Двухтактные инверторы с независимым возбуждением
Инвертор с независимым возбуждением представляет собой усилитель мощности, усиливающий импульсы прямоугольной формы. Питание осуществляется от источника с напряжением Uп (рис.2.5.9).
|
|
Рис. 2.5.9
Напряжение управления прямоугольной формы подается на базы транзисторов со вторичных обмоток трансформатора Т1 от задающего генератора. Частота управляющего напряжения может достигать сотен кГц, поэтому необходимо рассматривать коммутационные процессы.
В 1-й полупериод Uв1 открывает VТ1 и закрывает VТ2, при этом ik1=Ikн, ik2=0. Напряжение питания Uп прикладывается к верхней полуобмотке трансформатора Т2 через открытый транзистор VТ1. Напряжение на выходе:
U2m=(W2/W1)(Un – Ukн). (2.5.9)
В момент t1 начинается открывание VТ2. Ранее открытый VТ1 не может закрыться мгновенно в силу своей инерционности. В течении (t1…t3) ik2 возрастает по экспоненте:
ik2 = Ikm (1 – exp (-t/τ) ) = kф Ikн (1 – exp (-t/ τ) ), (2.5.10)
где kф – фактическая кратность тока базы, τ - постоянная времени транзистора.
В течение времени (t1 ÷ t2) открытыми оказываются оба транзистора, а ток транзистора VТ:
ik1= Ikн + ik2 = Ikн(1+ kф – kф exp (-t/ τ). (2.5.11)
Это приводит к появлению выброса коллекторного тока. В момент t2 VT1 выйдет из насыщения, так как заряд неосновных носителей в его базе рассосется, ik1 начнет уменьшаться по экспоненте в течении (t2 ÷ t4):
ik1= kф Ikн 2 exp (-t/τ-1). (2.5.12)
Напряжение на обмотках трансформатора Т2 будут постоянны, пока открыт VТ1, то есть до момента t2. Когда ik1 уменьшается, uk1 увеличивается, u1 уменьшается, спадает до нуля и при ik2 > ik1 становится отрицательным. В момент t=t3 VТ2 полностью открывается, u1 »Un. После этого ik2 начинает уменьшаться по тому же закону, что ik1, согласно (2.5.12.).
В момент t4 коммутационные процессы заканчиваются до изменения Uв1 и Uв2.
Таким образом, в момент смены полярности тактовых импульсов оба силовых транзистора кратковременно проводят ток из-за наличия эффекта рассасывания избыточных зарядов в базах. При этом в схеме устанавливается режим сквозных токов, и токи через транзисторы могут достигать большого значения.
Оценим величину времени рассасывания неосновных носителей заряда в базе Тр.т. С этой целью запишем равенство токов в t2 =Тр.т. по (2.5.11) и (2.5.12).
.
Преобразуем:
,
откуда
. (2.5.13)
Тр.т. зависит в большей степени от постоянной времени τ и в меньшей от kф.
Определим величину Iкmк, подставив в (2.5.11) t=Тр.т..
то есть
. (2.5.14)
Напряжение на закрытом транзисторе Uкэmax = 2Uп. Для защиты силовых транзисторов от перегрузок по току в цепь базы могут включаться дроссели, которые замедляют процесс открывания включаемого транзистора.
Но полностью избавиться от выбросов коллекторных токов транзисторов можно только задержкой открывания одного из них до момента закрывания другого. Для этой цели в выходной трансформатор включают дополнительные обмотки (рис. 2.5.10). Напряжение на этих обмотках не позволяет транзистору открыться до тех пор, пока не изменится на противоположную полярность выходного напряжения, так как напряжение на базе закрытого VT1 Uбэ1=Uв1+Uос.
|
|
|
Рис. 2.5.10
Поэтому только после запирания транзистора VT2 включающее напряжение появится на базе транзистора VT1. При отключении транзистора запирается диод VD и напряжение, снимаемое с дополнительной обмотки, не попадает на базу.
Рис. 2.5.11
В мостовой схеме (рис. 2.5.11.) напряжения возбуждения на вторичных обмотках трансформатора Т1 обеспечивают одновременное отпирание VT1 и VT3 и запирание VT2 и VT4 (и наоборот). Напряжение питания Uп прикладывается к первичной обмотке Т2, причем полярность напряжений в различные полупериоды разная.
Амплитуда напряжения на выходе инвертора:
U2m = (W2/W1) (Uп-2Uкн). (2.5.15)
К закрытому транзистору прикладывается напряжение:
Uкэmax=Uп. (2.5.16)
|
| |
|
Рис. 2.5.12
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора Т2 в мостовой схеме в 
раз больше, чем в двухтактной с выводом от средней точки, то есть больше выходная мощность преобразователя, а выходной трансформатор меньше и проще.
Похожими показателями, что и мостовая схема, обладает полумостовая (рис. 2.5.12).
В ней два транзистора VT3 и VT4 заменены конденсаторами, что позволяет получить искусственную среднюю точку источника Uп. Если от источника, содержащего четное число элементов, можно вывести среднюю точку, надобность в конденсаторах отпадает. Когда VT1 насыщен, а VT2 закрыт, первичная обмотка трансформатора Т2 подключается к конденсатору С1, который немного разряжается на нее и нагрузку. Конденсатор С2 в это же время подзаряжается через обмотку Т2 от источника Uп. Во второй полупериод открыт транзистор VT2 , разряжается конденсатор С2, а подзаряжается С1. Вследствие этого напряжение и ток первичной обмотки выходного трансформатора имеют спад вершины импульса, определяемый разрядом конденсаторов С1 и С2 на величину ΔUсп. Для тока, чтобы форма выходного напряжения была близка к прямоугольной, С1 и С2 необходимо выбирать из условия ΔUсп/ Uп < 0,2 по формуле:
C1 = C2 = Iн/(4fΔUсп). (2.5.17)
Амплитуда выходного напряжения
U2m = (W2/W1) (Uп/2-Uкн). (2.5.18)
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 2023;