Методические указания по расчету преобразователя. Тема 6. Стабилизирующие преобразователи

Тема 6. Стабилизирующие преобразователи

Принцип работы и классификация стабилизирующих преобразователей по типу стабилизации, однотактные и двухтактные стабилизирующие преобразователи следует изучать по /1,3/. Интегральные схемы управления преобразователями приведены в /5/. Особенности функционирования транзисторных преобразователей в источниках электропитания с бестрансформаторным входом изучайте по /3/. Методика расчета преобразователя на базе однотактного инвертора изложена ниже.

Проверкой готовности к выполнению лабораторной работы №9 «Исследование источника электропитания с бестрансформаторным входом на основе стабилизирующего однотактного преобразователя» являются выполненное домашнее задание и (или) результаты тестирования по этой теме.

Структурная схема исследуемого ИВЭ приведена на рис. 9.1. Сетевой выпрямитель В1 не содержит трансформатора, что существенно уменьшает массу и габариты ИВЭ. Этот выпрямитель выполнен по мостовой схеме. Входной ток такого выпрямителя не содержит постоянной составляющей, поэтому его влияние на сеть минимально. Напряжение на выходе выпрямителя , где - напряжение сети. Сглаживающий фильтр СФ1 представляет собой RC-фильтр с ограничительным резистором R _огр, который ограничивает зарядный ток конденсатора фильтра и определяется исходя и допустимого импульсного тока через диоды выпрямителя.

Рис. 9.1. Структурная схема ИВЭ с бестрансформаторным входом и стабилизирующим преобразователем

Выпрямленное напряжение поступает на однотактный регулируемый (стабилизирующий) преобразователь. Широкое применение однотактных преобразователей на разные уровни мощности обусловлено такими достоинствами, как отсутствие схем симметрирования работы трансформатора, малое число силовых ключей, простота схемы управления.

Гальваническая развязка выходной цепи ИВЭ от входной питающей сети осуществляется трансформатором инвертора. Стабилизация выходного выпрямленного напряжения реализуется в инверторе методом ШИМ. Схемы преобразователей и описание их работы приведены в /2, с.148-156/ и /3/.

В преобразователе с прямым включение диода (прямоходовом), энергия передается от источника и запасается дросселем L силового фильтра. В интервале закрытого состояния транзистора энергия, накопленная дросселем, передается в нагрузку, а энергия, запасенная трансформатором через размагничивающую обмотку и диод, отдается в источник.

Регулировочная характеристика преобразователя имеет линейный характер

, (9.1)

где - коэффициент трансформации трансформатора; g - коэффициент заполнения коммутирующих импульсов.

Это выражение справедливо при условии безразрывности тока дросселя, которое имеет место при , а

, (9.2)

где - частота преобразования.

Напряжение на закрытом транзисторе преобразователя

, (9.3)

где - число витков размагничивающей обмотки трансформатора.

В преобразователе с обратным включением диода (обратноходовом) при отпирании транзистора напряжение питания прикладывается к первичной обмотке трансформатора. Полярность напряжения на вторичной обмотке такова, что диод закрыт и энергия накапливается в трансформаторе. После запирания транзистора изменяется полярность напряжения на обмотках трансформатора, открывается диод в выходной цепи и энергия, накопленная в трансформаторе, передается в нагрузку. Регулировочная характеристика преобразователя

. (9.4)

Максимальное напряжение на закрытом транзисторе

. (9.5)

Критическая индуктивность

. (9.6)

Для расчета , g, , необходимо определить:

,

где , - наименьшее и наибольшее относительные изменения входного напряжения.

Принимаем .

Определяем коэффициент трансформации по регулировочным характеристикам для и . Округляем его значение до целого числа и находим , и g.

Определяем по (9.2) или (9.6). Выбираем унифицированный дроссель с и током подмагничивания по табл. П1.1 или П1.2 Приложения 2.

Находим по (9.3) и (9.5). Число витков размагничивающей обмотки в схеме прямоходового инвертора примите .

Домашнее задание к лабораторной работе №9 «Исследование источника электропитания с бестрансформаторным входом на основе стабилизирующего однотактного преобразователя»

1. Составьте принципиальную схему силовой цепи ИВЭ с бестрансформаторным входом и однотактным стабилизирующим преобразователем на полевом транзисторе. Студенты, имеющие четный номер варианта применяют обратноходовой преобразователь (flyback), а нечетный – прямоходовой (forward).

2. Приведите временные диаграммы токов и напряжений в схеме (в динамике) при повышении (понижении) входного напряжения или параметров нагрузки (см. 1-3 столбцы табл. 9.1). Способ регулирования ШИМ.

Таблица 9.1

№ варианта	Характер воздействия	Временные диаграммы	U вых, В	I н, А	f п, кГц
	Повышение U вх	u y, i c, i L, u н		0,1..1
	Понижение U вх	u y, i c, u L, u н		0,1..1
	Повышение R н	u y, i c, i L u н		0,3..2
	Понижение R н	u y, i c, iд, u н		0,3..2
	Повышение I н	u y, i c, u сu, u н		0,1..1
	Понижение I н	u y, i c, iд, u н		0,1..1
	Повышение U вх	u y, i c, u сu, u н		0,1..1
	Понижение U вх	u y, i c, i L u н		0,1..1
	Повышение R н	u y, i c, u сu, u н		0,2..2
	Понижение R н	u y, i c, i L u н		0,2..2
	Повышение I н	u y, i c, i L, u н		0,2..1
	Понижение I н	u y, i c, iд, u н		0,2..1
	Повышение U вх	u y, i c, u сu, u н		0,5..1
	Понижение U вх	u y, i c, i L u н		0,5..1
	Повышение R н	u y, i c, i L u н		0,3..1
	Понижение R н	u y, i c, u сu, u н		0,3..1
	Повышение I н	u y, i c, u L, u н		0,5..1
	Понижение I н	u y, i c, iд, u н		0,5..1
	Повышение U вх	u y, i c, u L, u н		0,4..1
	Понижение U вх	u y, i c, u сu, u н		0,4..1

u _y - напряжение управления, поступающее на затвор полевого транзистора ПТ; i _c - ток стока ПТ; i _L - ток первичной обмотки трансформатора; u _н - напряжение на нагрузке; u _L - напряжение на первичной обмотке трансформатора; i_д - ток диода, включенного в выходной цепи; u _сu - напряжение сток-исток полевого транзистора.

2. Рассчитайте параметры преобразователя , g, , , коэффициент трансформации , . Входное напряжение, поступающее на ИВЭ с бестрансформаторным входом, 220 В±15%. Выходное напряжение U _вых, ток нагрузки I _н и частота преобразования f _п приведены в табл. 9.1.

Дата добавления: 2015-07-13