ГЛАВНАЯ АВТО-МОТО -РАДИО- ОРГТЕХ ДЕНЬГИ ИДЕЙКА ДЛЯ ТЕЛА ДЛЯ ДЕЛА ДЛЯ ДОМА ВСЯЧИНА
 

Двухтактные преобразователи (упрощенный расчет)

А.ПЕТРОВ, 212029, г.Могилев, пр.Шмидта, 32 - 17.

Двухтактные преобразователи очень критичны к несимметричному перемагничиванню магнитопровода, поэтому в мостовых схемах во избежание насыщения магнитопроводов (рис.1) и вследствие этого - возникновения сквозных токов необходимо принимать специальные меры по симметрированию петли гистерезиса, или в простейшем варианте

pit-7961.gif
Puc.1

- вводить воздушный зазор и конденсатор последовательно с первичной обмоткой трансформатора.

Совместное решение задач повышения надежности полупроводниковых ключей и улучшения электромагнитной совместимости, способствующее снижению массогабаритных показателей, возможно при организации в преобразователях естественных электромагнитных процессов, при которых переключение ключей происходит при токах, равных или близких к нулю. При этом спектр тока затухает быстрее и мощность радиопомех значительно ослабляется, что упрощает фильтрацию как входного, так и выходного напряжения [6].

Остановимся на наиболее простом полумостовом автогенераторном нерегулируемом инверторе с коммутирующим насыщающимся трансформатором (рис.2). К его достоинствам следует отнести отсутствие постоянной составляющей тока в первичной обмотке трансформатора питания благодаря емкостному делителю.

pit-7962.gif
Puc.2

Полумостовая схема обеспечивает преобразование мощности 0,25...0,5 кВт в одной ячейке. Напряжения на закрытых транзисторах не превышают напряжение питания. Инвертор имеет два контура ПОС:

- один - по току (пропорционально-токовое управление);

- второй - по напряжению.

Применение пропорционально-токового управления транзисторных ключей позволяет к моменту выключения автоматически вывести транзистор из насыщения, уменьшить время рассасывания и снизить потери мощности в цепях управления.

Цепь ОС по напряжению дает возможность реализовать автоматически изменяемую задержку момента открывания очередного транзистора и симметрирование режима перемагничивания магнитопровода силового трансформатора. После выхода из насыщенного состояния ранее открытого транзистора его коллекторное напряжение в процессе перезаряда емкости коллекторного р-п перехода Ск нарастает сравнительно медленно. При этом на обмотках Т1 и Т2 сохраняются первоначальные полярности напряжений, и ранее закрытый транзистор продолжает оставаться в закрытом состоянии (рис.3).

pit-7963.gif
Puc.3

Увеличение тока намагничивания силового трансформатора приводит к автоматическому ускорению процесса перезаряда Ск, уменьшению длительности временной паузы tп между моментами открывания и закрывания мощных транзисторов и автоматической компенсации несимметрии схемы.

Роль элементов резонансного колебательного контура выполняют индуктивность рассеяния обмоток Т1 и индуктивность обмотки I трансформатора Т2 вместе с емкостями С1 ...С3. Так как в индуктивность резонансного контура входит индуктивность вторичной обмотки для обеспечения уверенной работы резонансного контура, его необходимо отделить от емкости нагрузки (фильтра) дросселем L1:

L1>10Lp

где Lp - эквивалентная индуктивность контура.

Соответствующим выбором резонансной частоты контура fрез=fп можно обеспечить бестоковую коммутацию мощных транзисторов.

Поскольку в контуре возникают перенапряжения от +1,5Е до -0,5Е, параллельно транзисторам включены возвратные диоды VD1 и VD2. На интервале закрытого состояния ключей энергия, накопленная в контуре, через возвратные диоды передается в нагрузку и частично возвращается в источник питания.

Схема запуска выполнена на однопереходном транзисторе VT3. После пуска преобразователя, благодаря наличию диода VD3, схема запуска отключается, т.к. постоянная времени R3C5 значительно больше периода преобразования.

В тиристорных преобразователях на резонансный контур возложена основная задача обеспечения естественной коммутации тиристоров.

Наибольшее применение резонансные контуры (последовательные, последовательно-параллельные, параллельные) находят при ЧИМ-регулировании. Причем с параллельным контуром диапазон регулирования в 1,5...2 раза больше, чем с последовательным. Однако необходимость почти идеального источника тока сдерживает их применение. Последовательным же контурам свойственно естественное ограничение тока, что позволяет достаточно просто включать их на общую нагрузку. Выключение транзисторов происходит с минимальными потерями, обусловленными током намагничивания трансформатора, т.е. на холостом ходу.

В двухтактных инверторах при действии симметричных импульсов напряжения магнитопровод не насыщается при выполнении известного соотношения:

pit-7964.gif (1)

где tи - длительность импульса, мкс

При этом рост тока i за время tи близок к линейному.

Подставив в выражение (53) dВ=2Вm и tи=0,5Т=0,5*10<6>/f, получаем выражение для числа витков первичной обмотки

pit-7965.gif (2)

где Uвх=Е/2 - для полумостовой схемы;

Uвх=Е - для мостовой. Амплитудное значение тока коллектора

pit-7966.gif (3)

Эффективный ток первичной обмотки

pit-7967.gif (4)

Диаметр провода рассчитывают по формуле. Число витков первичной обмотки коммутирующего трансформатора рассчитывают по формуле (2), подставив вместо Вm значение Bs.

Пример расчета (схема рис.2).

U~=220 В

Uн=60 В

Iн=4 А

f=30 кГц

Номинальное напряжение питания

E=1,41U~=1,41*220=310 (В).

Габаритная мощность трансформатора

Ргаб=Uн*Iн=60*4=240 (Вт).

Входное напряжение трансформатора преобразователя

Uвх=Е/2=155 (В).

Коэффициент трансформации

K=Uн/Uвх=60/155=0,39.

Амплитуда тока коллектора в соответствии с (3)

Iкm=2Рн/nUвх=1 (А).

Ток базы с учетом h21э=10:Iб=Iкm/h21э=0,1 (А).

Ток базы с учетом коэффициента насыщения Кнас=2: .

Iбнас=2Iб=0,2 (А).

Мощность управления транзисторами

Uбэнас*Iбнас=1,5*0,2=0,3 (Вт).

Плотность тока принимаем 5 А/мм2.

Типоразмер сердечника:

pit-7968.gif (5)

Такую мощность можно получить на кольце К32х20х6, однако с целью уменьшения числа витков выбираем кольцо К40х25х11 М2000НМ. Число витков первичной обмотки по формуле (2)

pit-7969.gif

Число витков вторичной обмотки

п2=Кn1=0,39*78=32 (вит.).

п2 рассчитано без учета потерь на активных элементах - выпрямительных диодах мостов и транзисторах.

Принимаем число витков связи с коммутирующим трансформатором равным 2.

Напряжение на первичной обмотке коммутирующего трансформатора

U=155*2/78=4 В.

Для коммутирующего трансформатора выбираем сердечник К 10х6х4,5 с габаритной мощностью

Ргаб =fjSьмSodBKм*102=30*103*6*0,025*0,2*10-2=1,3 (Вт), что превышает необходимую мощность управления транзисторами.

Число витков первичной обмотки по формуле (2),

pit-79610.gif

Коэффициент трансформации К=Uбэ/Uвх=1,5/4=0,4.

Число витков базовой обмотки

n=UвxK=10*0,4=4 (вит.).

Для ПОС по току принимаем один виток связи.

Литература

1. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1986 г.
2. Источники вторичного электропитания/ Под ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1990 г.

Радиолюбитель 7/96