книги / Проектирование источников электропитания устройств связи
..pdfЕсли в цепи (базы транзистора 2 теме увеличился на величину Д/ог, то токи коллекторов транзисторов 2 и 1 получат приращения, равные соответственно
Д/к 2 = a 2A/<j г/(1— а2) и А^к1 |
а2 |
cci |
1 — а 2 |
А / 5 2» где ai, а2 — коэффициенты |
|
|
1 — а х |
|
усиления по току транзисторов |
1 и 2 в схеме с общей базой. |
|
Коэффициент усиления то |
току кремниевого транзистора а всегда меньше |
единицы и не является величиной постоянной. При увеличении тока эмиттера о
возрастает. |
|
|
на аноде тиристора, меньшем |
||
Ори |
любом положительном напряжении |
||||
Uп маис |
(рис. 6.6), |
величина |
тока эмиттера |
каждого |
транзистора такова, что |
сумма .( 0 1+ 0 2) < 1 . |
.При этом |
сопротивление |
тиристора |
велико и определяется, |
•главным образом, величиной обратного сопротивления среднего р-л-лерехода II (рис. 6 .6 ), который 'оказывается включенным в непроводящем направлении. Два других p-я-перехода — / и III (рис. 6 .5 )— включены в прямом направлении и существенного влияния на величину сопротивления тиристора не оказывают.
Через р-п-переход II |
протекает незначительный ток утечки / у т |
(область |
вольт |
||||||
амперной |
характеристики, рис. 6 J6). Тиристор |
выключен |
(закрыт). |
|
|||||
Ори |
U a —U а макс |
току утечки |
/ ут |
соответствует |
сумма |
'(<Zi + a2)>T . Ти |
|||
ристор открывается. В области (проводимости |
(участок |
2 |
вольтамперной |
(харак |
|||||
теристики, |
рис. 6 .6 ) |
i(ai + a2) > 1’, и |
ток |
через тиристор |
ограничивается |
лишь |
сопротивлением натр,узки. Сопротивление тиристора приблизительно .равно со противлению полупроводникового диода в прямом направлении. Динамическое
сопротивление тиристора в области прибора
неустойчива. Область 4 вольтамперной характеристики соответствует запиранию тиристора при обратном анодном напряжении.
.Если приложить к управляющему электроду тиристора небольшой положи тельный потенциал относительно катода, то ток / у т увеличится до значения, соответствующего (ai + a2) > l , и прибор включается при меньшем анодном ■напряжении.
После включения тиристора транзисторы, составляющие его полупроводни ковую структуру, поддерживают друг друга в состоянии насыщения за счет положительной обратной связи. В отличие от транзисторов, для сохранения состояния проводимости тиристоровнет необходимости постоянно подавать сиг нал на его управляющий электрод. Тиристор после включения не управляется. Тиристор закрывается, если его анодный ток станет меньше величины, равной /вык 1(рис. 6 .6 ).
Как видно из принципа действия, тиристор может иметь два устойчивых состояния. Наличие двух устойчивых состояний позволяет использовать тиристор как силовой переключатель в схеме преобразователей -постоянного напряжения. Тиристоры обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с тран зисторами. Они допускают значительно большие токи и напряжения. (Поэтому тиристорные преобразователи .(рис. 6 .8 ) .применяются в основном -при преобра зовании 'больших мощностей и при повышенном -напряжении источника -питания.
Тиристорный преобразователь состоит из трансформатора, двух тиристоров, коммутирующего конденсатора -и дросселя. .Принцип действия преобразователя рис. 6 .8 а заключается в следующем. На управляющие электроды тиристоров от ЗГ .подаются управляющие импульсы положительной полярности. Предполо жим, и первый иолупериод управляющих импульсов открыт тиристор 7Т. На пряжение источника питания Uо через тиристор Т\ оказывается приложенным к левой половине первичной обмотки трансформатора Тр\. Вследствии явления самоиндукции в правой половине первичной обмотки трансформатора Tpt наво дится эдс, равная повеличине эдс левой половины обмотки и противоположная по знацу. Конденсатор Ск заряжается до напряжения, приблизительно равного 2UQ -(.полярность указана на схеме 6 .8 а).
В начале второго полупериода на управляющий электрод второго тиристора подается сигнал и тиристор Т2 открывается. Положительно заряженная об кладка конденсатора Ск оказывается -подключенной через тиристор Т2 к катоду тиристора Т\. (Конденсатор начинает разряжаться, причем его разрядный ток
направлен «навстречу основному току тиристора Тх. Как только ток через тири стор станет равным /вык, тиристор Тх закрывается.
В течение второго полупериода напряжение источника питания приклады вается к травой толовине первичной обмотки трансформатора Трх. В левой полойине «первичной обмотки Трх наводится зде, |равна«я mo величине аде правой половины ш противоположная по знаку.
Конденсатор Ск перезаряжается до на пряжения, равного 2UQ, с противополож ной полярностью (знаки напряжения
|
показаны на схеме |
рис. 6.8а D скобках). |
|||||||
|
В |
следующий |
|
полупериод |
вновь |
||||
|
включается |
тиристор |
7Y |
|
Конденсатор |
||||
|
С1( оказывается подключенным через ти |
||||||||
|
ристор |
Тt |
к |
тиристору |
Т2. Конденса |
||||
|
тор Ск разряжается, ток тиристора Т2 |
||||||||
|
уменьшается |
до |
величины / Пых, |
и он |
|||||
|
закрывается. В дальнейшем процесс пов |
||||||||
|
торяется. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Форма |
и |
величина напряжения на |
||||||
|
выходе преобразователя зависит от со |
||||||||
|
отношения между |
величинами сопротив |
|||||||
|
ления нагрузки, емкости Ск и индуктив |
||||||||
|
ности дросселя, |
образующих |
колебатель |
||||||
|
ный контур. Так как внешняя характе |
||||||||
|
ристика такого преобразователя недоста |
||||||||
|
точно жесткая, то их используют только |
||||||||
|
три работе на постоянную активную на |
||||||||
|
грузку. При |
холостом |
ходе |
схема |
тако |
||||
|
го преобразователя |
неработоспособна. |
|||||||
|
В схеме преобразователя рис. 6.86 |
||||||||
|
первичная обмотка |
трансформатора |
име |
||||||
|
ет отводы, к которым подключены дио |
||||||||
Рис. 6.8. Схемы .преобразователей на |
ды Д ь |
Дг. Диоды |
необходимы для |
воз |
|||||
врата |
реактивной |
энергии, |
накопленной |
||||||
пряжения на тиристорах |
в индуктивной |
нагрузке |
и |
реактивных |
|||||
|
коммутирующих |
элементах, |
в источник |
питания преобразователя. Такой преобразователь имеет более жесткую внешнюю характеристику и может работать при холостом ходе и индуктивной нагрузке.
В качестве задающего генератора в тиристорных преобразователях можно использовать транзисторные преобразователи напряжения с самовозбуждением или другие релаксационные генераторы, например мультивибраторы, блокннггенераторы и т. д.
Особенности расчета преобразователей на тиристорах. Расчет «преобразова теля иапряжения «на тиристорах сводится к выбору типа тиристоров, определе нию величин емкости коммутирующего конденсатора Ск, индуктивности дрос селя и расчету трансформатора Тр{ [13].
Тиристоры в нреобразователях рис. 6.8 выбираются то среднему значению тока, величину которого можно определить из выражения
• 0,5’_____/ 2макс^2_____
Лн (£/#МИН U ост)
где Uост — остаточное напряжение на открытом тиристоре.
Необходимо также учитывать, что ври переключении тиристоров возникают выбросы тока. Максимальная величина выброса /макс может во много раз пре вышать среднее значение тока.
Величину / макс можно приближенно определить из выражения [13]’
/макс &2/j У"1+ Ятр>
где |
тр — время |
жизни |
дырок |
в базовой |
области тиристора i(Tp=l-f-5 |
мксек) \ |
||
X— показатель |
экспоненты в |
выражении |
для тока открывающегося тиристора |
|||||
(Х= 105-т-107, Мсек). По |
напряжению |
тиристоры |
выбираются на основании вы |
|||||
ражений: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для схемы рис. 6.8а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^Тобр ^ (3 |
5) UQ макс. |
|
|||
где Uт обр — предельно допустимое значение обратного напряжения; |
|
|||||||
|
для схемы рис. 6.86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обр ^ |
^ зап *Л |
> |
|
|
где |
Uт — напряжение |
на закрытом |
тиристоре: |
UT~ (2,2-f-2,6) £Л> макс; |
Кз&а — |
коэффициент запаса: /Сзап^.З-г-Я; х — коэффициент, учитывающий уменьшение величины допустимого .напряжения .в зависимости от скорости нарастания пря мого напряжения |(велииина х оговорена в технических условиях на тиристор).
(Величины емкости Ск и индуктивности дросселя £др для схемы рис. 6.8а определяются из условий:
24CK/ ? J < 1
( R H)’ 2
2 ч-2,5
^ДР
где RH— величина сопротивления нагрузки, приведенная к первичной полуоб-
мотке тран|сфор1матора; / — частота преобразования.
Для схемы рис. *6.8б 'величины Ск, £др определяют из выражений:
(1,5 -г- 2) /выкл^т
Ск > |
Utо мин |
(2 |
2,6) tQUKJ1U0макс |
Lap** |
|
где /дыкл — .время выключения тиристора. |
|
Трансформатор в тиристорном |
преобразователе должен работать в линей- |
юй области кривой намагничивания. В случае насыщения сердечника транс форматора, сопротивления его первичной обмотки резко уменьшаются и ком мутирующий конденсатор Ск разряжается. В результате разряда емкости Ск эба тиристора преобразователя окажутся открытыми и через них будет про текать ток короткого замыкания источника питания преобразователя.
Трансформатор рассчитывают по формулам параграфа 6.2. Ори расчете веичину магнитной ,иН|Дущи(И Вт следует брать в 2—2,5 раза меньше индукции
tасыщении материала магнитопровода Bs.
Типовые броневые пластинчатые магнитопроводы
|
|
|
|
|
|
|
|
Активная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
площадь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
среднего |
|
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стержня, см* |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
со |
Обозна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чение |
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,35 |
|
|
магнито- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
-о - |
|
|
мм |
мм |
|
|
||
провода |
|
|
|
|
|
|
X |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
Р а |
з м е р |
ы , |
мм |
|
|
|
|
К |
|
|
|
Н |
|
|
|
|
5 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ш 12X12 |
12 |
30 |
12 |
|
48 |
42 |
12 |
1,23 |
1,31 |
10,03 |
5,2 |
16 |
|
|
|
|
|
|
16 |
1,63 |
1,75 |
|
6,8 |
20 |
|
|
|
|
|
|
20 |
2,04 |
2,18 |
|
8,6 |
25 |
|
|
|
|
|
|
25 |
2,55 |
|
|
10,8 |
1Ш6Х16 |
16 |
40 |
16 |
|
64 |
56 |
.16 |
2,18 |
2,33 |
13,7 |
j6,6 |
20 |
|
|
|
|
|
|
20 |
2,72 |
|
|
20.5 |
25 |
|
|
|
|
|
|
25 |
3,40 |
3,64 |
|
25 .6 |
32 |
|
|
|
|
|
|
32 |
4,35 |
4,66 |
|
32.6 |
|
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 |
|||
|
|
Т а б л и ц а П1.1 |
|||
Активный |
Вес магни- |
Ориенти |
|||
объем магни- |
ровочная |
||||
топровода |
|||||
топровода |
мощность |
||||
г |
|
||||
|
см* |
|
трансфор |
||
|
|
|
|
матора на |
|
|
|
|
|
частотах |
|
|
|
|
|
(ва) |
|
0,2 |
0,35 |
0,2 |
0,35 |
|
|
мм |
мм |
мм |
мм |
|
12.34 |
13,14 |
100 |
110 |
5.5 |
45 |
16.35 |
17,55 |
130 |
140 |
7,0 |
55 |
20,46 |
21,86 |
170 |
180 |
8.5 |
65 |
25,58 |
27,38 |
210 |
230 |
10,0 |
80 |
29_,9 |
32,0 |
240 |
260 |
20 |
130 |
37,3 |
39,6 |
300 |
320 |
26 |
150 |
46.6 |
49.8 |
370 |
400 |
30 |
170 |
59.6 |
63.8 |
470 |
510 |
' 34 |
200 |
Ш20Х12 |
20 |
50 |
20 |
80 |
70 |
12 |
2,04 |
2,1<8 |
17.4 |
2 4 ,С 35,0 |
37,4 |
280 |
зос1 25 |
170 |
||
16 |
— |
— |
— |
— |
— |
16 |
2,72 |
2,91 |
— |
32 |
46,7 |
50 |
380 |
400 |
32 |
200 |
20 |
— |
— |
|
— |
— |
20 |
3,40 |
3,64 |
— |
40 |
58,3 |
62,4 |
470 |
500 |
40 |
230 |
25 |
— |
— |
— |
— |
— |
25 |
4,25 |
4,55 |
— |
50 |
72,9 |
78,1 |
590 |
620 |
48 |
250 |
32 |
— |
— |
— |
— |
— |
32 |
5,44 |
5,82 |
— |
64 |
93,2 |
99,8 |
750 |
800 |
60 |
300 |
40 |
— |
— |
— |
— |
— |
40 |
6,80 |
7,28 |
— |
80 |
116,2 |
125 |
940 |
990 |
70 |
400 |
50 |
— |
— |
— |
— |
— |
50 |
8,50 |
9,10 |
— |
100 |
145,7 |
156,2 |
1150 |
1240 |
85 |
450 |
11125x25 |
25 |
62,5 |
25 |
100 |
87,5 |
25 |
5,31 |
5,68 |
21,4 |
97,5 |
113,8 |
121.8 |
900 |
970 |
85 |
540 |
32 |
— |
— |
— |
— |
— |
32 |
6,80 |
7,28 |
— |
125 |
145,5 |
156,0 |
1160 |
1230 |
105 |
600 |
40 |
— |
— |
— |
— |
— |
40 |
8,50 |
9,10 |
— |
156 |
182,0 |
195,0 |
1440 |
1556 |
130 |
700 |
50 |
— |
— |
— |
— |
— |
50 |
10,6 |
11,4 |
— |
195 |
227 |
244 |
1800 |
1930 |
160 |
800 |
11132x32 |
32 |
80 |
32 |
128 |
112 |
32 |
8,70 |
9,32 |
27,4 |
261 |
238,5 |
255,5 |
1890 |
2020 |
200 |
900 |
40 |
— |
— |
— |
— |
— |
40 |
10,88 |
11,65 |
— |
328 |
298 |
319,0 |
2370 |
2530 |
240 1000 |
|
50 |
— |
— |
— |
— |
— |
50 |
13,6 |
14,56 |
— |
410 |
373 |
399,0 |
2950 |
3170 |
300 1200 |
|
64 |
— |
— |
— |
— |
— |
64 |
17,41 |
18,63 |
|
522 |
477 |
510,0 |
3790 |
4040 |
390 1400 |
|
11140X40 |
40 |
100 |
40 |
160 |
140 |
40 |
13,6 |
14,56 |
34,3 |
640 |
466 |
1500 |
3700 |
3960 |
430 1650 |
|
50 |
— |
— |
— |
— |
— |
50 |
17,0 |
18,2 |
— |
800 |
;583 |
iS25 |
4610 |
■4950 |
550:2000 |
|
64 |
— |
— |
— |
— |
— |
64 |
21,76 |
:23,29 |
— |
1025 |
'746 |
1BOO |
5910 |
IS320 |
680:2400 |
|
80 |
— |
— |
— |
— |
— |
80 |
:27,20 |
:29,12 |
|
1280 |
1932 |
!Э98 |
7390 |
'7920 |
850:2500 |
Типовые броневые ленточные магнитопроводы
|
ШЛ16Х16 |
16 |
40 |
16 |
64 |
56 |
16 |
2,24 |
13,6 |
16,6 |
30,46 |
235 |
20 |
158 |
|
20 |
— |
— |
— |
— |
— |
20 |
2,80 |
— |
20,5 |
38,1 |
295 |
26 |
195 |
|
25 |
— |
— |
— |
— |
|
25 |
3,50 |
— |
25,6 |
47,6 |
370 |
33 |
250 |
|
32 |
— |
— |
— |
— |
|
32 |
4,50 |
|
32,6 |
61,2 |
470 |
43 |
300 |
|
ШЛ20Х20 |
20 |
50 |
20 |
80 |
70 |
20 |
3,50 |
17,1 |
40,0 |
59,9 |
460 |
53 |
330 |
|
25 |
— |
— |
— |
— |
— |
25 |
4,40 |
— |
50,0 |
75,2 |
575 |
68 |
380 |
|
32 |
— — — — — |
32 |
5,60 |
— |
64,0 |
95,8 |
735 |
,, 86 |
450 |
||||
|
40 |
— |
— |
— |
— |
— |
40 ~ |
7,10 |
— |
80,0 |
121,4 |
920 |
110 |
510 |
|
ШЛ25Х25 |
25 |
62,5 |
25 |
100 |
87,5 |
25 |
5,50 |
21,3 |
98 |
117 |
900 |
135 |
610 |
|
32 |
— |
— |
— |
—- |
— |
32 |
7,10 |
— |
125 |
151,2 |
1150 |
170 |
730 |
|
40 |
— |
— |
— |
— |
— |
40 |
8,80 |
— |
156 |
187,4 |
1440 |
210 |
810 |
|
— — — — — |
50 |
11,0 |
— |
195 |
234 |
1800 |
260 |
990 |
|||||
|
50 |
|||||||||||||
|
ШЛ32 X32 |
32 |
80 |
32 |
128 |
112 |
32 |
9,10 |
27,3 |
261 |
284,4 |
1900 |
310 |
1200 |
|
40 |
— — — — — |
40 |
11,30 |
— |
328 |
308,5 |
2370 |
390 |
1400 |
||||
|
50 |
— — — — — |
50 |
14,20 |
— |
410 |
388‘ |
2970 |
490 |
1650 |
||||
|
64 |
— — — — — |
64 |
18,10 |
— |
523 |
494 |
3800 |
680 |
1940 |
||||
|
ШЛ40Х40 |
40 |
100 |
40 |
160 |
140 |
40 |
14,20 |
34,2 |
640 |
486 |
3720 |
690 |
2200 |
|
50 |
— — — — — |
50 |
17,70 |
— |
800 |
605 |
4650 |
850 |
2500 |
||||
|
64 |
— — — — — |
64 |
22,70 |
— |
1025 |
776 |
5960 |
1000 |
3000 |
||||
— |
80 |
— |
— |
— |
— |
— |
80 |
28,40 |
— |
1280 |
971 |
7430 |
1200 |
3500 |
ПЛ12.5Х25 |
30 |
|
12,5 |
25 |
20 |
45 |
55 |
30 |
2,76 |
13,8 |
18,7 |
38.1 |
292 |
28 |
200 |
|
40 |
|
12,5 |
25 |
20 |
45 |
65 |
40 |
2,76 |
15,8 |
25 |
43.6 |
334 |
35 |
248 |
|
50 |
|
12,5 |
25 |
20 |
45 |
75 |
50 |
2,76 |
17,8 |
31 |
49,1 |
376 |
44 |
300 |
|
60 |
|
12,5 |
25 |
20 |
45 |
85 |
60 |
2,76 |
19,8 |
37,6 |
54,6 |
418 |
55 |
340 |
ПЛ16Х32 |
40 |
|
16 |
32 |
25 |
57 |
72 |
40 |
4,54 |
18,0 |
51 |
81.7 |
620 |
70 |
430 |
|
50 |
|
16 |
32 |
25 |
57 |
82 |
50 |
4,54 |
20,0 |
64 |
90.8 |
690 |
90 |
510 |
|
65 |
|
16 |
32 |
25 |
57 |
97 |
65 |
4,54 |
23,0 |
83 |
104.4 |
795 |
115 |
620 |
|
80 |
|
16 |
32 |
25 |
57 |
112 |
80 |
4,54 |
26.0 |
102 |
118 |
900 |
145 |
730 |
ПЛ20Х40 |
50 |
|
20 |
40 |
32 |
72 |
90 |
50 |
7.1 |
22,7 |
128 |
161,2 |
1230 |
180 |
860 |
|
60 |
|
20 |
40 |
32 |
72 |
100 |
60 |
7.1 |
24.7 |
154 |
175.4 |
1350 |
220 |
980 |
|
80 |
|
20 |
40 |
32 |
72 |
120 |
80 |
7,1 |
28,7 |
205 |
204.0 |
1550 |
280 |
1220 |
|
100 |
1 |
20 |
40 |
32 |
72 |
140 |
100 |
7.1 |
32.7 |
256 |
232,0 |
1770 |
350 |
1450 |
ПЛ25Х50 |
65 |
|
25 |
50 |
40 |
90 |
115 |
65 |
11.1 |
28,8 |
325 |
320,0 |
2440 |
420 |
1840 |
|
80 |
|
25 |
50 |
40 |
90 |
130 |
80 |
11.1 |
31,8 |
400 |
353.0 |
2700 |
500 |
2150 |
|
100 |
|
25 |
50 |
40 |
90 |
150 |
100 |
11.1 |
35.8 |
500 |
397.0 |
3040 |
620 |
2600 |
|
120 |
|
25 |
50 |
40 |
90 |
170 |
120 |
11.1 |
39.8 |
600 |
442,0 |
3380 |
740 |
2800 |
ПЛ32x64 |
80 |
|
32 |
64 |
50 |
114 |
144 |
80 |
18,2 |
36,0 |
820 |
655,4 |
5000 |
1000 |
3500 |
|
100 |
|
32 |
64 |
50 |
114 |
164 |
100 |
18.2 |
40.0 |
1025 |
728.0 |
5600 |
1200 |
4000 |
|
130 |
|
32 |
64 |
50 |
114 |
194 |
130 |
18,2 |
46,0 |
1330 |
837,0 |
6480 |
1400 |
4800 |
|
160 |
|
32 |
64 |
50 |
114 |
224 |
160 |
18.2 |
52,0 |
1640 |
946,0 |
7250 |
1750 |
5600 |
ПЛ40Х80 |
100 |
|
40 |
80 |
64 |
144 |
180 |
100 |
28,6 |
45,3 |
2050 |
1296,0 |
9900 |
2400 |
6450 |
|
120 |
|
40 |
80 |
64 |
144 |
200 |
120 |
28,6 |
49,0 |
2460 |
1400,0 |
10700 |
2800 |
7700 |
|
160 |
|
40 |
80 |
64 |
144 |
240 |
160 |
28,6 |
57,3 |
3260 |
1670 |
12500 |
3500 |
9000 |
|
200 |
|
40 |
80 |
64 |
144 |
280 |
200 |
28,6 |
65,3 |
4100 |
1870,0 |
14300 |
4200 |
10000 |