Повышение напряжения в схеме параллельной коммутации в ИИП

June 10, 2010 by admin Комментировать »

Параллельный коммутатор (рис. 15.4) имитирует работу повышающего трансформатора. Когда выключатель размыкается, энергия, запасенная в виде магнитного поля катушки индуктивности, выделяется в форме кратковременного подъема напряжения. Этот «пик», вызванный проти-во-э.д.с, используется в системе зажигания автомобиля, в телевизоре для создания высокого напряжения и в схемах источников питания счетчика Гейгера. Иногда это явление вызывает так называемые переходные про­цессы переключения в приложениях, не предназначенных для получе­ния высокого напряжения, где индуктивность часто имеет паразитный характер. Во всяком случае, в рассматриваемой схеме напряжение, воз­никающее в ходе переходного процесса, заряжает выходной конденсатор С через диод CR, Из-за наличия диода конденсатор не разряжается, ког­да выключатель замкнут. Конденсатор ведет себя как накопитель, отда­ющий энергию в нагрузку, но медленнее, чем происходит ее периодичес­кое пополнение.

clip_image002

Рис. 15.4. Принцип действия импульсного стабилизатора. Характерная особенность этого метода состоит в том, что выходное напряжение может быть значительно выше входного. Можно сказать, что это повышающий трансформатор постоянного напряжения.

Мало того, что замкнутый ключ изолирован от заряженного кон­денсатора, он также изолирован от нестабилизированного источника постоянного напряжения Это достигается благодаря ограниченно­му времени замкнутого состояния ключа. При таких условиях ток, по­требляемый от источника Vj^ возрастает со временем. Ключ размы­кается до того, как ток станет чрезмерно большим, и при этом качается новый цикл. Конечно, в случае сбоя, когда ключ остался замкнутым, произойдет короткое замыкание. Моменты замыкания и размыкания ключа определяются цепью обратной связи и источником опорного напряжения. Регулирование осуществляется так, что рабо­чий цикл переключения изменяется, сохраняя выходное напряжение неизменным. Простая схема на рис. 15.4 служит всего лишь иллюст­рацией фундаментальных идей, используемых при параллельном мето­де коммутации.

Напряжение, полученное в этой схеме, прямо зависит от добротнос­ти катушки индуктивности и скорости, с которой размыкается ключ. Может показаться, что этот метод сложен в реализации, но оказывается, что препятствий для успешного воплощения этой идеи не много. Цепь обратной связи в реальных параллельных стабилизаторах не очень кри­тична к величине напряжения рассогласования, главное здесь поляр­ность напряжения рассогласования.

Требования к размещению компонент в параллельном импульсном стабилизаторе не сильно отличается от требований, предъявляемых к последовательному импульсному стабилизатору. Поскольку выходное напряжение параллельного стабилизатора выше, чем входное напряже­ние, переключающий транзистор должен выдержать это более высокое напряжение. Автоколебательные параллельные переключатели разраба­тывать сложнее, чем последовательные, поскольку время включенного состояния переключающего элемента должно быть ограничено с тем, чтобы предотвратить протекание через него чрезмерного тока и насы­щение катушки индуктивности.

Если выключатель останется надолго разомкнутым, то выходное на­пряжение будет практически равно входному, потому что падение на­пряжения на диоде и катушке индуктивности обычно незначительно. Кроме того, выходной ток при разомкнутом ключе равен входному току, а через устройство коммутации ток не течет, что прямо противополож­но поведению последовательного переключателя. Таким образом, в па­раллельном переключателе коммутация необходима только для того, чтобы пополнить выходную мош[ность, поступаюш[ую в нагрузку. В пос­ледовательном переключателе коммутация требовалось для ограничения мош[ности, поступаюш[ей в нагрузку.

Параллельный переключатель имеет более низкий к.п.д., чем после­довательный, прежде всего потому, что входные токи в нем значительно больше, а это приводит к значительным омическим потерям и потерям при коммутации. Однако, в приложениях, используюш[их в качестве ис­точника питания батареи, параллельный переключатель может дать не только более высокое напряжение, чем имеет батарея, но и позволяет регулировать его, что простая система импульсного преобразователя по­стоянного напряжения в постоянное делать не может. В результате схе­мы параллельной коммутации находят применение во многих новых приложения, работаюш[их от батарей с низким напряжением, таких как калькуляторы и часы, где особенно важны небольшой размер и к.п.д.

Основное выражение для определения индуктивности катушки в па­раллельном переключателе можно получить, используя соотношение, имеющееся для последовательного переключателя, учитывая переста­новку элементов схемы относительно входного и выходного напряже­ний. Таким образом:

clip_image004

Время включенного состояния обычно не зависит от параметров L С-контура, а определяется максимальным временем или наихудшим случаем. Часто, время включенного состояния устанавливается фикси­рованным, определяемым из выражения:

clip_image006

а время выключенного состояния изменяется так, чтобы получить желае­мое стабилизированное напряжение. Такой подход имеет некоторые пре­имущества; это значительно упрощает схему запуска переключателя, пото­му что время включенного состояния не влияет на выходное напряжение. Недостаток заключается в том, что напряжение пульсаций на выходе уве­личивается по мере уменьшения среднего тока нафузки, что ухудшает ста­билизацию. Альтернатива состоит в выборе наиболее низкой величины t^^

соответствующей условию минимальной нагрузки, либо в сокращении или изменении времени включенного состояния после запуска.

У параллельных переключателей есть один недостаток, состоящий в том, что они пропускают постоянное напряжение и нет возможности полностью выключить выходное напряжение. В случае если работа пе­реключающего элемента нарушена и он остается открытым, входное напряжение проходит напрямую к нагрузке. Параллельный переключа­тель, схема которого показана на рис. 15.4, непосредственно не годится для получения выходных напряжений меньших входного.

Видоизмененная схема параллельного переключателя изображена на рис. 15.5. В этой схеме вторичная обмотка катушки индуктивности ис­пользуется и для изоляции, и для понижения напряжения. Хотя, как по­казано на рисунке, заземлен вывод, имеющий отрицательный потенциал, можно заземлять и другой вывод. Обратите внимание на маркировку об­моток катушки индуктивности — для правильной работы диод должен быть смещен в обратном направлении в течение времени замкнутого по­ложения ключа. Хорошая катушка индуктивности требует, чтобы обмот­ки имели сильную связь, иначе на переключающем элементе будут появ­ляться большие броски напряжения, сокращающие предполагаемый срок службы этого устройства.

Рис. 15.5. Схема параллельного коммутатора, в котором устранено сквозное прохождение постоянного напряжения. В этой схеме, посто­янное выходное напряжение может быть или положительным или отрицательным, а также выше или ниже входного напряжения. Кроме того, здесь осуществлена гальваническая развязка между входной и выходной цепями.

clip_image008

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