Способы соединения ШИП и ТПН

Он получается введением двухтактного ТПН с полумостовой, мостовой или нулевой схемами инвертора в сечение DD’ в ШИП ( рис. 1.5-1 ) и объединением коммутаторов инвертора и ШИП. На рис. 1.5-2 приведена схема квазипрямоугольного ИВЭП с полумостовым инвертором. Она отличается от полумостового ТПН введением дросселя в выходной фильтр и изменением способа управления транзисторами, что позволяет дополнительно реализовать функции коммутатора ШИП.

При питании от однофазной сети переменного напряжения 220 В и использовании сетевого выпрямителя с емкостным фильтром на входе инвертора действует напряжение u_п, близкое к амплитудному напряжению сети В. Оно прикладывается к каждому из двух транзисторов поочередно, не удваиваясь, как в нулевой схеме, а в сравнении с мостовой схемой, которая дает то же напряжение на транзисторе; схема рис. 1.5-1 проще. Кроме того, наличие емкостей последовательно с первичной обмоткой трансформатора позволяет избежать одностороннего насыщения его сердечника.

При включении одного из транзисторов напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора. Это соответствует состоянию "импульс " в ШИП. Для получения паузы оба транзистора выключаются. Выходной ток i_в выпрямителя при этом не прерывается, поддерживаясь за счет энергии, накопленной дросселем L. Э.д.с. самоиндукции дросселя, преодолевая действие напряжения нагрузки, открывает оба диода и ток i_в распределяется поровну между двумя ветвями с диодом и вторичной полуобмоткой. Трансформатор не оказывает процессу одновременного открывания диодов сопротивления, поскольку равные токи ветвей направлены в полуобмотках встречно и сердечник не намагничивается. Напряжение на обмотках трансформатора в интервале паузы t₁t₂ равно нулю, поскольку вторичная обмотка замкнута накоротко проводящими диодами. Оно имеет почти (квази) прямоугольную форму(рис.1.5-1,б). На выходе выпрямителя действует напряжение обычной для ШИП формы с удвоенной частотой инвертора (рис. 1.5-1,в).

Таким образом, транзисторные и диодные ключи, рассматриваемые по отдельности, реализуют двухтактное инвертирование и выпрямление, а в попарной коммутации они реализуют функцию ШИП.

Пример исполнения системы управления и защиты квазипрямоугольного ИВЭП показан на рис. 1.5-3. Элементы силовой схемы наведены жирными линиями. Напряжение сети через предохранители, резистор, ограничивающий бросок тока при первоначальном заряде фильтрового конденсатора С1 и помехоподавляющие фильтры поступает на вход выпрямителя, снабженного RC - цепочкой для ограничения коммутационных перенапряжений. Транзисторы инвертора снабжены RCD - цепочками для разгрузки от коммутационных потерь при выключении. Затем следуют силовой трансформатор, нулевой выпрямитель с защитой диодов от коммутационных перенапряжений, силовой LC- фильтр, помехоподавляющие фильтры и тиристорный короткозамыкатель, срабатывающий при повышении напряжения нагрузки выше заданного порога. Ток разряда конденсатора ограничивается при этом дополнительным резистором.

Система управления (СУ) инвертора работает по принципу независимого возбуждения, но с пропорционально- токовым управлением транзисторами. Широтно-импульсный модулятор содержит задающий генератор ЗГ , генератор пилообразного напряжения ГПН, компаратор КМ, и действует по принципу, описанному в разделе 1.4.

Управляющее напряжение модулятора с помощью диодной логики выбирается наибольшим из выходных напряжений трех блоков правой части СУ. Основным из них является усилитель рассогласования по напряжению, который усиливает разность между фактическим напряжением нагрузки u_н и напряжением задания u_з. Если первое возрастает, то увеличивающееся управляющее напряжение u_у уменьшит длительность импульса t_и (рис.1.4-1,б), а при снижении u_н схема действует в обратном направлении. Результатом работы этого узла является стабилизация напряжения нагрузки.

Усилитель рассогласования по току ограничивает токовые перегрузки. Сигнал, пропорциональный фактическому току нагрузки, снимается с шунта R и сравнивается с двумя порогами i_з1 и i_з2 (второй из них больше). При достижении током первого порога появляется и начинает плавно, по мере увеличения разности i_н-i_з1, нарастать выходной сигнал блока, что ведет к снижению t_и и ограничению, тем самым, длительных токовых перегрузок. При коротком замыкании (КЗ) быстро нарастающий ток нагрузки i_н достигает второго порога i_з2 и тогда скачкообразно появляется сигнал u_у, достаточный для полного выключения инвертора (t_и=0). Тем самым ускоряется действие защиты при КЗ.

Необходимо защитить чувствительные к перенапряжениям микросхемы питаемой аппаратуры при возможных сбоях в работе системы управления, приводящих к устранению паузы t_п и повышению выходного напряжения. Узел защиты УЗ срабатывает при перенапряжениях и включает тиристорный короткозамыкатель, а также подает большое напряжение на компаратор с целью ограничивания тока КЗ путем уменьшения t_и (если этот канал не вышел из строя).

СУ питается от выпрямителя с трансформатором, который хотя и работает при частоте сети , но имеет малые размеры в связи с малой потребляемой мощностью ( блок питания БП ).

Аналогичным образом выполняется СУ и защита в рассматриваемых далее однотактных преобразователях.