Узел пуска - форсировки

Узел обеспечивает форсированное выключение силового транзистора, что позволяет повысить частоту за счет сокращения времени рассасывания носителей зарядов, а также сократить коммутационные потери при выключении. В схемах с самовозбуждением он обеспечивает также пуск преобразователя. Чтобы начала действовать положительная обратная связь и один из двух транзисторов включился, он при пуске должен находиться в активном режиме, а не в режиме отсечки. Для этого может быть достаточно теплового тока коллектора. Однако тепловой ток подвержен большому разбросу у отдельных экземпляров транзисторов, а также сильно зависит от температуры. Поэтому такой естественный пуск является ненадежным.

Элементами узла пуска - форсировки являются форсирующий конденсатор С, опорные диоды VD и пусковой резистор R. Источник тока и обмотка замещают базовый трансформатор. Эквивалентный ключ S учитывает насыщение сердечника, а в схемах с независимым возбуждением, где сердечник управляющего трансформатора не насыщается, роль ключа S выполняют транзисторы в цепи первичной обмотки. Вместо цепочки диодов может устанавливаться один диод с последовательным резистором, либо низковольтный стабилитрон.

При протекании управляющего тока в цепи управляющего перехода силового транзистора VT конденсатор заряжается до напряжения, равного сумме прямых падений напряжения на диодах (при двух диодах около 1.6 В). Насыщение сердечника управляющего трансформатора эквивалентно замыканию ключа S. При этом заряженный конденсатор подключается к управляющему переходу в запирающем для него направлении, что приводит к протеканию обратного тока и ускоренному выносу носителей заряда. Тем самым производится форсированное выключение силового транзистора.

Пусковой резистор переводит транзистор в активный режим работы. Поскольку при пуске на закрытом транзисторе есть напряжение с положительным полюсом на коллекторе, то через пусковой резистор и вторичную обмотку трансформатора при пуске потечет ток, заряжающий конденсатор с полярностью, обратной в сравнении с помеченной на рисунке. Как только напряжение на обкладках достигнет порогового для управляющего p - n перехода, ток резистора потечет в нем в отпирающем направлении.

Напряжение на обкладках форсирующего конденсатора целесообразно принимать в пределах (1.5 - 4)В. Запасаемый на обкладках заряд должен быть в (2 ¸ 3) раза больше заряда восстановления управляющего p - n перехода t_жi_у, где t_ж - время жизни неосновных носителей заряда, которое составляет обычно для биполярных транзисторов сек. Пусковой резистор R принимается таким образом, чтобы при полном напряжении питания, приложенном к транзистору, обеспечить ток в базе порядка (3 ¸ 10)mA.

Иногда вводят также последовательный резистор в цепь базы с падением напряжения на нем порядка (1 - 2)В. Он уменьшает влияние разброса собственных сопротивлений управляющих переходов и симметрирует, тем самым, характеристики двухтактных схем в положительный и отрицательный полупериоды. Кроме того, ограничивается амплитуда отрицательного тока в управляющем p - n переходе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Почему ненадежен режим естественного пуска в схемах ЭТ с самовозбуждением?

2. Поясните состав узла пуска - форсировки и назначение отдельных элементов.

3. Каким образом рассчитываются конденсатор и резистор узла?

4. С какой целью вводится последовательный резистор в цепь базы силового транзистора?
1.3.4 ТПН с независимым возбуждением

Рис. 1.3-6

Схемы с самовозбуждением, совмещая функции силовой схемы и системы управления, проще схем с независимым возбуждением. Однако при всяком совмещении функций возникают ограничения. Например, в схеме Ройера индукция в сердечнике трансформатора не может быть принята меньшей индукции насыщения , что затрудняет охлаждение сердечника, в особенности при повышенных частотах и мощностях. Затруднено регулирование параметров управляющих сигналов, например, с целью изменения длительности импульсов, либо частоты их повторения. Поэтому при повышенных мощностях, когда доля системы управления в стоимости преобразователя невелика, переходят к независимому, либо комбинированному возбуждению. Система управления при этом усложняется, но расширяются возможности управления.

На рис.1.3-6 приведена схема с независимым возбуждением и нулевым исполнением инвертора и выпрямителя. Ток независимого возбуждения формируется ключами VT3 - VT4 (полевые или биполярные транзисторы). При включении VT3 в верхнюю первичную полуобмотку управляющего трансформатора T2 ток поступает от источника питания, включающий силовой транзистор VT1 инвертора. Это следует из принятой маркировки обмоток. В согласии с законом полного тока вторичный ток создает напряженность поля другого знака в сравнении с первичным: в то время как первичный ток втекает в начало обмотки, вторичный вытекает из него. Часто в подобных преобразователях используют пропорционально - токовое управление (обмотки ). Следовательно, ток независимого возбуждения, задаваемый резистором R, может быть невелик и составлять 0.10.2 от номинального тока базы. Чтобы обеспечивалась работа преобразователя на холостом ходу, ток независимого возбуждения должен быть не меньше намагничивающего тока управляющего трансформатора. Падение напряжения u_б между базой и эмиттером силового транзистора, приведенное к виткам первичной полуобмотки , не должно превышать примерно половины минимального напряжения питания. Тогда на величине тока возбуждения будет мало сказываться разброс величин и их зависимость от температуры.

Рассмотрим коммутационные процессы. Чтобы произошло переключение, необходимо включить на некоторое время оба транзистора VT3 - VT4. При пропорционально - токовом управлении это принципиально необходимо, так как иначе проводящий транзистор будет удерживаться в состоянии проводимости большой намагничивающей силой (н.с.) обмотки , несмотря на изменение полярности н.с. обмотки . При одновременном включении VT3 - VT4 обмотка замыкается накоротко, поэтому падает до нуля и напряжение на базовых обмотках. Проводивший ток транзистор VT1 выключается, после чего выключением VT3 включается VT2.

Если нет пропорционально - токового управления, то перекрытие интервалов включенного состояния управляющих транзисторов также полезно. Оно позволяет устранить сквозные токи, возникающие на интервале рассасывания носителей зарядов в проводившем ток силовом транзисторе. Без перекрытия оба транзистора VT1 - VT2 оказываются на некоторое время включенными одновременно, что равносильно короткому замыканию источника питания. В самовозбуждающихся преобразователях этого явления не возникает, так как очередной силовой транзистор не может включиться до той поры, пока не выключился предыдущий.

Поясним работу структурных звеньев системы управления. Задающий генератор ЗГ выдает прямоугольные импульсы удвоенной частоты с длительностью , равной требуемому интервалу перекрытия (рис.1.3-6,б). Распределитель импульсов РИ (счетный триггер) превращает их в двухфазную последовательность основной частоты (рис.1.3-6,в-г). Суммируя его сигналы с сигналом ЗГ, получаем управляющие сигналы ключей VT3 - VT4 (рис.1.3-6,д-е).

Цепи баз силовых транзисторов обычно содержат форсирующие звенья, рассмотренные в разд.1.3.3.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Сопоставьте преимущества и недостатки самовозбуждения и независимого возбуждения в ЭТ.

2. Какие узлы содержит схема с независимым возбуждением и каково их назначение?

3. Назовите составляющие тока базы силового транзистора и соотношение между ними.

4. Поясните коммутационные процессы в схеме и назначение интервала перекрытия управляющих транзисторов.

5. Поясните работу функциональных звеньев системы управления.