План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп)




Скачать 98.11 Kb.
НазваниеПлан лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп)
Дата публикации22.07.2013
Размер98.11 Kb.
ТипЛекция
vbibl.ru > Физика > Лекция
Лекция 22

Бестрансформаторные схемы ВИП

План лекции

  1. Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания

  2. Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (ВТП)

  3. Помехи в бестрансформаторных источниках и методы борьбы с ними



Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания (БИВП)

Существуют большое количество различных вариантов структурных схем БИВП. В наиболее общем случае структурная схема БИВП имеет вид, представленный на рис.22.1.

Рис.22.1. Общая структура бестрансформаторного ИВП

Входное переменное напряжение сети UС поступает на низкочастотный выпрямитель НВ, далее на высокочастотный помехозащитный фильтр ФВЧ, предназначенный для предотвращения попадания высокочастотных помех от БИВП в сеть.

Для устранения пульсаций питающего напряжения, формируемого низкочастотным выпрямителем (НВ) используется низкочастотный фильтр (НФ). Блок питания, питающийся от однофазной промышленной сети с частотой 50 Гц, как правило, содержит фильтр с емкостной реакцией, т.е. он имеет достаточно большую емкость фильтрового конденсатора. Поскольку полное сопротивление зарядной цепи этого фильтра весьма мало, то для исключения больших зарядных токов, перегружающих входную сеть и элементы выпрямителя (НВ), в цепи заряда конденсатора устанавливают устройство ограничения зарядного тока конденсатора (УЗК). В качестве УЗК применяют нелинейные зарядные цепи, обладающие большим сопротивлением в процессе заряда конденсатора и малым сопротивлением в нормальном режиме функционирования преобразователя. В качестве такой цепи возможно использование параллельно соединенных резистора, ограничивающего зарядный ток, и ключевого элемента, например тиристора. После того, как ток через заряжаемый конденсатор снизится до приемлемого уровня, включается тиристор, сопротивление которого значительно меньше сопротивления токоограничительного резистора. Таким образом, в нормальном режиме работы БИВП сопротивление цепи питания конденсатора низкочастотного фильтра (НФ) становится пренебрежимо малым. Другой вариант – использование специального нелинейного терморезистора, сопротивление которого уменьшается по мере нагревания под действием протекающего тока (рис.22.2).



Рис.22.2. Характеристика терморезистора

Напряжение с выхода низкочастотного фильтра (НФ), значением порядка 300 В (при напряжении первичной сети 220 В), поступает на высоковольтный транзисторный преобразователь (ВТП), который может выполняться по различным схемам и содержит высокочастотный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку цепи нагрузки блока питания от сети.

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора поступает на силовой выпрямитель СВ и далее на выходной фильтр ВФ и нагрузку.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется схемой управления, включенной в обратную связь между выходом БИВП и высоковольтным транзисторным преобразователем (ВТП). Напряжение обратной связи UОС с выхода блока поступает на схему управления (СУ). В общем случае эта схема состоит из следующих функциональных узлов:

– усилитель сигнала обратной связи (УОС);

– модулятор ширины импульсов (МШИ);

– задающий генератор (ЗГ).

Задающий генератор формирует импульсы управления высоковольтным транзисторным преобразователем. В свою очередь, параметры формируемых импульсов, определяются модулятором ширины импульсов, который изменяет их скважность в зависимости от величины сигнала, поступающего от усилителя УОС по цепи обратной связи.

К обязательным функциональным узлам схемы управления (СУ) также относятся устройство защиты по току (УЗТ) силовых транзисторов преобразователя и устройство запуска преобразователя (УЗП). Назначением последнего является питание схемы управления необходимыми вспомогательными напряжениями в момент включения БИВП.
^ Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (ВТП)

В качестве ВТП могут применяться различные схемы силовых преобразователей: однотактные, двухтактные, мостовые, полумостовые.

Структурная схема однотактного ВТП имеет следующий вид (рис.22.3).



Рис.22.3. Схема однотактного ВТП

Диод VD2, включенный между выводом вторичной обмотки W2 трансформатора и дросселем L, отпирается при открывании транзистора VT и передает энергию в нагрузку через сглаживающий LC-фильтр. Для ограничения амплитуды импульса на коллекторе транзистора VT после его запирания и обеспечения возврата в первичный источник питания энергии, накопленной магнитным полем трансформатора за время открытого состояния транзистора VT, применяют размагничивающую обмотку WР.

Двухтактный полумостовой ВТП имеет следующую структуру (рис.22.4).



Рис.22.4. Схема двухтактного полумостового ВТП

Транзисторы VT1 и VT2 открываются поочередно, вследствие чего на первичной обмотке W1 трансформатора действует переменное напряжение с амплитудой, близкой к U0/2. При равных по амплитуде и длительности полуволнах напряжения на обмотке W1, напряжение в точке соединения конденсаторов также равно U0/2.

Мостовой двухтактный ВТП имеет следующую структуру(рис.22.5).



Рис.22.5. Схема мостового ВТП

Вместо конденсаторов делителя напряжения установлены транзисторы, переключение которых осуществляется так, что через первичную обмотку трансформатора протекает переменный ток. Амплитуда напряжения на первичной обмотке в такой схеме вдвое больше, чем в полумостовом ВТП, поэтому при использовании транзисторов одинакового типа мостовой ВТП обеспечивает вдвое большую выходную мощность.

Основная проблема двухтактных схем – наличие сквозных токов. Для их предотвращения применяют диоды, включенные параллельно цепям К-Э во встречном направлении.
^ Помехи в бестрансформаторных источниках и методы борьбы с ними

Достоинством высокочастотных БИВП является их энергетическая эффективность, малая масса и объем. Однако применение ключевых режимов в высокочастотных преобразователях привело к серьезной проблеме, связанной с подавлением помех, генерируемых в процессе коммутации силовых элементов БИВП.

Возникающие высокочастотные помехи распространяются как по проводам монтажа, так и по эфиру с помощью электромагнитного поля. Их уровень может оказаться достаточным для возникновения сбоев и нарушений в работе ЭВМ. Поэтому исследование влияния помех на надежность функционирования средств ВТ является весьма актуальным.

Как уже было сказано выше, основным источником помех в импульсных ИВП являются полупроводниковые приборы, работающие в режиме переключения. Условная мощность (интенсивность) помех существенно зависит от быстродействия транзисторов и диодов силовой части. Рассмотрим коммутационные процессы их переключения.

На рис.22.6а показана обобщенная схема включения выпрямительного диода, нарис.22.6б и временные диаграммы электрических процессов. Пусть до момента времени t0 через диод протекал прямой ток I1. В момент времени t0 происходит смена полярности входного напряжения u от +(UН + UД) до –(UОБР + UД) и через диод начинает протекать ток обратной полярности. Процесс рассасывания избыточных носителей из базы диода заканчивается спустя время tР.

Рис.22.6. Возникновение помех при переключении диода

Его длительность, при прочих равных условиях, сокращается при увеличении амплитуды импульса рассасывающего тока I2. В интервале рассасывания диод продолжает оставаться открытым, а ток через него определяется внешними токоограничивающими элементами. Амплитуда импульса тока I2 определяется суммой напряжений Uд u +UН и паразитными сопротивлениями потерь в силовой цепи выпрямителя, куда входят сопротивление индуктивности рассеяния LS обмоток силового трансформатора, эквивалентное последовательное сопротивление фильтрующего конденсатора, активное и индуктивное сопротивления монтажа, а также приведенные сопротивления первичной цепи преобразователя. Так как ИВП должен обладать максимально возможным КПД, паразитные сопротивления обычно малы. Это приводит к большим амплитудам импульса тока I2, а также к изменению форм импульса обратного тока через диод при различных соотношениях между реактивной и активной частями паразитных сопротивлений (кривая 1 – идеальный случай, кривая 2 – с учетом индуктивности цепи тока через диод).

По окончании процесса рассасывания начинается восстановление обратного сопротивления диода. На протяжении времени спада tСП ток через диод уменьшается от I2 до нуля. Однако, из-за наличия собственной емкости диода, паразитных емкостей монтажа и силовых цепей схемы возможно возникновение высокочастотных колебаний с периодом TВ:

i(t)  IМexp(-t/З)sin(Вt).

где в = 2/TВ, З – постоянная времени затухания, ,

LП, CП – эквивалентные емкость и индуктивность паразитного контура.

Практические характеристики рассмотренных процессов имеют следующий порядок: при прямом токе I1 = 2..6 А обратный ток I2 достигает 8..20 А. Время рассасывания импульсных диодов типа 2Д213 составляет tР = 150..200 нс. Длительность спада тока tСП = 200..300 нс при TВ = 50..2000 нс.

Рассмотрим коммутационные процессы переключения силового транзистора. Типовая схема его включения в силовом каскаде приведена на рис. 22. 7а.

Рис.22.7. Возникновение помех при переключении транзистора

Кривая, показанная на рис.22.7б сплошной линией, соответствует напряжению коллектор-эмиттер UКЭ силового транзистора при наличии демпфирующей цепи CДФVDДФ, а кривая, показанная пунктиром, – при ее отсутствии.

В результате включения силового транзистора ^ VT происходит нарастание его коллекторного тока и спад коллекторного напряжения. Ток коллектора VT увеличивается от нуля до максимального амплитудного значения. По завершении времени tСП транзистор входит в режим насыщения.

После подачи запирающего сигнала и окончания времени рассасывания избыточных носителей из полупроводниковой структуры транзистора VT последний начинает запираться. Формируется фронт нарастания его коллекторного напряжения длительность tФ. После достижения напряжением UКЭ величины UКМ оно продолжает увеличиваться вследствие наличия в коллекторной цепи транзистора паразитной индуктивности рассеяния LS силового трансформатора T. При наличии демпфирующей цепи напряжение увеличивается до амплитудного значения UКМИ, уровень которого зависит от емкости конденсатора CДФ и уровня напряжения на нем к моменту начала запирания транзистора. На интервале времени демпфирования tДФ диод VDДФ открыт и емкость СДФ заряжается током, накопленным ранее в индуктивности LS обмоток рассеяния трансформатора. Когда напряжения на CДФ в процессе колебаний становится меньше, чем повышенное напряжение на коллекторе транзистора, диод VDДФ запирается. В силу инерционности процесса запирания, восстановления обратного сопротивления и наличия емкости у диода происходят явления, рассмотренные ранее для выпрямительного диода. Обратный ток через диод VDДФ может достигать значительных величин и определять интенсивность высокочастотных помех ИВП.

Если демпфирующая цепь отсутствует, то увеличение напряжения ^ UКЭ происходит в соответствии с пунктирной кривой, а амплитуда импульса UКЭИ’ может достигать значительно больших значений. Типовые значения: TВ = 50..2000 нс (при наличии демпфирующей цепи) и 200..5000 нс (при отсутствии), длительность фронта импульса tФ = 50..300 нс.

Кроме рассмотренных выше явлений следует учитывать, что транзистор является активным прибором с коэффициентом усиления существенно большим единицы. Это обуславливает предпосылки для возникновения автоколебательных процессов, ведущих к появлению высокочастотных помех.

На рис.22.8а приведена схема ДПН (двухтактного преобразователя напряжения) с возможными паразитными связями между элементами схемы и металлической подложкой.



Рис.22.8. Действие помехи из ИВП

Осциллограмма ^ UА показывает изменение напряжения в точке А (коллекторе одного из транзисторов ДПН). Изменения этого напряжения через указанные паразитные связи приводят к появлению на одном из входов схемы сравнения (точка B) импульсов, показанных на осциллограмме UВ. Эквивалентная емкость, приводящая к появлению этой помехи, определяется выражением

CM  1 / [1+ 1/C2M + C3M/C1M].

Для уменьшения CM, а следовательно, и уменьшения влияния скачка напряжения в точке ^ А на работу схемы сравнения необходимо увеличить емкость C3M до значений, несоизмеримо больших C1M и C2M, или соединить металлическую подложку с общим полюсом –27В. Пи этом C3M = , а значит, CM = 0. Тогда для любых емкостей C1M и C2M напряжение помехи равно нулю.
Существуют различные направления в борьбе с высокочастотными помехами, в частности:

– защита от помех в самом электронном оборудовании;

– правильный выбор компонентов блока питания (силовых транзисторов, диодов, конденсаторов, трансформаторов);

– экранирование блока питания;

– заземление (одноточечное заземление, сигнальная, корпусная земля);

  • топология схем блока питания (разделение силовой и управляющей частей, выполнение монтажных жгутов, взаимное расположение элементов).

Наилучшим средством уменьшения помех является их устранение в местах возникновения. В общем случае для этого необходимо увеличивать длительность фронтов и спадов импульсов тока и напряжения и уменьшать их амплитуду, а также амплитуду импульсов коммутационных токов и напряжений. Эта проблема во многом решается за счет перехода от импульсных сигналов к синусоидальным.

Как было показано выше, одним из источников высокочастотных помех является выпрямительный диод, за счет накопления тока в паразитных элементах электрической схемы. Скорость изменения тока на этапе запирания диода di/dt составляет 200..500 А/мкс. При этом уменьшение паразитных индуктивностей приводит к увеличению этой скорости, а, следовательно, к увеличению уровня помех. Одним из способов уменьшения мощности высокочастотных колебаний в цепи выпрямительного диода является уменьшение резонансной частоты и добротности паразитного колебательного контура. Это достигается подключением параллельно диоду последовательностной шунтирующей RШCШ цепочки. Другой метод – введение дополнительной индуктивности, включаемой последовательно с диодом. Конструктивно это организуется путем нанизывания выводов диода на ферритовые кольца. Такие меры позволяют в десятки раз уменьшить уровень высокочастотных помех, как на входных, так и выходных шинах ИВП.

Другие направления борьбы с помехами заключаются в выборе соответствующей элементной базы, рациональном монтаже, конструировании и компоновке узлов:

– попарная свивка проводов, по которым протекают импульсные токи одинаковой величины различного направления, что обеспечивает нулевое внешнее поле;

– применение многослойных шин при выполнении печатного монтажа;

– использование максимально коротких выводов фильтрующих конденсаторов, применение безвыводных и бескорпусных конденсаторов;

Кроме того, для снижения помех используются помехоподавляющие фильтры, например фильтра вида (рис.22.9).



Рис.22.9. Общая схема режекторного фильтра

Кроме того, по шинам питания необходима установка распределенных конденсаторов с малой собственной индуктивностью.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconОписание и принцип действия Система управления генератора с "интеллектуальной...
Привод аксессуаров, Описание и принцип действия) / Accessory Drive 3l duratec-8V (Rocam) (303-05, Описание и принцип действия) /...

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconПлан лекции: Основные характеристики и параметры ивп классификация...
Номинальные входное и выходные напряжения, максимальные токи, выдаваемые с каждого из выходов, максимальная выходная и потребляемая...

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconЛитература
Устройство и принцип работы измерительных преобразователей Физические основы его работы

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconПлан реализации схемы территориального планирования жуковского района...
Основные положения Плана реализации Схемы территориального планирования Жуковского района 4

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconПлан-конспект урока Тема: «Чертежи и схемы по специальности. Схемы электрические принципиальные»
Вид урока: урок – лекция с элементами компьютерной визуализации и практической деятельности

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconКонтрольные вопросы к экзамену
Основные закономерности заполнения электронных оболочек атомов: принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Хунда, правило...

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconВопросы для подготовки к экзамену по химии
Основные закономерности заполнения электронных оболочек атомов: принцип наименьшей энергии, принцип Паули, правило Хунда, правило...

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconПлан лекции: Основные признаки классификации грузов. Генеральные грузы
Вся совокупность товаров, которые с началом процесса транспортировки становятся грузами, может быть классифицирована по множеству...

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconРейтинг-план по курсовым работам Факультет ппф курс 1 Группа 514 Семестр 2
Поиск и определение источников информации по теме курсовой работы, составление списка литературы и других источников

План лекции Основные узы и принцип действия бестрансформаторных источников вторичного питания Схемы высоковольтных транзисторных преобразователей (втп) iconВопрос 20. Химические источники тока, их классификация, принцип действия и применение

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница