Коммутатор или трансформатор?

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Важным аспектом предыдущего обсуждения, имеющего отношение к базо­вой схеме коммутатора постоянного напряжения, является вопрос управ­ления. В частности, постоянное выходное напряжение определяется рабо­чим циклом переключающего сигнала. Действительно, изменяется или ча­стота переключения, или время включенного состояния, или время вык­люченного состояния. Интересно и поучительно посмотреть на эту управ­ляющую функцию. Выходное напряжение определяется только параметра­ми переключения и входным напряжением. В данном случае важной явля­ется зависимость:

clip_image002

где:

t^^ — время включенного состояния, а Qрр – выключенного состоя­ния. Поскольку t^^ + ^Qpp составляет один период цикла переключения, а период – обратная величина частоты переключений /, соотношение можно записать так:

clip_image004

Чтобы далее упростить вид этой основной зависимости, можно заме­нить коэффициент/•t^^ буквой к. Тогда выражение для выходного напря­жения становится простым, V^^^ = Известно также, что входной ток /jj^ и выходной ток /qjj^ тоже связаны коэффициентом к\ то есть, 1^^ = k^I^^j, Ток 1^^ измеряется амперметром постоянного тока, вклю­ченным в цепь одного из выводов батареи на рис. 11.1, а 1^^^ – та же самая величина, которая ранее была обозначена как ток катушки ин­дуктивности и равная току нагрузки.

Хотя этот раздел посвящен току, протекающему в катушке индук­тивности, это первое упоминание о токах, втекающих в коммутатор и вытекающих из него. Может показаться несколько неестественным, что эти два тока не равны, но происходит это, вероятно, потому, что мы пы­таемся думать, будто переключающий транзистор работает аналогично работе проходного транзистора в линейном, диссипативном стабилиза­торе. Проходной транзистор в линейном стабилизаторе играет роль «ре­остата» и постоянные токи, втекающие в него от источника постоянно­го тока и вытекающие из него в нагрузку, почти равны. В коммутаторе дело обстоит иначе.

Перепишем выражения для напряжения и тока воспользовавшись общим коэффициентом к; получим к = V^^^ /V^^ и к = l^^ Aour Отсюда следует, что V^^^V^^ = ^in/^ut’ ^’ ^ конце концов, можно записать вы­ражение:

clip_image006

которое говорит о том, что входная и выходная мощности импульсного стабилизатора равны и, если бы не было никаких потерь на рассеяние в компонентах стабилизатора, импульсный источник питания имел бы к.п.д. 100 %, тот же самый теоретический к.п.д. как у трансформатора!

На рис. 11.5 эти соотношения сведены вместе и сравниваются с со­отношениями между входными и выходными параметрами в простой схе­ме трансформатора переменного тока. Здесь видны мотивы, по которым базовая схема коммутатора описывается как «трансформатор постоян­ного тока». Основной чертой идеального трансформатора является его способность изменять напряжение или ток без потери мощности. Дру­гие методы изменения постоянного напряжения или тока сопровожда­ются потерей мощности. Типичными примерами является использование реостата или аналогичных устройств, типа проходного транзистора в ли­нейных стабилизаторах, потенциометра и изменение уровня напряжения с помощью стабилитрона. Во всех этих методах потеря мощности про­исходит вследствие ее поглощения введенным элементом, и ни в одном из этих примеров нельзя получить на выходе ток больше того, который втекает в схему. В отличие от этих обычных методов изменения уровня постоянных напряжений, базовая схема коммутатора постоянного тока способна, подобно трансформатору переменного тока, отдать в нагруз-

ку ток больше, чем входной ток. Это наиболее важная черта базовой схемы коммутатора постоянного тока, с которой непосредственно свя­заны основные преимущества импульсных стабилизаторов перед дисси-пативными стабилизаторами.

clip_image008

Рис. 11.5 Интересное сравнение трансформаторов переменного и пос­тоянного тока. Базовая схема коммутатора постоянного тока работает как настоящий трансформатор. Приведенные соотношения показывают подобие этих устройств. То, что называется преобразователем посто­янного напряжения в постоянное можно было бы назвать трансфор­матором постоянного тока.

Хотя коммутатор, несомненно, позволяет создать трансформатор постоянного тока, сам по себе он не реализует этой функции, а осу­ществляет ее только вместе с катушкой индуктивности, запасающей энергией. Роль катушки индуктивности в схеме аналогична автотран­сформатору с плавной регулировкой напряжения за исключением того, что катушка индуктивности не имеет отводов и сама не может изменить выходное напряжение. Коммутатор является тем элементом управления, который устанавливает, сколько энергии должно быть за­пасено в магнитном поле катушки и как эта энергия должна быть ос­вобождена, чтобы получить желаемое выходное напряжение. Конеч­но, коммутатору требуется дополнительная схема, определяющая величину выходного напряжения и управляющая его работой, но по существу аналогия верна. Подобно автотрансформатору существуют коммутаторы, способные и повышать, и понижать входное напряже­ние так, что выходное напряжение может быть выше или ниже вход­ного.

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