- •Тема 1. Випрямлячі напруги змінного струму.
- •1.1. Схеми випрямлення.
- •Тема 2. Згладжувальні фільтри.
- •2.1. Принципи роботи згладжувальних c і l фільтрів
- •Тема 3. Стабілізатори напруги і струму.
- •3.1. Параметричні стабілізатори напруги (псн)
- •3.2. Компенсаційні стабілізатори напруги
- •3.3. Ксн з широтно-імпульсною модуляцією.
- •3.3.1. Імпульсні стабілізатори понижувального типу.
- •3.3.2. Імпульсні стабілізатора підвищувального типу.
- •3.3.3. Імпульсні стабілізатори інвертуючого типу.
- •Тема 4. Помножувачі випрямленої напруги
- •Тема 5. Керовані випрямлячі
- •Тема 6. Інвертори.
- •6.1. Інвертори ведені мережею.
- •6.2. Автономні інвертори.
- •6.2.1. Інвертори струму
- •6.2.2. Інвертори напруги
- •6.2.3. Резонансні інвертори.
- •Тема 7. Перетворювачі частоти
- •7.1. Перетворювачі частоти з безпосереднім зв’язком.
- •7.2. Перетворювачі частоти з проміжною ланкою постійного струму
- •7.3. Перетворювачі частоти з проміжною ланкою змінного струму (циклоінвертори)
- •Тема 8. Тиристорне регулювання напруги змінного струму
3.3. Ксн з широтно-імпульсною модуляцією.
Основним недоліком аналогових КСН є порівняно невеликий коефіцієнт корисної дії, оскільки регулюючий транзистор весь час відкритий і споживає потужність навіть тоді, коли рівна зада-ному значенню. Підвищення ККД стабілізатора напруги можливо, по-перше, коли регулюючий елемент буде вмикатися тільки на час стабілізації, тобто коли буде більшою або меншою заданого значення вихідної напруги , що буде мати місце при зміні або , по-друге, коли струм навантаження буде проходити через накопичувальні елементи – індуктивність і ємність . На такому принципі діють тільки імпульсні стабілізатори напруги (ІСН). Структурна схема ІСН наведена на рис. 18.
Рис. 18. Структурна схема імпульсного стабілізатора напруги: ЕК – електронний ключ; ШІМ – широтно-імпульсний модулятор; Д – діод; L – індуктивність (дросель); К – компаратор; С – ємнісний фільтр; RН – опір навантаження.
Принцип роботи наступний. В компараторі К відбувається порів-няння і опорної напруги, визначається амплітуда і знак напру-ги розузгодження , яка поступає в широтно-імпульсний модулятор, де відбувається перетворення в прямокутний імпульс постійної частоти і амплітуди, ширина яких пропорційна амплітуді і знаку напруги розузгодження.
Суть широтно-імпульсної модуляції в тому, що в залежності від значення амплітуди і знаку вхідної величини змінюється трива-лість, тобто ширина вихідних імпульсів без зміни частоти і ампліту-туди. На рис. 19, а. показаний принцип широтно-імпульсної модуляції.
Одним із способів перетворення вхідної аналогової величини в широтно-імпульсний сигнал наведений на рис. 19, б.
За характером розташування основних елементів (ключ, L i C) ІСН поділяють на понижувальні ( ), підвищувальні ( ) і інвертуючі ( (+), (-), (-), (+)).Найбільш по-ширеними є понижувальні ІСН.
а
б
Рис. 19. Широтно-імпульсна
модуляція: К – компаратор; МВ –
мультивібратор з регульованою шириною
імпульсів.
3.3.1. Імпульсні стабілізатори понижувального типу.
Схема ІСН понижувального типу наведена на рис. 20, (ІСН послідовні).
Стабілізатор складається із електронного ключа , який забезпечує високо-частотну комутацію струму, в якості якого є потужний біполярний або польовий транзистор, згладжувального LC-фільтра; розрядного діода , зворотного зв’язку і системи керування .
Принцип роботи ІСН наступний.
Рис. 20. Схема ІСН понижувального типу: СК – система керування.
Перший цикл – ключ замкнутий. Джерело вхідної напруги створює струм в дроселі L і опорі навантаження , одночасно заряджає конденсатор . В дроселі L відбувається накопичення енергії.
Другий цикл – розімкнутий. В індуктивності дроселя виникає ЕРС самоіндукції протилежної до напруги на дроселі полярності і індуктивність L розряджається через діод VD i і одночасно підзаряджає конденсатор .
Якщо прийняти до уваги, що постійні часу заряджання і розряд-жання індуктивності дроселя значно більші тривалості періоду ко-мутації ключа, то змінні напруги і струми можна представляти лінійними часовими функціями, як показано на рис. 21.
Частота комутації ключа стала ; Відношення називається коефіцієнтом заповнення. Частота пульсацій бу-де дорівнювати частоті комутацій ключа. При такій частоті і згладжування буде ефективним.
З коефіцієнт пульсації визначається за формулою
/3.2/
де , а ( – опір джерела вхідної напруги).
Аналіз формули (3.2)показує, що максимальне значення буде за умови .
Рис. 21. Часові діаграми напруг і струмів для двох циклів роботи: – тривалість відкритого стану транзистора; – тривалість закритого стану транзистора; – імпульси керування транзисторним ключем; – струм заряджання ; – струм розряджання індуктивності; – напруга на дроселі; – напруга пульсацій вихідної напруги.
Особливість роботи імпульсних стабілізаторів в тому, що висо-кочастотні імпульси, обумовленні комутацією ключового елемента, фільтруються, а змінна складова вхідної напруги стабілізується, оскільки період зміни значно перевищує період комутації.
В залежності від величини індуктивності дроселя може бути два режими: режим безрозривних струмів та розривних, рис.22.
а
б
в
Рис. 22. Режими роботи дроселя: а – безрозривний; б – розривний; в – граничний.
Режим безрозривних струмів є найбільш доцільним, оскільки пу-льсації вихідної напруги будуть найменші. Це буде мати місце, якщо індуктивність дроселя буде задовольняти умову
/3.3/
За рахунок зворотного зв’язку система керування здійснює ши-ротно-імпульсну модуляцію вхідної напруги . Отже, основною характеристикою системи керування є коефіцієнт передачі, який встановлює зв’язок між зміною коефіцієнта заповнення і напру-гою на виході при широтно-імпульсній модуляції і називають-ся коефіцієнтом ШІМ.
/3.4/
Між і коефіцієнтом стабілізації існує залежність
/3.5./
Оскільки втрати потужності в ключовому елементі мають місце тільки коли він включений (проводить струм), а в обмотці дроселя, діоді і схемі керування вони незначні, тому ККД імпульсного стабі-лізатора напруги більше 90%.