40. Полярно-инвертирующие ппн. Ппн повышающего типа. Структурные схемы, принцип действия, временные диаграммы работы.
ППН повышающего типа.
Импульсный параллельный стабилизатор (повышающего типа) выполняется по структурной схеме, в которой регулирующий элемент РЭ (транзистор) подключен параллельно нагрузке Rн и также работает в импульсном режиме. Диод VD блокирует Rн и конденсатор фильтра С от регулирующего элемента.
Когда регулирующий транзистор открыт, ток от источника питания Uп протекает через дроссель L, запасая в нем энергию. Диод VD при этом отсекает (блокирует) нагрузку и не позволяет конденсатору С разрядиться через открытый регулирующий транзистор. Ток в нагрузку в этот промежуток времени поступает только от конденсатора С. В следующий момент, когда регулирующий транзистор закрыт, ЭДС самоиндукции дросселя L суммируется с входным напряжением и энергия дросселя отдается в нагрузку; при этом выходное напряжение оказывается больше входного напряжения питания.
Временные диаграммы работы ППН типа ПВ представлены на рис 2.
Временные диаграммы работы ППН инвертирующего типа представлены на рис 4.
Выполняться по схеме, приведенной на рис 3. Параллельно нагрузке Rн включен дроссель L, а регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой. Блокирующий диод отделяет конденсатор фильтра С и нагрузку Rн от регулирующего элемента.
Стабилизатор обладает свойством изменения (инвертирования) полярности выходного стабильного напряжения Uн относительно полярности входного напряжения питания.
41. Автономный транзисторный инвертор напряжения с самовозбуждением (генератор Ройера). Принцип действия, временные диаграммы, основные расчетные соотношения.
Рис 1. Принципиальная схема двухтактного ППН на транзисторах с трансформаторной обратной связью
Транзисторы Т1 и Т2 включены по схеме с общим эмиттером, что обеспечивает большое значение коэффициента усиления по мощности транзисторов и позволяет снизить мощность цепи управления. Следует отметить, что в ППН возможно включение транзисторов по схеме с общим коллектором, однако такая схема применяется редко. Трансформатор Тр должен иметь магнитопровод с прямоугольной петлей гистерезиса, малую индуктивность рассеяния и небольшую величину тока холостого хода (тока намагничивания). При этом обеспечивается форма переменного напряжения, близкая к прямоугольной, высокий КПД преобразователя и уменьшается зависимость частоты коммутации от тока нагрузки.
При подаче на вход инвертора напряжения Uпос через делитель R1 и R2 начинает протекать ток и падение напряжения на R2 вызывает положительное смещение баз транзисторов Т1 и Т2 относительно их эмиттеров, что вызывает появление тока в их коллекторных цепях (транзисторы типа n-p-n).
Рис 3. Временные диаграммы зависимости тока коллектора, потока и напряжения на нагрузке в двухтактном инверторе на транзисторах.
Частота генерации ППН равна:
Частота генерации ППН прямо пропорциональна преобразуемому напряжению и обратно пропорциональна индукции насыщения материала магнитопровода, числу витков первичной обмотки и площади сечения магнитопровода.
При выбранном значении частоты генерации f определяется число витков первичной обмотки трансформатора:
Напряжение между коллектором и эмиттером закрытого транзистора Uк.э. отс складывается из напряжения источника питания Uпос и ЭДС, индуцированной на разомкнутой первичной обмотке:
Напряжение при закрытом транзисторе равно удвоенному значению напряжения Uпос, что является недостатком приведенной схемы.
Двухтактные преобразователи постоянного напряжения с самовозбуждением на транзисторах широко применяются на практике в качестве источников вторичного электропитания при небольшой мощности в нагрузке (до 50 Вт). Достоинства – простота схемы, защищенность от коротких замыканий в нагрузке, отсутствие подмагничивания магнитопровода и симметричная прямоугольная форма переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Недостатки: удвоенное значение преобразуемого напряжения на переходе коллектор-эмиттер закрытого транзистора; увеличение тока коллектора в конце полупериода генерируемого напряжении, что увеличивает потери в транзисторах, вызывает их перегрузку по току и уменьшает надежность работы схемы; высокий уровень электромагнитных помех; насыщение магнитопровода трансформатора в конце полупериода генерируемого напряжения, что увеличивает потери в материале магнитопровода и уменьшает КПД инвертора.
42. Транзисторный инверторы напряжения с внешним возбуждением. Схема инвертора с отводом средней точки трансформатора. Мостовой инвертор.
Представляют собой усилители мощности УМ, в которых управление режимом переключения осуществляется от внешнего источника – задающего генератора (ЗГ).
Двухтактные усилители с отводом средней точки в первичной обмотке трансформатора (рис 1.) являться основными схемами УМ, применяемыми в низковольтных преобразователях источников вторичного электропитания (ИВЭ) от долей до нескольких десятков ватт.
Рис.1. Инвертор с отводом средней точки трансформатора.
Усилитель выполнен на силовых транзисторах VT1 и VT2 и выходном трансформаторе TV2. Напряжение управления подается на усилитель через трансформатор TV1 от задающего генератора. Под действием входного напряжения в первый полупериод один из транзисторов, например VT1 отпирается и находиться в режиме насыщения, а второй, VT2 запирается и находиться в режиме отсечки. Во второй полупериод управляющего напряжения транзисторы переключаются. Через открытый транзистор напряжении
питания Uп прикладывается к первичной обмотке выходного трансформатора TV2, создавая на его вторичной обмотке напряжение прямоугольной формы U2.
К недостаткам двухтактных схем следует отнести наличие выходного трансформатора с выводом средней точки первичной обмотки и, как следствие этого, удвоенное напряжения питания, приложенное к закрытому транзистору.
Мостовые усилители
Применяются в преобразователях повышенной мощности – до нескольких сотен ватт (рис 2.)
Рис 2. Мостовой инвертор.
Выполняются на силовых транзисторах VT1-VT4, возбуждение на которые подается от ЗГ через трансформатор TV1 таким образом, что в течение одного полупериода напряжения возбуждения одновременно открываются два транзистора, например VT1 и VT3, а два другие в это время закрыты. Цепь тока от источника питания Uп замыкается через открытые транзисторы VT1 и VT3 и первичную обмотку W1 выходного трансформатора TV2.
Во второй полупериод входного напряжения возбуждения открываются ранее запертые транзисторы VT2 и VT4, закрываются ранее открытые транзисторы VT1 и VT3. Цепь тока от источника питания Uп также замыкается через первичную обмотку трансформатора TV2 и открытые транзисторы VT2 и VT4. Такое попарное включение транзисторов подачей напряжения возбуждения с обмоток WБ1-WБ4 трансформатора TV1 соответствует полярности (начало обмоток отмечено точкой). При таком переключении происходит смена полярности напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора TV2 через каждые полпериода напряжения возбуждения.
Использование трансформатора в мостовом УМ значительно лучше, чем в двухтактном с отводом средней точки от первичной обмотки трансформатора. Объясняется это тем, что при наличии обмоток со средней точкой ток нагрузки трансформатора не идентичен току, определяющему его нагрев, так и каждая полуобмотка работает только в течение одного полупериода. Поэтому габаритная (расчетная) мощность трансформатора со средней точкой больше мощности нагрузки.
К недостаткам мостовых усилителей следует отнести большее число силовых транзисторов, возможность протекания сквозных токов, возникающих в процессе коммутации транзисторов, а также более сложный входной трансформатор цепи возбуждения.