3_razdel

Рисунок 3.13 - Напряжение на выходе относительно земли

Напряжение на выходе относительно -Uпитания будет изменяться приблизительно так:

Рисунок 3.14 - Напряжение на выходе относительно -Uпитания Данный мультивибратор симметричный (длительность импульса и

длительность паузы равны) поэтому скважность равна 2.

Частота выходных импульсов мультивибратора зависит от постоянного времени интегрирующей цепочки R1C1, а также от ширины петли гистерезиса

и в общем случае определяется следующим выражением 3.1.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

При прямом управлении преобразователем появляется вероятность возникновения режима работы, при котором в открытом состоянии будут находится транзисторы обоих плеч. В этом режиме через транзисторы будут протекать сквозные токи, т.е. произойдет замыкание высоковольтного напряжения на землю через малое сопротивление открытых транзисторов,

что приведет к выходу их из строя.

Для предотвращения данной ситуации будем использовать драйвер

MOSFET- и IGBT-транзисторов

Логическая схема во входном каскаде драйвера предназначена для того, чтобы не допустить одновременного включения верхнего и нижнего плеча при любой комбинации входных сигналов и формирования паузы при изменении состояния схемы, в течение которой оба плеча будут выключены.

На рисунке 3.15 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы драйвера полумоста при переключении. Первые три состояния входных сигналов являются допустимыми — включено только нижнее плечо, затем только верхнее и опять только нижнее. Следующая комбинация входных сигналов требует включить оба плеча. Такое состояние считается запрещенным, и логическая схема блокирует его, отключая оба плеча. Далее идут допустимые состояния — включено только нижнее плечо,

оба плеча выключены и включено только верхнее плечо. Затем вновь повторяется запрещенное состояние, и схема его блокирует. Следующие состояния допустимы и отрабатываются без каких-либо изменений.

Рисунок 3.15 - Временные диаграммы

Отметим, что при смене активных состояний логическая схема принудительно вводит паузы, исключающие включение верхнего и нижнего

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

плеча одновременно. Так, в первом случае сначала выключается нижнее плечо, какое-то время оба плеча выключены, и только потом включается верхнее. Во втором случае сначала выключается верхнее плечо, какое-то время оба плеча выключены, и затем включается нижнее. Интервал времени,

в течение которого оба плеча выключены — время паузы TDT (dead time)

является существенным параметром драйвера полумостовой схемы.

Возможных модификаций существует много. Во-первых, одни микросхемы имеют фиксированное значение времени паузы TDT, а для других оно может программироваться пользователем (Prog.). В первом случае этот временной интервал определяется номиналом внутреннего резистора RDT.

Во втором — внутренний резистор выводится на внешний вывод микросхемы и задает минимально допустимое время. Если последовательно ему подключить внешний резистор, то время паузы будет увеличено.

Существуют пять вариантов управляющих сигналов:

–вариант «HIN прямой и LIN инверсный» (HIN/–LIN) был рассмотрен

выше;

–вариант «HIN прямой и LIN прямой» (HIN/LIN) повторяет предыдущий с той лишь разницей, что нижнее плечо включается высоким уровнем сигнала LIN. Соответственно, запрещенным состоянием являются два высоких уровня;

–вариант «вход IN, выключение SD» (IN/–SD). При низком уровне на входе SD оба плеча выключены. При высоком — включено верхнее (если IN

высокий) или нижнее (если IN низкий). Для микросхем, использующих

подобное управление, запрещенных состояний нет;

–вариант IN/SD отличается от предыдущего полярностью сигнала SD

—плечи выключены при высоком уровне сигнала;

–Микросхема IRS2111 имеет только один вход IN. В ней не предусмотрено состояние, при котором выключены оба плеча — либо верхнее, либо нижнее всегда будет включено.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

В данной работе будем использовать микросхему IRS2308, которая управляется по принципу «HIN прямой и LIN прямой». Ее схема представлена на рисунке 3.16. Технические параметры будут представлены при расчете схемы управления.

Рисунок 3.16 - Функциональная схема драйвера IRS2308

3.6 Выбор схем стабилизаторов напряжения Стабилизатор напряжения — электромеханическое или

электрическое(электронное) устройство, имеющее вход и выход по напряжению, предназначенное для поддержания выходного напряжения в узких пределах, при существенном изменении входного напряжения и выходного тока нагрузки.

Существует два основных типа стабилизаторов напряжения:

параметрические и компенсационные (представляют собой системы автоматического регулирования).

Параметрический стабилизатор. В таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

Компенсационные стабилизаторы выполняются с отрицательной обратной связью и представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования или системы управления по отклонению. В зависимости от

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

способа включения регулирующего элемента различают стабилизаторы с последовательным и параллельным включением регулирующего элемента.

В стабилизаторах компенсационного типа напряжение на выходе стабилизатора Uвых (или его части, снимаемой со следящего делителя непрерывно сравнивается с опорным напряжением Uоп (происходит измерение величины отклонения Uвых). При отклонении Uвых от номинального значения появляется сигнал рассогласования, воздействующих через усилитель постоянного тока на регулирующий элемент. Под воздействием усиленного в Ку раз сигнала рассогласования (где Ку – коэффициент усиления) регулирующий элемент изменяет свое сопротивление постоянному току, в результате чего падение напряжения на нем или на балластном резисторе Rб изменяется таким образом, что отклонение выходного напряжения компенсируется.

Выходное напряжение стабилизатора поддерживается постоянным с заданной степенью точности. В схеме на рисунке 3.17, а изменение входного напряжения на величину DUвх приводит к появлению отклонения DUвых,

которое в свою очередь вызывает увеличение падения напряжения на РЭ почти на такую же величину.

Рисунок 3.17 -Структурная схема компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения с последовательным включением регулирующего

элемента (а) и параллельным (б).

Из приведенного выше описания принципа действия компенсационного стабилизатора напряжения ясно, что чем больше коэффициент усиления Ку усилителя постоянного тока УПТ, тем меньше

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

установившееся отклонение выходного напряжения или тем выше стабильность выходного напряжения, оцениваемая коэффициентом стабилизации.

Стабилизатор первого канала выполним на базе компенсационного стабилизатора последовательного типа.

Стабилизатор второго канала выполним на интегральной микросхеме.

Защита от перегрузки по току и от превышения напряжения на нагрузке будет включена в схемы стабилизаторов.

3.7 Схема защиты блока питания от перенапряжения Для защиты радиоэлектронного оборудования традиционно применяют

плавкие предохранители. Обычно в них используют тонкие неизолированные проводники калиброванного сечения, рассчитанные на заданный ток перего-

рания. Наиболее надежно эти приспособления работают в цепях переменного тока повышенного напряжения.

С понижением рабочего напряжения эффективность их применения снижается. Обусловлено это тем, что при перегорании тонкой проволоки в цепи переменного тока возникает дуга, распыляющая проводник. Предель-

ным напряжением, при котором может возникнуть такая дуга, считается напряжение 30...35 6. При низковольтном питании происходит просто плав-

ление проводника. Процесс этот занимает более продолжительное время, что в ряде случаев не спасает современные полупроводниковые приборы от по-

вреждения.

Там, где плавкие предохранители не могут эффективно решить задачу защиты радиоэлектронного оборудования и приборов от токовых перегрузок,

их можно с успехом использовать в схемах защиты электронных устройств от перенапряжения.

На рисунке 3.18. представлена помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 3.18 - Помехозащищенная схема защиты нагрузки от превышения напряжения

3.8 Понижение напряжения без трансформатора Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора мож-

но 3-мя способами:

- Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универ-

сальный способ используется для питания маломощной электроники, напри-

мер светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фона-

риках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых элек-

троприборах.

- Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запи-

тать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недо-

статок – это выделение большого количества активной мощности в виде теп-

ла на резисторе.

- Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Схема изображена на рисунке ниже:

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ

Рисунок 3.19 – Схема включения балластного конденсатора

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение.

Можно использовать и линейный преобразователь.

Рисунок 3.20 – Схема включения балластного конденсатора с стабилизатором напряжения

Формула расчета емкости балластного конденсатора:

Электрическая принципиальная схема источника питания приведена в приложении Б.

Лист

УО «ВГТУ» КР.001 1-53 01 01-05 ПЗ