Мостовой широтно-импульсный преобразователь

Принципиальная схема мостового ШИП представлена на Рис.7.6,а. Она содержит четыре транзисторных ключа VT1 – VT4 с обратными диодами D1- D4. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, включена нагрузка.

Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока.

При симметричном способе управления в состоянии переключения находятся все четыре

транзисторных ключа моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой знакопеременные импульсы, длительность которых регулируется входным сигналом.

а) б) Рис.7.6. Мостовой ШИП с симметричным управлением.

Временные диаграммы ШИП при симметричном способе управления приведены на рис.7.6.,б. По сравнению с рассмотренной выше одноплечевой схемой здесь нет никаких особенностей. Единственное отличие состоит в том, что к закрытому силовому транзистору прикладывается напряжение питания U_П, а не 2U_П как это имеет место в одноплечевом ШИП. Поэтому эта схема в большинстве случаев является более предпочтительной.

Функциональная схема управления, реализующая симметричный способ управления мостовым ШИП аналогична схеме (рис.7.6) с той лишь разницей, что импульсы управления поступают не на один транзистор, а на пару диагонально расположенных транзисторов.

Симметричный способ управления обычно используется в маломощных приводах постоянного тока.

Его преимуществом является простота реализации и отсутствие зоны нечувствительности в регулировочной характеристике. Недостатком ШИП с симметричным управлением является двуполярное напряжение на нагрузке и, в связи с этим, повышенные пульсации тока в нагрузке.

Стремление исключить этот недостаток привело к разработке способов, обеспечивающих однополярное напряжение на выходе ШИП. Простейшим из них является несимметричный..

Электромагнитные процессы в ШИП при несимметричном управлении представлены на рис.7.7.,а. В этом случае переключаются транзисторные ключи фазной группы VT3 и VT4 (ключи VT1 и VT2 при противоположной полярности входного сигнала), транзисторный ключ VT1 постоянно открыт и насыщен, а ключ VT2 постоянно закрыт.

Транзисторные ключи VT3, VT4 переключаются в противофазе

  Рис.7.7. Несимметричное а) и поочередное б) управление транзисторами мостового ШИП.

При этом на выходе ШИП формируются однополярные импульсы и среднее напряжение

на выходе равно нулю, когда относительная продолжительность включения одного из нижних по схеме транзисторов =0.

Недостатком рассмотренного способа управления является то, что верхние по схеме транзисторные ключи (VT1, VT3) по току загружены больше, чем нижние. Этот недостаток устранён при поочерёдном управлении, временные диаграммы которого изображены на рис.7.7,б.

Здесь при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, при этом частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста VT1, VT2 и VT3,VT4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются через период выходного

напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме.

При некотором знаке входного сигнала управляющие импульсы ,u4 длительностью t = (1+ )T подаются на диагонально расположенные транзисторные ключи (Pис.7.7,б) со сдвигом на полпериода, а управляющие импульсы u2,u3 длительностью t =(1- )T, также со сдвигом на полпериода, подаются на транзисторы противоположной диагонали (VT2, VT3). В этом случае на интервале нагрузка подключена к источнику питания с помощью диагонально расположенных ключей, а на интервале (1 - )Т нагрузка закорочена с помощью верхних или нижних транзисторных ключей. При изменении знака входного сигнала порядок управления диагональными ключами изменяется на противоположный. При несимметричном и поочерёдном управлении на нагрузке формируются однополярные импульсы длительностью Т, пропорциональной сигналу на входе, среднее значение напряжения на нагрузке определяется из выражения:

Функциональная схема управления транзисторным ШИП при несимметричном управлении изображена на рис.7.8,а. Она содержит задающий генератор импульсов (Г) генератор пилообразного напряжения (ГПН), два сумматора (СУМ1, СУМ2), две схемы сравнения (СС1, СС2), два распределителя импульсов (РИ1, РИ2) и усилители (У1, У2). Диаграммы на рис.7.8,б поясняют принцип работы схемы управления ШИП.

На входе сумматоров напряжение с выхода ГПН сравнивается с постоянным опорным напряжением U_оп, величина опорного напряжения задается равной максимальному значению напряжения с выхода ГПН. В результате с выходов сумматоров на входы схем сравнения поступают смещенные на U_оп пилообразные напряжения (рис.7.8). Схема сравнения СС1 со своим распределителем импульсов (РИ1) и усилителями управляют переключением одного плеча моста (VТ1,VТ2 рис.7.9), а схема сравнения СС2 с РИ2 и усилителями управляет переключением другого плеча моста (VТ3, VТ4 рис.7.9). В результате при одной полярности входного сигнала переключаются транзисторы одного плеча, а в другом плече один транзистор все время открыт, а другой закрыт. При реверсе входного сигнала плечи "меняются" местами.

Рис.7.8.а. Функциональная схема управления транзисторным

ШИП при несимметричном управлении.

Дата добавления: 2015-05-06