6.Принцип действия и расчет параметров
силовой части ППН (силового канала)
6.1. Общие положения
Выбор схемы импульсного преобразователя для источника вторичного электропитания производится в соответствии с типом ППН (преобразователь постоянного напряжения), указанном в задании.
Пользуясь литературой [1,2], разберитесь в принципе действия и особенностях функционирования Вашего ППН, управляемого по принципу широтно-импульсной модуляции. Начертите схему силового канала (см. табл.3), временные диаграммы электрических процессов, дайте их описание.
Если в задании источник вторичного электропитания обозначен как ППН, то расчет основных элементов силового канала ППН производится по методике [3]. Учтите, что на входе ППН напряжение может изменяться от Uвых АБ до Umin фак . Расчет параметров должен сопровождаться выбором элементной базы, справочные данные содержатся также в литературе [3]. При необходимости параметры уточняются после каждого выбора элемента из справочной литературы. После расчета параметров и выбора элементов типономинал элемента указывается на схеме ППН.
Обобщенная структурная схема импульсного ППН приведена на рис.4. Она состоит из высокочастотного инвертора, т.е. преобразователя постоянного (выпрямленного) напряжения в переменное в виде прямоугольных импульсов, выходного высокочастотного выпрямителя с фильтром, устройства управления высокочастотным инвертором (обычно это специализированная микросхема управления).
Высокочастотный инвертор содержит один (однотактные схемы) или два (двухтактные схемы) ключевых транзистора VT, управляемых посредством широтно-импульсной модуляции, и трансформатор ТР, обеспечивающий гальваническую развязку входной и выходной цепей ППН. Если ТР отсутствует, ППН является импульсным стабилизатором напряжения ИСН.
Таблица 3. Силовые каналы импульсных преобразователей
Трансформаторные преобразователи можно разделить на однотактные и двухтактные. В однотактных преобразователях энергия передается на выход только в течение одной части периода преобразования. Если энергия передается при включенном силовом ключе, то такой преобразователь называют ''с прямым включением диода'' или прямоходовым (Forward). Если же энергия передается при выключенном состоянии силового ключа, то преобразователь называют ''с обратным включением диода'' или обратноходовым (Flyback).
Двухтактные преобразователи делят на двухфазные со средней точкой трансформатора (Push-Pull), мостовые (Full-Bridge) и полумостовые (Half-Bridge) [2]. В двухтактных преобразователях используются обе части периода преобразования. В отличие от однотактных двухтактные преобразователи работают без подмагничивания сердечника трансформатора постоянным током.
Схема управления. Широтно-импульсные модуляторы преобразуют информативный сигнал a(t) в последовательность импульсов Uшим, характеризуемых длительностью импульса tи и длительностью паузы tп=Т - tи при постоянном периоде T их следования, который задается внешним или внутренним задающим генератором импульсов. Т.о. частота коммутации fк ключевого транзистора VT остается постоянной. Выходным параметром широтно-импульсного модулятора (ШИМ) является коэффициент заполнения Kз=tи/T. В общем случае ШИМ может быть построен по структурной схеме, приведенной на рис.5,а,б.
Рисунок 5, а.
Структурная схема ШИМ
Компаратор используется для сравнения информативного сигнала a(t), который равен напряжению ошибки δ (усиленная разность напряжений |Uос-Uоп|) и линейно растущего напряжения пилообразной формы Uп.
В результате этого сравнения на выходе компаратора формируется прямоугольный импульс Uшим, ширина которого определяется моментом сравнения напряжения пилы с информативным сигналом a(t).
Таким образом, ширина импульсов определяется мгновенным значением сигнала a(t) в момент сравнения с напряжением развёртки пилообразной формы Uп.
Рисунок 5,б. График
работы ШИМ для однотактного режима
Более подробно принцип стабилизации выходного напряжения посредством ШИМ рассмотрен ниже на примере ИСН понижающего типа.