Регулируемые двухтактные конверторы

Импульсные стабилизаторы в большинстве случаев выполняются на базе регулируемых преобразователей напряжения. Основой регулируемых преобразователей напряжения (РПН) являются двухтактные конверторы с выходными трансформаторами, выпрямительными устройствами и сглаживающими LCD – фильтрами. В регулируемых двухтактных конверторах совмещены функции преобразования постоянного напряжения в переменное и его регулирования с помощью устройства управления (УУ), основанного на принципе широтноимпульсной модуляции. Стабилизация напряжения осуществляется за счет того, что напряжение на вторичной обмотки выходного трансформатора имеет прямоугольную форму с регулируемой по длительности паузой при нулевом значении напряжения, зависящей от изменения дестабилизирующих факторов (изменение напряжения питания , тока нагрузки, температуры).

Схема двухтактного полумостового конвертора и временные диаграммы поясняющие его принцип работы показан на рис 6.4.

U 0

T/2

T/2

а) Схема двухтактного конвертора, б) форма импульсов

Рисунок 6.4.

Принцип действия полумостового двухтактного конвертора заключается в следующем: транзисторы VT1 и VT2 под действием импульсов управления U_y1 и U_y2 имеющих форму прямоугольных импульсов длительностями
с частотой коммутации поочередно переключаются. Когда транзистор VT1 открыт конденсатор C1 разряжается по цепи: верхняя обклада C1, открытый транзистор VT1, первичная обмотка трансформатора, нижняя обкладка C1. Энергия накопленная в емкости C1 трансформируется в нагрузку. Одновременно происходит заряд емкости C2 по цепи: + U₀, открытый VT1, первичная обмотка трансформатора, верхняя обкладка C2, нижняя обкладка и - U₀. Во время паузы, когда оба транзистора закрыты энергия накапливается в дросселе L1 через диод VD5 сбрасывается в нагрузку. Через полпериода транзистор VT открывается на время , и процесс повторяется для емкости C2, емкость C1 заряжается. Емкости C1и C2 образуют емкостной делитель (U_С1= U_С2= U₀/2).

Мостовая схема двухтактного конвертора и ее временные диаграммы приведены на рис.6.5.

T/2

T/2

а) Мостовая схема двухтактного конвертора, б) форма импульсов

Рисунок 6.5

В мостовой двухтактной схеме конвертора, когда открыты транзисторы VT1, VT3 с длительностью первичная обмотка трансформатора T1(точки а и б) подключается соответственно к + U₀ и - U₀ источнику. В следующий полупериод (длительность ) точки б и а будут подключены соответственно к + U₀ и - U₀. Таким образом, к трансформатору будет приложено переменное напряжение с амплитудой U₀ и рабочей частотой f_к. Мостовые схемы конверторов используются при мощностях свыше 0,5кВт. Процесс преобразования напряжения в мостовой схеме протекает аналогично процессам в двухтактной схеме. Отличие заключается в том, что последовательно с первичной обмоткой трансформатора включены два транзистора.

Напряжение на нагрузки для обеих схем

,

где - напряжение на выходе выпрямителя VD1÷ VD4,
-коэффициент заполнения.

В режиме стабилизации выходного напряжения необходимо задаться величиной , бо льшие значения выбираются из расчета меньшего отклонения выпрямленного сетевым выпрямителем напряжения , меньшие значения – большего отклонения , и расчет производится в следующем порядке:

,

где - относительное отклонение напряжения питающей сети

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора для трех случаев:

где -прямое падение напряжения на диодах выпрямителя VD1÷ VD4.

Величина индуктивности дросселя выходного фильтра рассчитывается из условия непрерывного тока I_L

где максимальное значение сопротивления нагрузки, - частота коммутации ПН.

Пульсация тока через дроссель

Максимальное значение тока дросселя

Емкость сглаживающего фильтра

где - коэффициент пульсации напряжения нагрузки.

Среднее значение тока через диод VD5 и обратное напряжение:

,

,

Среднее значение токов и обратное напряжение диодов VD1÷ VD4 выпрямительного моста:

Максимальный ток вторичной обмотки

Токи коллекторов силовых транзисторов преобразователя напряжения

где - коэффициент пульсации (мостовая схема , полумостова ) .

Максимальное напряжкение закрытого транзистора инвертного напряжения

Значение емкостей конденсаторов входного делителя полумостовой схемы конвертора рассчитывается из выражения

где - напряжение первичной обмотки трансформатора , - кпд преобразователя .

Значение конденсаторов емкостного делителя

Приложение

Виртуальная измерительная лаборатория.

Среда Multisim, образована многофункциональной контрольно-измерительной аппаратурой многоцелевого назначения, является виртуальной измерительной лабораторией.

Представленные здесь модели лабораторных приборов, своим внешним видом и способами настройки, похожи на аппаратуру, которая используется в реальных лабораториях и производственных условиях. Данными приборами удобно оперировать, так как все действия выполняются мышью и клавишами в привычной Windows-среде. Количество контрольно-измерительных приборов зависит от версии Multisim.

Значки контрольно-измерительной аппаратуры виртуальной лаборатории собраны на панели Instruments (инструменты).