книги / Проектирование источников электропитания устройств связи

тором рис. 6.1а используются как задающие генераторы для усили­ телей мощности и как автономные маломощные источники элек­ тропитания. Их основные достоинства — простые схемы, а также нечувствительность к коротким замыканиям в цепи нагрузки. При коротком замыкании в цепи нагрузки автоколебания преобразова­ теля срываются и транзисторы Т\ и Т2 закрываются. Недостатком преобразователей с насыщающимся трансформатором является на­ личие выбросов коллекторного тока в момент переключения тран­ зисторов, что увеличивает потери в преобразователе.

Схема преобразователя с двумя трансформаторами рис. 6.16 имеет ряд преимуществ по сравнению со схемой рис. 6.1а. Выход­ ной трансформатор преобразователя рис. 6.16 работает в линейной

В двухтрансформаторной схеме преобразователя транзисторы переключаются при меньших значениях коллекторных токов, чем в схеме с насыщающимся трансформатором.

Недостатком преобразователя являются наличие дополнитель­ ного трансформатора и некоторое усложнение его базовых цепей.

В рассмотренных схемах к закрытому транзистору приклады­ вается напряжение, равное сумме напряжения питания U0 и эдс, наведенной в неработающей половине первичной обмотки. Следо­ вательно, напряжение на закрытом транзисторе равно удвоенному напряжению питания (2Uo). Кроме того, напряжение на транзисто­ ре может иметь выброс, возникающий в момент его выключения. Амплитуда выброса зависит от индуктивности рассеяния обмоток трансформатора и скорости изменения тока коллектора.

Таким образом, в схеме двухтактных преобразователей, в ко­ торых трансформатор выполнен со средней точкой, напряжение на закрытом транзисторе превышает удвоенное значение напряжения питания. Поэтому рассмотренные схемы' преобразователей исполь­

В схеме рис. 6.2 транзисторы Т\—ТАобразуют мост, в одну диа­ гональ которого включена первичная обмотка трансформатора Три

трансформатора Трх на его коллекторе возможен выброс напряже­ ния, превышающий величину удвоенного напряжения питания.

В схеме рис. 6.36 в первый полупериод одновременно работают два транзистора, например Ти Г4. Во второй полупериод управ­ ляющего напряжения работают транзисторы Т2, 7Y Напряжение источника питания UQприкладывается к первичной обмотке транс­ форматора Три причем в различные полупериоды полярность на­ пряжения на первичной обмотке Тр{ будет различна. Напряжение на закрытом транзисторе в мостовой схеме усилителя мощности равно напряжению источника питания U0. Мостовые усилители мощности, в отличие от двухтактных, применяются на большие мощности при больших напряжениях источника питания. Выходной трансформатор в усилителях мощности Тр{ работает в ненасыщен­ ном режиме. Трансформатор Трх выполняется из материала с не­ прямоугольной петлей гистерезиса.

6.2. РАСЧЕТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Исходные данные, необходимые для расчета преоб­ разователей: Uо(в) —напряжение питания преобразователя; аМак<:

мостовой выпрямитель, выпрямитель со средней точкой, выпрями­ тель, выполненный по схеме удвоения.

Расчет режима работы транзисторов преобразователя и их вы­ бор. 1. Определяем максимальное и минимальное значения напря­ жения питания преобразователя — Ломакс, ^омин:

V 0 макс == V Q (1 Н" ^макс)

V Q МИН= ^0 ( 1 ^мин)

2. Определяем величину тока коллектора открытого транзисто­ ра— /к насЭта величина зависит от выходной мощности преобра­ зователя, его коэффициента полезного действия и величины напря­ жения питания Uo.

Значения /к. i,ac можно определить из выражений для преобра­ зователей со средней точкой:

где г]п — коэффициент полезного действия преобразователя;

t/кэиас— напряжение коллектор—эмиттер транзисторов в режиме насыщения.

При определении величины /Кнас величиной кпд задаемся. При­ нимаем т]п = 0,75-Ь-0,85, если преобразователь работает на выпря­ мителе, и т]п = 0,85—0,95, если преобразователь работает на актив­ ную -нагрузку. Величина Uuэ нас для германиевых транзисторов ле— жит в пределах от 0,5-М в.

Амплитуда тока во вторичной обмотке Амане равна действующему значению тока вторичной обмотки 1% если преобразователь работает на активную нагрузку или выпрямитель, собранный по

мостовой схеме или схеме удвоения. /2 макс= /2 2, если преобразо­ ватель работает на двухполупериодный выпрямитель со средней точкой.

3. Определяем максимальное напряжение на закрытом транзи­ сторе преобразователя— t/к э макс-

Для схем преобразователей, у которых трансформатор имеет вывод от средней точки, Икэмакс»2,4U0максДля мостовых схем, преобразователей Uко макс» 1,21/0 макс*

4. По величине тока / Киас и напряжению UKЭМакс выбираем тип. транзистора и определяем его основные параметры.

Задавшись минимальной величиной коэффициента насыщения транзистора Ь, определяем величину тока базы, необходимую для насыщения транзистора, приняв Ь = 1,3-т-1,5:

(6-4)

5. Определяем амплитуду тока коллектора транзистора преоб­ разователя— /к макс- В схемах рис. 6.1а, 6.2, как только сердечник трансформатора входит в насыщение, индуктивное сопротивление первичной обмотки резко уменьшается, ток коллектора открытого транзистора начинает увеличиваться и рабочая точка транзистора входит в активную область. Максимальное значение тока коллек­ тора /кмакс зависит от величины тока базы транзистора и стати­ ческого коэффициента усиления по току В. Величину /к макс МОЖНО определить ч*3 выражения

где ь — коэффициент насыщения транзистора: &= (1,3ч-1,5); К\ — коэффициент» учитывающий влияние инерционности транзистора « величины коллекторного напряжения на величину /кмакс-

Для транзисторов П210, П214—П217 величину К\ можно приб­ лиженно определить из выражения (13]:

(6.6)

( 1 - 0 , 0 3 / ^ омакс)2. '

В преобр0зователях с усилителем мощности величина

16S

для преобразователей с насыщающимся трансформатором В т —Вв. для усилителей мощности В т = (0,74-0,8) B s \

(6. 21)

U1

для преобразователей с самовозбуждением необходимо определить Ч1ИСЛ0 витков базовых обмоток (обмоток обратной связи) WQ:

где U\ мин =^о мии—С/кэнас для преобразователей со средней точкой и Ui мш,= и 0тт—2 ^кэ„ас для мостовых схем преобразователей.

У2

5.Вычисляем диаметры проводов обмоток (без изоляции):

для обмотки w1 di = 1,13 |/- 0 - , мм

для обмотки w6d6 = 1,13 "^-уЦ лш

Дальнейший конструктивный расчет трансформатора произво­ дится так, как показано в гл. 1. Если из дальнейшего расчета ока­ жется, что размеры сердечника слишком велики, необходимо выб­ рать меньший сердечник и пересчитать числа витков w\, we, w2.

Если размеры сердечника окажутся малы, то надо выбрать сердеч­ ник с большими размерами и пересчитать числа витков шь WQ, W2.

Определение исходных данных для расчета задающего генера­ тора усилителя мощности. В качестве задающего генератора (ЗГ) можно использовать схемы рис. 6.1, 6.2. Для расчета необходимо определить напряжение, токи ЗГ и мощность трансформатора Тр2.

Если ЗГ работает на усилитель мощности со средней точкой, то:

— максимальное значение тока вторичной обмотки Тр2—12Макс =

=/« пас)

—действующее значение тока вторичной обмотки трансформа­

тора Тр2—/2 = /б н а с / У 2;

— «напряжение вторичной обмотки трансформатора Tp2— U2 =

-*/«;

—МОЩНОСТЬ вторичной обмотки Тр2—P2='U2I2\

—габаритная мощность трансформатора зависит от схемы за­

дающего генератора ЯГаб=2,1Р2 для схемы ЗГ со средней точкой и ЯГаб=1,ЗР2 для мостовой схемы ЗГ.

Для ЗГ, работающего на усилитель мощности, собранный по мостовой схеме, значения 12макс, /2, tV Р2 определяются так же. Величина габаритной мощности ЯГаб = 4,2Р2 для схемы ЗГ со сред­ ней ТОЧКОЙ И Ргаб = 2,6Я2 для мостовой схемы ЗГ.

6.3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТИРИСТОРАХ

Тиристором I(«кремниевым управляемым вентилем) называется трехэлект-род- «ный прибор с четырехсложной «полупроводниковой структурой.

Рис. 6.5. Структура тиристора и его условное обозначение:

А — а«нюд; К — «катод; УЭ — управляющий электрод

На рис. 6.5, «6.6 представлены структура и характеристика тиристора, сю условное обозначение в электрических схемах. «Крайние р- и д-области «назы­ ваются соответственно анодом и катодом, внутренняя /7-область—.управляющим

электродом.

Структуру тиристора можно пред­ ставить в виде двух транзисторов 1 и

2-го типов: р-п-р и п-р-п (рис. 6.7). База первого транзистора соединена с ко лектором -второго, а база второго — с коллектором первого.