Многофазный преобразователь

Массу и габариты непосредственных преобразователей постоян­ного напряжения главным образом определяют элементы входного и выходного фильтров. Но расчетные значения параметров элементов этих фильтров, как следует из формул (5). (13) и (14), обратно пропор­циональны частоте переключения транзистора (причем в (5) и (14) частота в знаменателе формул стоит во второй степени). Поэтому возможности миниатюризации устройств на базе непосредственных преобразователей связаны с повышением частоты преобразования. Но повышению частоты преобразования препятствует такой фактор, как рост динамических потерь энергии на коммутацию полупроводнико­вых приборов. Указанное противоречие в значительной степени удается разрешить в многофазных структурах постоянного тока.

Под многофазными преобразователями постоянного напряжения понимаются преобразовательные устройства, состоящие из нескольких базовых модулей, работающих со сдвигом во времени относительно друг друга на общую нагрузку.

Рис. 17

Пример реализации многофазного преобразователя на базе схемы понижающего типа приведен на рис. 18.

Рис. 18

Преобразователь состоит из четырех одинаковых модулей, рабо­тающих с одинаковой частотой и одинаковыми значениями g, но управляющие импульсы напряжения и _у на транзисторы модулей подаются со сдвигом на величину T/4, как показано на рис. 19.

Рис. 19

Предполагается, что каждый модуль работает в режиме непрерывного тока в своем дросселе, параметры всех модулей идентичны.

Токи транзисторов i_VT, диодов i_VD и дросселей i_L (см. рис. 19) в каждом модуле по форме точно такие же, как и в простейшей схеме понижающего преобразователя (см. рис. 2). Но выходной ток в многофазном преобразователе равен сумме токов дросселей и обо­значен на рис. 19 как i_Lå.

Выходной ток нарастает на интервалах времени t₁, когда во включенном состоянии находится максимальное число транзисторов, и спадает на интервалах времени t₂, когда во включенном состоянии находится минимальное число транзисторов. За счет сдвига во вре­мени кривых тока в дросселях модулей частота пульсаций тока i_Lå в N раз больше, чем частота работы транзисторов, где N — число базо­вых модулей.

Входной ток многофазного преобразователя i_вх равен сумме токов всех транзисторов. Сравнивая диаграммы i_вх на рис. 19 и тока i_VT на рис. 2 (в простейшей схеме входной ток равен току транзистора) можно видеть, что в N раз возросла частота пульсаций входного тока и существенно уменьшилась амплитуда пульсации.

Так как транзисторы всех модулей работают с одинаковым значением g, то в режиме непрерывных токов для многофазного преоб­разователя регулировочная характеристика определяется формулой (1). При идеальном выравнивании токов нагрузок параллельно рабо­тающих базовых модулей средний ток в обмотках дросселей равен I_н/N, а его максимальное и минимальное значения соответственно могут быть вычислены с помощью выражений

,

.

Вывод остальных расчетных соотношений достаточно громоздкий и приводится в [1].