Проектирование силового широтно-импульсного модулятора, страница 6

По способу передачи энергии преобразователи можно разбить на две группы—преобразователи с резонансным обменом энергии между входным источником питания и нагрузкой и преобразователи с однонаправленной передачей энергии в нагрузку,

В преобразователях с резонансным обменом энергии энергия накопленная в резонансном контуре, передается не только в нагрузку, но и частично возвращается во входной источник. Элементы резонансного контура включаются в первичную цепь трансформатора , а нагрузка подключается последовательно или параллельно одному из элементов контура.

1.6.Описание задачи

Основной задачей данного проекта является изучение процессов многофазных импульсных стабилизаторов напряжения. Данная задача весьма актуальна, особенно для реализации таких схем в узлах силовой электроники.

1.7.  Методы решения

Решение данной задачи можно произвести двумя способами: 1)Реализация силовой части на основе однофазной схемы рис 1.6 и 2)Реализация на основе многофазной системы рис 1.7.

Рис 1.6. Однофазная схема силовой части

Рис 1.7. Двухфазная схема силовой части

Основными недостатками однофазной схемы рисунок 1.6  являются:

1)Большие пульсации входного тока.

2)Большие индуктивности дросселя.

3)Большие динамические потери в ключе.

4)Большие электромагнитные помехи.

Поэтому применение данной схемы нерационально с экономической точки зрения и со стороны массогабаритных показателей.

Вторая схема разделяет поток энергии на два канала и устраняет эти недостатки. В частности, происходит уменьшение индуктивности дросселя в два раза и снижение требований предоставляемых к ключам. Также возрастает частота входных пульсаций которые подавляются фильтрами с меньшими емкостями, чем в одноканальной схеме. 

Также при необходимости используют системы и с большим количеством каналов.

1.8. Два режима работы схемы.

Более подробно данную проблему можно рассмотреть, изучив диаграммы работы схемы (рис 1.3.) в каждом из режимов работы.

                   а)                                                                                        б)

Рис 1.8. Диаграммы работы импульсного понижающего стабилизатора напряжения. а) режим непрерывных токов, б) режим пульсирующих токов

Пусть в начальный момент времени ключ находится в закрытом состоянии. При этом на вход фильтра LC-типа прикладывается напряжение питания, и диод закрыт. В дросселе начинает возрастать ток,  достигая своего максимального значения к моменту переключения ключа. Накопление энергии в дросселе и конденсаторе приводит к увеличению напряжения на выходе стабилизатора.

Когда ключ переключается энергия, накопленная в элементах фильтра, начинает расходоваться в нагрузке (Рис 1.8.а.), а диод при этом открывается. Ток диода спадает по линейному закону вплоть до момента очередного включения ключа. После этого процессы в схеме стабилизатора повторяются.

При уменьшении индуктивности дросселя фильтра увеличиваются пульсации тока в нем, ухудшается использование регулирующего транзистора, в качестве ключа, по току, возрастает установленная емкость конденсатора фильтра. При весьма малой индуктивности в схеме стабилизатора может наступить режим пульсирующих токов, при котором ухудшается внешняя (нагрузочная) характеристика стабилизатора. Для обеспечения режима непрерывного тока в дросселе его индуктивность должна рассчитываться в соответствии со следующим неравенством:

Интересно отметить работу схемы в режиме непрерывных токов и в режиме пульсирующих токов. Произведем небольшой расчет понижающего импульсного стабилизатора представленного на рисунке 1.6.

Расчет произведем по следующим параметрам:

, , , ,

а) Расчет пульсаций тока в дросселе в режиме непрерывных токов

В установившемся режиме при неизменном значении напряжения питания выходное  напряжение стабилизатора прямо пропорционально относительной длительности открытого состояния регулирующего ключа .

Рассчитаем амплитуду пульсаций тока в дросселе, а также отклонения от средних токов коллектора мощного транзистора (ключа) () и замыкающего диода ().

Следует отметить, что режим переход схемы в режим пульсирующих токов возможен при меньшей индуктивности дросселя, чем в режиме непрерывных токов. Расчет данной индуктивности производится исходя из следующего условия: