43. Тиристорные инверторы тока. Принцип действия. Выбор тиристоров, коммутирующей емкости и индуктивности.
Рис 1. Функциональная схема параллельного тиристорного инвертора.
Система управления СУ представляет собой генератор импульсов, которые поступают на управляющие электроды тиристоров Т1 и Т2 со сдвигом фаз на 180О , обеспечивая поочередное их открывание. От значения Lк во многом зависят показатели качества инвертора: форма кривой выходного напряжения, пульсации входного тока, устойчивость работы инвертора. Коммутирующий конденсатор с емкостью Ск обеспечивает поочередное выключение тиристоров. Трансформатор Тр в схеме тиристорного инвертора всегда должен работать в линейной области кривой намагничивания сердечника, не заходя в область его насыщение.
Рассмотрение процессов начнем с момента, когда на управляющий электрод тиристора Т1 поступает импульс положительного напряжения, который открывает Т1, т.е. переводит его в проводящее состояние. При этом через тиристор начинает протекать ток iТ1, равный сумме токов i'Ск заряда конденсатора Cк и тока i'1 первичной обмотки трансформатора ω’1. При этом в обмотке ω’’1 индуцируется ЭДС величины Uпос (так как ω’1 = ω’’1). В результате конденсатор Ск оказывается заряженным до значения 2Uпос с полярностью, показанной на схеме без скобок, а к обмотке ω’1 прикладывается напряжение, примерно равное преобразуемому напряжение Uпос (за вычетом падения напряжения на открытом тиристоре Т1). В интервале Т/2 во вторичной обмотке ω2 индуцируется положительная ЭДС, которая прикладывает к нагрузке Zн. По истечении времени Т/2, равного длительности полупериода переменного напряжения, СУ подает положительный импульс напряжения на управляющий электрод тиристора Т2, переводя его в открытое состояние, тиристор Т1 при этом продолжает проводить ток iТ1. При включении Т2 напряжение конденсатора Ск прикладывается к тиристору Т1, в результате чего он выключается разрядным током Ск и через Т2 проходит ток iТ2, равный сумме тока i’’Ск перезарядка конденсатора и тока i''1 первичной обмотки ω’’1. Конденсатор Ск перезаряжается до напряжения, величина которого по прежнему равна 2Uпос, но с обратной полярностью, показанной на рис 1. в скобках. Преобразуемое напряжение Uпос прикладывается к первичной обмотке ω’’1, ток этой обмотки i''1 имеет направление, противоположное току, протекающему в обмотке ω’1, и на вторичной обмотке ω2 формируется вторая (отрицательная) полуволна переменного напряжения Uпер. При очередном включении тиристора Т1 напряжение на конденсаторе Ск прикладывается к тиристору Т2 и выключает его разрядным током iСк.
44. Основные тенденции, направления дальнейшего развития и совершенствования устройств электропитания. Вопросы комплексной миниатюризации устройств и систем электропитания.
Дальнейшее развитие устройств электропитания связано с уменьшением массогабаритных показателей и увеличение КПД источников вторичного электропитания (ИВП). С переходом радиотехники на ИМС, габариты ИВП начали сильно преобладать над размерами самих радиотехнических устройств. Масса и габариты ИВП доходят до 50-70% от общих габаритов и массы аппаратуры. Расширение функциональных возможностей РЭА привело к увеличению мощности, потребляемой от ИВЭ, которые являются силовыми преобразовательными устройствами, выполненными на мощных полупроводниковых приборах. Значительные потери в мощности в ИВЭ приводят к необходимости использования громоздких радиаторов для отвода тепла от силовых элементов.
Таким образом, повышение КПД и уменьшение массогабаритных показателей – задачи взаимосвязанные. Но не только повышением КПД можно добиться уменьшения массы и габаритов. Важно правильно построить весь ИВЭП, правильно выбрать структурную схему, разработать принципиальную и выбрать нужную конструкцию.
Применение в схеме линейного стабилизатора обеспечивает хорошие качественные параметры ИВЭ. Основными элементами, в которых теряется значительная мощность и от которых зависит КПД, являются СН, ФНЧ и трансформатор.
В различных схемах широко применяется компенсационный стабилизатор с непрерывным регулированием с последовательным включением регулируемого элемента. КПД СН зависит от напряжения Чем выше Uвых, тем больше η (меньше мощность, рассеиваемая на регулируемом транзисторе - кривая 2). Если использовать такой источник питания ИМС, то η =(17-25)%. Это значит, что мощность, рассеиваемая в ИВЭП, в 3-5 раз больше Рвых. Значительная мощность, рассеиваемая на регулируемом элементе, приводит к необходимости применения радиаторов (теплоотводов). Таким образом, масса и габариты получаются большими.
Применение импульсного стабилизатора позволяет значительно уменьшить мощность, рассеиваемую на регулирующем элементе, повысить η, уменьшить массу и объём.
Замена непрерывного стабилизатора импульсным не может в достаточной степени снизить массу и объём ИВЭП, так как его масса и объём определяются так же в значительной степени силовым трансформатором. Эта схема применяется на мощности до 10 - 20 Вт или в мощных стационарных ЭПУ. Возникает вопрос: а нельзя ли вообще исключить из схемы силовой трансформатор? Можно, если использовать преобразователь напряжения.
Преобразователь работает на повышенной частоте fп, значительно превышающей fс, за счёт чего его трансформатор имеет массу значительно меньше, чем силовой сетевой трансформатор той же мощности. Причем, чем выше fп, тем меньше трансформатор. Так, например, для трансформатора с Рт = 25 ВА увеличение fп с 1 до 100 кГц уменьшает массу в 10 раз. Увеличение fп приводит к значительному уменьшению массы и габаритов сглаживающих фильтров, фильтра импульсного стабилизатора.
Таким образом, повышение частоты преобразования является важным средством уменьшения массы и габаритов ИВЭП.
Основные пути миниатюризации ИВЭП:
1) Повышение частоты преобразования;
2) Повышение КПД путём использования более прогрессивных схемотехнических решений;
3) Применение более современной элементной базы: безкорпусных мощных полупроводниковых приборов, силовых ИМС и сборок, ВЧ электролитических конденсаторов;
4) Разработка и внедрение новых эффективных способов отвода тепла от силовых элементов, исключающих необходимость использования громоздких радиаторов.