Инверторы с внешним возбуждением

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Все рассмотренные до сих пор инверторы и преобразователи были авто­колебательного типа. Большинство из них могут управляться внешним ге­нератором, если заблокировать или удалить цепи обратной связи. Строго говоря, инверторы при этом превращаются в усилители. Чаще всего их на­зывают усилителями класса D, так как они формируют прямоугольные колебания и работают в ключевом режиме. То есть транзисторы либо вво­дятся в состояние насыщения коллекторного тока, либо полностью зак­рыты. Таким образом, сохраняется возможность получения высокого к.п.д. Кроме того, у них есть и другие достоинства. Например, если в ка­честве управляющего источника применить соответствующие логические микросхемы, то легко осуществляется широтно-импульсная модуляция. В этих инверторах легко управлять частотой. В инверторе с внешним воз­буждением выходной трансформатор обычно используется в линейном ре­жиме. Это существенно уменьшает проблему бросков напряжения. На­сколько потери в сердечнике трансформатора, работающего в линейном режиме меньше, чем в трансформаторе с насыщением, настолько повы­шается к.п.д. Наконец, в таких конструкциях удается избежать проблем связанных с возбуждением колебаний.

Если на выходе желательно иметь синусоидальную форму колебаний, то инверторы с внешним возбуждением часто реализуются в виде двухтакт­ных усилителей мощности класса В. Теоретически к.п.д. может достигать 78,5% , что конечно меньше, чем при использовании импульсного режима, однако при этом легче получить минимальный уровень радиочастотных по­мех. Несколько примеров схем инверторов с внешним возбуждением пока­зано на рис. с 2.13 по 2.17. Показанная на рис. 2.13 схема, по сути, двухтак­тный усилитель мощности. Основная особенность этого варианта состоит в использовании линейных трансформаторов, главным образом выходного трансформатора. В качестве управляющего устройства можно использовать мультивибратор или какой-нибудь другой генератор. Такие инверторы с внешним возбуждением находят многочисленные применения в импульс­ных стабилизаторах из-за удобства объединения источника широтно-моду-лированных импульсов с цепью обратной связи стабилизатора.

clip_image002

Рис. 2.13. Двухтактный усилитель мощности с линейными трансфор­маторами

Схема на рис. 2.14 функционально подобна выходному каскаду толь­ко что рассмотренного инвертора. Конструкция упрощается благодаря использованию комплементарных транзисторов. Как видно, можно от­казаться также и от выходного трансформатора. Однако если основным требованием является изоляция, а не цена, габариты или вес, то между выходом и нагрузкой может быть включен трансформатор. Отметим, что здесь необходимо два источника постоянного напряжения.

clip_image004

Рис. 2.14. Двухтактный усилитель мощности с комплементарными транзисторами.

На рис. 2.15 генератор на насыщаемом сердечнике управляет выход­ным каскадом. Эта схема содержит больше составных частей, чем похо­жий двухтрансформаторный инвертор. Однако благодаря изоляции нагруз­ки от генератора увеличивается функциональная гибкость. Индуктивная или емкостная нафузка меньше влияют на запуск колебаний или на сим­метрию формы колебаний. Другое достоинство данной схемы состоит в том, что она позволяет удобно вводить регулирование. Например, отно­сительно маломощный источник питания задающего генератора может быть регулируемым, который получает управляющий сигнал от датчика, связанного с нагрузкой. В этом случае прямоугольные колебания выход­ного каскада сначала выпрямляются и фильтруются.

clip_image006

Рис. 2.15. Инвертор с генератором на насыщаемом сердечнике, уп­равляющим выходным каскадом

Более сложный тип инвертора с внешним возбуждением изображен на рис. 2.16. В этой схеме прямоугольное колебание создается микросхемой 556, содержащей два ждущих мультивибратора. Такой генератор обладает гораздо лучшей точностью и стабильностью, чем мультивибраторы, собранные из дискретных компонентов. Это облегчает проблемы синфазной проводимости.

clip_image008

Рис. 2.16. Инвертор с управлением от интегральной схемы

Инвертор на рис. 2.17 представляет собой схему обратного хода, в которой проводимость транзистора Q1 управляется сигналом релаксаци­онного генератора, собранного на управляемом однопереходном тран­зисторе. Управляемый однопереходный транзистор (/^t/Г-транзистор) в основном работает как обычный однопереходный транзистор, но он имеет лучшую нагрузочную способность. Фактически это тиристор с анодным управляющим электродом. В схеме релаксационного генерато­ра на рис. 2.17 время включения управляемого однопереходного транзи­стора определяется резистором R3. Соответствующие варианты таких инверторов с внешним возбуждением используются в высоковольтных каскадах телевизоров.

clip_image010

Рис. 2.17. Инвертор обратного хода с управлением от релаксационного генератора на управляемом однопереходном транзисторе

Здесь уместно разделить инверторы на два типа: прямого и обратного хода. Лучше всего сравнить оба типа переключающих схем по их работе в качестве преобразователей, то есть по тому, как они передают выпрям­ленный ток в нагрузку. Это и есть их обычное применение. Такое сравне­ние особенно уместно потому, что эти две схемы похожи. На рис. 2.18 представлены наиболее существенные части преобразователей прямого и обратного хода. Обратите внимание на различие в фазировке обмоток трансформатора. Кроме того, что в преобразователе обратного хода нет фильтрующего дросселя. Эти различия вытекают из разных принципов ра­боты схем, а не из-за дополнительных соображений, таких как сглажива­ние бросков напряжения на нагрузке.

В обеих схемах энергия запасается в первичной обмотке трансформа­тора во время открытого состояния транзистора. А отличается работа этих двух преобразователей по способу, которым эта энергия отдается в нагрузку. В преобразователе прямого хода запасенная электромагнитная энергия создает ток нагрузки во время как включенного, так и выклю­ченного состояния транзистора. Нагрузка и первичная обмотка транс­форматора соединены как бы последовательно. Таким образом, преобра­зователь прямого хода можно рассматривать как последовательную цепь.

Напротив, преобразователь обратного хода отдает в нагрузку энергию, за­пасенную в трансформаторе, только во время выключенного состояния переключающего транзистора. Нагрузка и первичная обмотка трансфор­матора включены как бы параллельно. Анализ преобразователя обратно­го хода основывается на принципах работы параллельной цепи.

clip_image012

Рис. 2.18. Сравнение преобразователей прямого и обратного хода

Преобразователь прямого хода обеспечивает лучшее качество вып­рямленного напряжения, чем преобразователь обратного хода. Преоб­разователи обратного хода, однако, особенно хороши для использования в качестве высоковольтных маломощных источников. Хотя выходные трансформаторы показаны в обеих схемах на рис. 2.18, преобразователь обратного хода способен обеспечить изоляцию между источником пита­ния и нагрузкой, даже если вместо трансформатора использовать просто катушку индуктивности. Это происходит благодаря тому, что транзистор находится в непроводящем состоянии, когда нагрузочный конденсатор получает свою порцию энергии. Наличие трансформатора все же облег­чает осуществление манипуляций с выходным напряжением.

Все инверторы и конверторы прямого и обратного хода имеют общий недостаток по сравнению с различными двухтактными или мос­товыми схемами. Мощность, так же как и другие характеристики, огра­ничена насыщением магнитного поля в сердечнике катушки индуктив­ности или трансформатора. В двухтактных или мостовых схемах эта проблема менее существенна, потому что сердечник попеременно пере-магничивается в обоих направлениях во время рабочего цикла. Поэтому для таких схем требуются катушки индуктивности и трансформаторы меньших размеров, чем для пары схем, которые сейчас обсуждались. Но для маломощных применений инверторы и преобразователи прямого и обратного хода заслуживают внимания благодаря их простоте и эконо­мичности.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты