Тема 6. Преобразователи постоянного напряжения

Назначение (роль и место в источниках электропитания). Структурные схемы, классификация, требования и возможные пути их выполнения.

Инверторы с самовозбуждением и способы их надежного начального запуска. Инверторы с внешним возбуждением.

Однотактные и двухтактные преобразователи напряжения (конверторы). Особенности работы выпрямителя в преобразователе.

Принцип работы и классификация стабилизирующих преобразователей по типу стабилизации. Однотактные и двухтактные стабилизирующие преобразователи. Интегральные схемы управления преобразователями.*

Особенности функционирования транзисторных преобразователей в источниках электропитания с бестрансформаторным входом.

Методические указания

В преобразователях напряжения постоянное напряжение одной величины преобразуется в переменное или постоянное напряжение другой величины. Необходимость в таком преобразовании возникает, в частности, при питании высоковольтных потребителей от источников первичного электропитания с низким напряжением. С целью уменьшения веса и габаритов источника вторичного электропитания, преобразующего напряжение сети, также применяются преобразователи, работающие на повышенных частотах.

Для питания устройств связи широко используются транзисторные преобразователи. Сначала следует ознакомиться со схемой самовозбуждающегося инвертора. Переключение его происходит за счет введения обратной связи через насыщающийся трансформатор. Необходимо выяснить, от каких параметров инвертора зависит частота переключения. В самовозбуждающемся инверторе возникают большие выбросы коллекторного тока, величину которых необходимо научиться оценивать. Для исключения этих выбросов применяют схему с двумя трансформаторами: один из которых является силовым, а другой (насыщающийся) − переключающим, или схему с дросселем насыщения.

Далее переходят к изучению схемы инвертора с независимым возбуждением. Особое внимание следует обратить на коммутационные процессы в схеме, определение амплитуды выбросов коллекторного тока и способы устранения этих выбросов.

Если мощность ИВЭ больше 100 Вт, переменное напряжение, полученное в инверторе с самовозбуждением, усиливается в инверторе с независимым возбуждением (усилителе мощности). Эти инверторы можно разделить на однотактные и двухтактные. В однотактных энергия передается на выход только в течении одной части периода. Если энергия передается при включенном силовом ключе (транзисторе), такой инвертор называется прямоходовым (Forward). Если же энергия передается при выключенном состоянии силового ключа, то инвертор называется обратноходовым (Flyback). Недостатками однотактных инверторов является подмагничивание сердечника трансформатора постоянным током. Поэтому мощность обратноходовых инверторов обычно не превышает 150 Вт, а прямоходовых – 300 Вт.

Двухтактные инверторы с независимым возбуждением делят на двухфазные (двухтактные с выводом от средней точки трансформатора), мостовые и полумостовые. В двухтактных инверторах используются обе части периода преобразования. В отличии от однотактных двухтактные инверторы работают без подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током. Двухтактные инверторы с независимым возбуждением применяют на мощности более 200 Вт. В большинстве случаев как однотактные, так и двухтактные инверторы работает на фиксированной частоте, а регулирование (стабилизация) выходного напряжения обеспечивается с помощью широтно-импульсной модуляции управляющих сигналов.

Характер нагрузки, включенной в цепь постоянного тока, влияет на работу инвертора, инвертор – на работу выпрямителя напряжения прямоугольной формы. Поэтому правильное представление о работе преобразователя напряжения можно получить, рассмотрев его весь в совокупности с выпрямителем, сглаживающим фильтром и стабилизатором. Лучшие режимы работы транзисторов нерегулируемого инвертора и меньшие искажения фронта выходного напряжения достигаются при включении емкостного фильтра или фильтра, начинающегося с емкости.

Наиболее полно материал этого раздела изложен в [1,6,7].

Литература: [I, 99-130; 6, С.138-166; 5, С.208-242; 7, С.346-401].

Вопросы для самопроверки

1. Назовите область применения преобразователей напряжения.

2. Какими причинами объясняется возникновение выбросов коллекторного тока в инверторе с самовозбуждением?

3. Какими причинами объясняется возникновение выбросов коллекторного тока в инверторе с независимым возбуждением?

4. Как можно устранить выбросы коллекторного тока в самовозбуждающемся инверторе?

5. Какие способы уменьшения и устранения выбросов коллекторного тока используются в инверторе с независимым возбуждением?

6. Что называется фактической кратностью тока базы?

7. В какой из схем инверторов с независимым возбуждением наибольшая амплитуда напряжения на выходе?

8. Каков принцип работы регулируемого инвертора?

9. В каких случаях в качестве фильтров выпрямителей, работающих с инверторами, используют емкостные или начинающиеся с емкости?

10. В каких случаях в качестве фильтров выпрямителей, работающих с инверторами, используют LC-фильтры?