Главная База знаний "Allbest" Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника Разработка перспективного источника питания

Разработка перспективного источника питания

Особенности построения и применения импульсных источников питания. Структура, схемотехническое решение и принцип действия импульсного блока питания. Разработка структуры прибора Master-Slave с применением современных интегральных микросхем TEA 2260.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 04.03.2013
Размер файла 4,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрены вопросы о разработке перспективного источника питания, который позволяет работать с динамически меняющими параметрами нагрузки.

Разработана структура прибора Master-Slave с применением современных интегральных микросхем TEA 2260 и TEA 2170. Разработана конструкция прибора в виде моноблочного компоновочного решения.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ, ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР, КОМПОРАТОР, МИКРОСХЕМА

АНОТАЦІЯ

У даній роботі розглянуті питання про розробку перспективного джерела живлення, яке дозволяє працювати з динамічно міняючими параметрами навантаження.

Розроблена структура приладу Master-slave із застосуванням сучасних інтегральних мікросхем TEA 2260 і TEA 2170. Розроблена конструкція приладу у вигляді моноблочного компонувального рішення.

ІМПУЛЬСНИЙ БЛОК ЖИВЛЕННЯ, ШИРОКО-ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР, КОМПОРАТОР, МІКРОСХЕМА

ABSTRACT

In this work questions are considered about development of perspective source of feed, which allows to work with the dinamically changing parameters of loading.

The structure of device of Master-slave is developed with the use of modern integral microcircuits of TEA 2260 and TEA 2170. The construction of device is developed as a monosectional layout decision.

IMPULSIVE POWER MODULE, LATITUDINAL-IMPULSIVE KEYER, KOMPORATOR, MICROCIRCUIT

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений

Введение

1. Особенности функционирования импульсных блоков питания

1.1 Особенности построения и применения импульсных источников питания

1.2 Сравнение импульсных и линейных источников питания

1.3 Структура и принцип действия ИБП

1.4 Схемотехническое решение и принцип действия ИБП

1.5 Тенденции развития импульсных источников питания

2. Анализ технического задания

3. Обзор аналогичных приборов

4. Назначение и структура ИБП

4.1 Структура ИБП построенного в соответствии с концепцией Master-Slave

4.2 Микросхемы архитектуры Master-Slave

4.3 Практическая схема ИБП архитектуры Master-Slave

5. Конструктивно-технологические особенности проектирования ИБП

5.1 Импульсный силовой трансформатор

5.1.1 Материал сердечника

5.1.2 Форма сердечника

5.1.3 Габаритная мощность

5.1.4 Величина немагнитного зазора

5.1.5 Количество витков первичной обмотки

5.1.6 Количество витков вторичной обмотки трансформатора

5.1.7 Конструктивные особенности размещения обмоток

5.2 Расчет импульсного трансформатора

5.3 Расчеты по обеспечению вибропрочности и ударопрочности

5.4 Выбор системы охлаждения для разрабатываемого устройства

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ИБП - импульсный блок питания ;

КПД- коэффициент полезного действия;

ИБП - импульсный блок питания ;

СВ - сетевой выпрямитель;

ПН - преобразователь напряжения;

ИПК - источник питания контроллера;

МДИ - модулятор длительности импульсов;

УЗ - устройство защиты;

ЛС - логическая схема;

ФУН - формирователь управляющего напряжения;

ШИМ - широтно-импульсная модуляция;

ФИН - фазоимпульсная модуляция;

ЧИН - частотно-импульсная модуляция;

ИОН - источник опорного напряжения;

УСО - усилитель сигнала ошибки;

ЗГ - задающий генератор;

ШК - ШИМ - компаратор.

ВВЕДЕНИЕ

Для устойчивой работы устройств электроники необходимо наличие стабилизированных источников питания. Формирование этих напряжений осуществляется блоками питания. Работа блоков питания подвержена ряду дестабилизирующих факторов, воздействие которых может пагубно сказаться на качестве формируемых им напряжений или привести к выходу из строя блока питания и всего электронного аппарата в целом. Прежде всего, это изменения сетевого напряжения, вызванные коммутацией потребителей, питающихся от общей сети, а также качества и соответствия стандарту параметров самой сети. Помимо этого, стабильность питающих напряжений существенно зависит от режимов работы электронного устройства, от типа нагрузки.

Для обеспечения нормальной работы электронного устройства применялись различные схемы стабилизации питающих напряжений, выполненных по традиционной схеме: силовой трансформатор; выпрямитель; линейный стабилизатор напряжения. Блоки питания, построенные по такому принципу, получаются слишком громоздкими, имеют значительный вес, габариты, низкий КПД, поэтому находят применение лишь в маломощных недорогих устройствах бытовой техники.

Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопотребления в электронной аппаратуре связано с использованием импульсных блоков питания (ИБП). Переход от непрерывного режима работы стабилизатора в блоке питания к ключевому режиму работы регулирующих элементов позволяет получить высокий КПД, достигающий до 0,8 - 0,9. В то же время, уменьшенная мощность, рассеиваемая регулирующим элементом (как правило - транзистором), ведет к уменьшению габаритов и массы теплоотводящего радиатора. Улучшение теплового режима для силового регулирующего элемента приводит к существенному повышению надежности функционирования ИБП и всего электронного аппарата в целом.

Уменьшение габаритов и массы ИБП обусловлено еще тем, что вместо громоздкого силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети (50 или 60 Гц), применяется небольшой импульсный трансформатор, работающий на частотах порядка 60 - 120 кГц. На этих частотах отпадает необходимость в использовании электролитических конденсаторов большой емкости, что также ведет к снижению массы и габаритов ИБП.

Все вышеперечисленные достоинства позволили ИБП занять ведущее место в электронной аппаратуре, включая практически всю бытовую, офисную технику, компьютерные системы и системы питания бортовых устройств автомобилей, самолетов и ряда устройств медицинской техники.

Несмотря на современные достижения в области микроминиатюризации электронной аппаратуры наблюдается возрастание степени сложности техники, расширение ее функциональных и сервисных возможностей, что неизбежно ведет к повышению потребляемых мощностей от источников питания. Разработка мощных устройств медицинской электронной терапевтической техники связана с возникновением оригинальных режимов энергопотребления, вызывающих значительные дестабилизирующие факторы, справиться с которыми традиционными методами не всегда удается.

Перечисленные особенности развития электронной техники и использования в них заманчивых достоинств ИБП привели к тому, что в настоящее время многие разработчики пытаются исследовать предельные возможности ИБП и предложить конструкции блоков питания, близкие к оптимальным.

1 ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

Так исторически сложилось, что первые ИБП нашли преимущественное применение в бытовой электронной технике, в первую очередь в телевизионной и видео технике, в мониторах компьютеров, в копировальной технике и телефаксах. Это объясняется тремя главными причинами. Во-первых, чувствительность вышеперечисленной электронной техники к импульсным помехам, создаваемым ИБП, значительно ниже, чем у другой высокочувствительной и высококачественной техники. Во-вторых, потребляемая мощность у перечисленного типа техники невысока и составляет величину 10 - 100 Вт, в отдельных случаях может, конечно, достигать и большего значения. В-третьих, характер энергопотребления имеет относительно постоянный характер, то есть изменения режимов работы электронных устройств приводят к колебаниям потребляемых мощностей не более 30 % от максимальной мощности. Для сравнения можно отметить, что в высококачественных системах звуковоспроизведения колебания потребляемой мощности в зависимости от режима работы и от характера фонограммы составляют до 80 % от максимальной мощности.

Поэтому для большого класса электронной аппаратуры разработчики широко используют хорошо зарекомендовавшие себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения ИБП. Основные усилия направляются на применение современной высокоинтегрированной элементной базы, применение широкого спектра методов защит и ограничений, повышения коэффициентов стабилизации, снижения уровня пульсаций выходных напряжений, расширения зоны устойчивости при воздействии мощных дестабилизирующих факторов. Последнее время конструкторы ИБП уделяют немалое внимание применению оптимальных систем обеспечения тепловых режимов блоков питания наряду со снижением габаритов устройства.

На сегодняшний день имеется три типа импульсных электронных устройств, использующихся в качестве источников питания: преобразователь - переменный ток / постоянный ток (АС / DC конвертор), преобразователь - постоянный ток / постоянный ток (DC / DC конвертор) и преобразователь - постоянный ток / переменный ток (DC / АС инвертор). Каждый из них имеет собственную нишу применения.

Если провести классификацию импульсных источников питания, то можно их разделить по четырем признакам. Первый - по способу передачи энергии. Здесь существует лишь два способа: прямоходовые системы; обратноходовые. Второй - по соотношению между входным и выходным напряжениями. Это могут быть понижающие или повышающие преобразователи. Третий - по способу формирования выходного напряжения. Преобразователи могут быть инвертирующими и не инвертирующими. Четвертый - по схемотехническому принципу реализации. Это могут быть однотактные, двухтактные, полумостовые и полномостовые схемы построения преобразователей.

1.1 Особенности построения и применения импульсных источников питания

Рассмотрим особенности построения преобразователей и применения ИБП.

Преобразователи АС / DC применяются обычно в недорогих системах, работающих от сети переменного тока, потребляющих ток до 1,5 - 2,0 А и не предъявляющих высоких требований к качеству питающего напряжения. Основной недостаток подобных устройств - это отсутствие гальванической развязки выходного напряжения от напряжения сети. Как правило, АС / DC конверторы обеспечивают одно или два выходных напряжения, что иногда затрудняет их использование в источниках питания.

Преобразователи DC / DC используют принцип действия ИБП, но применяются для того, чтобы преобразовать одно напряжение постоянного тока в другое, обычно хорошо стабилизированное. Эти устройства используются там, где электронное оборудование должно питаться от батарей или другого автономного источника питания постоянного тока. Интегральные DC / DC конверторы широко используются для преобразования и распределения постоянного напряжения питания. Это напряжение питания обычно поступает в систему от сетевого источника питания или батареи. Оно может иметь стандартное значение 5, 12, 24, 48 В или быть любого другого номинального значения и полярности. Это напряжение может быть нестабилизированным и иметь значительную шумовую компоненту. Другое распространенное применение для DC / DC конверторов - это преобразование напряжения батареи в напряжение другого номинала, необходимое для питания различных схем. Типовые значения напряжения батарей обычно равны 1.5, 3.0, 3.3, 3.6, 4.5, 6.3, 9.0, 12.6, 18 В и так далее, причем каждое используется для определенных типов аппаратуры. Однако напряжение батареи может меняться в широких пределах. Так, например, напряжение автомобильного аккумулятора при работе генератора зарядки может достигать напряжения 13.85 В, а в момент старта двигателя опускаться до 9.0 В. В таком случае, для питания автомобильной электроники необходимо использовать высококачественный DC / DC конвертор, обеспечивающий набор высокостабильных напряжений.

1.2 Сравнение импульсных и линейных источников питания

Линейные источники питания имеют много полезных свойств, таких как простота, низкий уровень выходных пульсаций и шум, отличные характеристики стабильности по напряжению и по току, быстрое время восстановления, однако главным недостатком их является низкая эффективность - малый КПД.

Импульсные источники питания имеют высокий уровень удельной мощности и высокий КПД. Для анализа приведем некоторые базовые характеристики источников питания, построенных по различным принципам - линейный источник питания и импульсный (см. табл.1.1).

Таблица 1.1 - Сравнение импульсных и линейных источников питания

Параметр

Линейные

Импульсные

Нестабильность по входному напряжению

0.02 - 0.05 %

0.05 - 0.1 %

Нестабильность по току нагрузки

0.02 - 0.1 %

0.1 - 1.0 %

Входные пульсации

0.5 - 2.0 мВ

25 - 100 мВ

Диапазон входных напряжений

+ 10 %

+ 20 %

КПД

40 - 55 %

60 - 85 %

Средняя удельная мощность

30 ВТ / дм 3

140 ВТ / дм 3

Время восстановления

50 мс

300 мс

Время удержания

2 мс

32 мс

Из таблицы видно, что по напряжению и току нестабильность лучше у линейных источников питания ( применение же в оконечных каскадах ИБП линейных интегральных стабилизаторов позволяют значительно улучшить эти параметры).

Пиковые значения выходных пульсаций ИБП значительно выше, чем у линейных источников. Переходные процессы в ИБП также значительно более длительны, однако имеют лучшие характеристики удержания режиме стабилизации, что крайне важно для применения в компьютерных системах.

ИБП имеют очень широкий диапазон входных напряжений. В то же время, в линейных источниках питания этот показатель не превышает + 10 % от номинального значения. ИБП обладают исключительно высоким КПД, что повышает его общую надежность функционирования.

1.3 Структура и принцип действия

Типовой ИБП представляет собой регулируемый конвертор с бестрансформаторным входом. Его структура может быть представлена в виде следующего технического решения (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1 Обобщенная структурная схема ИБП

Структурная схема ИБП состоит из двух основных элементов: сетевого выпрямителя (СВ) и преобразователя напряжения (ПН).

Сетевой выпрямитель выполняет функции выпрямления напряжения сети UC и сглаживает пульсации. Он обеспечивает режим плавного заряда конденсатора фильтра при включении БП, бесперебойную подачу энергии в нагрузку при кратковременных провалах напряжения в сети ниже допустимого уровня и уменьшения уровня помех за счет применения специальных помехоподавляющих фильтров.

Преобразователь напряжения включает в себя конвертор КВ и контроллер К, служащий для управления конвертором.

Конвертор состоит из регулируемого инвертора И, импульсного трансформатора Т, выпрямителей В и стабилизаторов напряжения СН, формирующих питающие напряжения UH. Инвертор преобразует постоянное выходное напряжение с СВ в переменное напряжение прямоугольной формы. Импульсный трансформатор работает на повышенной частоте (60 - 120 кГц) и обеспечивает автогенераторный режим инвертора, а также получение напряжений, необходимых для питания контроллера, схем защиты и цепей нагрузки ИБП. Помимо того, импульсный трансформатор выполняет важнейшую функцию обеспечения гальванической развязки между выходными напряжениями ИБП и питающей сетью.

Контроллер осуществляет управление мощным транзисторным ключом инвертора и выполняет функцию стабилизации напряжения на нагрузке, а также защита ИБП от перенапряжения, от перегрузок по выходному току, сбросов (просадок) напряжения и перегрева основных компонентов схемы.

В некоторых контроллерах предусматривается дополнительная функция дистанционного управления ИБП по включению / выключению или обеспечению режима «stand bye». Контроллер включает в себя следующие функциональные узлы: источник питания контроллера (ИПК); модулятор длительности импульсов (МДИ); устройство защиты (УЗ); логическую схему (ЛС) для объединения сигналов МДИ и УЗ; формирователь управляющего напряжения (ФУН) для мощного ключевого транзистора конвертора.

В конверторах применяются схемы на основе запускающих цепочек, кратковременно подключаемых к выходному напряжению сетевого выпрямителя с последующим переходом на питание от специальной обмотки импульсного трансформатора Т.

Модулятор длительности импульсов формирует импульсную последовательность с заданным соотношением длительности импульса к длительности паузы, то есть формирует соответствующую скважность импульсов. В зависимости от способа управления мощным транзистором конвертора в МДИ могут использоваться следующие виды модуляции: фазо-импульсная (ФИМ); частотно-импульсная (ЧИМ); широтно-импульсная (ШИМ). В импульсных блоках питания наиболее широкое применение нашли МДИ на основе ШИМ благодаря простоте схемной реализации, а также потому, что в ШИМ-преобразователях частота коммутации остается неизменной, а изменяется только длительность импульса. В ФИМ- и ЧИМ-преобразователях частота коммутации в процессе регулирования изменяется, что является их основным недостатком, ограничивающим применение в ИБП по параметру помех и усложнением схемной реализации.

Рассмотрим работу МДИ на основе ШИМ. В состав модулятора входят следующие функциональные узлы (см. рис. 1.2): источник опорного напряжения (ИОН); усилитель сигнала ошибки (УСО) или как его еще называют - усилитель рассогласования; задающий генератор (ЗГ); генератор пилообразного напряжения (ГПН); ШИМ-компаратор (ШК).

Рис. 1.2 Структура МДИ на основе ШИМ

ШИМ-модулятор работает следующим образом. ЗГ генерирует колебания прямоугольной формы (см. рис. 1.3а) с частотой, равной рабочей частоте преобразователя напряжения. Формируемое из этих колебаний в ГПН пилообразное напряжение UП (см. рис. 1.3б) поступает на вход ШИМ-компаратора ШК, на другой вход которого поступает сигнал с выхода усилителя сигнала ошибки. Выходной сигнал УСО U ОШ пропорциональный разности между опорным напряжением и напряжением, вырабатываемым цепью обратной связи UОС. Таким образом, напряжение UВЫХ является сигналом рассогласования, уровень которого изменяется пропорционально изменению тока нагрузки IH или выходного напряжения UВЫХ .

Рис. 1.3 Эпюры напряжений в системе ШИМ-модулятора

В результате такого построения схемы образуется замкнутая цепь регулирования уровня выходного напряжения.

ШИМ-компаратор является линейно-дискретным функциональным узлом МДИ. Вход, на который поступает пилообразное напряжение, является опорным, а второй - управляющим. Выходной сигнал ШК - импульсный. Длительность выходных импульсов (см. рис. 1.3в) определяется уровнем превышения управляющего сигнала UОШ над опорным UП и изменяется в процессе работы в соответствии с изменением входного управляющего сигнала. Модулированные по длительности выходные импульсы ШК через логическую схему ЛС (см. рис. 1.1) поступают на формирователь управляющего напряжения ФУН, в котором формируется сигнал управления переключением мощного транзистора конвертора.

Стабилизация выходного напряжения UН реализуется за счет того, что при изменении выходного напряжения преобразователя, напряжение обратной связи UОС также изменяется, вызывая изменение длительности импульсов на выходе ШК, а это, в свою очередь, вызывает изменение мощности, отдаваемой во вторичные цепи. Это обеспечивает стабильность выходного напряжения ПН по среднему значению.

1.4 Схемотехнические решения и принцип действия ИБП

Основная схема, получившая наибольшее распространение в силовой электронике, по которой выполняются многие маломощные ИБП - это обратноходовый преобразователь. Схема, поясняющая принцип действия такого преобразователя приведена на рис. 1. 4.

Рис. 1.4 Типовая схема обратноходового преобразователя

Эта схема преобразует одно постоянное напряжение в другое, регулируя выходное напряжение посредством ШИМ либо ЧИМ. Модуляция ширины импульса это метод управления, основанный на изменении отношения длительности включенного состояния ключа к выключенному состоянию при постоянной частоте. В обратноходовом преобразователе длительность включенного состояния ключа больше длительности выключенного состояния для того, чтобы большее количество энергии было запасено в трансформаторе и передано в нагрузку (см. рис. 1.5).

Рис.1.5 Процесс накопления энергии при различных параметрах ШИМ

Обратноходовый преобразователь работает следующим образом. Ключевой транзистор Q1, управляется схемой ШИМ-модулятора. Когда Q1 открыт, ток в первичной обмотке трансформатора линейно увеличивается. Этот трансформатор фактически является дросселем со вторичной обмоткой и, в отличие от нормального трансформатора, накапливает в себе существенную энергию. Когда транзистор Q1 закрывается, магнитный поток в сердечнике трансформатора начинает уменьшаться и это вызывает ток I2, текущий в цепи вторичной обмотки.

Ток I2 заряжает конденсатор С и также течет в нагрузку. На рис. 1.6 показаны импульсы токов I1 и I2 во время включенного и выключенного состояния ключевого транзистора. Ток I1 течет во время включенного состояния ключевого транзистора, а ток I2 во время выключенного состояния и поддерживает постоянное напряжение на конденсаторе С.

Рис. 1.6 Формы сигналов для обратноходового преобразователя

Если выходная нагрузка увеличивается, необходимо только увеличить длительность включенного состояния транзистора Q1, во время которого ток I1 достигнет более высокого значения, что создаст в результате более высокий ток I2 во вторичной обмотке во время выключенного состояния. И, наоборот, при уменьшении нагрузки, ток I2 уменьшит свое значение.

Если выходное напряжение сравнить с опорным напряжением, и полученной разностью управлять ШИМ-модулятором, получается замкнутая петля обратной связи, а схема автоматически сохраняет постоянное значение выходного напряжения.

Идеальная схема обратноходового преобразователя не имеет потерь, так как в любое время переключающий элемент имеет нулевое напряжение или нулевой ток. На практике, однако, имеются некоторые потери переключения и проводимости в транзисторе Q1 и также потери в трансформаторе, диоде и конденсаторах. Но эти потери не велики по сравнению со схемой линейного преобразователя.

Более полная схема обратноходового преобразователя непосредственно подключенного к сети переменного тока, основанная на схеме типового обратноходового преобразователя, показана на рис. 1.7.

Рис. 1.7 Обратноходовый преобразователь напряжения сети

Следует отметить то, что этот преобразователь питается напряжением, полученным выпрямлением напряжения сети переменного тока без использования трансформатора.

На этой схеме также показана петля обратной связи, по которой сигнал от выхода подается назад на ключевой транзистор. Эта петля обратной связи должна иметь изоляцию для того, чтобы выходная линия постоянного тока была гальванически развязана от сети переменного тока, что обычно выполняется с помощью маленького импульсного трансформатора или оптрона.

Другая конфигурация импульсного источника питания известна как схема прямоходового преобразователя. Структурная схема такого преобразователя показана на рис. 1.8.

Рис. 1.8 Прямоходовой преобразователь напряжения сети

Эта схема очень напоминает обратноходовую, однако в ней имеются фундаментальные отличия. Прямоходовой преобразователь накапливает энергию не в трансформаторе, а в выходной катушке индуктивности (дросселе). Точки, обозначающие на схеме начала обмоток на трансформаторе, показывают, что, когда ключевой транзистор открыт, во вторичной обмотке появляется напряжение, и ток течет через диод D1 в катушку индуктивности. У этой схемы большая продолжительность включенного состояния, более высокое среднее напряжение во вторичной обмотке и более высокий выходной ток нагрузки.

Когда транзистор Q1 закрывается, ток в катушке индуктивности не может измениться мгновенно и продолжает течь через диод D2. Таким образом, в отличие от обратноходовой схемы, ток от элемента, сохраняющего энергию, течет во время обеих половин цикла переключения. Поэтому прямоходовой конвертер имеет более низкое напряжение выходных пульсаций, чем обратноходовая схема при тех же самых выходных параметрах.

Большинство импульсных источников питания имеют больше одного выхода. Например, для большинства источников питания цифровых схем в дополнение к выходному напряжению +5 В могут иметься выходы с напряжением +12, -12,+24 и -5В. Эти выходы используются в системах для питания всевозможных устройств для дисководов, винчестеров, памяти для куллеров и многих других применений. На рис. 1.9 приведена типовая схема обратноходового преобразователя с несколькими выходами.

Рис. 1.9 Обратноходовой преобразователь с несколькими выходами

Напряжение обратной связи снимается с выхода +5 В (V3) и подается на ШИМ-модулятор, таким образом стабилизируя всю схему. Это означает, что вспомогательные выходы не стабилизируются в той же мере, как главный выход +5 В. В некоторых применениях, например, питания двигателя дисковода это не слишком важно. В других, более критичных применениях, на вспомогательные выходы устанавливают линейные стабилизаторы, как показано на рис.1.9.

Можно рассмотреть другие схемные решения, среди которых наибольший интерес представляют мощные устройства, выполненные на основе двухтактных преобразователей. Упрощенная схема двухтактного прямоходового преобразователя, в которой используются два ключа в цепи первичной обмотки трансформатора, приведена на рис. 1. 10.

Рис. 1.10 Схема двухтактного прямоходового преобразователя

В приведенной схеме импульсный трансформатор имеет отвод от середины первичной обмотки, что увеличивает ее габариты и усложняет технологию изготовления. Устранить этот недостаток можно, применив схему полумостового прямоходового преобразователя. Упрощенная схема такого преобразователя приведена на рис. 1. 11.

Рис. 1. 11 Схема полумостового прямоходового преобразователя

В приведенной схеме необходимо использовать источник питания с достаточно высоким входным напряжением VIN, транзисторные ключи также должны быть высоковольтными. Все эти причины ведут к удорожанию такого типа ИБП.

Наилучшее техническое решение, свободное от указанных недостатков, реализовано в виде схемы полномостового прямоходового преобразователя. Упрощенная схема такого преобразователя показана на рис.1. 12.

Рис. 1.12 Схема полномостового прямоходового преобразователя

В приведенной схеме можно использовать источник питания с пониженным входным напряжением VIN, транзисторные ключи должны быть не столь высоковольтными, как в полумостовой схеме, а трансформатор имеет самый малый габарит и, естественно, массу.

Несмотря на то, что количество ключевых транзисторов в приведенной схеме вдвое больше, чем в полумостовой схеме, они могут быть низковольтными и умеренной мощности (при этом они имеют, естественно, невысокую цену).

Тепловой режим каждого из транзисторов имеет лучшие показатели при всех равных условиях в рассмотренных блоках питания, а показатели надежности существенно повышаются.

1.5 Тенденции развития импульсных источников питания

Одной из главных тенденций развития источников питания являются увеличение удельной мощности (выходная мощность единицы объема источника питания). Удельная мощность источников питания , выполненных на линейных компонентах достигает 30 Вт /дм3. В типовых импульсных источниках питания, выполненных на дискретных компонентах, это значение достигает 180 Вт /дм3. В современных источниках питания, выполненных на современной элементной базе с высокой степенью интеграции при использовании комбинации различных методов, удельная мощность может достигать 2300 Вт /дм3.

Это удается при использовании высоких частот переключения, при которых удается уменьшить размеры элементов, сохраняющих энергию, то есть катушек индуктивности, конденсаторов. Трансформаторы и фильтры также уменьшаются с увеличением частоты переключения.

Использование технологии поверхностного монтажа и современных материалов подложек, керамических гибридных материалов, металлокерамики позволяют существенно снизить габариты устройств, а также решить проблемы отвода тепла от мощных коммутационных компонентов.

Улучшение качества компонентов, например, использование конденсаторов, имеющих лучшие значения удельной емкости, использование в качестве ключей полевых транзисторов вместо биполярных и использование новейших ферритовых материалов, успешно работающих без потерь на высоких частотах.

Однако, при работе на высоких частотах возникает ряд проблем, которые связаны с паразитными емкостями в компонентах схем, с индуктивностью рассеяния в трансформаторах.

В современном импульсном источнике питания в качестве ключевого элемента, как правило, используется полевой транзистор, который рассеивает некоторое количество энергии, переходя каждый раз из открытого состояния к закрытому состоянию и наоборот. Эти потери увеличиваются с увеличением частоты.

Энергия из первичной обмотки трансформатора никогда не может быть передана без потерь во вторичную обмотку. Когда транзистор закрыт, энергия, представляющая ток индуктивности рассеяния первичной обмотки (за счет самоиндукции), должна быть рассеяна обычно в специальной схеме подавления. Обычно в качестве схемы подавления используется последовательно включенные диод и резистор, а параллельно им включается емкость, которая и поглощает паразитную энергию. Эта энергия нагревает резистор схемы подавителя и расходуется впустую.

Для защиты от напряжения обратной полярности, возникающей при действии ЭДС самоиндукции на первичной обмотке трансформатора, параллельно полевому транзистору устанавливается защитный диод, который также греется впустую. Эти эффекты проявляются тем значительнее, чем выше частота переключения преобразователя.

Помимо этого, мощные полевые транзисторы, используемые в качестве ключей в импульсных источниках питания, содержат значительную паразитную емкость собственного канала, которая также разряжается на защитном диоде, устанавливаемом параллельно полевому транзистору ключа. Это также ведет к дополнительным потерям энергии с увеличением частоты переключения преобразователя.

Подключение ИБП, выполненных по традиционным схемам, к устройствам, у которых потребление энергии осуществляется со значительным колебаниями, приводит к достаточно длительным переходным процессам со значительными выбросами тока и напряжения.

В отдельных случаях переходные процессы могут вообще приводить к срыву авторегулирования и стабилизации напряжения. Многие специалисты и проектировщики импульсных источников питания заняты решением проблемы повышения устойчивости их работы в условиях действия жестких внешних воздействий и значительных колебаний потребляемой мощности.

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

импульсный источник питание прибор микросхема

Согласно техническому заданию необходимо разработать импульсный блок питания с такими техническими данными:

Мощность ИБП- не более 150Вт;

Источник питания -однофазная сеть220 В-50Гц;

Диапазон рабочих частот- 66 кГц - средняя частота, на которой работает ШИМ преобразователь;

Выходные напряжения - при ±30V=2A, +12V=1A, +5V=3A;

Таблица 2.1-Нормы климатических и механических воздействий

Виды воздействия ,характеристики

Нормы воздействий

Виброустойчивость:

диапазон частот, Гц

амплитуда виброускорения g

10-70

0.8-3.8

Вибропрочность:

частота вибрации, Гц

амплитуда виброускорения g

10-70

1-4

Отсутствие резонанса в конструкции:

диапазон частот, Гц

амплитуда виброперемещения,мм

10-30

0.5-0.8

Ударная устойчивость:

длительность ударного импульса, мс

ускорение пиковое

число ударов в минуту

общее число ударов не менее

5-10

15

40-80

60

Ударная прочность:

длительность ударного импульса, мс

ускорение пиковое

число ударов в минуту

общее число ударов не менее

5-10

25

40-80

12000

Прочность при транспортировке:

длительность ударного импульса, мс

ускорение пиковое

число ударов в минуту

общее число ударов не менее

5-10

5,10,25

40-80

13000

Прочность при падении:

высота сбрасывания РЭА до 5 кг,мм

высота сбрасывания РЭА более 5 кг мм

число сбрасываний

-

-

-

Теплоустойчивость:

рабочая температура, єС

предельная температура , єС

50

60

Холодоустойчивость:

рабочая температура, єС

предельная температура , єС

-25(-40)

-40(-50)

Влагоустойчивость:

относительная влажность, %

температура, ,єС

93

25

Герметичность при погружении в воду на глубину, м

-

Защищенность от дождя с интенсивностью, мм/мин

-

Защищенность от воздействия соленого(морского)тумана с водностью, г/

2-3

Защищенность от воздействия пылевого потока со скоростью ,м/с

10

3. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ ПРИБОРОВ

Рассмотрим в виде примера прибор-аналог «Panasonic» KXF130

Рис.2.1- Импульсный блок питания «Panasonic» KXF130

4. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРА ИБП

4.1 Структура и принцип действия ИБП, построенного в соответствии с концепцией MASTER - SLAVE

При анализе работы типовых микросхем ШИМ-модуляторов, и построенных на их базе ИБП, описанных в предыдущей главе, можно прийти к выводу, что основные задержки в схеме регулятора возникают в импульсном трансформаторе и в цепях выделения сигнала ошибки. Если напряжения, являющиеся последствиями бросков тока, возникающих на нагрузке при коммутациях или резких изменений параметров самой нагрузки, передать на схему регулятора, не дожидаясь реакции ШИМ-регулятора, ключевого транзистора, процесса накопления энергии в импульсном трансформаторе, то переходный процесс в целой системе существенно сократится.

На рис. 4.1 показана упрощенная схема ИБП, построенная в соответствии с концепцией MASTER - SLAVE.

Рис. 4.1 Структурная схема ИБП, построенная в соответствии с концепцией MASTER - SLAVE

На схеме видно, что ведомая (SLAVE) микросхема ШИМ-контроллера ТЕА 2260 охвачена местной обратной связью по току, снимаемой с эмиттерного резистора ключевого транзистора. Запитка микросхемы Vcc осуществляется вначале от мостового выпрямителя через ограничивающий резистор R, а после запуска всей схемы - от дополнительной обмотки импульсного трансформатора через диод и регулятор Р2 . Синхронизация ведомой микросхемы производится через малогабаритный импульсный трансформатор, выполняющий дополнительно еще и функцию гальванической развязки.

Ведущая (MASTER) микросхема также представляет собой ШИМ-контроллер ТЕА 5170, формирующий импульсы синхронизации для работы SLAVE ШИМ-контроллера ТЕА 2260. Не нагруженная через ключевой транзистор на силовой импульсный трансформатор, микросхема ТЕА 5170 практически мгновенно реагирует на изменение выходного напряжения, приложенного к нагрузке ИБП.

Ведущая микросхема - MASTER может быть переведена в ждущий режим посредством внешнего воздействия, кроме того, она может быть синхронизирована внешним воздействием, и тем самым, адаптироваться к ожидаемым броскам тока в нагрузке.

Диаграммы, поясняющие работу схемы ШИМ-контроллера, построенного по принципу MASTER - SLAVE (см. рис 4.1), приведены на рис. 4.2.

Рис. 4.2 Диаграммы поясняющие работу схемы MASTER - SLAVE:

а) напряжение питания ТЕА 2260; б) ток коллектора силового ключа; в) выходное напряжение; г) напряжение питания ТЕА 5170 д) 1 - питание основной нагрузки; 2 - режим STAND-BY

4.2 Микросхемы архитектуры MASTER - SLAVE для ИБП

Микросхема ТЕА 2260 выпускается в 16-выводном корпусе, типа DIP- 16. Конструктивно выводы заземления расположены по центру микросхемы (4, 5, 12, 13), что способствует лучшему отводу тепла от кристалла. Питание микросхемы может осуществляться от независимых источников: общее питание микросхемы - вывод 16; питание выходного каскада - вывод 15 (см. рис. 4.3). Супервизор микросхемы обеспечивает надежную работу последней в широком диапазоне питающих напряжений, начиная от 7,4 В, до 10,3 В (гистерезис монитора) и до максимального значения, составляющего 20 В.

Рис. 4.3 Структура микросхемы ТЕА 2260

Выходной каскад микросхемы в состоянии обеспечить достаточно большой ток (+1,2 А; - 2,0 А) на выводе 14 для управления мощным силовым ключом.

Усилитель ошибки имеет выход S (вывод 7), соединив который через внешний резистор со входом усилителя Е (вывод 6), можно выбрать необходимый коэффициент усиления для обеспечения оптимальной чувствительности петли авторегулирования.

Подключение конденсатора С1 (см. рис. 4.3), номинальной емкости порядка 0,033 - 0,047 мкФ к выводу 9 позволяет осуществить «мягкий» пуск автогенератора микросхемы.

Выбирая параметры внешнего резистора автогенератора R0 (от 20 кОм до 150 кОм) - вывод 11 микросхемы, и параметры внешнего конденсатора C0 автогенератора (от 470 пФ до 4700 пФ) - вывод 10, обеспечиваем необходимую среднюю тактовую частоту работы ШИМ-контроллера микросхемы ТЕА 2260, которая может варьироваться в пределах от 10 кГц и до 100 кГц.

Подключение конденсатора С2 к выводу 8 микросхемы выполняет функцию интегрирования тока потребления микросхемой и позволяет осуществлять «мягкий» пуск автогенератора микросхемы. Конденсатор С2 должен иметь номинальное значение большее, чем у конденсатора С1, или же равное ему. При запуске системы, построенной в соответствии с архитектурой MASTER - SLAVE, режим «мягкого» пуска в микросхеме блокируется.

Логический процессор микросхемы (см. рис. 4.3) позволяет сформировать оптимальную ШИМ-последовательность импульсов, в которой обеспечивается подавление двойного импульса, осуществляется двустороннее ограничение максимального выходного тока - вывод 3 микросхемы.

Микросхема снабжена встроенным высококачественным низковольтным стабилизатором напряжения, исключающим влияние дестабилизирующих внешних факторов.

Для формирования оптимальной ШИМ-последовательности импульсов микросхема снабжена специальным входом (вывод 1), позволяющим определять момент возникновения насыщения сердечника импульсного силового трансформатора, а также входа внешней синхронизации (вывод 2) для подключения сигнала от ведущей микросхемы типа MASTER.

Ведущая микросхема ТЕА 5170 выпускается в стандартном 8-выводном корпусе, типа DIP- 8. Структура микросхемы ТЕА 5170 приведена на рис. 4.4.

Питание микросхемы осуществляется через монитор - вывод 2; Монитор микросхемы обеспечивает надежную работу последней в диапазоне питающих напряжений, начиная от 4,5 В, до 14,5 В (гистерезис монитора) и до максимального значения, составляющего 15 В.

Микросхема снабжена встроенным автогенератором, частота которого может выбираться проектировщиком в пределах от 12 кГц и до 250 кГц. Выбор частоты осуществляется путем подключения внешних компонентов (частотозадающих резистора Rt и конденсатора Сt) к соответствующим выводам 8 и 7, другими концами подключенными к заземлению микросхемы (вывод 4). Рекомендованные значения номиналов частотозадающего резистора составляют диапазон 47 кОм - 180 кОм, а емкости частотозадающих конденсаторов - 120 пФ - 1800 пФ.

Рис. 4.4 Структура микросхемы ТЕА 5170

Для режима синхронизации по архитектуре MASTER - SLAVE рекомендованные частоты ограничиваются величиной в 64 кГц.

Выходной номинальный ток микросхемы (вывод 3) достигает 30 мА (максимальный - 60 мА).

Усилитель ошибки имеет выход ЕOUT (вывод 6), соединив который через внешний резистор со входом усилителя Е- (вывод 5), можно выбрать необходимый коэффициент усиления. Полоса пропускания усилителя - 2 МГц. Коэффициент усиления по напряжению - 80 дБ.

Подключение конденсатора СSF (см. рис. 4.4), номинальной емкости порядка 0,033 - 0,047 мкФ к выводу 1 позволяет осуществить «мягкий» пуск автогенератора микросхемы.

При рассмотрении ШИМ-регулятора, построенного в соответствии со структурой (см. рис. 4.5), сигнал синхронизации от микросхемы ТЕА 5170 (MASTER), представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов, через согласующий импульсный трансформатор, дифферинцируясь, поступает на вход микросхемы ТЕА 2260 (SLAVE).

Рис. 4.5 Архитектура ШИМ-регулятора типа MASTER - SLAVE и реализация цепи синхронизации

4.3 Практическая схема ИБП архитектуры MASTER - SLAVE

Схема принципиальная электрическая импульсного источника питания, выполненная в соответствии с архитектурой MASTER - SLAVE, приведена на рис. 4.6.

Импульсный источник питания выполнен на паре микросхем ТЕА 2260 и ТЕА 5170. Энергию ИБП получает от стандартной сети 220 В, частотой 50 Гц со всеми присущими ей параметрами нестабильности по частоте и напряжению, оговоренными условиями контракта энергогенерирующей кампании и потребителя.

Для защиты ИБП от перегрузок по току на его входе установлены два идентичных предохранителя FU1и FU2 на 3,0 А, а для защиты от сетевых помех на входе установлена одна из возможных разновидностей фильтра, описанных в предыдущей главе. В состав фильтра входят симметрирующий трансформатор L1 необходимый для подавления синфазной помехи, конденсаторы С10, С12, С13, а также конденсаторы, предотвращающие попадание помех, возникающих от самого ИБП, в питающую сеть - С16, С18, С19.

Переменный ток, потребляемый ИБП от сети, выпрямляется мостовым выпрямителем VD2, далее напряжение, сглаженное электролитическим конденсатором С20. Среднее значение напряжения на конденсаторе достигает 290 - 300 В.

Переменное напряжение через гасящий резистор R20 поступает на последовательно соединенные резистор R23 и диод VD9 и подсоединяется к выводу 3 вторичной обмотки II импульсного силового трансформатора Т1, предназначенной для питания микросхемы DA1, другой конец этой обмотки - вывод 4 заземляется. С момента включения ИБП происходит постепенный заряд конденсаторов С27, С28. Когда напряжение на них достигает 10,3 В, монитор микросхемы DA1 запускает внутренние стабилизаторы питания микросхемы ТЕА 2260 (INTERNAL BIAS и Vref) и позволяет сформировать короткие начальные импульсы на выходе 14 микросхемы DA1 для включения силового ключевого транзистора VT3 (см. рис. 3.2б). Первичная обмотка I импульсного силового трансформатора Т1 одним концом (вывод 1) подключена к выходу мостового выпрямителя и электролитического конденсатора С20, а другим концом к коллектору ключевого транзистора VT3.

Импульсы тока транзистора VT3 намагничивают сердечник импульсного силового трансформатора Т1 и на обмотке II трансформатора индуцируется напряжение, большее чем первоначальное напряжение 10,3 В, например, 16,0 В. Это напряжение через диод VD10 и гасящий резистор R24 прикладывается к конденсаторам С27, С28 и микросхема DA1 уже питается не от цепи первичного запуска, а от собственной питающей обмотки II трансформатора Т1.

Напряжение на этой обмотке зависит от количества её витков и величины индукции, возникающей в сердечнике трансформатора. Индукция, в свою очередь, зависит от режима работы ключевого транзистора, от характера нагрузки вторичных обмоток и, конечно же, от конструктивно-технологических параметров самого магнитного сердечника. Следовательно, напряжение, возникающее на обмотке II трансформатора Т1, и далее на конденсаторах С27, С28 может быть использовано для установления обратной связи цепи автоматического регулирования напряжения ИБП. Это напряжение через резистор R10 подается на вход усилителя ошибки (вывод 6) микросхемы DA1. Элементы схемы R1, R2 и R5 определяют коэффициент усиления усилителя ошибки микросхемы DA1, а конденсаторы С3 и С5 формируют необходимую амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Особенностью предложенной схемы является то, что рабочая частота автогенератора микросхемы DA1 не является постоянной величиной. На этапе первоначального запуска микросхемы DA1, когда величина питающего напряжения на конденсаторах С27, С28 мала, транзистор VT1 находится в закрытом состоянии и не оказывает никакого влияния на работу автогенератора. Короткие импульсы, формируемые на выходе микросхемы DA1, следуют с частотой, определяемой величиной постоянной времени R8C8, которая для устойчивого запуска стабилизатора выбирается достаточно большой. По мере повышения напряжения на конденсаторах С27, С28 транзистор VT1 открывается, и, через собственное сопротивление коллекторно-эмиттерного перехода и соединенного с ним последовательно резистора R6, шунтирует частотозадающий резистор R8. Это приводит к повышению рабочей частоты автогенератора до режима функционирования на полную мощность.

В предложенной схеме ИБП для ограничения перегрузки силового ключа VT3 реализована схема ограничения по току. Напряжение, пропорциональное величине коллекторного тока ключа VT3, возникшее на резисторе R18, через согласующий резистор R17 поступает на вход операционных усилителей ограничителя тока (вывод 3). Конденсаторы С15 и С17 устраняют влияние паразитных составляющих спектра, выделяющихся на резисторе R18.

Сигнал синхронизации от микросхемы ТЕА 5170 через малогабаритный импульсный трансформатор TV1 и согласующий резистор R14 поступает на вход микросхемы ТЕА 2260 (вывод 2), отвечающий за формирование ШИМ-модулированного сигнала микросхемы ИБП.

Для защиты от перегрузки силового ключа VT3 в его базовую цепь введены дроссель L2, вместе с шунтирующим резистором R21 и двусторонний стабилитрон VD7. Базово-эмиттерный переход транзистора VT3 зашунтирован резистором R22.

Элементы VD8, R25, C22 представляют собой демпфирующую цепь для подавления паразитных колебаний в первичной обмотке импульсного трансформатора Т1.

Микросхема ТЕА 5170 выполняет в стабилизаторе ведущую роль в архитектуре MASTER - SLAVE и запускается лишь после запуска ведомой микросхемы ТЕА 2260.

Следует отметить, что рабочая частота микросхемы ТЕА 2260 выбирается несколько меньше, чем тактовая рабочая частота микросхемы ТЕА 5170, которая и определяет общую синхронизированную рабочую частоту ИБП.

Работа микросхемы ТЕА 5170 существенных особенностей не имеет. Она получает питание от источника +12 В, поступающего с выхода импульсного силового трансформатора Т1 после выпрямления диодом VD4 и фильтрации на конденсаторе С25. Напряжение питания поступает на вывод 2 микросхемы ТЕА 5170 через транзистор VT2. Если на базовый вход этого транзистора подан положительный потенциал (с разъема Х1 вход «Stand-by»), то транзистор VT2 откроется и начнется нормальная работа микросхемы ТЕА 5170, при отсутствии положительного потенциала транзистор VT2 закрывается и питание на микросхему не подается. При этом, работает только микросхема ТЕА 2260, обеспечивая только запускающий режим работы, не дающий номинальной мощности.

Микросхема ТЕА 5170 имеет возможность синхронизироваться от внешнего источника (через разъем Х1 вывод 1). Но такая возможность, как правило, не используется.

Выходные напряжения ИБП снимаются со вторичных обмоток импульсного трансформатора Т1 и после выпрямления и фильтрации подаются на выходной разъем Х3. ШИМ-стабилизация в ИБП осуществляется по оценке выходного напряжения +30 В, которое через резисторы R14 и R19 подается на вход усилителя ошибки микросхемы ТЕА 5170. Изменение номинального значения сопротивления резистора R19 позволяет выставить напряжение стабилизации 30 В для источника «+30 В». Другие напряжения в схеме ИБП непосредственно не стабилизируются, а получаются как результат индукции в трансформаторе с общим магнитопроводом.

Качество изготовления, используемый материал сердечника импульсного трансформатора, его конструкция в значительной степени влияют на параметры проектируемого импульсного источника питания, поэтому проанализируем методику расчета трансформатора и выработаем рекомендации по его рациональному проектированию, что будет сделано ниже.

Рис. 4.6 Схема принципиальная электрическая ИБП архитектуры MASTER - SLAVE

5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИБП

Современное конструирование основано на системном подходе и представляет собой процесс поиска оптимального решения при действующем наборе ограничений и нечеткости сформулированных критериев оптимизации. Для такого процесса характерно применение точных, строго формализованных процедур, наряду с привлечением интуитивно-эвристических методов. Каждая последующая процедура призвана приблизить разрабатываемую конструкцию к оптимальной, отвечающей требованиям технического задания. Наиболее сложным компонентом ИБП является импульсный трансформатор, проектированию которого уделим наше внимание.

На рисунке 5.1. представлена компоновка импульсного блока питания

Рис. 5.1-Компоновка ИБП

Печатная плата узла может иметь размер 120, что соответствует ГОСТ 10317-79 на допустимые размеры печатных плат и дает возможность расместить все компоненты на плате с умеренной плотностью компоновки, причем трансформатор расположет в самом центре платы.

На рисунке 5.1 радиатор размещен в самом верху печатной платы, площадь которого можно определьть по формуле :

(5.1)

где H- высота пластинчатого радиатора;

L- длина развертки.

м2

5.1 Импульсный силовой трансформатор

Поскольку частота следования импульсов составляет десятки и сотни килогерц, трансформатор должен выполняться на сердечнике из материала, обеспечивающего эффективную работу на данных частотах.

Существуют три основные группы таких материалов -- феррит, порошковый пермаллой и магнитомягкие материалы в виде ленты (например, тот же пермаллой). В настоящее время наиболее доступны, дешевы и удобны в применении ферриты.

Возьмем катушку, намотанную на сердечнике из магнитного материала, например ферритовом сердечнике. Пусть сердечник будет полностью размагничен. Пропустим через эту обмотку импульс тока. По окончании импульса окажется, что сердечник намагнитился. Это явление носит название остаточной магнитной индукции. Если сердечник предназначен для использования в трансформаторах, то остаточная индукция нежелательна. К сожалению, она проявляется даже у самых лучших марок ферритов.

Каким образом появляется остаточная индукция при работе импульсного трансформатора?

Если преобразователь двухтактный, то на трансформатор подаются импульсы переменной полярности одинаковой амплитуды. Первый импульс вызовет некоторое остаточное намагничивание сердечника -- остаточную индукцию +Вост. Второй импульс имеет другую по отношению к первому полярность. По его окончании окажется, что остаточная индукция имеет ту же величину Вост, но другой знак. То есть сердечник перемагнитился. Следующий импульс вызовет остаточную индукцию Вост -- с обратным знаком по отношению к остаточной индукции, вызванной вторым импульсом. Далее, с каждым следующим импульсом тока остаточная индукция будет равна +Вост, причем ее знак станет определяться знаком соответствующих импульсов тока. Нарастания величины остаточной индукции не происходит.

В каждом импульсе какая-то часть полезной энергии затрачивается на компенсацию предыдущей остаточной индукции и создание новой. Это несколько снижает КПД, но не приводит к большим неприятностям.

В однотактных преобразователях и, в частности, в обратноходовом преобразователе существенно меняется характер намагничивания. Все импульсы тока имеют один знак. Для нормальной работы преобразователя каждый импульс должен обеспечить за время своего действия размах величины индукции Вимп. Если сердечник был первоначально размагничен, то максимальная индукция сердечника в первом импульсе равна Вимп. После первого импульса величина остаточной индукции равна Вост1. Второй импульс должен обеспечить изменение индукции на величину Вимп относительно остаточной индукции Вост1, и максимальная индукция в сердечнике будет Вимп + Вост1. После второго импульса величина остаточной индукции будет Вост2 > Вост1. С каждым последующим импульсом, остаточная намагниченность сердечника увеличивается. Этот процесс не бесконечен -- при некоторой остаточной индукции Вост ее прирост остановится.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены