38. Статистические преобразователи постоянного напряжения и тока. Назначение, классификация, область применения.
Для питания аппаратуры связи, как правило, требуются различные значения постоянного и переменного напряжения. Если источник первичного электропитания вырабатывает энергию постоянного тока одного напряжения, то для нормального функционирования аппаратуры связи применяют специальные устройства, преобразующие напряжение постоянного тока одной величины в различные напряжения постоянного или переменного тока другой величины. Такие устройства используются в качестве источников вторичного электропитания и называются преобразователями постоянного напряжения (ППН). Они выполняют функцию, обратную выпрямлению переменного тока, и преобразуют энергию постоянного тока в энергию переменного.
Для питания аппаратуры международной связи чаще всего требуется преобразовать напряжение постоянного тока 24 В в напряжение постоянного тока более высокой величины: в частности, 220 В для анодных цепей и 500 – 1000 В для цепей дистанционного питания.
В настоящее время полупроводниковые ППН почти полностью вытеснили все другие типы преобразователей ввиду присущих им достоинств: высокое значение КПД (70 – 90%), малые габариты и масса, большой срок службы (до 10 тыс.), возможность выполнения на относительно высокие значения выходной мощности.
Основной частью любого статического преобразователя постоянного напряжения является инвертор (преобразователь, преобразующий энергию постоянного тока в энергию переменного тока). Классифицируются инверторы обычно: по роду преобразуемой величины: инверторы тока и инверторы напряжения; тактности: однотактные и двухтактные; по типу элементов, применяемых в качестве
ключей: тиристорные и транзисторные; по способу возбуждения: с самовозбуждением и с независимым возбуждением.
В свою очередь, тиристорные инверторы классифицируются: по принципу коммутации тиристоров: ведомые сетью и автономные; по включению коммутирующей емкости относительно нагрузки: параллельные, последовательные и последовательно-параллельные.
Транзисторные инверторы классифицируются: по способу включения транзисторов: с общим эмиттером или с общим коллектором; по типу обратной связи: с обратной связью по напряжению, с обратной связью по току, с обратной связью по току и по напряжению
.Наиболее распространенной (основной, базисной) схемой транзисторного инвертора является самовозбуждающаяся двухтактная симметричная схема с индуктивной обратной связью по напряжению при включении транзисторов с общим эмиттером
39. Однотактные преобразователи постоянного напряжения. Преобразователи постоянного напряжения понижающего типа
Основную роль в процессе преобразования постоянного напряжения (ППН) в другое постоянное напряжение выполняет инвертор. Одной из составных частей инвертора является, как правило, трансформатор, предназначенный для формирования переменного напряжения и преобразования его величины. Причем трансформатор преобразовывает подводимое к его первичной обмотке напряжение только в том случае, если ток первичной обмотки i1(t) и созданная им МДС F=i1ω1 вызовут в магнитопроводе трансформатора изменяющийся во времени переменный магнитный поток Ф.
Поскольку подводимое к инвертору напряжение (преобразуемое напряжение) является постоянным, то для нормального функционирования трансформатора в его первичной цепи необходимо наличие устройства периодически размыкающего и замыкающего цепь постоянного тока (прерывателя тока). Принцип преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока заключается в периодическом замыкании и размыкании цепи первичной обмотки трансформатора, подключенной к источнику энергии постоянного тока.
На рис 1. изображена функциональная схема силовой цепи инвертора, т.е. преобразователя постоянного тока в перемененный, на котором прерыватель показан в виде ключа Кл.
Рис. 1 Функциональная схема силовой цепи однотактного инвертора.
К выходу инверотора (ко вторичной обмотке трансформатора) подключена активная нагрузка Rн.
В интервале времени tр, соответствующем разомкнутому состоянию ключа, ЭДС e2, а поэтому и ток i2 уменьшаются, изменяясь по экспоненциальному закону при постоянной времени τ2=L/R'н которая меньше τ1, так как Rвых << R'н. Когда ключ Кл разомкнут, источник энергии постоянного тока отключен от трансформатора и в нагрузку передается энергия, запасенная в магнитном поле в интервале tз.
Рис 2. Временная зависимость выходного напряжения однотактного инвертора.
Инвертор называется однотактным потому что ток в цепи первичной обмотки трансформатора i1 протекает 1 раз за период коммутации ключа (в интервале tз).
ППН понижающего типа.
На рис 3. Приведена функциональная схема силовой цепи ППН понижающего типа (в схему также включен Г образный сглаживающий LC - фильтр), т.е. данная схема является стабилизатором постоянного напряжения.
Рис. 3. Функциональная схема силовой цепи ППН понижающего типа
Регулирующий элемент – Кл. Этот ключе периодически замыкается, и на вход Г- образного сглаживающего LC – фильтра подаются импульсы, амплитуда которых равна величине входного напряжения Uвх, а длительность tи соответствует замкнутому состоянию ключа. Интервал, в течение которого ключ размокнут равен длительности паузы tп между соседними импульсами. Период следования импульсов Т равен: Т= tи + tп. (рис. 4)
Рис 4. График изменения во времени напряжения на входе сглаживающего фильтра в импульсном стабилизаторе ПН.
Импульсные стабилизаторы, у которых Uвых<Uвх называются понижающими или типа ПН.