Резонансты кернеу түрлендіргіштері

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ

БIЛIМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛIГI

Қаныш Сәтбаев атындағы

ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТI

Есептеу Техникасы кафедрасы

Реферат

оқытушы: Сагындикова

студент: Елбаев Н.

Арыстанбеков Д.

тобы: Рэтб - 04 - 4К

мамандығы: 050719

Алматы 2006

Мазмұны

Кіріспе . . . 3

Резонансты кернеу түрлендіргіштерінің мінездемесі . . . 5

Кернеу түрлендіргішінің бирезонансты режимі . . . 10

Резонансты түрлендіргіштерге арналған кілтті транзисторларды таңдау . . . 12

ЖВҚҚ - лардың модульдік салынуы . . . 13
Кіріспе

СВЧ - радиотаратқыш құрылғыларына қойылатын талаптар аппаратураладың массасы мен көлемдрінің кішірейіуін қажет етеді. Біріншіден бұл жоғары вольтті қорек көздеріне айтылады. Соңғы уақытта ЖВҚҚ - ға қойылатын талаптар қорек көзінің тиімділігін тек қана ПӘК есебінде ғана емес, бүкіл ПӘК - тардың қосындысы деп түсінуге болады. Осындай жаңарту жаңа схемотехникалық жұмыстарды әзірлеуге және қорек көздері жұмысының басқа принциптерін қалыптастырады. Қорек көздерінің ең алғаш көп таралған түрлері бұлар жиілігі 50, 60 және 400Гц айнымалы тоқ желілері. Сондықтан барлық ЖВҚҚ - ларды екі топқа бөлуге болады: желінің төмен жиілігіндегі кернеудің трансформациясы, аралық желілік кернеудің жоғары жиілікке трансформациясы. Біріншісінің тиімділігі нашар болып келеді. Себебі: төменжиілікті трансформаторлардың орам сандарыны көп, массасы ауыр, шықпалы фильтрлері көп, қорғаныс жүйесінің аз жұмыс жасауы. ЖВҚҚ - ның массасының төмендеуі, шықпалы LC - фильтрлерінң көлемінің төмендеуі тек қана схемотехниканың жиілігінің түрленуімен жүзеге асады. Тоқ пен кернеуі бар түрлендіргіштердің қосылу жиілігінің артуы энергияның шашылуына байланысты динамикалық жоғалтуларға әкеп соқтырады. Негізгі элементтің жүрісі кезінде инверторлық кілттердің пайда болуы және энергияның шашылуы ашық немесе жабық күйінде болады. Жоғары жиілікті импульсті түрлендіргіштердің мұндай басымдылығы ЖВҚҚ - де төмендейді. ЖВҚҚ - де үлкен трансформация коэфициенті n бар жоғарывольтті үлкейткіш трансформатор болады. Осының нәтижесінде жүздеген пикофарадты құрайтын бөлшектер инвертордың шығысына жиналады. Сондықтан босжүріс инверторының орташа тоғы пайдалы тоқ құраушысына берілетін жүктен кейде асып кетеді, ал импульсті тоқ бірнеше есе асып түседі. Транзисторлардың әр циклдегі қосылуы кезінде бөлшектердің қайта зарядталуы тоқтың өсуіне себеп болады. Транзисторлардың максималды тоқ пен қуаттың шашырауы салдарынан жұмыс істеуінің нәтижесінде әрі қымбат әрі қуатты қондырғылардың пайдаланылуы байқалады. Шықпалы түзеткіш диодтарда болатын кернеу мен тоқтардың өзгерісі салдарынан ауыр жағдайда жұмыс істейді. Импульсті түрлендіргіштердің кемшілігі - импульсті бөгеуліктердің жоғары болуы. Осының салдарынан ЖВҚҚ мен басқа электронды құрылғылардың электронды сәйкестігі бұзылады. Тәжірибе көрсеткендей ВЧ - фильтрлерінің қолданылуына қарамастан шықпалы сигналдар бөгеуліктерден арылмайды. Импульстедің ұзақтығының аздығынан күшті түрлендіргіштер өздері бөгеуліктер жасай бастайды. Түрлендіргіштің мұндай жұмысы жақсы нәтижелер бермейді. Транзисторлардың коммутация салдарынан және қуаттың жоғарлығының нәтижесінде, ПӘК - тің төмендеуінен қуаты 1кВт - тан асатын ЖВҚҚ - құру дұрыс болмайды. Осы кемшіліктер кернеудің резонансты түрлендіргіші бар ЖВҚҚ - де болмайды. Жұмыс істеу принципі бойвнша оларды үш топқа бөлуге болады:

1. Квазирезонансты ЖВҚҚ, бұларда шықпалы контур резонансты сыйымылықпен бірге пайда болады. Қорлану принциптері, энергияны тарату және кернеуді жөнге салу ШИМ - түрлендіргіштеріне ұқсайды. Транзисторлардың ауыстырып қосылуы тоқтың немесе кернеудің нөлдік режимінде болады. Динамикалық жоғалтулардан басқа түрлендіргіштің аталған класына көшу кезінде жоғарыда айтылған барлық кемшіліктер ЖВҚҚ - не де тиісті болады.

2. Е - класының түрлендіргіштері. Бұл қуат күшейуінің негізгі каскады, коммутация кезінде өзінің параметрін ауыстыратын, тербелмелі контур арқылы жүзеге асатын шықпалы қасиеттерінің жиыны. Тоқ кілт пен кернеу арқылы өткенде динамикалық жоғалту кезінде синусойдалы түрге келеді. Түзеткіштің формасы кірісі кезінде түзуге ұқсайды, бірақ бұл жоғары вольтті түзеткішті диодтарда динамикалық жоғалтулардың проблемасын шешуге септігін тигізбейді. Негізгі кемшілік - жабық кілттердің кернеуі қорек көзінің кернеуінен асып түсуі, бұл жағдай аталған түрлендіргіштер класының желілік ЖВҚҚ - ларда қолданылмайтынын білдіреді.

3. Жүйелі тербелмелі контурлы түрледіргіштер, синусойдалы тоқ пен кернеу пайда болу үшін қолданылады. Олардың тоқ пен кернеудің түзу формалы класикалық импульсті түзеткіштерінен артықшылығы:

● транзисторлардың ауысып қосылуы нөлдік тоқ пен кернеу кезінде

мүмкіншілігі бар, динамикалық жоғалтулардың төмендеуімен қатар

түрлендіргіштің ортақ ПӘК - нің өсуіне мүмкіншілігі бар.

● Синусойдалы тоқ спектрдің енін қысқартып және ШИМ - инверторларыына

қарағанда ЖВҚҚ - лардың бөгеттерін 15 - 20дБ - ге қысқартады. Сонымен

қатар сыртқы және ішкі электромагниттік сәйкестіктердің проблемалары

шешіледі.

● Жоғары вольті трансформатордың паразитті сыйымдылықтарының қайта

зарядталуына байланысты үлкен импульсті тоқтардың жоқ болуы. Аталған

жағдайда сыйымдылық трансформация коэфициентінен өтіп, параллель

жатқан сыйымдылықтың контурындағы инверторлардың кілттеріндегі

жоғалтулардың пайда болуына жол бермейді.

● Диодтардың бұрынғы қалпына келуіндегі түзеткіштің жеңілденген жұмыс

режимі.

● Синусойдалы кернеудің жұмысы кезінде шығысында бірнеше каналдардың

көпфазалы кернеулердің қосылуы - жоғары жиілікті пульсацияларды тиімді

қолданылуына мүмкіндігі бар.

● Жүйелі резонансты контурдың бар болуы - түрлендіргіштерге шектеулі

тоқтың қасиеттерін береді, шықпалы қасиеттердің жеңілдігі және олардың

параллельді немесе жүйелі жұмысы нәтижесінде ЖВҚҚ - арналған керекті

энергетикалық қасиеттерді алуына мүмүкіндігі бар.

● Түрлену жиілігінің өзгеруі арқылы шықпалы кернеуді жөнге салуға болады.

Қазіргі кезде қазіргі заманғы жоғары вольтті резонансты ЖВҚҚ - ны қолдану перспективті жағынан алғанда ең тиімді шешім.

Резонансты кернеу түрлендіргіштерінің мінездемесі.

Қуатты (500 Вт астам ) резонансты түрлену кернеуі бар ЖВҚҚ - де максималды тиімді жұмыс үшін диагональ бойынша жүйелі контурлы инвертордың көпірлі схемасын қолдану керек. Төмендегі суретте оның схемасы келтірілген:

1-сурет. Басқару схемасы

Түрлендіргіш кілтті транзисторлардағы VT1 - VT4 инверторлардан, көпір диагоналіне қосылған жүйелі резонансты контурдан тұрады. Жүктеу С контурын құрастырушы сыйымдылыққа параллель қосылған, бұл жоғары жилікті трансформатор екіжартылай периодты түзетілген кернеулі пульсация фильтрі бар түзеткіш. Құрастырушы контур жүктеме кедергісі трансформатордың және түзу кернеулі бірінші гармоникалы фильтрдің функциясын атқарады. Басқару жүйесі әр транзисторға арналған кернеуді құрастырады. Резонансты түрлендіргіштің амплитуда - жиілікті, жүктеме және жөнге салу қасиеттерінің коэфициенті Кр 2 және 4 суреттерде келтірілген:

2-сурет . Амплитудалы жиілікті қасиеті

Графиктер тәжіибе жүзінде сәтті қолданылып, резоннсты инверторлардың параметрлік модельдерін есептеу программасы бойынша келеді. Графиктерде келтірілген : K(Rn) - Rn жүктемесінң контурлық тарату коэфициенті, Кр - Rn - минималды жүктемесінің резонансы кезіндегі тарату контурының козфициенті, F - контурдың қозу жиілігі, Fp - минималды жүктеме кезіндегі контірдың резонансты жиілігі, К1(F) және K(F) - бірінші және барлық гармоникалардың жиынтығы ьойынша контурдың тарату коэфициенттерінің байланысы, Fup(Rn) /Fp - ЖВҚҚ - нің тұрақты шықпалы кернеу кезіндегі жиіліктің нормалы тәелділігі , Fdn(Rn) /Fp - жаңағы сияқты бірақ төменгі орналасу бойынша.

3-сурет. Жүктеме қасиеті

4-сурет. Жөнге салу қасиеті

Жүктеме немесе кернеудің өзгерісі нәтижесінде резонансты ЖВҚҚ - нің шықпалы кернеуінің жөнге салу немесе стабилизациясы келесі әдістер арқылы іске асады:

● резонансты жиіліктегі Е кернеу қорегінің жөнге салуы, мысалы кірісінде қуат

корректорының коэфициенті болса;

● Кілтті транзисторлардың коммутация жиілігінің жөнге салуы

салыстырылмалы түрде құрастырушы контурдың резонансты жиілігінде

жүреді.

● Жиілікті импульсті әдіс бойынша.

Бірінші әдіс жүктемелердің аз ғана кедергісі нәтижесінде іске асады, себебі

үлкен контурлыық тоқтар бар болғандықтан резонансты ЖВҚҚ тиімділігі

төмендейді. Ең әмбебап және тиімді жөнге салу және шықпалы кернеудің

стабилизациясы әдісі бұл - жиілікті әдіс. АЖҚ - контуры 2-сурет жиілікті

жөнге салудың екі әдісін құрастыруына мүмкіндік береді: түрлену жиілігінің

жоғары орналасуы, немесе резонансты салыстырылмлы төмен орналасуы.

Резонансты ЖВҚҚ құру кезінде түрлендіргіштердегі төменгі контурлардың

қолданылуын ескеру қажет(Кр= 1, 4 . . . 3) :

● Жұмыс режимінің төмен орналасуы тұрақты жүктеме кезіндегі шықпалы

кернеудің жөнгет салу диапазонын 10% - ке дейін көтеруіне мүмкіндік береді.

Инвертордың құрастырушы контурында сыйымдылық реакциясы бар,

сондықтан кілтті транзисторлардың ашық күйінде түрлендіргіштің

диаогнальдардың біреуі арқылы контурлық тоқ нөлден өтіп қана қоймай өз

бағытын қарсы жерге ауыстыра алады. Кілтті транзистордың инверсты

жұмысынан басқа бұл ішкі диодтың ашылуын туғызады. Өйткені ол ақырын

қалпына келеді(tвособр 0, 5 мкс), трназисторлардың ауысып қосылуы кезінде

құрылғылардың диодтары ашық қалады, бұл өтпелі тоқтардың пайда болуына

әкеп соғады, ал кейде кілтті транзисторлардың істен шығуына септігінтигізеді.

● Жоғары орнатылуы бар жөнге салу контурдың резонансты жиілікте жұмыс

істеуіне мүмкіндік бермейді, себебі АЖҚ нүктесі максимумы мен жиілік

арасындағы айырмашылыққа байланысты. Енді түрлендіргіштердегі

жоғалтуларды қаратырайық. Оларды екі топқа бөлуге болады: статикалық

және динамикалық. Статикалықтарға ашық кілттегі rs кедергісіндегі Pst

жоғалтуы жатады. Динамикалықтарға ton(toff) уақытындағы транзистордың

ауысып қосылуы кезіндегі жоғалтуымен қатар кернеу қорек көзінің Е және

түрлендіргіш жиілігінің F құрылғы каналы арқылы шықпалы Сds

сыйымдылығының жоғалтуы жатады. Кілттердегі статикалық жоғалтулар

келесі түрлермен анықталады:

бұл жердегі rs - ашық күйдегі кілттің кедергісі, rkmod(RH) - комплекстік кедергінің контурының модулі мен жүктеменің байланысы.

F(RH) - резонансты түрлендіргіштің жөнге салу мінездемесі. Дроссельдегі жоғалтулар келесі жолмен анықталады:

r - дроссельдің активті кедергісі. Кілттің қайта зарядталуында тұрған шықпалы паразитті сыйымдылықтың динамикалық жоғалтуының қуаты келесі формуламен анықталынады:

Сds - кілттің шықпалы сыйымдылығы.

Транзистор өшірілу кезіндегі динамикалық жоғалтулардың қуатын табамыз, транзистордың өшірілу уақытында (toff = 50…100HC) контурлық тоқ айтарлықтай өзгермейді. Контурдағы түрлену жиілігіндегі тербеліс периоды 50 - 200 кГц транзистордың өшірілу уақытынан жүз есе асып түседі. Өшіру кезіндегі жоғалтудың қуатын келесі формуламен табуға болады:

бұл жердегі i(RH) - транзистордың өшірілуі кезіндегі одна ағып өтетін тоқ.

бұл жерде - фазалық жөнге салу мінездемесі. Алдыңғы екі формуланы қосып P off - анықтама береміз:

Бір кілттегі жоғалтуларды келесі формула бойынша анықтауға болады:

Енді ортақ түрлендіргіштің ПӘК - і мынаған тең болады:

бұл жерде P(R - түрлендіргіш қолданылатын қуат, k = 4 көпірлік, k =2 жартылай көпірлік инверторлар үшін.

Кернеу түрлендіргішінің бирезонансты режимі.

Келешек резонансты инверторлардың тиімділігін жоғарлатуы, кілтті транзисторлардың қосымша резонансты ауысып қосылуының алгоритміне енуі болмақ. Бұл алгоритмінің ерекшелігі - екі резонансты процесстердің болуы:

● LC оконтурындағы құрастырушы резонансты процесс, шаық кілттерде

энергияны инвертордан жүктемеге беріп отырады;

● L индуктивтілігіндегі басқарушы импульстік энергиямен шықпалы қайта зарядталған транзисторлардың сыйымдылықтарының арассындағы резонансты процесс.

Кернеу паузасы кезіндегі шықпалы сйымдылық кілттерінің қайта зарядталуы, жұп транзисторлардың қос жұбы қосылған кезде олардың шықпасында нөлдік кернеу орнайды. Жалпы резонансты процесс түрлендіргіштерде кілттердің қосылуы уақытында кернеу нөлді көрсететін болады. Сондықтан транзисторларда кері кернеу пайда болмас үшін транзисторларды қарсы параллельді диодтармен жауып тастау керек.

5-сурет. Басқару импульстері резонансты прцесске тең уақытта

болғандағы инвертор диагональдарының осцилограмма кернеуі.

Басқа диагональдар транзисторларының қосылуына дейін диодтар ашылып үлгермейді. Бұл түрлендіргіштің жұмысына ең қолайлы режим. Егер құраушы индуктивтілігіндегі энергия шықпалы сйымдылықтарының қайта зарядталу энергиясынан көп болса онда онда оның кейбір бөлігі ішкі диодтар арқылы өтетін инвертордың қорек тізбегіне берілетін болады.

Ол процесс 6-суретте көрсетілген: