Двухтактный инвертор с усилителем импульсного тока

:: СХЕМА ДВУХТАКТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ::

   Пожалуй одна из самых простых схем преобразователей напряжения из себя представляет простой двухтактный преобразователь на полевых транзисторах, которые включены по схеме мультивибратора. Стабилитроны из схемы можно исключить, если конечно схема предназначена для питания от напряжения не более 12 вольт.

 Резисторы в схеме не критичны их номинал может быть в районах от 220 ом до 1 килоома, они ограничивают ток затвора полевых транзисторов, следовательно подбором их номинала можно регулировать частоту преобразователя.

Резисторы желательно применить с мощностью 0,5-1 ватт, возможен перегрев этих резисторов, но это не страшно.

   Работа двухтактного преобразователя достаточно проста, транзисторы поочередно открываясь и закрываясь создают в первичной обмотке трансформатора переменное напряжение высокой частоты. Трансформатор мотается на желтом ферритовом кольце из компьютерного блока питания, хотя можно использовать и кольца марки 2000НМ.

   Для питания ЛДС трансформатор в первичной обмотке содержит 6 витков с отводом от середины, провод 0,6-1 мм, вторичная обмотка содержит 90 витков и растянута по всему кольцу, провод 0,2-0,4 мм, изоляции можно не ставить, если для первички применить многожильный провод в резиновой изоляции. 

   Преобразователь способен развивать мощность до 20 ватт при использовании полевых транзисторов серии IRFЗ44 и до 30 ватт если применить транзисторы типа IRF3205.

Область применения такого рода двухтактных преобразователей достаточно широка, поскольку преобразователь способен развивать неплохую выходную мощность и имеет очень компактные размеры, целесообразно использовать его в Гаусс-пушке для зарядки конденсаторов или же для питания ЛДС в походных условиях, где нет бытовой сети 220 вольт, питать таким преобразователем активные устройства — приемники, маломощные зарядные устройства нельзя, поскольку частота преобразователя достаточно высокая.

Поделитесь полезными схемами

   Добрый вечер всем автолюбителям. Наступила зима со всеми своими проблемами и появляется множество проблем связанных с автомобилем, чаще всего с аккумулятором. Как правило старые аккумуляторы быстро разряжаются или теряют часть заряда и не у каждого есть зарядное устройство под рукой.
   ИБП — очень сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь и зарядное устройство выполняющее обратную функцию. В большинстве случаев ремонт ИБП очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — иногда неполадка простая и лежит буквально на поверхности.
     Самодельный автономный микроконтроллерный датчик протечки воды для кухни и ванной. Использует батареи 9 вольт или адаптер питания.
     Владельцам нотубуков и нетбуков посвящается эта статья. Хронический перегрев процессора — основной недостаток ноутбуков, из-за этого резко снижается производительность компьютера, а иногда это приводит к отказу работ некоторых программ или же ноутбука в целом.

Источник: http://samodelnie.ru/publ/samodelnye_invertory/skhema_dvukhtaktnogo_preobrazovatelja/2-1-0-91

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Сфера применения импульсных блоков питания в быту постоянно расширяется. Такие источники применяются для питания всей современной бытовой и компьютерной аппаратуры, для реализации источников бесперебойного электропитания, зарядных устройств для аккумуляторов различного назначения, реализации низковольтных систем освещения и для других нужд.

В некоторых случаях покупка готового источника питания мало приемлема с экономической или технической точки зрения и сборка импульсного источника собственными руками является оптимальным выходом из такой ситуации. Упрощает такой вариант и широкая доступность современной элементной базы по низким ценам.

Структурная схема импульсного источника питания

Наиболее востребованными в быту являются импульсные источники с питанием от стандартной сети переменного тока и мощным низковольтным выходом. Структурная схема такого источника показана на рисунке.

Сетевой выпрямитель СВ преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное и осуществляет сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения на выходе. Высокочастотный преобразователь ВЧП осуществляет преобразование выпрямленного напряжения в переменное или однополярное напряжение, имеющее форму прямоугольных импульсов необходимой амплитуды.

В дальнейшем такое напряжение либо непосредственно, либо после выпрямления (ВН) поступает на сглаживающий фильтр, к выходу которого подключается нагрузка. Управление ВЧП осуществляется системой управления, получающей сигнал обратной связи от выпрямителя нагрузки.

Такая структура устройства может быть подвергнута критике из-за наличия нескольких звеньев преобразования, что снижает КПД источника. Однако, при верном выборе полупроводниковых элементов и качественном расчете и изготовлении моточных узлов, уровень потерь мощности в схеме мал, что позволяет получать реальные значения КПД выше 90%.

Принципиальные схемы импульсных блоков питания

Решения структурных блоков включают не только обоснование выбора вариантов схемной реализации, но и практические рекомендации по выбору основных элементов.

Сетевой выпрямитель с фильтром

Для выпрямления сетевого однофазного напряжения используют одну из трех классических схем изображенных на рисунке:

  • однополупериодную;
  • нулевую (двухполупериодную со средней точкой);
  • двхполупериодную мостовую.

Каждой из них присущи достоинства и недостатки, которые определяют область применения.

Однополупериодная схема отличается простотой реализации и минимальным количеством полупроводниковых компонентов. Основными недостатками такого выпрямителя являются значительная величина пульсации выходного напряжения (в выпрямленном присутствует лишь одна полуволна сетевого напряжения) и малый коэффициент выпрямления.

Коэффициент выпрямления Кв определяется соотношением среднего значения напряжения на выходе выпрямителя Udк действующему значению фазного сетевого напряжения .

Для однополупериодной схемы Кв=0.45.

Для сглаживания пульсации на выходе такого выпрямителя требуются мощные фильтры.

Нулевая, или двухполупериодная схема со средней точкой, хоть и требует удвоенного числа выпрямительных диодов, однако, этот недостаток в значительной мере компенсируется более низким уровнем пульсаций выпрямленного напряжения и ростом величины коэффициента выпрямления до 0.9.

Основным недостатком такой схемы для использования в бытовых условиях является необходимость организации средней точки сетевого напряжения, что подразумевает наличие сетевого трансформатора. Его габариты и масса оказываются несовместимыми с идеей малогабаритного самодельного импульсного источника.

Двухполупериодная мостовая схема выпрямления имеет те же показатели по уровню пульсации и коэффициенту выпрямления, что и нулевая схема,но не требует наличия сетевого трансформатора. Это компенсирует и главный недостаток – удвоенное количество выпрямительных диодов как с точки зрения КПД, так и по стоимости.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения наилучшим решением является использование емкостного фильтра. Его применение позволяет поднять величину выпрямленного напряжения до амплитудного значения сетевого (при Uф=220В Uфм=314В). Недостатками такого фильтра принято считать большие величины импульсных токов выпрямительных элементов, но критичным этот недостаток не является.

Выбор диодов выпрямителя осуществляется по величине среднего прямого тока Ia и максимального обратного напряжения UBM.

Приняв величину коэффициента пульсации выходного напряжения Кп=10%, получим среднее значение выпрямленного напряжения Ud=300В. С учетом мощности нагрузки и КПД ВЧ преобразователя (для расчета принимается 80%, но на практике получится выше, это позволит получить некоторый запас).

Ia – средний ток диода выпрямителя, Рн- мощность нагрузки, η – КПД ВЧ преобразователя.

Максимальное обратное напряжение выпрямительного элемента не превышает амплитудного значения напряжения сети (314В), что позволяет использовать компоненты с величиной UBM =400В со значительным запасом. Использовать можно как дискретные диоды, так и готовые выпрямительные мосты от различных производителей.

Для обеспечения заданной (10%) пульсации на выходе выпрямителя емкость конденсаторов фильтра принимается из расчета 1мкФ на 1Вт выходной мощности. Используются электролитические конденсаторы с максимальным напряжением не менее 350В. Емкости фильтров для различных мощностей приведены в таблице.

Высокочастотный преобразователь: его функции и схемы

Высокочастотный преобразователь представляет собой однотактный или двухтактный ключевой преобразователь (инвертор) с импульсным трансформатором. Варианты схем ВЧ преобразователей приведены на рисунке.

Однотактная схема. При минимальном количестве силовых элементов и простоте реализации имеет несколько недостатков.

  1. Трансформатор в схеме работает по частной петле гистерезиса, что требует увеличения его размеров и габаритной мощности;
  2. Для обеспечения мощности на выходе необходимо получить значительную амплитуду импульсного тока, протекающего через полупроводниковый ключ.

Схема нашла наибольшее применение в маломощных устройствах, где влияние указанных недостатков не столь значительно.

Двухтактная схема со средней точкой трансформатора (пушпульная). Получила свое второе название от английского варианта (push-pull) описания работы.

Схема свободна от недостатков однотактного варианта, но имеет собственные – усложненная конструкция трансформатора (требуется изготовление идентичных секций первичной обмотки) и повышенные требования к максимальному напряжению ключей.

В остальном решение заслуживает внимания и широко применяется в импульсных источниках питания, изготавливаемых своими руками и не только.

Двухтактная полумостовая схема. По параметрам схема аналогична схеме со средней точкой, но не требует сложной конфигурации обмоток трансформатора. Собственным недостатком схемы является необходимость организации средней точки фильтра выпрямителя, что влечет четырехкратное увеличение количества конденсаторов.

Благодаря простоте реализации схема наиболее широко используется в импульсных источниках питания мощностью до 3 кВт. При больших мощностях стоимость конденсаторов фильтра становится неприемлемо высокой по сравнению с полупроводниковыми ключами инвертора и наиболее выгодной оказывается мостовая схема.

Двухтактная мостовая схема. По параметрам аналогична другим двухтактным схемам, но лишена необходимости создания искусственных «средних точек». Платой за это становится удвоенное количество силовых ключей, что выгодно с экономической и технической точек зрения для построения мощных импульсных источников.

Выбор ключей инвертора осуществляется по амплитуде тока коллектора (стока) IКМАХ и максимальному напряжению коллектор-эмиттер UКЭМАХ. Для расчета используются мощность нагрузки и коэффициент трансформации импульсного трансформатора.

Однако, прежде необходимо рассчитать сам трансформатор. Импульсный трансформатор выполняется на сердечнике из феррита, пермаллоя или витого в кольцо трансформаторного железа.

Для мощностей до единиц кВт вполне подойдут ферритовые сердечники кольцевого или Ш-образного типа. Расчет трансформатора ведется исходя из требуемой мощности и частоты преобразования.

Для исключения появления акустического шума частоту преобразования желательно вынести за пределы звукового диапазона (сделать выше 20 кГц).

При этом необходимо помнить, что при частотах близких к 100 кГц значительно возрастают потери в ферритовых магнитопроводах. Сам расчет трансформатора не составляет труда и легко может быть найден в литературе. Некоторые результаты для различных мощностей источников и магнитопроводов приведены в таблице ниже.

Расчет произведен для частоты преобразования 50 кГц.

Стоит обратить внимание, что при работе на высокой частоте имеет место эффект вытеснения тока к поверхности проводника, что приводит к снижению эффективной площади сечения проводов обмотки.

Для предотвращения подобного рода неприятностей и снижения потерь в проводниках необходимо выполнять обмотку из нескольких жил меньшего сечения. При частоте 50 кГц допустимый диаметр провода обмотки не превышает 0.85 мм.

Параметры импульсных трансформаторов и ключей ВЧ-преобразователя

Зная мощность нагрузки и коэффициент трансформации можно рассчитать ток в первичной обмотке трансформатора и максимальный ток коллектора силового ключа.

Напряжение на транзисторе в закрытом состоянии выбирается выше, чем выпрямленное напряжение, поступающее на вход ВЧ-преобразователя с некоторым запасом (UКЭМАХ>=400В). По этим данным производится выбор ключей.

В настоящее время наилучшим вариантом является использование силовых транзисторов IGBT или MOSFET.

Для диодов выпрямителя на вторичной стороне необходимо соблюдать одно правило – их максимальная рабочая частота должна превышать частоту преобразования. В противном случае КПД выходного выпрямителя и преобразователя в целом значительно снизятся.

Выполнение приведенных рекомендаций дает возможность в кратчайшие сроки и с минимумом проблем и затрат собрать силовую часть высокочастотного импульсного преобразователя для бытовых нужд.

Видео о изготовлении простейшего импульсного питающего устройства

Источник: http://elektrik24.net/elektrooborudovanie/bloki-pitaniya/impulsnye/svoimi-rukami.html

Домашний усилитель — инверторы

   Продолжаем наш проект . Сборку деталей печатных плат к нашему домашнему усилителю мы начнём с источника питания, точнее двух источников, так как требуется два БП. Конечно мы используем не силовые трансформаторы на железе, а импульсные блоки питания.

   Этот инвертор предназначен только для питания сабвуферного усилителя по схеме ланзара. Выходное напряжение +/-65 Вольт. Инвертор не имеет стабилизацию выходного напряжения, но не смотря на это серьезные скачки напряжения не наблюдал.

Построен инвертор по классической двухтактной схеме с применением ШИМ контроллера на микросхеме TL494.

   Трансформатор был намотан ан двух кольцах марки 3000НМ (Евгений, спасибо, что выручил и с другого конца света выслал кольца), размеры колец 45*28*8. Если есть возможность, то используйте феррит марки 2000НМ, с ним меньше потерь в трансформаторе. Кольца не склеивал, просто обмотал прозрачным скотчем. Грани кольца не закруглял, просто перед намоткой сердечник обмотал полоской стекловолокна в два слоя. Стекловолокно не боится перегрева и обеспечивает довольно неплохую изоляцию обмоток, хотя в таких инверторах промышленного образца никогда не изолируют обмотки друг от друга, поскольку напряжение не столь высокое. 

Читайте также:  Автомат включения освещения на основе pir

   Намотка делалась двумя полностью идентичными шинами, каждая из шин состоит из 12 жил провода с диаметром 0,7 мм. Перед намоткой берем контрольный провод, им будем выяснять, какой длины нужна шина. Контрольный провод может быть любым, любого сечения (для удобства диаметр подобрать 0,3-1 мм), Итак, берем контрольный провод и мотаем 5 витков по на кольце, витки равномерно растягивая по всему кольцу. Теперь отматываем обмотку измеряя длину, допустим длина провода составила 20 см, следовательно для намотки основной обмотки провод нужно брать с запасом 5-7 см, т.е. 25-27 см, разумеется, длина не точная и привел только для примера.    Теперь переходим дальше. Поскольку первичная (силовая) обмотка у нас состоит из двух полностью аналогичных плеч, то нам нужны 24 жилы провода 0,7 мм одинаковой длины. Дальше нужно собрать шины из 12 жил, концы жил скручиваем и переходим к процессу намотки. 

   В разных источниках приводятся отличающиеся друг от друга технологии намотки, этот метод отличается тем, что позволяет получить максимально равноценные обмотки. Намотку делаем сразу двумя шинами, желательно использовать жгут для удобства, но я мотал без него. Максимально аккуратно мотаем 5 витков по всему кольцу, в итоге у нас получается 4 отвода. Для стойкости витков обмотку изолируем, пробная изоляция может быть любой — скотч, изолента, нитки и т.п, лишь бы обмотка держалась, если уверены в правильности намотки, то можно ставить конечную изоляцию (в моем случае опять стекловолокно). Теперь нужно сфазировать обмотки, подключая начало первой полуобмотки (плеча) к концу второй или наоборот начало второй, к концу первой. Мест стыковки обмоток есть отвод от середины, на него подается силовой плюс 12 Вольт по схеме. Вторичная обмотка мотается и фазируется по тому же принципу, что и первичная. Обмотка состоит из 2х24 витков, мотается двумя шинами. Каждая шина состоит из 5 жил провода 0,7 мм. 

   Диодный выпрямитель собран из 4-х диодов серии КД213А. Это импульсные диоды с обратным напряжением до 200 Вольт, отлично себя чувствуют на частотах 50-80 кГц (хотя могут работать на частотах до 100 кГц), а максимально допустимый ток 10 Ампер — то, что нужно. В дополнительном охлаждении диоды не нуждаются, хотя в ходе работы может наблюдаться тепловыделение. 

   Дросселя в выходной цепи использовал готовые, от компьютерных блоков питания. Намотаны дросселя на ферритовом стержне (длина 1,5-2 см, диаметр 6 мм). Обмотка содержит 5-6 витков, намотана проводом 2-2,5 мм, для удобства можно мотать несколькими жилами более тонкого провода. Сглаживающие электролиты брал с напряжением 100 Вольт 1000 мкФ, работают с большим запасом. В итоге на плате инвертора 4 таких конденсатора в плече, еще два аналогичных стоят на плате усилителя Ланзар, т.е общая емкость фильтров в плече 5000 мкФ. 

   Перед и после дросселей стоят пленочные конденсаторы с напряжением 100 Вольт, их емкость не особа критична и может быть в районе 0,1-1 мкФ.

Запуск первого инвертора бп

   Перед запуском инвертора тщательно проверяем правильность монтажа. Маломощные транзисторы BC556/557 можно заменить на отечественный аналог КТ3107, ВС546 на КТ3102 или любые другие с близкими параметрами.

   Полевые ключи в ходе работы без выходной нагрузки не должны нагреваться, а с нагрузкой нагрев плеч должен быть равномерным. Последний этап — теплоотвод. Полевые транзисторы в моем случае укреплены на теплоотвод от компьютерного блока питания, через слюдяные прокладки и изолирующие шайбы. 

   В схеме реализован ремоут контроль (REM), т.е. основной, силовой плюс и минус всегда подключены к усилителю, а для того, чтобы схема завелась, подается плюс на точку REM, открывается транзистор BC546 и подается питание на генератор и начинается рабочий цикл инвертора. Плюс на ремоут можно подавать от автомагнитолы, или же можно приспособить в машине маленький тумблер, которым можно включить и выключить усилитель. 

   Если возникли проблемы…

   Проблема.<\p>

   . Неправильно сфазирована первичная обмотка или бракованные транзисторы. Если уверены в правильности монтажа и в исправности всех компонентов, то скорее всего первичная обмотка трансформатора неправильно сфазирована.

Для этого отключаем вторичную цепь, то есть нагрузку, которая подключена ко вторичной обмотке и снова запускаем трансформатор (часто, проблемы могут возникнуть на вторичных цепях), если все также, то проверяем транзисторы на исправность, они скорее всего будут «убитыми», заменяем и фазируем трансформатор правильно. 

   Проблема.

   . Вначале проверяем наличие прямоугольных импульсов на 9 и 10 выводах микросхемы, если все ок, то проверяем посключение диодов и маломощных транзисторов, такая проблема возникает по двум причинам — неправильное подключение маломощных транзисторов драйвера или же неравноценные плечи первичной обмотки.

   Схема и печатная плата второго инвертора полностью схожа с первым. Выходное напряжение для питания каналов ОМ составляет 2х55 Вольт (+/-55В). Вторичная обмотка на сей раз намотана 6-ю жилами провода 0,8 мм и состоит из 2х28 Витков, мотается по той же технологии, что и в случае первого инвертора.

   Обратите внимание на то, чтобы первичные и вторичные обмотки были обязательно намотаны В ОДИНАКОВОМ НАПРАВЛЕНИИ!

   Другая вторичка предназначена для запитки блока усилителей на микросхемах LM1875. Обмотка состоит из 2х8 Витков, намотана 4-мя жилами провода 0,8 мм. 

   После сборки инвертора тщательно проверяем монтаж на ошибки, если таковых нет, то беремся за мультиметр и проверяем вторичные цепи на замыкания.

Первое включение

   Первый запуск инвертора стоит сделать от лабораторного БП с защитой от КЗ, при этом в момент запуска защита может ошибочно сработать, если блок маломощный, в моем случае использовался переделанный БП с током 3,5 А.

Холостой ток инвертора 170-280 мА, зависит от правильного расчета трансформатора, рабочей частоты генератора и типа полевых ключей, немалую роль играет резистор снаббера, в моем случае с ним пришлось чуток поиграться, чтобы снизить потребление схемы. 

   Во время холостого хода, на ключах не должно наблюдаться тепловыделения, если оно есть, то имеется проблема с монтажом или нерабочий компонент. Перед запуском промойте плату от флюсов, для этого можно использовать ацетон или растворитель. А теперь приступаем собственно к самому блоку УМЗЧ… С уважением — АКА КАСЬЯН.   Форум по созданию домашнего УМЗЧ

Источник: http://radioskot.ru/publ/unch/domashnij_usilitel_invertory/6-1-0-680

Двухтактные ИБП

style=»display:inline-block;width:728px;height:90px» data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″

data-ad-slot=»2660907582″>

♥     Наибольшее распространение получили двухтактные источники вторичного электропитания, хотя и имеют более сложную электрическую схему по сравнению с однотактными. Они позволяют получать на выходе значительно большую выходную мощность при высоком КПД.

Схемы двухтактных преобразователей-инверторов имеют три вида включения ключевых транзисторов и первичной обмотки выходного трансформатора: полумостовая, мостовая и с первичной обмоткой имеющей отвод от середины.

♥     Полумостовая схема построения ключевого каскада.
Ее особенностью является включение первичной обмотки выходного трансформатора в среднюю точку емкостного делителя С1 — С2.

♥     Амплитуда импульсов напряжения на переходах транзисторов эмиттер-коллектор Т1 и Т2 не превышает Uпит величины питающего напряжения. Это позволяет использовать транзисторы с максимальным напряжением Uэк до 400 вольт.

В то же время напряжение на первичной обмотке трансформатора Т2 не превышает значения Uпит/2, потому, что снимается с делителя С1 — С2 (Uпит/2).

Управляющее напряжение противоположной  полярности подается на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2 через трансформатор Тр1.

♥     В мостовом преобразователе емкостной делитель (С1 и С2) заменен транзисторами Т3 и Т4. Транзисторы в каждом полупериоде открываются попарно по диагонали (Т1, Т4) и (Т2, Т3).

Напряжение на переходах Uэк закрытых транзисторов не превышает напряжения питания Uпит. Но напряжение на первичной обмотке трансформатора Тр3 увеличится и будет равно величине Uпит, что повышает КПД преобразователя.

Ток же через первичную обмотку трансформатора Тр3 при той же мощности, по сравнению с полумостовой схемой, будет меньше.

Из за сложности в наладке цепей управления транзисторов Т1 – Т4,  мостовая схема включения применяется редко.

♥     Схема инвертора с так называемым пушпульным выходом наиболее предпочтительна в мощных преобразователях-инверторах. Отличительной особенностью в данной схеме является то, что первичная обмотка выходного трансформатора Тр2 имеет вывод от середины.

За каждый полупериод напряжения поочередно работает один транзистор и одна полуобмотка трансформатора. ♥     Данная схема отличается наибольшим КПД, низким уровнем пульсаций и слабым излучением помех.

Достигается это за счет уменьшения тока в первичной обмотке и уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах.

Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки Тр2 возрастает до значения Uпит, а напряжение Uэк на каждом транзисторе достигает значения 2 Uпит (ЭДС самоиндукции + Uпит). Необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэmах, равным 600 – 700 вольт.

Средний ток через каждый транзистор равен половине тока потребления от питающей сети.

Обратная связь по току или по напряжению.

♥     Особенностью двухтактных схем с самовозбуждением является наличие обратной связи (ОС) с выхода на вход, по току или по напряжению.

♥     В схеме обратной связи по току обмотка связи w3 трансформатора Тр1 включена последовательно с первичной обмоткой w1 выходного трансформатора Тр2.

Чем больше нагрузка на выходе инвертора, тем больше ток в первичной обмотке Тр2, тем больше обратная связь и больше базовый ток транзисторов Т1 и Т2.

Если нагрузка меньше минимально допустимой, ток обратной связи в обмотке w3 трансформатора Тр1 недостаточен для управления транзисторами и генерация переменного напряжения срывается.

Иными словами, при пропадании нагрузки — генератор не работает.

♥     В схеме обратной связи по напряжению обмотка обратной связи w3 трансформатора Тр2 соединена через резистор R с обмоткой связи w3 трансформатора Тр1.

По этой цепи осуществляется обратная связь с выходного трансформатора на вход управляющего трансформатора Тр1 и далее в базовые цепи транзисторов Т1 и Т2. ♥     Обратная связь по напряжению слабо зависит от нагрузки.

Если же на выходе будет очень большая нагрузка (короткое замыкание), напряжение на обмотке w3 трансформатора Тр2 снижается и может наступить такой момент, когда напряжение на базовых обмотках w1 и w2 трансформатора Тр1 будет недостаточно для управления транзисторами.

Генератор перестанет работать . При определенных обстоятельствах это явление может быть использовано как защита от короткого замыкания на выходе.

♥     На практике широко применяются обе схемы с обратной связью ОС как по току, так и по напряжению.

Двухтактная схема инвертора с ОС по напряжению

♥     Для примера, рассмотрим работу наиболее распространенной схемы преобразователя-инвертора – полумостовой схемы.
Схема состоит из нескольких независимых блоков:

      • — выпрямительный блок – преобразует переменное напряжение 220 вольт 50 Гц в постоянное напряжение 310 вольт;
      • — устройство запускающих импульсов – вырабатывает короткие импульсы напряжения для запуска автогенератора;
      • — генератор переменного напряжения – преобразует постоянное напряжение 310 вольт в переменное напряжение прямоугольной формы высокой частоты 20 – 100 КГц;
      • — выпрямитель – преобразует переменное напряжение 20 -100 КГц в постоянное напряжение.

♥     Сразу после включения питания 220 вольт начинает работать устройство запускающих импульсов, представляющий из себя генератор пилообразного напряжения (R2, С2, Д7). От него запускающие импульсы поступают на базу транзистора Т2. Происходит запуск автогенератора.

♥     Ключевые транзисторы открываются поочередно и в первичной обмотке выходного трансформатора Тр2, включенной в диагональ моста (Т1,Т2 – С3,С4), образуется переменное напряжение прямоугольной формы.

С вторичной обмотки трансформатора Тр2 снимается выходное напряжение, выпрямляется диодами Д9 — Д12 (двухполупериодное выпрямление) и сглаживается конденсатором С5. На выходе получается постоянное напряжение заданной величины.

♥     Трансформатор Т1 используется для передачи импульсов обратной связи от выходного трансформатора Тр2 на базы ключевых транзисторов Т1 и Т2.

♥     Двухтактная схема ИБП имеет ряд преимуществ перед однотактной схемой:

    • — ферритовый сердечник выходного трансформатора Тр2 работает с активным перемагничиванием (наиболее полно используется магнитный сердечник по мощности);
    • — напряжение коллектор – эмиттер Uэк на каждом транзисторе не превышает напряжение источника постоянного тока в 310 вольт;
    • — при изменении тока нагрузки от I = 0 до Imax, выходное напряжение изменяется незначительно;
    • — выбросы высокого напряжения в первичной обмотке трансформатора Тр2 очень малы, соответственно меньше уровень излучаемых помех.
Читайте также:  Основные характеристики

♥     И еще одно замечание в пользу двухтактной схемы!!

Сравним работу двухтактного и однотактного автогенераторов с одинаковой нагрузкой. ♥     Каждый ключевой транзистор Т1 и Т2 за один такт работы генератора используется всего половину времени (одну полуволну), вторую половину такта «отдыхает».

То есть вся вырабатываемая мощность генератора, делится пополам между обоими транзисторами и передача энергии в нагрузку идет непрерывно (то от одного транзистора, то от другого), во время всего такта. Транзисторы работают в щадящем режиме.

♥     В однотактном же генераторе накопление энергии в ферритовом сердечнике происходит во время половины такта, во второй половине такта идет ее отдача в нагрузку.

Ключевой транзистор в однотактной схеме работает в четыре раза более напряженном режиме, чем ключевой транзистор в двухтактной схеме.

style=»display:inline-block;width:728px;height:90px» data-ad-client=»ca-pub-5076466341839286″

data-ad-slot=»2660907582″>

Источник: http://domasniyelektromaster.ru/nemnogo-teorii/dvuxtaktnye-impulsnye-bloki-pitaniya/

Схема преобразователя мощностью 1000 ВА

Предлагаю вам для начала представить такой случай из радиолюбительской практики. Вы захотели собрать усилитель своими руками. Для упрощения отбросим их деление на типы и классы. Будем руководствоваться одним, для многих, основным параметром усилителя звуковой частоты – его выходная мощность.

Вы решили не размениваться по мелочам и собрать для себя усилок на 500 ватт. Всё. Цель установлена. Перед вами стоит задача найти подходящую схему. Что дальше? Правильно. Шарим на популярных радиолюбительских сайтах, не забывая, конечно, про mikrocxema.

ru, в поисках заветной схемы усилителя звуковой частоты.

Допустим, из кучи предложений нашли две наиболее удовлетворяющих потребности. К примеру, схема номер раз – транзисторный биполярныйусилитель мощности и схема номер два – транзисторный полевойусилитель мощности. Теперь из них нужно выбрать одну, на базе которой вы будете паять желанный, радующий ухо мощным звуком девайс.

Руководствуясь субъективными оценочными критериями, выбираете, допустим, первый вариант. Ага. Спаять схему – полбеды, и здесь особых трудностей возникнуть не должно. Но вот перед вами вырисовывается огромная, типичная в подобной ситуации проблема. Думаете какая? Правильно.

А чем же я его буду питать? Точнее – от чего! Это, пожалуй, одна из главенствующих проблем при конструировании мощных электронных устройств.

Если применять трансформаторный источник питания, то для нашей схемы габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 625…650 ватт. Кроме того, что подобные трансы не валяются на дороге, так они ещё и жутко дорогие. А если вы захотели использовать собранный усилитель мощности в автомобиле.

Как тогда его питать? В этом случае приходят на помощь импульсные источники питания и импульсные преобразователи напряжения. Собрать и довести до ума импульсный блок питания, преобразователь, конечно, сложнее традиционного, но другого выхода нет. Приходится паять.

Ведь мы так близко к заветному первому запуску усилителя.

От теории к практике конструирования

Сегодня расскажем и приведем схему преобразователя напряжения с мощностью нагрузки до 1000 ватт.

Конвертер отлично подойдет для питания как автомобильного усилителя, так и любого другого электрического устройства от бортовой сети. Напряжение на выходе преобразователя равно 75…105 вольтам. Но изменить его никогда не поздно.

На вход преобразователя подается стандартное автомобильное напряжение 12 вольт. Схема преобразователя:

Добавлено: из радиолюбительской беседы в комментариях стало ясно, что схема преобразователя не полностью надежна и работоспособна. Мы немного изменили силовой каскад и в итоге получилась вот такая схема:

Добавлено: подробнее о питании сетевым напряжением смотрите комментарий 11. Также стоит обратить внимание на 21. В 31 фото собранного блока питания. Описание изменений читайте в 35, 37, 41.

Собирается преобразователь на широко распространенной микросхеме ШИМ TL494 и мощных MOSFET на выходе, способными обеспечить необходимую силу тока.

Для этой цели сгодятся по три параллельно соединенных полевых транзистора IRFZ44N на плечо. Итого, шесть штук, т.к. преобразователь, конечно, двухтактный. Кстати, такие транзисторы стоят вавтомобильном сабвуфере Prology ATB-1000 и Prology ATB-1200.

Можно поставить в схему MOSFET IRF3710, помощнее и понадежнее. На выход преобразователя традиционно ставят импульсный трансформатор. А после него уже мощные выпрямительные диоды или диодный мост и фильтрующие конденсаторы, т.е. все обязательные для блоков питания радиокомпоненты.

Рассчитываем импульсный трансформатор

Теперь о том, как рассчитать импульсный трансформатор для нашей схемы преобразователя. Входное напряжение потенциалом 13,8 вольт должно преобразовываться примерно в 70 вольт (чтобы после диодов и фильтрующих конденсаторов получилось около 90 В). Частота преобразователя 50 кГц. Её задает генератор с ШИМ TL494 (левая часть схемы преобразователя).

Допустим, у нас в наличии имеется ферритовое кольцо М2500НМС К65х40х9. Из него мы будем получать импульсный трансформатор для нашего преобразователя. Буковка «С» в маркировке феррита обозначает, что он предназначен для работы в сильных магнитных полях. Габаритная мощность такого кольца примерно 1100 ватт, т.е. то, что нам нужно.

А рассчитывается она по формуле:

Pгаб = 3,14 * (D — d) * h * d * d * f * 0,25 / 12000 => Pгаб = 3,14*(65-40)*9*40*40*50*0,25/12000?1100 Вт.

Как можно заметить, габаритная мощность зависит не только от размеров ферритового сердечника, но и от частоты тока преобразователя. Причем зависимость существенная.

Таким образом, при проектировании преобразователя напряжения мы не скованы частотной характеристикой, как это было бы в случае с традиционным сетевым блоком питания, рассчитанном на промышленную частоту 50…60 Гц.

Это не может не радовать, так как при расчетах, обнаружив несоответствие габаритной мощности трансформатора мощности нагрузки, мы можем просто увеличить частоту задающего генератора. Частота, если брать в широких пределах, может составлять 5…500 кГц, обычно, конечно, этот разброс значительно уже – 10…100 кГц.

При этих значениях коэффициент полезного действия импульсного трансформатора равен 95…99%! Но здесь ещё необходимо, конечно, учитывать характеристики материала сердечника. Для предварительного расчета можно взять среднюю частоту преобразования 50 кГц. Увеличив частоту до 100 кГц, мы получим габаритную мощность импульсного трансформатора для нашего преобразователя в два раза больше, т.е. под 2 кВт.

Сила тока во вторичной обмотке I2 = 1000 / (70+70) ? 7 ампер.

Теперь определим плотность тока в обмотках: J = 1,5 + 24 / (Pгаб)1/2 => J=1,5+24/(1100)1/2 = 2,2 А/мм2.

Теперь необходимо определить разность потенциалов, подводимую к импульснику для рассматриваемой схемы преобразователя напряжения. Поскольку первичная обмотка поделена на две с отводом от средней точки, U1 = 2*13,8 – Uнас, где Uнас – падение напряжения на переходе сток-исток транзистора. Для IRFZ44N примем Uнас = 0,8 В. Для MOSFET IRF3710 это значение поменьше. U1 = 2*13,8 – 0,8 ? 27 вольт.

Отлично. Находим количество витков и диаметр провода первичной обмотки. W1 = 500 * U1 / (F * 0,25 * (D — d) * h) => W1=500*27/(50*0,25*(65-40)*9) ? 5 витков. Т.е. по три витка на плечо с отводом от середины. Итого, W1=6. Для вычисления диаметра обмоточного провода определим силу тока в первичной обмотке.

I1 = 1000 ватт / (27 вольт/2*КПД) => I1 = 1000 ватт / (27 вольт/2*0,9) ? 83 А. Отсюда диаметр провода равен d1 = 0,6*(83 А)1/2 = 5,46 мм. Если считать через плотность тока, то получаем d1 = (83 (А) / 2,2 (А/мм2) / 3,1415)1/2 * 2 = 6,9 мм. Найдем среднее значение d1= (5,46+6,9)/2 ? 6 мм.

Можно и нужно взять провод меньшего диаметра и намотать первичку в несколько жил. Например, 1,5 мм x 16 жил.

Число витков вторичной обмотки W2 = W1*U2 / U1 => W2=6*(70+70) / 27 = 31 виток или примерно по 15…16 витков с отводом от середины медным проводом диаметром d2 = 0,6*(7 А)1/2 ? 1,6 мм. Для верности можно пустить три жилы диаметром 1 мм. Или 0,63 мм x 6 жил.

После всех свистоплясок получается импульсный трансформатор для преобразователя примерно следующего вида:

Вот мы и произвели беглый расчет импульсного трансформатора для схемы преобразователя мощностью 1000 ВА. Причем сделали это вручную, без использования компьютерных программ. Методик расчета трансформаторовпредостаточно. Для получения более точных показателей, конечно, желательно воспользоваться вычислительной программой для расчета трансформатора. И лучше не одной. Т.к.

полученные значения в них порой очень сильно разняться. А при расчете в нескольких прогах можно аналитически-статистическим методом отсеять более точные данные. Одну из программ можно скачать в статье автомобильный преобразователь напряжения. Там же можно почитать дополнительно о подобных конструкциях и схемах преобразователей. И ещё несколько скачайте по ссылке ниже.

Скачать программы для расчета трансформатора

Автором ExcellentIT v.3.5.0.0 и Lite-CalcIT v.1.7.0.0 является Владимир Денисенко из г. Пскова, автором Transformer v.3.0.0.3 и Transformer v.4.0.0.0 – Евгений Москатов из г. Таганрога.

Советую применять все указанные программы для расчета импульсных источников питания комплексно.

Источник: http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/skhema_preobrazovatelja_moshhnostju_1000_va/101-1-0-5474

Что такое инвертор (Inverter). Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Инвертор. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Inverter – англ.
Pulse Wide Modulation (PWM) – широтно-импульсная модуляция – англ.

Инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное. В зависимости от используемого принципа преобразования различают три основных типа инверторов (см. рисунки): инверторы, генерирующие напряжение прямоугольной формы, инверторы с пошаговой (ступенчатой) аппроксимацией (НЧ ШИМ) и инверторы с высокочастотной широтно-импульсной модуляцией (ВЧ ШИМ).

Последние обеспечивают наиболее близкую к гармонической форму выходного напряжения.

Кроме того, манипулируя скважностью импульсов ШИМ-сигнала, «интеллектуальные» инверторы, применяемые в ИБП сериях Mega-Vision, Pro-Vision Black, Power-Vision, Power-Vision Black, Power-Vision 3F и N-Power Evo компании N-Power, автоматически корректируют форму выходного напряжения при работе с нелинейной нагрузкой.

Следует отличать термин «инвертор» используемый в силовой электротехнике от других терминов «инвертор» например в математике и в электронике где термин обозначает инверсию сигнала (функции).

Форма напряжения на выходе инвертора, генерирующего прямоугольные импульсы
Форма напряжения на выходе НЧ ШИМ инвертора с пошаговой аппроксимацией
Форма напряжения на выходе инвертора с ВЧ ШИМ (широтно-импульсной модуляцией)

Дополнительные способы классификации видов инверторов:

1) По силовой схеме:

2) По фазности выходного напряжения:

См. также раздел «трехфазный ИБП».

3) По типу применяемых индуктивных компонентов:

  • трансформаторный
  • бестрансформаторный (дроссельный)

4) По опорной частоте ШИМ-сигнала:

  • НЧ ШИМ (Low Frequency PWM) – применяется в линейно-интерактивных ИБП с аппроксимированной синусоидой
  • ВЧ ШИМ (High Frequency PWM) – использутеся в On-Line ИБП

5) По типу генерируемого ШИМ-сигнала:

  • униполярная ШИМ (Sinusoidal PWM Unipolar Generator)
  • биполярная ШИМ (Sinusoidal PWM Bipolar Generator)

6) По количеству проводников входной линии постоянного тока

  • двухпроводный вход (плюс, минус) / характерно для мостовой схемы инвертора
  • трёхпроводный вход (плюс, минус, средняя точка) / характерно для полумостовой схемы инвертора
  • др.

7) По типу входной линии постоянного тока

  • VSC / VSI — voltage source converter / inverter, преобразователь / инвертор с питанием от источника напряжения
  • CSC / CSI — current source converter / inverter, преобразователь / инвертор с питанием от источника тока

Читайте дополнительную статью «VSC и CSC инверторы»

Историческая классификация типов инверторов:

  • на основе искровых / контактных преобразователей
  • на основе вакуумных / ламповых преобразователей
  • на основе электромашинных преобразователей
  • на основе твердотельных преобразователей
  • и др.

Основными показателями эффективности работы инвертора являются:

  • Перегрузочная способность.
  • Коэффициент полезного действия (КПД).
  • Допустимый крест-фактор нагрузки.
  • Допустимый коэффициент мощности нагрузки.
  • Качество выходного напряжения.

 

Источник: https://www.xn--80aacyeau1asblh.xn--p1ai/reference/terminology/154-inverter

Двухтактные преобразователи напряжения постоянного тока

Двухтактные преобразователи могут быть с самовозбуждением и с независимым возбуждением. В настоящее время в основном применяют преобразователи с независимым возбуждением, имеющие более высокий КПД.

На практике применяют три основных схемы двухтактных преобразователей: с выводом нейтральной точки первичной обмотки трансформатора (со средней точкой), полумостовые и мостовые.

Трансформатор, входящий в состав преобразователя имеет две идентичные первичные обмотки с числом витков W11 = W12 = W1 и две идентичные вторичные обмотки с числом витков W21 = W22 = W2.

Рассмотрим установившийся режим работы идеального преобразователя в случае безразрывных токов дросселя L при широтно-импульсном управлении транзисторами VT1 и VT2. При переводе СУ транзистора VT1 в режим насыщения к первичной обмотке W11 трансформатора будет приложено напряжение источника энергии U0.

В результате на зажимах вторичной обмотки W21 появится ЭДС Е2 с полярностью, обеспечивающей открытие диода VD1. При этом на интервале открытого состояния VT1 все остальные диоды и транзистор VТ2 будут закрыты.

Поскольку ЭДС Е2 = U0n21 = U0W2/W1, то к обмотке дросселя L будет приложено напряжение, равное U0n21 — Uн. Под действием этого напряжения ток в обмотке дросселя L будет нарастать до линейному закону от минимального до максимального значения, соответствующего моменту времени t = γТ, когда СУ переведет транзистор VT1 в закрытое состояние.

Читайте также:  Обзор карманного осциллографа dso201

На этом временном интервале осуществляется передача энергии в нагрузку, накопление энергии в дросселе L и подзаряд конденсатора С1. При этом напряжение, приложенное к закрытому транзистору VT2, оказывается равным 2U0.

При запирании транзистора VT1 меняется полярность ЭДС на зажимах всех обмоток трансформатора, что приводит к запиранию диода VD1 и открыванию диода VD3.

В результате к обмотке дросселя будет приложено напряжение, равное напряжению на нагрузке, и он будет отдавать ранее запасенную энергию в нагрузку и конденсатор С1 (пока ток дросселя будет больше тока нагрузки).

При этом напряжение, приложенное к закрытым транзисторам VT1 и VT2, оказывается равным напряжению источника энергии U0, так как трансформатор оказывается в режиме короткого замыкания (при отключенной первичной обмотки от источника энергии).

В момент t/T = 0,5 СУ переводит транзистор VT2 в открытое состояние, в результате чего первичная обмотка W12 трансформатора (находящегося в режиме короткого замыкания) подключается к источнику энергии.

Это приводит к резкому увеличению тока в обмотках W22 и W12 трансформатора. В момент, когда ток в обмотке W22 достигает значения тока дросселя L, начинается процесс запирания диода VD3.

На интервале 0,5Т ≤ t ≤ (0 5 + γ)Т транзистор УТ2 открыт и находится в режиме насыщения, а ток дросселя опять нарастает от минимального до максимального значения.

Регулировочная характеристика данного преобразователя имеет следующий вид:   UH = 2n21γU0.

Как видно из выражения, регулировочная характеристика данного преобразователя отличается от регулировочной характеристики однотактного преобразователя с прямым включением диода только множителем 2.

Однако в последнем случае требуется два отдельных трансформатора, расчетная мощность каждого из которых в два раза меньше мощности трансформатора двухтактного преобразователя.

Кроме того, следует помнить, что перемагничивание материала магнитопровода в однотактных преобразователях с прямым включением диода осуществляется по частному несимметричному циклу перемагничивания, тогда как в данном идеальном преобразователе перемагничивание осуществляется по частному симметричному циклу. Поэтому размеры трансформатора в двухтактном преобразователе будут меньшими по сравнению с размерами двух трансформаторов однотактных преобразователей.

Выражение для критического значения индуктивности Lкp дросселя L, обеспечивающей безразрывность тока дросселя при минимальном значении тока нагрузки Jн min принимает для двухтактного преобразователя (или двух однотактных, работающих на общий фильтр) следующий вид:

Разница в работе будет заключаться в только том, что на интервалах закрытого состояния транзисторов оба диода на выходе преобразователя (VD1, VD2) будут открыты и через каждый из них будет замыкаться ток, равный половине тока дросселя.

Например, широко применяемые в системах электропитания аппаратуры телекоммуникаций вольтодобавочные (стабилизирующие) преобразователи КВ-12/100 (КС-14/100) представляют собой рассматриваемый двухтактный преобразователь в варианте без диода VD3.

В реальных двухтактных преобразователях, работающих на частотах 20 кГц и выше, неодинаковое значение времени рассасывания избыточных носителей в транзисторах при их запирании приводит к тому, что приращение магнитного потока в трансформаторе на интервале открытого состояния одного транзистора отличается от приращения магнитного потока на интервале открытого состояния другого транзистора. В результате в двухтактных преобразователях может появиться так называемое одностороннее подмагничивание материла магнитопровода трансформатора. И, как результат, насыщение материала магнитопровода и короткое замыкание для источника энергии, приводящее к выходу из строя транзисторов. Другой причиной появления одностороннего подмагничивания является электрическая несимметрия схемы, возникающая, как правило, при низких уровнях выходного напряжения. Для того чтобы исключить явление одностороннего подмагничивания, приходится прибегать к существенному усложнению схемы управления в двухтактных преобразователях по сравнению с однотактными. С этой целью в схему управления вводится, например, устройство, следящее за средним значением токов транзисторов и при их разбалансировке обеспечивающее автоматическую коррекцию длительности включенного состояния транзисторов.

Рассмотренный преобразователь на практике применяется при относительно невысоких напряжениях источника энергии, так как напряжение, приложенное к закрытому транзистору, оказывается в два раза больше напряжения источника энергии. При высоком значении напряжения U0 (в несколько сотен вольт) широко применяются полумостовые и мостовые схемы двухтактных преобразователей.

В полумостовом преобразователе параллельно источнику энергии с напряжением U0 устанавливаются два последовательно соединенных между собой конденсатора с одинаковой емкостью. Первичная обмотка трансформатора TV1 включается между общей точкой этих конденсаторов и общей точкой транзисторов VT1 и VT2.

В идеальном преобразователе среднее значение напряжения на каждом из конденсаторов равно половине напряжения U0. При переводе СУ, например, транзистора VT1 в режим насыщения напряжение, приложенное к первичной обмотке трансформатора TV1, будет равно напряжению на конденсаторе С1. В результате ЭДС Е2 на зажимах вторичной обмотки VT1 будет равна U0n21/2.

При этом будут открыты диоды VD3 и VD6. Напряжение, приложенное к закрытому транзистору VT2, равное сумме напряжения на конденсаторе С2 и ЭДС первичной обмотки TV1, будет равно напряжению U0.

Для того чтобы исключить интервалы, на которых оба транзистора открыты одновременно, длительности открытого состояния VT1 и VT2 должны быть меньше половины периода преобразования энергии. На интервалах открытого состояния VT1 (VT2) осуществляется передача энергии а нагрузку и ее накопление в дросселе L1 и конденсаторе С3.

Кривые тока коллектора транзисторов, тока дросселя L1, напряжения на входе фильтра L1 С3 и напряжения на нагрузке по форме полностью совпадают с соответствующими кривыми.

На интервалах выключенного состояния транзисторов открыты все четыре диода выходного выпрямителя и через каждый из них протекает ток, равный половине тока дросселя, при этом напряжение приложенное к закрытым транзисторам равно U0/2. Регулировочная характеристика полумостового преобразователя (при его работе в режиме безразрывных токов дросселя L1) имеет следующий вид:   UH = γU0n21.

Выражение для критического значения индуктивности Lкp дросселя L, обеспечивающей безразрывность тока дросселя при минимальном значении тока нагрузки Iн min принимает для полумостового преобразователя следующий вид:

Полумостовые преобразователи обычно применяются при выходной мощности до нескольких сотен ватт, так как с увеличением выходной мощности резко увеличиваются габаритные размеры конденсаторов C1, С2.

Кроме того, при прочих равных условиях ток коллектора транзисторов в полумостовых преобразователях в два раза больше, чем в мостовых преобразователях, что приводит к большим потерям в них и к увеличению габаритов радиаторов охлаждения транзисторов.

В мостовом преобразователе при классическом, так называемом симметричном способе управления транзисторами СУ обеспечивает синхронную коммутацию диагональных транзисторов (VT1 и VT4 на интервале первой половины периода, а затем VT2 и VT3 на интервале второй половины периода преобразования энергии).

При этом на интервале открытого состояния любой пары диагональных транзисторов напряжение, приложенное к первичной обмотке TV1 и к каждому из закрытых транзисторов в идеальном преобразователе равно напряжению источника энергии.

В остальном работа мостового преобразователя при симметричном способе управления транзисторами подобна работе рассмотренных выше двухтактных преобразователей.

С ростом частоты работы преобразователя в случае симметричного способа управления транзисторами увеличиваются и потери в транзисторах при их включении. Это связано с тем что включение транзисторов (перевод их в режим насыщения) осуществляется при высоких напряжениях на них.

Поэтому в паразитных выходных емкостях транзисторов (емкость сток-исток транзистора) запасается достаточно большая энергия, которая выделяется на транзисторах при их включении.

Так, при уровне напряжения питания U0 = 600 В (этот уровень напряжения, например, может быть в случае применения преобразователя в трехфазном выпрямителе с бестрансформаторным входом) на каждом из закрытых транзисторов мостового преобразователя будет напряжение Uси = 300 В.

В этом случае при выходной емкости сток-исток Сси = 300 пФ и частоте работы преобразователя ƒ = 300 кГц средняя за период мощность Рси, теряемая в транзисторе при его включении, оказывается равной Wƒ = CсиU2cиƒ/2 = 300 • 10-12 • 3002 • 300 • 103/2 = 4, 05 Вт. Следовательно, на четырех транзисторах мостового преобразователя теряется мощность равная 16,2 Вт.

Применение фазового способа управления транзисторами мостового преобразователя позволяет обеспечить включение его транзисторов при нулевом напряжении на них, т. е. исключить потери в них при включении. Сущность фазового способа управления транзисторами поясняется с помощью временных диаграмм uзиi, представленных на рис. 1 На схеме рис.

1, а показаны выходные емкости транзисторов C1…C4 и диоды VD1…VD4, присущие самой структуре полевых транзисторов. Нумерация перечисленных элементов соответствует нумерации транзисторов. В цепь первичной обмотки трансформатора TV введен дроссель L.

Как следует из временных диаграмм uзиi (индекс i принимает значения соответствующие номерам транзисторов в схеме), включение транзисторов, образующих левую (VT1, VT2) и правую (VT3, VT4) «стойки» осуществляется в противофазе с небольшой задержкой tзад включения одного транзистора относительно момента выключения другого транзистора данной стойки.

Такая задержка необходима для исключения одновременного открытия обоих транзисторов одной стойки, что является коротким замыканием для источника энергии U0. Причем длительность открытого состояния каждого из четырех транзисторов ПН неизменна и близка к половине периода преобразования энергии. Регулирование (стабилизация) выходного напряжения (напряжения на RH) осуществляется за счет сдвига по фазе фронта включающих импульсов транзисторов одной стойки относительно включающих импульсов транзисторов другой стойки.

В интервале [0, t1] открыты диагональные транзисторы VT1 и VT4, в результате ток i1, равный сумме намагничивающего тока (тока холостого хода) трансформатора и тока дросселя: L1, приведенного к первичной обмoтке, втекает в начало первичной обмотки TV, открыт выходной диод VD5 и осуществляется передача энергии в нагрузку и ее накопление дросселями L1 и L.

При этом напряжение на конденсаторах С2 и С3. равно напряжению U0. В момент t1 схема управления выключает VT4, вследствии чего ток i1 начинает замыкаться по цепи: первичная обмотка TV (в том же направлении) — конденсатор С3 — открытый транзистор VT1 — дроссель L. Начинается быстрый процесс перезаряда конденсатора С3 и заряд конденсатора С4.

За время, меньшее tзад, напряжение на конденсаторе С3 уменьшается до нуля, а на конденсаторе С4 нарастает до U0. После того как напряжение на С3 снизилось до нуля, открывается диод VD3 и ток i1 далее замыкается через этот диод, так что к моменту t2 — моменту открытия VT3 — напряжение на нем равно практически нулю, т. е. отсутствуют потери мощности при его открытии.

В интервале [t2, t3] первичная обмотка TV и дроссель L оказываются закороченными диодом VD3 и транзистором VT1, так что ток в этой цепи практически не претерпевает изменений. В момент t3 выключается транзистор VT1 и начинается быстрый перезаряд конденсатора С2 (и заряд конденсатора С1), так что за время, меньшее tзад, напряжение на C2 спадает до нуля, после чего открывается диод VD2.

До момента t4 — момента открытия транзистора VT2 — ток, поддерживаемый дросселем L, замыкается через диоды VD2, VD3 и источник энергии U0, т. е. энергия, запасенная этим дросселем, возвращается в источник. Включение VT2 также происходит без потерь мощности.

На интервале [t4, t5] открыты VT2 и УТ3, ток i1 меняет свое направление, открыт выходной диод VD6 и энергия передается от источника в нагрузку, а также запасается дросселями. Далее процессы в схеме протекают аналогичным образом.

Для исключения явления одностороннего подмагничивания трансформатора в полумостовых и мостовых ПН последовательно с первичной обмоткой трансформатора достаточно часто включается конденсатор. Такое введение конденсатора имеет место, например, в ПН блоков питания ПК, в выпрямителях ВБВ-60/25-3к.

На выходе любого из рассмотренных двухтактных преобразователей выходной выпрямитель может быть выполнен либо по однофазной мостовой схеме, либо по двухполупериодной схеме выпрямления.

Однофазная мостовая схема выпрямления обычно применяется только при относительно высоких уровнях выходного напряжения (несколько десятков вольт и выше), так как характеризуется большими потерями в вентильном комплекте по сравнению с двухполупериодной схемой.

Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский, Л. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. —

384 с.: ил.

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Пароль на архив: privetstudent.com

Источник: http://privetstudent.com/referaty/elektronika/505-dvuhtaktnye-preobrazovateli-napryazheniya-postoyannogo-toka.html

Ссылка на основную публикацию