книги из ГПНТБ / Басовский, В. Ф. Транзисторные преобразователи напряжения

чем в схемах с модулятором в силовой цепи, а это приводит к меньшим токам управления. Однако для обеспечения со­ стояния отсечки силовых транзисторов необходим дополни­ тельный источник запирающего напряжения.

Рис. 2в. Преобразователь с дросселями насыщения в базовых цепях

иисточником запирающего напряжения:

а— принципиальная схема; б — временные диаграммы.

Перекрестное включение дросселей насыщения магнит­ ного усилителя в цепи баз (см. рис. 45) позволяет обеспе­ чить состояние отсечки транзисторам усилителя мощности в интервале открывающего полупериода без дополнительных источников запирающего напряжения [5].

61

Условие существования состояния отсечки транзисторов усилителя мощности в полупериод управления

R& ^ о б м ~ f " / ? Д ,

где R6 — сопротивление резистора в цепи базы; Ro6u — активное сопротивление рабочей обмотки дросселя насы­ щения; Rn — сопротивление диода.

Для стабилизации частоты преобразования, характерис­ тик управления магнитного усилителя и режимов транзис­ торов усилителя мощности задающий генератор во время работы питается выходным стабилизированным напряжени­ ем, превышающим напряжение первичного источника, и лишь во время включения преобразователя питается от первичного источника через разделительный диод до тех пор, пока напряжение обратной связи не превысит напряже­ ние первичного источника. Применение в цепи обратной связи мостовой схемы сравнения, уменьшение габаритных размеров дросселей насыщения ~ магнитного усилителя, улучшение его характеристик за счет стабилизации частоты и напряжения питания позволили исключить из цепи об­ ратной связи усилитель постоянного тока, а в магнитном усилителе отказаться от обмотки смещения. Схема надеж­ на, содержит мало дополнительных элементов, проста в настройке, но имеет один недостаток: сердечники для маг­ нитного усилителя необходимо подбирать в пары, однако схема вполне удовлетворительно работает при подборе сердечников с точностью ± 5% .

Стабилизация выходного напряжения преобразователей Частотным способом основана на том, что с изменением час­ тоты преобразования изменяется выходное напряжение. Частотный способ стабилизации не получил широкого рас­ пространения.

Схема преобразователя со стабилизацией выходного напряжения частотным способом изображена на рис. 29. В качестве регулирующего элемента применено реактивное сопротивление емкости или индуктивности, величина ко­

62

торого зависит от частоты, генерируемой преобразователем, управляемого обратной связью по напряжению выхода. С увеличением напряжения первичного источника для под­ держания выходного напряжения неизменным частота преобразования должна уменьшаться при использовании в

Рис. 29. Схема преобразователя со стабилизацией частотным способом и емкостью в цепи переменного тока.

качестве реактивного элемента конденсатора и расти —при использовании индуктивности.

Схема имеет низкий к. п. д., так как значительная часть мощности выделяется на реактивном элементе.

В схеме, изображенной на рис. 30, между усилителем мощности и задающим генератором включена двухтактная

83

Рис. 30. Преобразователь со стабилизацией частотным способом и насыщающимся транс­ форматором усилителя мощности:

а — принципиальная схема; 6 — иременные диаграммы.

таким образом, что насыщение трансформатора Тр2 наступает раньше, чем Тр\. Длительность импульсов то­ ка, протекающих через транзисторы ГЗ и Т4, определяется временем, в течение которого транзистор ТБ находится в открытом состоянии, а это будет до тех пор, пока сердечник трансформатора Тр2 не достигнет состояния насыщения. Таким образом, от частоты задающего генератора, управ­ ляемой обратной связью, изменяется скважность импульсов, поступающих на усилитель мощности.

Основным недостатком схемы является то, что транзис­ торы усилителя мощности в интервале паузы на нуле не находятся в состоянии отсечки, что увеличивает статиче­ ские потери в транзисторах.

Третья схема этого класса разработана автором. Ста­ билизация выходного, напряжения осуществляется следу­ ющим способом. Между преобразователем регулируемой частоты и нагрузкой последовательно включается насыща­ ющийся неуправляемый дроссель, который во время рабо­ ты, перемагничиваясь от + fis до —Bs и обратно, создает в начале каждого полупериода паузу с независимой от частоты длительностью.

Способ стабилизации выходного напряжения преобра­ зователей частотным методом не получил широкого распро­ странения ввиду значительных динамических потерь в тран­ зисторах и магнитопроводах, которые возрастают с увели­ чением частоты.

Стабилизация выходного напряжения преобразователей феррорезонансным способом с прямоугольной формой вы­ ходного напряжения возможна только с выделением пер­ вой гармоники [16]. Схема состоит из задающего генера­ тора и усилителей мощности. Трансформатор усилителя мощности выполнен на сердечнике переменного сечения. Выходная обмотка намотана на стержне малого сечения, который работает с насыщением. Параллельно выходной обмотке включен конденсатор, образующий с обмоткой феррорезонансный контур, настроенный на первую гармонику.

Напряжение на нагрузке, включенной параллельно кон­ туру, имеет синусоидальную форму и остается неизменным при изменении напряжения первичного источника и тока нагрузки. Схема дает возможность одновременно полу­ чить и нестабилизированное напряжение прямоугольной формы.

Схема широкого применения не нашла ввиду нетехнологичности трансформатора усилителя мощности.

3. МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилизировать частоту преобразования транзисторных преобразователей напряжения необходимо по следующим соображениям.

С изменением частоты преобразования изменяется спек­ тральный состав гармонических составляющих, генериру­ емых преобразователем, а это в большинстве случаев приводит к паразитным наводкам в аппаратуре по гальва­ ническим, электромагнитным и акустическим цепям. Исклю­ чение паразитных наводок с помощью экранов и фильтров практически трудноосуществимо, так как с изменением частоты спектр генерируемых гармоник значительно рас­ ширяется. Изменение частоты транзисторных преобразова­ телей со стабилизацией выходного напряжения методом из­ менения формы способом широтно-импульсной модуляции ухудшает коэффициент передачи фазо-сдвигающих и моду­ лирующих устройств, что уменьшает коэффициент стабили­ зации преобразователя.

Стабилизация частоты преобразования методом стабили­ зации напряжения источника питания. При неизменных па­ раметрах элементов частота генерации схем преобразования определяется напряжением первичного источника. Стаби­ лизация напряжения первичного источника одновременно

66

обеспечивает и стабилизацию частоты преобразования. Это реализуется в схемах стабилизации выходного напря­ жения амплитудным методом способом стабилизации на­ пряжения источника питания.

Метод стабилизации частоты применяется в случаях, когда вопрос максимального к. п. д. не является перво­ степенным.

В схемах с независимым возбуждением этот метод ста­ билизации частоты реализуется путем стабилизации на­ пряжения задающего генератора. Мощность, потребляе­ мая задающим генератором, намного меньше выходной мощ­ ности преобразователя, поэтому такой метод стабилизации частоты незначительно сказывается на понижении к. п. д. В схеме, описанной в работе [6], задающий генератор пи­ тается стабилизированным выходным напряжением, что обеспечивает стабилизацию частоты. Точность стабилиза­ ции частоты при этом методе стабилизации определяется на­ пряжением питания и в общем не превышает ±(0 .5 — 1)%.

Стабилизация частоты преобразования методом стаби­ лизации напряжения, прикладываемого к первичной об­ мотке частотозадающего насыщающегося трансформатора, Сущность метода заключается в том, что стабилизируется напряжение, непосредственно прикладываемое к обмотке насыщающегося трансформатора. Такая стабилизация час­ тоты обеспечивается в схемах выходного напряжения ам­ плитудным методом использованием переключающих тран­ зисторов в режиме неполностью открывающегося ключа (см. рис. 18). Более эффективно применение метода стаби­ лизации частоты стабилизацией напряжения, прикладыва­ емого к первичной обмотке насыщающегося трансформатора в схемах преобразователей с усилителем мощности и двух­ трансформаторных схемах.

В схеме рис. 31 параллельно насыщающемуся трансфор­ матору встречно-последовательно включены два стабили­ трона [19]. Этим обеспечивается стабилизация напряжения переменного тока на первичной обмотке трансформатора, а

следовательно, его время перемагничивания. Схема может быть выполнена и в мостовом варианте. Недостатком дан­ ной схемы является необходимость подбора стабилитронов с равным напряжением стабилизации. В противном случае длительности полупериодов будут неравны, что вызовет подмагничизание выходного трансформатора и увеличение потерь.

Для устранения этого недостатка применяют схемы, использующие один стабилитрон, включенный в диагональ

может использоваться лишь для синхронизации схемы. Схема синхронизируется импульсами, образуемыми с по­ мощью дифференцирующего конденсатора С. Схема рис. 11 обеспечивает стабильность частоты порядка ± (0,5 —1,5)% в диапазоне температур от —60 до +60° С и нестабильности напряжения питания ±10% , однако имеет один существен­ ный недостаток: большое количество дополнительных эле­ ментов, снижающее надежность схемы.

Стабилизация частоты преобразования частотозависи­

68

мыми цепями. Сущность метода заключается в том, что в схему преобразователя включают цепь, содержащую резо­

бильность частоты поддерживает­ ся при изменении входного напряжения и нагрузки в широких

пределах, однако последовательный LC-контур значитель­ но снижает к. п. д. преобразования.

Преобразователь-по схеме Роера, частота которого ста­ билизирована с помощью /?С-цепи, включенной в контур обратной связи, изображен на рис. 32 [26]. Конденсатор С периодически перезаряжается суммой согласных напряже­ ний на двух базовых обмотках w6и дополнительной обмотке да,,. Частота генерации схемы без учета падения напряжения

69

на открытом транзисторе

wa + 4w6 — wK- р -

2C R , In ----------------------- v --------S -

+ wK—p L Un

где С и ^ - величины емкости и сопротивления резистора,

ции от отдельного стабильного генератора подается на базы переключающих транзисторов либо на отдельную обмотку трансформатора обратной связи.

Схема низкочастотного блокинг-генератора стабильной частоты для синхронизации преобразователя изображена на рис. 33. При включении питания конденсатор С заряжа­ ется через диод Д2 и индуктивность L. Падение напряжения на диоде Д2 создает положительный потенциал базы эмит­

70