лаба 17 / лаба_6_17_эуиси_метода

диодами и введения защитных RC – цепей, не показанных в рассматриваемых схемах.

3.3.Работа мостового и полумостового инвертора.

Вмостовой и полумостовой схемах инвертора (рис.2 б,в) напряжение на зажимах полупроводниковых приборов примерно равно входному напряжению ип, поэтому схемы широко применяются при высоком значении входного напряжения.

Впреобразователях мостового типа рис.2 б одновременно открыты два тран-

зистора либо VT1, VT2, либо VT3, VT4. Напряжение источника питания ип прикладывается к первичной обмотке трансформатора T1, причем в различные полупериоды полярность напряжения на первичной обмотке будет различна. Для среднего значения напряжения на выходе устройства можно записать:

вых = 2ип 21 .

Полумостовая схема преобразователя (рис.2 в) содержит емкостной делитель С1,С2. Напряжение на конденсаторах равно половине напряжения питания. Амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора равна напряжению на конденсаторе, т.е. ип⁄2. В этой схеме к закрытому транзистору прикладывается напряжение, равное ип. Ток коллектора транзистора преобразователя при одинаковой мощности в нагрузку будет в два раза больше, чем в мостовой схеме и схеме со средней точкой. Среднее значение напряжения на выходе выпрямителя равно:

вых = ип 21 .

Для устранения так называемого режима «сквозных токов», в рассматриваемых схемах рис.2 открывание очередных транзисторов не может произойти раньше, чем окончится процесс рассасывания избыточных носителей в областях баз запираемых транзисторов. Режим сквозных токов сопровождается хотя и кратковременными, но значительными по амплитуде бросками коллекторных токов одновременно открытых транзисторов, что приводит к заметному уменьшению КПД преобразователя.

В отличие от идеализированных, на работу реальных преобразователей существенное влияние оказывают индуктивности рассеяния трансформатора и задержки переключения диодов выпрямителя [1-3]. Другой особенностью реального полупроводникового преобразователя является необходимость шунтирования ключевых элементов обратными диодами и введения защитных RC – цепей, не показанных в рассматриваемых схемах.

11

4. Описание стенда для проведения исследования преобразователя.

Стенд содержит три сменных блока, позволяющих проводить исследование различных устройств электропитания. Для проведения испытаний двухтактного преобразователя на стенде устанавливаются сменный блок «Преобразователь постоянного напряжения», внешний вид которого приведен на рис. 2. и сменный блок нагрузок.

Рис. 4. Внешний вид сменного блока «Преобразователь постоянного напряжения».

Как видно из рис. 4 сменный блок содержит:

-регулируемый источник напряжения постоянного тока (источник питания), выходное напряжение которого может меняться в пределах от 7 до 16 В;

-регулируемый двухтактный преобразователь, силовая часть которого содержит два полевых транзистора (VT1, VT2), силовой трансформатор и два выходных двухполупериодных выпрямителя с LC фильтрами нижних частот на выходе каждого из них;

-схема управления, состоящая из:

*генератора пилообразного напряжения, форма напряжения которого представлена на рис. 3-2 а;

*широтноимпульсного модулятора (компаратора на рис. 4), на один вход которого подаётся пилообразное напряжение, а на второй вход напряжение постоянного тока, величина которого может меняться с помощью потенциометра, подключенного к источнику питания (разомкнутая цепь обратной связи) или непосредственно с выхода выпрямителя;

*формирователя управляющих импульсов, обеспечивающего подачу импульсов напряжения на затворы полевых транзисторов VT1, VT2 в соответствии

12

с рис. 3-2 в и рис. 3-2 г. (Частота следования управляющих импульсов 25…35 кГц).

- схему защиты преобразователя от перегрузки (со звуковой и световой сигнализацией).

Для перевода преобразователя в режим с замкнутой или разомкнутой цепи обратной связью в стенд введен тумблер S1. В верхнем положении тумблера на вход компаратора схемы управления подаётся напряжение с выхода верхней (рис. 4) схемы выпрямления, т.е . преобразователь обеспечивает стабилизацию выходного напряжения этого выпрямителя В нижнем положении тумблера на указанный вход подается напряжение с переменного резистора «РЕГ.ВЫХ.», который позволяет регулировать вручную напряжение на выходе преобразователя, например, для того чтобы снять регулировочную характеристику преобразователя.

В качестве нагрузки при исследовании преобразователя используется переменный резистор блока нагрузок (правая панель лабораторного стенда). Регулирование тока, протекающего через нагрузку, производится ручками « н грубо» и « н точно». Примерные пределы изменения н: от 1300 Ом в положении 1 переключателя « н грубо» до 17 Ом в положении 11. В положении «X.X.» н = ∞.

Напряжение на резисторе нагрузки и ток, протекающий через резистор, контролируются вольтметром PV2 и миллиамперметром PA2.

Подключение блока нагрузок при исследовании преобразователя показано на рис. 5.

5. Методические указания по выполнению работы.

5.1.Ознакомиться с работой преобразователя постоянного напряжения, изучив раздел 3.

5.2.Ознакомиться со стендом и подготовить установку к работе, собрав схему, приведенную на рис.5 (подключение вольтметра PV1 к источнику питания и нагрузки с измерительными приборами PA2, PV2 осуществляется с помощью проводников с однополюсными вилками).

5.3.При снятии нагрузочной характеристики преобразователя с замкнутой обратной связью необходимо предварительно:

- тумблер S1 установить в верхнее положение;

- ручку регулятора напряжения источника питания (ИП) установить в среднее положение;

13

С помощью осциллографа определить относительную длительность импульса напряжения γНОМ, подаваемого на затвор транзистора VT2 (контрольная точка КТ5) при номинальном значении UИП НОМ=12.0 В. Значение γНОМ как и значение КСТ должны быть представлены в отчете.

5.4.Перевести тумблер S1 в нижнее положение. С помощью потенциометра РЕГ.ВЫХ установить относительную длительность импульса напряжения, подаваемого на затвор транзистора VT2 равной γНОМ (напряжение UИП НОМ=12.0 В).

Изменяя напряжение питания от 10.0 до 15.0 определить изменение напряжения U1 ВЫХ на выходе преобразователя. Сравнить между собой значения

U1 ВЫХ и UВЫХ и рассчитать отношение (ΔU1 ВЫХ)/(ΔUВЫХ), определяющее величину коэффициента усиления цепи обратной связи. Значение

(ΔU1 ВЫХ)/(ΔUВЫХ) должно быть представлено в отчете.

5.5.Для снятия регулировочной характеристики преобразователя следует при тумблере S1 в нижнем положении установить напряжение питания равным 12.0 В. Меняя положение ручки потенциометра РЕГ.ВЫХ от крайнего левого до крайнего правого положения, т.е меняя напряжение, подаваемое на вход компаратора от практически нулевого до максимального значения определить с помощью вольтметра PV2 и осциллографа зависимость UВЫХ от относительной длительности импульса напряжения, подаваемого на затвор транзистора VT2. Результаты измерений занести в табл. 3.

Таблица 3.

По результатам измерений построить регулировочную характеристику UВЫХ/ UВЫХ МАКС(γ) и рассчитать значение коэффициента трансформации

трансформатора n21.

Значение n21 должно быть представлено в отчете.

5.6. Для снятия внешней характеристики преобразователя UВЫХ=f(IH) тумблер S1 должен быть в верхнем положении. Напряжение UИП , подаваемое на вход

15

преобразователя следует установить равным номинальному значению 12.0 В. Переключатель « н грубо» установить в положение «11», что соответствует максимальному значению тока нагрузки IН МАКС. Вход осциллографа подключить к контрольной точке КТ7, что позволит отслеживать форму кривой тока стока транзистора VT2, примерный вид которой приведен на рис. 1-2е. Уменьшая ток нагрузки регулятором « н грубо» с помощью осциллографа косвенно определить минимальное значение тока нагрузки IН МИН, соответствующее режиму безразрывного тока дросселя L1 (при переходе в режим разрывных токов дросселя ток стока транзистора VT2 начинает нарастать с нулевого значения). В диапазоне изменения тока нагрузки от IН МИН до IН МАКС произвести запись показаний выходного вольтметра PV2 по крайней мере для 4-х значений тока нагрузки. Результаты измерений занести в табл. 4.

Таблица 4

По результатам измерений рассчитать значение внутреннего сопротивления преобразователя ri .

где UВЫХ – разность между максимальным и минимальным значениями показаний вольтметра PV2;

IН – разность между максимальным и минимальным значениями тока нагрузки.

Вычисленное значение ri должно быть представлено в отчете.

5.7. Для снятия внешней характеристики преобразователя при разомкнутой цепи обратной связи следует:

-тумблер S1 установить в нижнее положение;

-подать на вход преобразователя номинальное значение напряжения источника питания (12.0 В);

-с помощью потенциометра «РЕГ ВЫХ» установить при максимальном токе нагрузки (переключатель « н грубо» должен быть в положении «11»)

16

выходное напряжение преобразователя равное выходному напряжению преобразователя при максимальном токе нагрузки для предыдущего пункта 5.6 (примерно 4.0 В).

Изменяя с помощью переключателя « н грубо» ток нагрузки в тех же пределах, что и в п. 5.6 снять внешнюю характеристику преобразователя. Результаты измерений заносятся в таблицу, аналогичную табл. 4. По результатам измерений рассчитать внутреннее сопротивление преобразователя R0 по той же формуле, которая приведена в п.5. и определить отношение R0/ ri. Результаты расчета должны быть приведены в отчете.

6. Контрольные вопросы

1.Какие устройства называют инвертором, а какие преобразователем?

2.Какое устройство называют конвертором?

3.В чем отличие между однотактным и двухтактным преобразователями ?

4.Каково соотношение между частотой изменения пилообразного напряжения, подаваемого на вход компаратора схемы управления и частотой пульсации выходного напряжения преобразователя?

5.Как зависит стабильность выходного напряжения преобразователя от амплитудного значения пилообразного напряжения, подаваемого на вход широтноимпульсного модулятора (компаратора) ?

6.В каких пределах может меняться напряжение, подаваемое на затвор транзистора DNMOS , при котором обеспечивается надежный перевод полевого транзистора в режим насыщения?

7.Каковы достоинства и недостатки рассматриваемого двухтактного преобразователя по сравнению с двухфазным однотактным преобразователем с прямым включением диода?

8.Почему рассматриваемый двухтактный преобразователь, как правило, не применяется при достаточно высоких значениях (несколько сот вольт) напряжения источника питания?

9.В чем смысл перевода работы преобразователя с частот в несколько десятков кГц на частоты в несколько сотен кГц?

10.В чем отличие относительной длительности включенного состояния транзистора преобразователя γ от D?

11.От чего зависит переход преобразователя из режима безразрывных токов выходного дросселя в режим разрывных токов?

12.От чего зависит значение внутреннего сопротивления ri стабилизирующего преобразователя?

17

Список литературы.

а) Базовый учебник:

1.Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов. В.М Бушуев, В.А. Деминский и др. М; Горячая линия-Телеком, 2011/ЭБС МТУСИ

а) Основная литература:

2.Шпилевой А.А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций [Электронный ресурс]: учебное пособие/Шпилевой А.А. – Электрон. Текстовые данные. – Калининград: Балтийский федеральный университет ис. Им.

Канта, 2010. – 131 с. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/23959.html - ЭБС «IPRbooks»

3.Электропитание устройств связи: Учебное пособие для вузов. Л.Ф. Захаров, М.Ф. Колканов М.: «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте» 2009 г.

б) Дополнительная литература:

4.Сажнев А.М. Источники бесперебойного электропитания переменного тока [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Сажнев А.М., Рогулина Л.Г. – Электрон. текстовые данные. – Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2015.-312 с. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/55478

5.Козляев Ю.Д.Сборник задач и упражнений по курсу «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций» [Электронный ресурс]: учебнометодическое пособие/ Козляев Ю.Д. - Электрон. текстовые данные. – Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и ин-

форматики, 2015.-82 с. Режим доступа:http://www.iprbookshop.ru/45487. html

6.Сажнев А.М. Промышленные электропитающие устройства связи

[Электронный ресурс]: учебное пособие/ Сажнев А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. – Электрон. текстовые данные. – Новосибирск: Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2009.-

192 с. – Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/54796. html

18