Постоянного напряжения

Преобразователи постоянного напряжения предназначены для изменения величины постоянного напряжения. Они служат для питания потребителей постоянным напряжением отличным от напряжения источника (рис.7.1.).

Рис.7.1. Преобразователь постоянного напряжения.

При этом иногда требуется стабилизировать напряжение на нагрузке при изменении величины питающего напряжения и тока нагрузки, либо менять напряжение по определенному закону независимо от напряжения питания.

Поскольку рассматриваемые в данном разделе преобразователи основаны на использовании импульсных методов преобразования и регулирования, они называются импульсными преобразователями постоянного напряжения (ИППН). Выходное напряжение таких преобразователей характеризуется последовательность импульсов прямоугольной формы с длительностью t_и и паузой t_п, амплитуда которых близка к напряжению питания Е (рис.7.1.). Выходное напряжение характеризуется средним значением U_н. Качество выходного напряжения в этих схемах добиваются, как и в выпрямителях, установкой сглаживающих фильтров.

Обобщенная структурная схема импульсного источника питания приведенана рис.7.2.

Рис. 7. 2. Структурная схема ключового источника напряжения

Рассмотрим работу ключевого источника питания используя обобщенную структурную схему. Гармоническое напряжение питающей сети выпрямляется сетевым выпрямителем и заряжает конденсатор фильтра, имеющий большую емкость. Большая емкость фильтра сетевого выпрямителя обеспечивает низкие пульсации выпрямленного напряжения и увеличивает время удержания выходного напряжения. Это напряжение поступает на вход импульсного преобразователя, который преобразует его в высокочастотные импульсы прямоугольной формы. (20-200кГц). С увеличением частоты преобразования увеличивается удельная мощность, но одновременно растут потери в элементах преобразователя, что приводит к снижению КПД. С выхода преобразователя напряжение поступает на высокочастотный выпрямитель с емкостным фильтром. При высокой частоте преобразования к элементам выпрямителя предьявляются жесткие требования: время восстановления обратного сопротивления выпрямительных диодов должно лежать в пределах (10-100нс), а емкость фильтра не должна иметь индуктивность. Регулирование выходного напряжения обеспечивается с помощью широтно-импульсной модуляции.

В основе принципа действия ИППН лежит ключевой режим работы регулирующего полупроводникового прибора, осуществляющего периодическое подключение напряжения питания Е к входным цепям преобразователя. Такие преобразователи имеют высокое значение к.п.д., что обусловлено малыми падениями напряжения на регулирующем приборе в открытом состоянии и протекающим ток в закрытом состоянии. Их способность регулировать выходное напряжение используется при построении регуляторов и стабилизаторов постоянного напряжения.

Регулирование выходного напряжения ИППН осуществляется импульсными методами путем изменения параметров выходных импульсов. Наибольшее применение получили широтно-импульсный и частотно-импульсный методы регулирования.

· Широтно-импульсный метод регулирования (ШИР) осуществляется изменением длительности (ширины) выходных импульсов t_и при неизменном периоде их следования (Т=const, f=1/T=const). Среднее значение выходного напряжения преобразователя при широтно-импульсном регулировании связано с напряжением питания соотношением

, где γ=t_и/Т - коэффициент регулирования (преобразования). Диапазон регулирования выходного напряжения ИППН с ШИР составляет от нуля (t_и=0, γ=0) до Е (t_и=Т, γ=1).

· При частотно-импульсном методе регулирования (ЧИР) изменение выходного напряжения производится за счет изменения частоты следования выходных импульсов (f=1/T=var) при неизменной их длительности (t_и= const). Регулировочные возможности такого способа регулирования характеризуются соотношением

.

Выходному напряжению, равному Е, здесь соответствует предельная частота следования импульсов, равная 1/t_и, а нулевому выходному напряжению – нулевая частота f – 0. Возможно совместное использование ШИР и ЧИР, заключающееся в том, что изменяются два параметра выходных импульсов: t_и, f. Наибольшее распространение в импульсных ИВЭП получили индуктивные импульсные преобразователи, котoрые можно разделить на дроссельные (или автотрансформаторные) и трансформаторные. Дроссельные и а втотрансформаторные преобразователи относятся к разряду импульсных стабилизаторов напряжения, которые делятся на три группы: понижающие,повышающие, инвертирующие. Особенностью таких импульсных стабилизаторов является гальваническая связь с питающей сетью.

Трансформаторные - не имеют гальваничесской связи с питающей сетью, однако их удельная мощность ниже, чем у дроссельных. Трансформаторные преобразователи могут быть разделены на однотактные и двухтактные. В о днотактных преобразователях энерги передается на выход только в течении одной части периода преобразования. Если энергия передается при включенном состоянии силового ключа, то такой преобразователь называется прямоходовым. Если энергия передается при выключенном состоянии ключа, то преобразователь называется обратноходовым. Рассмотрим возможные варианты постороения импульсных преобразователей.