Преобразователи постоянного напряжения

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное, требуемого уровня, называют конверторами. Они применяются в тех случаях, когда первичные источники энергии вырабатывают ее в виде постоянного напряжения. К таким источникам относятся: солнечные батареи, работающие на основе фотоэффекта, термоэлектрогенераторы, топливные элементы, использующие энергию химических реакций, аккумуляторы и электромашинные генераторы постоянного напряжения. Для приведения постоянных напряжений этих источников к требуемому уровню его стабилизация и регулирование производится с помощью конверторов. Достаточно часто на основе конверторов строятся бестрансформаторные высоковольтные источники и импульсные стабилизаторы напряжения.

Работа преобразователя основана на периодическом подключении источника (рисунок 17.1) с помощью ключа S к нагрузке. Постоянное напряжение преобразуется в импульсное , среднее значение которого можно регулировать. Времена замкнутого (t_и.- длительность импульса) и разомкнутого (t_п- длительность паузы) состояний ключа можно автоматически изменять, воздействуя на него сигналами, поступающими из системы управления СУ.

Рисунок 17.1 - Принцип действия ключевого преобразователя постоянного напряжения

В результате на выходе будет приложено импульсное напряжение, форма которого соответствует диаграмме, представленной на рисунке 17.2. Очевидно, что среднее значение напряжения на нагрузке, формируемое фильтром среднего значения Ф, будет зависеть от соотношения времен замкнутого и разомкнутого состояний ключа S. Согласно определению среднего значения напряжения можно записать

; (17.1)

где U_н ─ среднее значение напряжения на нагрузке;

Т ─ период переключения ключа S;

f ─ частота переключения ключа;

─ коэффициент заполнения.

Рисунок 17.2 - Диаграмма выходного напряжения импульсного преобразователя

Изменяя коэффициент заполнения , можно регулировать среднее значение напряжения на нагрузке . Регулирование напряжения в рассматриваемой схеме за счет изменения коэффициента заполнения можно рассматривать как модуляцию входного напряжения ключом S. Наибольшее распространение получила широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда — var, Т –const.

В широтно-импульсных преобразователях используется широтно-импульсная модуляция. По свойствам преобразователи подразделяются на понижающие , повышающиеи повышающие с инверсией .

Поскольку напряжение после ключевого элемента носит явно выраженный импульсный характер в ключевых преобразователях устанавливаются фильтры, состоящие из реактивных элементов- индуктивностей и емкостей. Назначение выходных фильтров — отфильтровать переменную составляющую напряжения, выделив среднее значение напряжения, уменьшив тем самым коэффициент пульсаций напряжения на нагрузке. Помимо выходных фильтров некоторые типы преобразователей содержат входные фильтры, предназначенные для уменьшения пульсаций тока, потребляемого от источника постоянного тока.