Импульсные источники электропитания

5.1. Импульсные источники  электропитания.

     Преобразование  постоянного тока в пульсирующий или переменный осуществляется периодическим прерыванием цепи постоянного тока. Устройства,   которые   выполняют   такое  преобразование,   называют  инверторами. При необходимости изменения уровня выходного напряжения относительно уровня входного напряжения на выходе инвертора включается трансформатор. Если на выходе трансформатора включается выпрямитель (с фильтром), то все устройство осуществляет преобразование напряжения  постоянного тока  в напряжение  постоянного тока. В этом случае преобразователь называют конвертором.

     По  числу фаз т переменного напряжения на выходе инвертора преобразователи  напряжения  делятся   на  однофазные  (т = 1)  и многофазные (т > 2). Если на выходе инвертора имеется одна фаза напряжения переменного тока, то с помощью трансформатора можно получить другую фазу, сдвинутую относительно первоначальной на 180°. При использовании  в  преобразователе  обеих  фаз  (прямой  и обратной) его называют двухфазным.

     Преобразователи характеризуются также коэффициентом  р использования фазы, причем р = 1 при использовании одной фазы (прямой) и р = 2 при использовании обеих фаз.

     По  способу  нагрузки  каждой  фазы  преобразователи  делятся на однотактные (q = 1) и двухтактные (q = 2).

     Характерным признаком однотактного преобразователя  является то, что каждая его фаза нагружается током в течение одного полупериода. У двухтактного преобразователя каждая фаза нагружается током в течение двух полупериодов (положительного и отрицательного).  Определение числа тактов q иногда усложняется тем, что функциональные узлы одного и того же преобразователя могут работать в различных режимах. Например, трансформаторы могут одновременно работать в двух разных режимах: первичная обмотка в двухтактном одно- или многофазном режиме, а вторичные обмотки в однотактном двухполупериодном или однотактном многофазном режиме и т.п. Поэтому число тактов целесообразно определять для каждого функционального узла отдельно, а для всего преобразователя — по его основным силовым узлам (усилителю мощности и выходному выпрямителю).

     По  числу выходов п от одного основного усилителя мощности и одного основного выпрямителя преобразователи можно разделить на одновыходные  (п = 1) и двухвыходные (п = 2).

     По  диапазону  рабочих  частот  f_пр преобразователи напряжения могут   быть    классифицированы   следующим  образом:  низкочастотные  (f_пр < 10 кГц),    среднечастотные    (f_пр = 10... 100 кГц),     высокочастотные   (f_пр = 100.. .1000 кГц),  сверхвысокочастотные  (f_пр > 1000 кГц).  

Тема:  Однотактные однофазные  преобразователи напряжения.

     На  рис. 5.1 показана простая схема однотактного однофазного преобразователя с параметрами  m =   1,  р  =   1,  q =   1,  п  =   1.    Частным случаем этой схемы является стабилизатор напряжения импульсного действия.

      По  способу  использования  электрической  энергии  схемы  преобразователей делятся на прямоходовые и обратноходовые. Характерным признаком прямоходовых схем является передача энергии на выход во время прямого хода, т.е. открытого состояния транзисторов (рис. 5.1, а).

     Обратноходовые  схемы характеризуются тем, что  во время прямого хода энергия запасается в магнитном поле трансформатора TV2, после чего отдается в нагрузку во время паузы. Для осуществления обратноходовой схемы трансформатор должен иметь воздушный зазор, а полярность  включения  диодов в  схеме должна быть изменена  на обратную (рис. 5.1, б). Трансформаторы в этой схеме работают с постоянным подмагничиванием, ток проходит через обмотку трансформатора в течение одного полупериода. Для получения заданного среднего значения выпрямленного  напряжения  U_d максимальное значение прямоугольного напряжения на обмотке должно быть U_m = 2U_d. Действующее значение напряжения U превышает среднее значение в раз:

5.3. Двухтактные однофазные  преобразователи  напряжения.

     Наиболее  совершенными схемами однофазных преобразователей являются двухтактные (мостовые). На рис. 5.2 показана схема с одним выходом. Она  характеризуется следующими параметрами:  m = 1,  р = 1,  q = 2, п = 1. На рис. 5.3 показана схема с двумя выходами, у которой m = 1, р = 2, q = 2, п = 2.

       В обеих схемах трансформаторы  работают без подмагничивания и обмотки нагружены  током в течение обоих полупериодов, вследствие чего:

     U_m = U_d = U;

     I_m = I_{вп ср} = I;

     Р_В∙А = P_{пр ср}.

С учетом коэффициента полезного действия η последнее уравнение имеет вид:

     Основная  частота пульсаций для обеих  схем равна удвоенной частоте преобразования

где mpq/n   =   2.

     Более полное использование трансформатора является существенным преимуществом двухтактных схем. Необходимо отметить, что при неравномерной нагрузке выходов двухвыходной схемы вольтамперная мощность трансформатора несколько увеличивается, однако его подмагничивание отсутствует.

     Анализ  рассматриваемых  схем показывает, что простая однотактная схема  и обе мостовые являются антиподами, а  однотактная  двухполупериодная схема занимает промежуточное положение между ними. Однотактная работа и повышенная вольтамперная мощность сближают её с простой схемой, а отсутствие постоянного подмагничивания и двойная частота пульсаций — с двухтактными схемами. В то же время двухтактную схему с двумя выходами можно рассматривать как две однотактные, соединенные последовательно, с полным использованием фаз.

На рис. 5.4 приведена асимметричная мостовая схема, входной трансформатор которой работает в однотактном режиме (q = 1), а выходной — в двухтактном (q = 2). В полумостовой схеме (рис. 5.5) два транзистора заменены конденсаторами С1 и С2, образующими емкостный делитель напряжения. При разной проводимости транзисторов входной трансформатор работает в двухтактном режиме (q = 2). Применение транзисторов одной проводимости, как и в случае асимметричной мостовой схемы, приводит к однотактному режиму входного трансформатора