- •Полупроводниковые приборы
- •Полупроводники
- •Электронно-дырочный переход
- •Вентильное свойство идеального p-n перехода
- •Емкость идеального p-n перехода
- •Полупроводниковый диод
- •Вольт-амперная характеристика реального p-n перехода. Пробой
- •Полупроводниковые приборы с одним выпрямляющим переходом
- •Биполярный транзистор
- •Полевые транзисторы
- •Особенности мощных высоковольтных транзисторов
- •Однопереходные транзисторы
- •Тиристоры
- •Усилители
- •Каскадирование как принцип построения электронных устройств
- •Классификация усилителей
- •Основные параметры усилителей
- •Обратные связи в усилителях
- •Усилители на биполярных транзисторах
- •Обеспечение начального режима работы усилителя
- •Усилитель с эмиттерной стабилизацией
- •Математические модели биполярного транзистора
- •Расчет усилителя с эмиттерной стабилизацией по переменному току
- •Усилитель с ок
- •Фазоинверсный каскад
- •Усилители постоянного тока
- •Дифференциальный усилитель
- •Выходные каскады
- •Операционный усилитель
- •Операционный усилитель как идеальный усилитель
- •Передаточная характеристика оу
- •Скорость нарастания оу
- •Упрощенная внутренняя структура оу
- •Основные схемы включения оу
- •Компенсация смещения
- •Ослабление синфазных сигналов
- •Частотная коррекция операционного усилителя
- •Использование оу при однополярном питании
- •Усилители с промежуточным преобразованием
- •Импульсные усилители
- •Общие требования к ключевым каскадам
- •Ключи на биполярных транзисторах
- •Общая характеристика
- •Расчет ключа на биполярном транзисторе
- •Повышение быстродействия ключей на биполярных транзисторах
- •Ключи на полевых транзисторах
- •Общая характеристика
- •Особенности управления мощными полевыми транзисторами
- •Регулирование мощности с использованием ключевых схем
- •Схемы формирования заданного тока и напряжения
- •Источники вторичного электропитания
- •Структура и основные параметры
- •Выпрямители
- •Устройства стабилизации мгновенных значений напряжения
- •Устройства стабилизации среднего значения напряжения
- •Импульсные стабилизаторы напряжения
- •Генераторы сигналов
- •Частотно-зависимые устройства
- •Аналоговые фильтры
- •Синтез корректирующих звеньев
- •Схемная реализация корректирующих звеньев
- •Схемная реализация регулятора
- •Библиографический список
- •Оглавление
-
Регулирование мощности с использованием ключевых схем
Практическое использование рассмотренных ключевых схем можно реализовать по двум принципиально отличным направлениям. Первое из них использует информационный аспект коммутации, т. е. информацию о том, включен или выключен ключ в данный момент времени. Это направление легло в основу построения импульсных информационных, а также цифровых устройств. Во всех этих схемах, как правило, не интересуются ни мощностью, рассеиваемой в нагрузке, ни усилением входного управляющего сигнала. Основным является лишь констатация самого факта включенного или выключенного состояния транзисторного ключа.
Второе направление использует энергетический аспект коммутации. Очевидно, что во всех схемах коммутации включенному и выключенному состояниям ключа соответствуют различные уровни мощности, отбираемой от источника питания и рассеиваемой в нагрузке. Поэтому, изменяя интервалы включенного и выключенного состояний ключа, можно изменять суммарную мощность, выделяющуюся в нагрузке, т. е. усиливать входной управляющий сигнал. Это свойство ключевых схем положено в основу разработки класса устройств, называемых импульсными усилителями мощности.
Рассмотрим схему ключа на биполярном транзисторе (см. рис. 100,а). Для простоты будем полагать, что нагрузка имеет чисто активный характер. Тогда мощность, выделяющаяся в ней, равна , где U — действующее напряжение . Предположим, что на входе транзистора действует последовательность управляющих импульсов длительностью и периодом следования Т, обеспечивающая его работу в ключевом режиме. Тогда на нагрузке будет формироваться последовательность прямоугольных однополярных импульсов, показанная на рис.110, и действующее напряжение будет равно
,
где — коэффициент заполнения или относительная длительность включенного состояния транзисторного ключа. Величина, обратная коэффициенту заполнения, называется скважностью.
Мощность, выделяемая на нагрузке, равна .
|
Рис. 110 |
Причиной широкого использования ИУМ в различных устройствах автоматики в случаях, связанных с регулированием электрической мощности, является возможность построения устройств, теоретически обладающих 100% КПД. Если предположить, что используемый в ИУМ ключ является идеальным, т. е. выполняются условия: , , , , то мощность, отбираемая от источника питания, полностью выделяется в нагрузке.
Для реальных устройств такой КПД не достижим, однако КПД реального ИУМ существенно выше, чем у усилителей, использующих активный режим работы транзистора.
Основные требования, предъявляемые к ИУМ, направлены на более полную реализацию их потенциальных преимуществ, а именно на повышение КПД. К ним можно отнести: уменьшение мощности, рассеиваемой в цепях управления при включенном и выключенном состояниях транзисторного ключа; уменьшение мощности в силовых цепях транзисторных ключей при их включенном и выключенном состояниях; уменьшение мощности, связанной с конечным значением времени перехода транзисторного ключа из включенного состояния в выключенное и наоборот.
Повышение КПД ИУМ не является самоцелью, а неразрывно связано с основной тенденцией развития современной электроники, а именно с комплексной миниатюризацией радиоэлектронного оборудования. Очевидно, что размеры любого электрического устройства даже при использовании самых совершенных технологических приемов в заданных условиях эксплуатации, в конечном счете, определяются выделяющейся в нем мощностью. Повышение КПД является неприемлемым условием, при котором применение гибридной и полупроводниковой технологий позволяет существенно снизить массу и объем, следовательно, расширить функциональные возможности радиоэлектронной аппаратуры.
В зависимости от предъявляемых требований и круга решаемых задач, ИУМ могут строиться по различным структурным схемам. Однако в любом случае основой ИУМ является схема транзисторного ключа, выполненного на основе биполярного или полевого транзистора, включенного соответственно по схемам с общим эмиттером или истоком. Использование этих схем включения объясняется возможностью получения максимального коэффициента усиления по мощности.