Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Ноября 2013 в 11:39, реферат
Транзисторные преобразователи могут быть использованы как экономичные и компактные источники высокого напряжения для питания портативных приемо-передатчиков, импульсных ламп фотовспышек, электроннолучевых осциллографов, счетчиков заряженных частиц и пр. Попутно отметим, что в настоящее время промышленность выпускает кремниевые управляемые вентили-тиристоры, которые предназначены для использования их в качестве переключающих элементов. Использование тиристоров позволяет довести мощность преобразователей постоянного напряжения до нескольких десятков киловатт. Однако схемы преобразователей на тиристорах существенно отличаются от транзисторных преобразователей.
Введение 3
Общие сведения 6
Однотактный полумостовой преобразователь 9
Заключение 14
Литература 15
Содержание
Введение
Общие сведения
Однотактный полумостовой преобразователь
Заключение
Литература
Введение
Преобразование энергии источников постоянного тока одного напряжения в постоянный или переменный ток другого напряжения находит широкое применение в современной электронной аппаратуре.
Необходимость создания малогабаритных, экономичных, простых и надежных в эксплуатации источников питания для электронной аппаратуры, и в первую очередь для переносной и передвижной, с особой остротой возникла в связи с широким применением полупроводниковых приборов.
В переносной и передвижной радиоаппаратуре основными первичными источниками низкого напряжения служат аккумуляторные батареи и сухие элементы. До развития полупроводниковой техники высоковольтные цепи обычно питались от громоздких сухих анодных батарей, имеющих малую емкость и небольшой срок хранения, или от электромашинных преобразователей — умформеров. Кроме умформеров, некоторое распространение имели также преобразователи на лампах с холодным катодом, на тиратронах и других приборах. До недавнего времени для питания анодно-экранных цепей маломощной (до 100 вт) переносной аппаратуры широко применялись вибрационные преобразователи, имеющие значительные преимущества перед умформерами.
Однако ни один из этих типов преобразователей при малых мощностях не обладает достаточно высоким к. п. д. Это объясняется тем, что значительная часть потребляемой энергии, сравнительно мало зависящей от величины нагрузки, тратится непосредственно в самих преобразователях. В умформере, например, энергия теряется на преодоление силы трения, на потери в стали и меди. В вибропреобразователе потребляет энергию катушка электромагнита. Преобразователи напряжения с электровакуумными приборами потребляют энергию в цепях накала. Кроме того, перечисленные типы преобразователей имеют малый срок службы, относительно большие габариты и вес, создают помехи радиоприему из-за искрения механических контактов (вибропреобразователи и умформеры), требуют сравнительно высокого первичного напряжения (преобразователи на электровакуумных приборах).
В настоящее время задача преобразования постоянного напряжения наиболее эффективно решается при помощи транзисторов, электрические характеристики которых позволяют выполнять функции весьма совершенных низковольтных переключателей. Прерывая с их помощью постоянный ток в первичной обмотке трансформатора, можно получить требуемое переменное напряжение на зажимах вторичной обмотки.
Транзисторные преобразователи позволяют преобразовывать постоянное напряжение одного номинала в более высокое или более низкое переменное напряжение прямоугольной формы, которое при необходимости может быть выпрямлено. Мощность, получаемая от преобразователей, лежит в пределах от единиц до нескольких сотен ватт. Частота преобразования может быть выбрана в пределах от нескольких сот герц до десятков килогерц. Повышение частоты преобразования позволяет значительно уменьшить габариты и вес трансформаторов и сглаживающих фильтров. Преобразователи на транзисторах по сравнению с умформерами и вибропреобразователями имеют ряд преимуществ: более высокую надежность и больший срок службы из-за отсутствия подвижных частей, повышенный к.п.д. достигающий 80—90%, высокую устойчивость к вибрациям и ударам, более низкий уровень акустических помех.
Транзисторные преобразователи имеют важное значение не только для переносной и передвижной, но и для стационарной аппаратуры в неэлектрифицированных районах. В условиях экспедиций или аварийных групп при наличии термоэлектрического полупроводникового генератора (питаемого от керосиновой лампы) или аккумулятора (заряжаемого от двигателя автомашины, трактора или ветродвигателя) можно обеспечить электропитанием различные маломощные радиотехнические устройства.
Транзисторные преобразователи могут быть использованы как экономичные и компактные источники высокого напряжения для питания портативных приемо-передатчиков, импульсных ламп фотовспышек, электроннолучевых осциллографов, счетчиков заряженных частиц и пр.
Попутно отметим, что в настоящее время промышленность выпускает кремниевые управляемые вентили-тиристоры, которые предназначены для использования их в качестве переключающих элементов.
Использование тиристоров позволяет довести мощность преобразователей постоянного напряжения до нескольких десятков киловатт. Однако схемы преобразователей на тиристорах существенно отличаются от транзисторных преобразователей.
Общие сведения
Преобразователи на транзисторах можно разделить на два основных типа: без усиления мощности и с усилением мощности.
Блок-схема преобразователя пер
Блок-схема преобразователя второго типа изображена на рис. 2. Она отличается от предыдущей блок-схемы наличием усилителя, повышающего мощность колебаний автогенератора. Автогенератор (задающий генератор) в усилитель мощности питается от общего источника, постоянное напряжение которого необходимо преобразовать.
Рис.1 Блок-схема преобразователя на транзисторах без усиления мощности
Рис. 2. Блок-схема преобразователя на транзисторах с усилением мощности
В преобразователях первого типа обмотки автогенератора и выпрямителя размещаются на одном трансформаторе. В преобразователях второго типа автогенератор рассчитывают на небольшую мощность, необходимую для возбуждения выходного каскада, и он выполняется на отдельном малогабаритном трансформаторе. Напряжение, получаемое от автогенератора, усиливают (обычно усилителем на транзисторах, работающих в ключевом режиме) и затем выпрямляют. Выходной трансформатор усилителя является выходным трансформатором преобразователя.
В преобразователях первого типа жесткая связь обмоток автогенератора и выпрямителя приводит к тому, что изменение нагрузки выпрямителя влияет на режим работы автогенератора, изменяя частоту переменного напряжения и его форму; это в свою очередь влияет на величину выходного выпрямленного напряжения.
Поэтому преобразователи первого типа обычно применяют при неизменяющихся нагрузках и малых выпрямленных мощностях.
В преобразователях второго типа указанный недостаток отсутствует. Форма напряжения и частота задающего генератора практически не зависят от изменения нагрузки, так как автогенератор нагружен на входную цепь усилителя мощности, сопротивление которой практически не зависит от нагрузки.
Преобразователи с усилителями мощности целесообразно применять в тех случаях, когда требуется получить мощность выше 50— 100 вт. Потери мощности, связанные с применением отдельного задающего генератора, вполне компенсируются высоким к. п. д. усилителя и выпрямителя переменного напряжения прямоугольной формы. Кроме того, отдельный задающий генератор позволяет питать несколько усилителей, не вызывая при этом взаимных влияний.
Общий принцип действия импульсных ИП заключается в следующем:
Сетевое напряжение преобразуется в высокое постоянное. Оно поступает на первичную обмотку трансформатора через сильнопоточный полупроводниковый ключ. В качестве ключа обычно используется полевой транзистор.
Ключ коммутирует напряжение на первичной обмотке с высокой частотой, гораздо более высокой, чем частота сетевого напряжения. Это позволяет существенно сократить габариты и вес трансформатора, а так же элементов фильтра.
Электронный ключ в любой момент времени находится либо в открытом, либо в закрытом состоянии. Он никогда не находится в «активном» состоянии. Поэтому на ключе рассеивается существенно меньшая мощность, чем на проходном транзисторе линейного источника питания.
Высокочастотное напряжение
на первичной обмотке
Цепь обратной связи через гальваническую развязку управляет скважностью включения электронного ключа, обеспечивая поддержание выходного напряжения на заданном уровне.
К настоящему времени разработано около 14 различных топологий импульсных источников питания. Каждая обладает уникальными свойствами, позволяющими использовать её для решения своего круга задач.
Некоторые схемы лучшим образом подходят для построения преобразователей AC/DC (из переменного в постоянное) на небольшую выходную мощность (<200 Вт), некоторые – на большие мощности.
Другие являются оптимальным решением для высоких входных напряжений (>220 В АС), а некоторые – для 120 В и менее. Есть и топологии, которые можно использовать только для построения преобразователей DC/DC (из постоянного в постоянное).
За импульсными источниками будущее, так как они дешевеют с каждым днем и их характеристики улучшаются. Но в таких областях, как питание прецизионной техники и средства измерений до сих пор используются линейные источники питания, так как по шумам они на порядок лучше.
Однотактный полумостовой преобразователь
Импульсные (ключевые) источники питания - ИИП (SMPS) - это современные источники питания с высоким КПД. Импульсный источник питания, однако, использует высокочастотный ключ (транзистор) с переменными величинами включенного-выключенного состояний, чтобы стабилизировать выходное напряжение. Пульсации выходного напряжения, вызванные ключевым режимом, отфильтрованы LC фильтром.
Импульсные преобразователи напряжения (ИПН) в отличие от импульсных стабилизаторов напряжения (ИСН) обеспечивают гальваническую развязку выхода от питающей сети. При этом КПД ИПН ниже, чем у ИСН. ИПН классифицируются по количеству передаваемых в нагрузку импульсов за один период. Если передается один импульс, то преобразователь называется однотактным, если два, то двухтактным.
Однотактный преобразователь обратного хода наиболее прост схемотехнически. Мощность, передаваемая в нагрузку, может достигать 150 Вт. Также недостатком схемы является подмагничивание трансформатора постоянным током, что приводит к увеличению его габаритов.
На однотактном преобразователе прямого хода можно теоретически получить вдвое большую мощность по сравнению с предыдущей схемой. Выходная мощность может достигать 300 Вт. В этой схеме также необходимо применение обмотки рекуперации w3, из которой через диод VD1 избыточная энергия трансформатора передается во входной фильтр. В этой схеме также присутствует подмагничивание трансформатора постоянным током.
Однотактный полумостовой преобразователь лишен основных недостатков предыдущих схем - наличие обмотки рекуперации и отсутствие выбросов напряжения на ключевом транзисторе. В этой схеме транзисторы VT1 и VT2 работают одновременно. При их отпирании энергия сети передается через трансформатор и диод VD3 в нагрузку. При запирании транзисторов энергия трансформатора передается через открывшиеся диоды VD1 и VD2 во входной фильтр. Для управления однотактными инверторами любого типа можно использовать микросхемы 1033ЕУ10 (UC3842), 1033ЕУ11 (UC3844).
Рис. 3 Однотактный полумостовой преобразователь
Косой полумост (рис.3) является однотактным инвертором. Транзисторы VT1 VT2 открываются и закрываются одновременно и здесь нет опасности сквозного КЗ. На транзисторах в запертом состоянии напряжение не превышает 0,5 UBX. Энергия выбросов, возникающих при запирании транзисторов, сбрасывается во входную емкость С через диоды VD1 и VD2. Недостатком схемы является подмагничивание сердечника трансформатора постоянной составляющей выходного тока. Эту проблему можно решить, например, путем изготовления сердечника с зазором или выбором магнитного материала сердечника с большими значениями индукции насыщения. Схема позволяет без увеличения напряжения на транзисторах и при приемлемом значении потребляемого из сети тока за счет увеличения коэффициента трансформации получить требуемое значение выходного тока. Схема проста в управлении, не требовательна к жесткому симметрированию плеч, исключает возможность возникновения «сквозного тока», обеспечивает высокий КПД за счет рекуперации энергии. Поэтому она нашла широкое применение в сварочных инверторах.
Наличие второго транзистора требует применения драйвера (дополнительного усилительного каскада) верхнего плеча. В отличие от однотранзисторной схемы «косой мост» рис. 4 позволяет использовать менее высоковольтные транзисторы Vds =Vin .
Информация о работе Однотактный полумостовой преобразователь ("косой полумост")