Одноплечевой ШИП с симметричным законом управлением

К преобразователям постоянного напряжения относятся широтно-импульсные преобразователи и импульсные источники электропитания постоянного тока.

Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) используются, как правило, в системах постоянного тока. По построению ШИП можно разделить на одноплечевые и мостовые (двухплечевые). Питание первых осуществляется от источника со средней точкой.

Для управления ШИП используются в основном три способа (алгоритма) переключения полупроводниковых ключей:

-симметричный,

-несимметричный,

-поочередной.

Два последних способа используются в мостовых ШИП.

Во всех полупроводниковых преобразователях с источником питания постоянного тока (ШИП, АИН) транзисторы одного плеча моста обычно переключаются в противофазе. При этом всегда предусматривается задержка между выключением одного и включением другого. Эта задержка составляет несколько микросекунд и предусматривается для исключения сквозных токов через плечо моста.. Влияние этой задержки на электромагнитные процессы преобразователя пренебрежительно мала. Поэтому в дальнейшем эта задержка не читывается

Схема одноплечевого транзисторного ШИП представлена на рис.7.3,а.

При симметричном способе управления транзисторы плеча переключаются в противофазе (рис.7.3,г).

Рассмотрим последовательность образования коммутационных интервалов и электромагнитные процессы в ШИП при симметричном управлении для общего случая R,L нагрузки с противо э.д.с. При включении верхнего по схеме транзистора VT1 и выключении нижнего VT2, образуется цепь (рис.7.3,б) для протекания тока нагрузки. К нагрузке в этом интервале прикладывается напряжение питания , а ток увеличивается от минимального значения до максимального (рис.7.3,г). Напряжения на транзисторе VT1 на этом интервале равно нулю, а ток равен току нагрузки. На транзисторе VT2 напряжение равно , это напряжение является отрицательным для диода D2 и ток через него равен нулю. При включении нижнего по схеме транзистора VT2 и выключении верхнего VT1, ток, поддерживаемый индуктивностью нагрузки, продолжает протекать в том же направлении. При этом образуется цепь, показанная на (рис.7.3, в), в которой ток нагрузки протекает навстречу э.д.с. Е и источнику питания. На этом интервале напряжение на нагрузке изменяет знак, а ток уменьшается (рис.7.3,г).

К транзистору VT1 прикладывается напряжение , D2 открыт, напряжение на нем равно нулю, а ток равен току нагрузки (рис.7.3,в).

Рис.7.3. Схемы широтно-ипульсных преобразователей (ШИП)

Если к началу рассматриваемого интервала в индуктивности нагрузки накоплена достаточная энергия, то такое состояние цепи сохраняется до очередного переключения транзисторов плеча. Если эта энергия недостаточна, то ток может упасть до нуля, а затем изменить направление под действием напряжения и э.д.с. Е. В этом случае он переходит с диода D2 на транзистор VT2.

Поскольку диод и транзистор во включенном состоянии считаются идеально замкнутыми ключами, то на анализ электромагнитных процессов переход тока с диода на транзистор не сказывается. При этом реализуется два состояния силовой части ШИП: одно – когда VT1 включен, а VT2 выключен; второе – когда VT1 выключен, а VT2 включен. Длительности этих состояний соответственно равны и , где - относительная длительность первого состояния, изменяющаяся от 0 до 1 в зависимости от величины сигнала управления.

Рис.7.4. Функциональная схема, реализующая симметричное управление ШИП

Поэтому можно считать, что в схеме на периоде образуются два коммутационных интервала, схемы замещения на которых показаны на (рис.7.3,б,в). При симметричном законе формируется знакопеременное напряжение на нагрузке, а среднее значение этого напряжения определяется из выражения:

оно равно нулю при , при среднее напряжение на нагрузке положительное, при - отрицательное.

Функциональная схема управления (СУ), реализующая симметричное управление ШИП показана на (рис.7.4.).

Генератор пилообразного напряжения (ГПН) вырабатывает (пилообразное напряжение) с периодом Т. Схема сравнения (СС) представляет собой релейный элемент, который переключается с плюса на минус и обратно, в момент равенства напряжения с выхода ГПН и напряжения управления на входе (рис.7.4.). Для управления ШИП распределитель импульсов (РИ) имеет два выхода: один – прямой, второй – инверсный. Эти импульсы, усиленные усилителями, поступают на базы транзисторов VT1, VT2, переключая их в противофазе.