной каскад состоит из двух идентичных транзисторов. До 1970-х годов для двух PNP-транзисторов использовались, потому что не было надежных германиевых силовых транзисторов в виде NPN-версии. С появлением силовых транзисторов на основе кремния этот метод подключения также использовался для транзисторов NPN, чтобы соответствующие дополнительные типы стали доступны.

      Квазикомплементарные схемы сегодня редко используются в усилителях звука.

      Пример схемы показывает изображение справа: T2 и T3 образуют выходной каскад, где T2 T3 работает как общий коллектор и эмиттер. Т1 выполняет роль водителя. Преимущество этой схемы в том, что не требуется дополнительного типа NPN — PNP с идентичными электрическими параметрами.

      Двухтактный усилитель с трансформатором

      На рисунке справа показана базовая схема двухтактного усилителя с двумя транзисторами B-npn, двухтактным управлением входным трансформатором и симметричным выходным трансформатором, снова составленным из обеих полуволн.Этот тип схемы сейчас особенно распространен в ламповых усилителях.

      У делителя напряжения базы R1 / R2 рабочая точка задается: напряжение на R1 кремниевых транзисторов не должно превышать 0,55 В, иначе ток покоя резко возрастет и транзисторы могут перегреться. Рабочие характеристики каждой половины имеют S-образную форму. Характеристика симметричного усилителя приводит к двукратному сложению графической S-образной кривой, что приводит к преобразованию Фурье широкого диапазона гармоник с преобладанием гармоник с нечетными номерами.Поскольку вся схема линеаризуется любой отрицательной обратной связью, можно ожидать искажения.

      Цифровая технология

      В частности, в воротах TTL используется двухтактный выходной каскад, на выходе — схема с тотемным полюсом. Структура соответствует квазикомплементарному выходному каскаду и оптимизирована для быстрого переключения. Технология CMOS теперь в значительной степени заменила TTL и работает исключительно с дополнительными транзисторами.

      Двухтактный преобразователь

      Двухтактный преобразователь — это тип преобразователя постоянного тока в постоянный, в котором для изменения напряжения источника постоянного тока используется трансформатор.Коэффициент трансформации произвольный, но фиксированный; однако во многих реализациях схемы рабочий цикл переключающего действия может изменяться для воздействия на диапазон соотношений напряжений. Основными преимуществами двухтактных преобразователей являются их простота и возможность масштабирования до высокой пропускной способности, благодаря чему они нашли свое место в промышленных приложениях питания постоянного тока.

      Двухтактный преобразователь похож на обратноходовой преобразователь и особенно на прямой преобразователь.

      Работа схемы

      Термин «двухтактный» иногда используется для обозначения любого преобразователя с двунаправленным возбуждением трансформатора.Например, в полномостовом преобразователе переключатели (подключенные как H-мост) меняют напряжение на стороне питания трансформатора, заставляя трансформатор работать так же, как и для питания переменного тока, и создавать напряжение на своей выходной стороне. .

      Однако «двухтактный» чаще относится к топологии с двумя переключателями с разделенной первичной обмоткой.

      В любом случае выходной сигнал затем исправляется и отправляется на нагрузку. На выходе часто включаются конденсаторы для защиты от неизбежного шума переключения.

      На практике необходимо оставлять небольшой интервал между подачей питания на трансформатор в одну сторону и подачей питания на другой: «переключатели» обычно представляют собой пары транзисторов (или аналогичные устройства), и два транзистора в паре должны переключаться. одновременно существует риск короткого замыкания в источнике питания. Следовательно, необходимо немного подождать, чтобы избежать этой проблемы.

      Транзисторы

      Могут использоваться силовые транзисторы N-типа и p-типа. Для этой роли часто выбирают силовые полевые МОП-транзисторы из-за их способности к переключению с высоким током и по своей природе низкого сопротивления при включении.Затворы (база) силовых транзисторов связаны через резистор с одним из напряжений питания. Транзистор p-типа используется для подтягивания затвора силового транзистора n-типа (общий исток), а транзистор n-типа используется опустить затвор силового транзистора p-типа.

      Все силовые транзисторы могут быть n-типа (часто в 3 раза больше, чем у p-типа). Затем транзистор n-типа, который заменил p-тип, должен управляться следующим образом: напряжение усиливается одним p-транзистором и одним n-транзистором в конфигурации с общей базой до разветвленной амплитуды.Затем силовой транзистор приводится в действие в конфигурации общего стока для усиления тока.

      В высокочастотных приложениях оба транзистора приводятся в действие общим истоком. Фактически, они оба являются толкающими, тянущие осуществляется фильтром нижних частот (катушкой) в целом и центральным ответвлением трансформатора в приложении преобразователя. Это устройство также называется двухтактным преобразователем.

      Синхронизация

      Если оба транзистора открыты, это короткое замыкание.Если оба транзистора закрыты, появляются пики высокого напряжения из-за обратной ЭДС.

      Если драйвер для транзистора достаточно мощный и быстрый, обратная ЭДС не успевает зарядить емкость обмоток и основного диода МОП-транзисторов до высокого напряжения.

      Если используется микроконтроллер, он может измерять пиковое напряжение и в цифровой форме регулировать синхронизацию транзисторов, так что пик просто появляется (исходящий из отсутствия пика, начиная с холодных транзисторов в фазе разогрева / загрузки).

      Цикл начинается без напряжения и без тока. Затем открывается один транзистор, на первичную обмотку подается постоянное напряжение, линейно возрастает ток и индуцируется постоянное напряжение на вторичной обмотке. Через некоторое время T транзистор закрывается, паразитные емкости транзисторов и трансформатора, а также индуктивность трансформатора образуют LC-цепь, которая переключается на противоположную полярность. Затем открывается другой транзистор. В то же время T заряд течет обратно в накопительный конденсатор, затем автоматически меняет направление, а в другой раз T заряд течет в трансформаторе.Затем снова открывается первый транзистор, пока ток не прекратится. Тогда цикл завершен, другой цикл может начаться в любое время позже. S-образный ток необходим для улучшения по сравнению с более простыми преобразователями и для эффективного устранения остаточной намагниченности.

      См. Также

      * Инвертор (электрический)
      * Двухтактный выход
      * Выпрямитель

      Внешние ссылки

      * [ http://www.fbe.fh-darmstadt.de/team/ hschmidtwalter / snt / snt_eng / snteng4a.pdf Двухтактные преобразователи ] — более подробное объяснение полномостового преобразователя, описанного здесь как «двухтактный» в общем смысле этого слова. Включает полезные графики.

      * [ http://sound.westhost.com/project89.htm Переключаемый блок питания для автомобильной аудиосистемы ] Двухтактный преобразователь с 12 В на симметричный выход, используемый для питания усилителей автомобильной аудиосистемы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *