книги / Проектирование источников электропитания устройств связи

Если в цепи (базы транзистора 2 теме увеличился на величину Д/ог, то токи коллекторов транзисторов 2 и 1 получат приращения, равные соответственно

Д/к 2 = a 2A/<j г/(1— а2) и А^к1	а2	cci
	1 — а 2	А / 5 2» где ai, а2 — коэффициенты
		1 — а х
усиления по току транзисторов	1 и 2 в схеме с общей базой.
Коэффициент усиления то	току кремниевого транзистора а всегда меньше

единицы и не является величиной постоянной. При увеличении тока эмиттера о

возрастает.				на аноде тиристора, меньшем
Ори	любом положительном напряжении
Uп маис	(рис. 6.6),	величина	тока эмиттера	каждого	транзистора такова, что
сумма .( 0 1+ 0 2) < 1 .		.При этом	сопротивление	тиристора	велико и определяется,

•главным образом, величиной обратного сопротивления среднего р-л-лерехода II (рис. 6 .6 ), который 'оказывается включенным в непроводящем направлении. Два других p-я-перехода — / и III (рис. 6 .5 )— включены в прямом направлении и существенного влияния на величину сопротивления тиристора не оказывают.

Через р-п-переход II		протекает незначительный ток утечки / у т						(область	вольт­
амперной	характеристики, рис. 6 J6). Тиристор				выключен	(закрыт).
Ори	U a —U а макс	току утечки	/ ут	соответствует		сумма		'(<Zi + a2)>T . Ти­
ристор открывается. В области (проводимости					(участок	2	вольтамперной		(харак­
теристики,	рис. 6 .6 )	i(ai + a2) > 1’, и	ток	через тиристор			ограничивается		лишь

сопротивлением натр,узки. Сопротивление тиристора приблизительно .равно со­ противлению полупроводникового диода в прямом направлении. Динамическое

сопротивление тиристора в области прибора

неустойчива. Область 4 вольтамперной характеристики соответствует запиранию тиристора при обратном анодном напряжении.

.Если приложить к управляющему электроду тиристора небольшой положи­ тельный потенциал относительно катода, то ток / у т увеличится до значения, соответствующего (ai + a2) > l , и прибор включается при меньшем анодном ■напряжении.

После включения тиристора транзисторы, составляющие его полупроводни­ ковую структуру, поддерживают друг друга в состоянии насыщения за счет положительной обратной связи. В отличие от транзисторов, для сохранения состояния проводимости тиристоровнет необходимости постоянно подавать сиг­ нал на его управляющий электрод. Тиристор после включения не управляется. Тиристор закрывается, если его анодный ток станет меньше величины, равной /вык 1(рис. 6 .6 ).

Как видно из принципа действия, тиристор может иметь два устойчивых состояния. Наличие двух устойчивых состояний позволяет использовать тиристор как силовой переключатель в схеме преобразователей -постоянного напряжения. Тиристоры обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с тран­ зисторами. Они допускают значительно большие токи и напряжения. (Поэтому тиристорные преобразователи .(рис. 6 .8 ) .применяются в основном -при преобра­ зовании 'больших мощностей и при повышенном -напряжении источника -питания.

Тиристорный преобразователь состоит из трансформатора, двух тиристоров, коммутирующего конденсатора -и дросселя. .Принцип действия преобразователя рис. 6 .8 а заключается в следующем. На управляющие электроды тиристоров от ЗГ .подаются управляющие импульсы положительной полярности. Предполо­ жим, и первый иолупериод управляющих импульсов открыт тиристор 7Т. На­ пряжение источника питания Uо через тиристор Т\ оказывается приложенным к левой половине первичной обмотки трансформатора Тр\. Вследствии явления самоиндукции в правой половине первичной обмотки трансформатора Tpt наво­ дится эдс, равная повеличине эдс левой половины обмотки и противоположная по знацу. Конденсатор Ск заряжается до напряжения, приблизительно равного 2UQ -(.полярность указана на схеме 6 .8 а).

В начале второго полупериода на управляющий электрод второго тиристора подается сигнал и тиристор Т2 открывается. Положительно заряженная об­ кладка конденсатора Ск оказывается -подключенной через тиристор Т2 к катоду тиристора Т\. (Конденсатор начинает разряжаться, причем его разрядный ток

направлен «навстречу основному току тиристора Тх. Как только ток через тири­ стор станет равным /вык, тиристор Тх закрывается.

В течение второго полупериода напряжение источника питания приклады­ вается к травой толовине первичной обмотки трансформатора Трх. В левой полойине «первичной обмотки Трх наводится зде, |равна«я mo величине аде правой половины ш противоположная по знаку.

Конденсатор Ск перезаряжается до на­ пряжения, равного 2UQ, с противополож­ ной полярностью (знаки напряжения

	показаны на схеме				рис. 6.8а D скобках).
	В	следующий				полупериод			вновь
	включается		тиристор			7Y		Конденсатор
	С1( оказывается подключенным через ти­
	ристор	Тt	к	тиристору			Т2. Конденса­
	тор Ск разряжается, ток тиристора Т2
	уменьшается		до		величины / Пых,				и он
	закрывается. В дальнейшем процесс пов­
	торяется.
	Форма		и	величина напряжения на
	выходе преобразователя зависит от со­
	отношения между				величинами сопротив­
	ления нагрузки, емкости Ск и индуктив­
	ности дросселя,			образующих				колебатель­
	ный контур. Так как внешняя характе­
	ристика такого преобразователя недоста­
	точно жесткая, то их используют только
	три работе на постоянную активную на­
	грузку. При		холостом			ходе		схема	тако­
	го преобразователя				неработоспособна.
	В схеме преобразователя рис. 6.86
	первичная обмотка				трансформатора				име­
	ет отводы, к которым подключены дио­
Рис. 6.8. Схемы .преобразователей на­	ды Д ь	Дг. Диоды			необходимы для				воз­
	врата	реактивной			энергии,			накопленной
пряжения на тиристорах	в индуктивной			нагрузке			и	реактивных
	коммутирующих			элементах,				в источник

питания преобразователя. Такой преобразователь имеет более жесткую внешнюю характеристику и может работать при холостом ходе и индуктивной нагрузке.

В качестве задающего генератора в тиристорных преобразователях можно использовать транзисторные преобразователи напряжения с самовозбуждением или другие релаксационные генераторы, например мультивибраторы, блокннггенераторы и т. д.

Особенности расчета преобразователей на тиристорах. Расчет «преобразова­ теля иапряжения «на тиристорах сводится к выбору типа тиристоров, определе­ нию величин емкости коммутирующего конденсатора Ск, индуктивности дрос­ селя и расчету трансформатора Тр{ [13].

Тиристоры в нреобразователях рис. 6.8 выбираются то среднему значению тока, величину которого можно определить из выражения

• 0,5’_____/ 2макс^2_____

Лн (£/#МИН U ост)

где Uост — остаточное напряжение на открытом тиристоре.

Необходимо также учитывать, что ври переключении тиристоров возникают выбросы тока. Максимальная величина выброса /макс может во много раз пре­ вышать среднее значение тока.

Величину / макс можно приближенно определить из выражения [13]’

/макс &2/j У"1+ Ятр>

где	тр — время	жизни	дырок	в базовой		области тиристора i(Tp=l-f-5		мксек) \
X— показатель		экспоненты в		выражении		для тока открывающегося тиристора
(Х= 105-т-107, Мсек). По			напряжению		тиристоры		выбираются на основании вы­
ражений:
	для схемы рис. 6.8а
			^Тобр ^ (3			5) UQ макс.
где Uт обр — предельно допустимое значение обратного напряжения;
	для схемы рис. 6.86
				обр ^	^ зап *Л		>
где	Uт — напряжение		на закрытом		тиристоре:		UT~ (2,2-f-2,6) £Л> макс;	Кз&а —

коэффициент запаса: /Сзап^.З-г-Я; х — коэффициент, учитывающий уменьшение величины допустимого .напряжения .в зависимости от скорости нарастания пря­ мого напряжения |(велииина х оговорена в технических условиях на тиристор).

(Величины емкости Ск и индуктивности дросселя £др для схемы рис. 6.8а определяются из условий:

24CK/ ? J < 1

( R H)’ 2

2 ч-2,5

^ДР

где RH— величина сопротивления нагрузки, приведенная к первичной полуоб-

мотке тран|сфор1матора; / — частота преобразования.

Для схемы рис. *6.8б 'величины Ск, £др определяют из выражений:

(1,5 -г- 2) /выкл^т

Ск >	Utо мин
(2	2,6) tQUKJ1U0макс
Lap**
где /дыкл — .время выключения тиристора.
Трансформатор в тиристорном	преобразователе должен работать в линей-

юй области кривой намагничивания. В случае насыщения сердечника транс­ форматора, сопротивления его первичной обмотки резко уменьшаются и ком­ мутирующий конденсатор Ск разряжается. В результате разряда емкости Ск эба тиристора преобразователя окажутся открытыми и через них будет про­ текать ток короткого замыкания источника питания преобразователя.

Трансформатор рассчитывают по формулам параграфа 6.2. Ори расчете веичину магнитной ,иН|Дущи(И Вт следует брать в 2—2,5 раза меньше индукции

tасыщении материала магнитопровода Bs.

Типовые броневые пластинчатые магнитопроводы

								Активная
								площадь
								сечения
								среднего			со
								стержня, см*
											и
											со
Обозна­
чение								0,2	0,35
магнито-
				-о -				мм	мм
провода											X
											S
											5
		Р а	з м е р	ы ,	мм					К
						Н					5
Ш 12X12	12	30	12		48	42	12	1,23	1,31	10,03	5,2
16							16	1,63	1,75		6,8
20							20	2,04	2,18		8,6
25							25	2,55			10,8
1Ш6Х16	16	40	16		64	56	.16	2,18	2,33	13,7	j6,6
20							20	2,72			20.5
25							25	3,40	3,64		25 .6
32							32	4,35	4,66		32.6

			ПРИЛОЖЕНИЕ 1
			Т а б л и ц а П1.1
	Активный		Вес магни-		Ориенти­
	объем магни-				ровочная
			топровода
	топровода				мощность
			г
		см*			трансфор­
					матора на
					частотах
					(ва)
	0,2	0,35	0,2	0,35
	мм	мм	мм	мм

12.34	13,14	100	110	5.5	45
16.35	17,55	130	140	7,0	55
20,46	21,86	170	180	8.5	65
25,58	27,38	210	230	10,0	80
29_,9	32,0	240	260	20	130
37,3	39,6	300	320	26	150
46.6	49.8	370	400	30	170
59.6	63.8	470	510	' 34	200

Ш20Х12	20	50	20	80	70	12	2,04	2,1<8	17.4	2 4 ,С 35,0		37,4	280	зос1 25		170
16	—	—	—	—	—	16	2,72	2,91	—	32	46,7	50	380	400	32	200
20	—	—		—	—	20	3,40	3,64	—	40	58,3	62,4	470	500	40	230
25	—	—	—	—	—	25	4,25	4,55	—	50	72,9	78,1	590	620	48	250
32	—	—	—	—	—	32	5,44	5,82	—	64	93,2	99,8	750	800	60	300
40	—	—	—	—	—	40	6,80	7,28	—	80	116,2	125	940	990	70	400
50	—	—	—	—	—	50	8,50	9,10	—	100	145,7	156,2	1150	1240	85	450
11125x25	25	62,5	25	100	87,5	25	5,31	5,68	21,4	97,5	113,8	121.8	900	970	85	540
32	—	—	—	—	—	32	6,80	7,28	—	125	145,5	156,0	1160	1230	105	600
40	—	—	—	—	—	40	8,50	9,10	—	156	182,0	195,0	1440	1556	130	700
50	—	—	—	—	—	50	10,6	11,4	—	195	227	244	1800	1930	160	800
11132x32	32	80	32	128	112	32	8,70	9,32	27,4	261	238,5	255,5	1890	2020	200	900
40	—	—	—	—	—	40	10,88	11,65	—	328	298	319,0	2370	2530	240 1000
50	—	—	—	—	—	50	13,6	14,56	—	410	373	399,0	2950	3170	300 1200
64	—	—	—	—	—	64	17,41	18,63		522	477	510,0	3790	4040	390 1400
11140X40	40	100	40	160	140	40	13,6	14,56	34,3	640	466	1500	3700	3960	430 1650
50	—	—	—	—	—	50	17,0	18,2	—	800	;583	iS25	4610	■4950	550:2000
64	—	—	—	—	—	64	21,76	:23,29	—	1025	'746	1BOO	5910	IS320	680:2400
80	—	—	—	—	—	80	:27,20	:29,12		1280	1932	!Э98	7390	'7920	850:2500

Типовые броневые ленточные магнитопроводы

	ШЛ16Х16	16	40	16	64	56	16	2,24	13,6	16,6	30,46	235	20	158
	20	—	—	—	—	—	20	2,80	—	20,5	38,1	295	26	195
	25	—	—	—	—		25	3,50	—	25,6	47,6	370	33	250
	32	—	—	—	—		32	4,50		32,6	61,2	470	43	300
	ШЛ20Х20	20	50	20	80	70	20	3,50	17,1	40,0	59,9	460	53	330
	25	—	—	—	—	—	25	4,40	—	50,0	75,2	575	68	380
	32	— — — — —					32	5,60	—	64,0	95,8	735	,, 86	450
	40	—	—	—	—	—	40 ~	7,10	—	80,0	121,4	920	110	510
	ШЛ25Х25	25	62,5	25	100	87,5	25	5,50	21,3	98	117	900	135	610
	32	—	—	—	—-	—	32	7,10	—	125	151,2	1150	170	730
	40	—	—	—	—	—	40	8,80	—	156	187,4	1440	210	810
		— — — — —					50	11,0	—	195	234	1800	260	990
	50
	ШЛ32 X32	32	80	32	128	112	32	9,10	27,3	261	284,4	1900	310	1200
	40	— — — — —					40	11,30	—	328	308,5	2370	390	1400
	50	— — — — —					50	14,20	—	410	388‘	2970	490	1650
	64	— — — — —					64	18,10	—	523	494	3800	680	1940
	ШЛ40Х40	40	100	40	160	140	40	14,20	34,2	640	486	3720	690	2200
	50	— — — — —					50	17,70	—	800	605	4650	850	2500
	64	— — — — —					64	22,70	—	1025	776	5960	1000	3000
—	80	—	—	—	—	—	80	28,40	—	1280	971	7430	1200	3500

ПЛ12.5Х25	30		12,5	25	20	45	55	30	2,76	13,8	18,7	38.1	292	28	200
	40		12,5	25	20	45	65	40	2,76	15,8	25	43.6	334	35	248
	50		12,5	25	20	45	75	50	2,76	17,8	31	49,1	376	44	300
	60		12,5	25	20	45	85	60	2,76	19,8	37,6	54,6	418	55	340
ПЛ16Х32	40		16	32	25	57	72	40	4,54	18,0	51	81.7	620	70	430
	50		16	32	25	57	82	50	4,54	20,0	64	90.8	690	90	510
	65		16	32	25	57	97	65	4,54	23,0	83	104.4	795	115	620
	80		16	32	25	57	112	80	4,54	26.0	102	118	900	145	730
ПЛ20Х40	50		20	40	32	72	90	50	7.1	22,7	128	161,2	1230	180	860
	60		20	40	32	72	100	60	7.1	24.7	154	175.4	1350	220	980
	80		20	40	32	72	120	80	7,1	28,7	205	204.0	1550	280	1220
	100	1	20	40	32	72	140	100	7.1	32.7	256	232,0	1770	350	1450
ПЛ25Х50	65		25	50	40	90	115	65	11.1	28,8	325	320,0	2440	420	1840
	80		25	50	40	90	130	80	11.1	31,8	400	353.0	2700	500	2150
	100		25	50	40	90	150	100	11.1	35.8	500	397.0	3040	620	2600
	120		25	50	40	90	170	120	11.1	39.8	600	442,0	3380	740	2800
ПЛ32x64	80		32	64	50	114	144	80	18,2	36,0	820	655,4	5000	1000	3500
	100		32	64	50	114	164	100	18.2	40.0	1025	728.0	5600	1200	4000
	130		32	64	50	114	194	130	18,2	46,0	1330	837,0	6480	1400	4800
	160		32	64	50	114	224	160	18.2	52,0	1640	946,0	7250	1750	5600
ПЛ40Х80	100		40	80	64	144	180	100	28,6	45,3	2050	1296,0	9900	2400	6450
	120		40	80	64	144	200	120	28,6	49,0	2460	1400,0	10700	2800	7700
	160		40	80	64	144	240	160	28,6	57,3	3260	1670	12500	3500	9000
	200		40	80	64	144	280	200	28,6	65,3	4100	1870,0	14300	4200	10000