Параметры коммутаторов

Основными параметрами являются амплитуды напряжения и тока ключа, а также средний ток через него. Для инверторного коммутатора они приведены в таблице 1.3.1, а для выпрямительного их можно получить заменами u_п на u_н и на . Приведем соображения для их определения

Таблица 1.3.1 Напряжения и токи инвертора.

Вид схемы	Амплитуда напряжения на ключе   Um	Средний ток ключа   I0	Амплитудный ток ключа   Im	Амплитуда напряжения на первичной обмотке Um1	Действующий ток первичной обмотки
Мостовая	uп			uп
Нулевая	2uп			2uп
Полумостовая	uп		2		2
Однотактная при	2uп		2	uп

Амплитуду напряжения на ключе необходимо связать с известным напряжением питания или нагрузки. В полумостовой схеме (рис.1.3-3) и, аналогично, в мостовой при включении VT2 к VT1 подводится напряжение питания. В нулевой схеме (рис.1.3-1) оно подводится при этом к нижней первичной полуобмотке трансформатора и, трансформируясь в верхнюю полуобмотку, удваивается и через включенный VT2 подводится к VT1. В однотактных схемах на разомкнутом ключе S (рис.1.3-9) действует сумма напряжения питания и напряжения на первичной обмотке в интервале размагничивания сердечника, которое при может быть принято равным напряжению питания (t_p = t_s в 1.3.6).

Средний ток ключа определяется делением среднего тока источника питания (в выпрямителе - нагрузки) на число параллельных ветвей в коммутаторе. При этом конденсаторы можно считать разомкнутыми, поскольку средние токи в них равны нулю. В мостовой и нулевой схеме число параллельных ветвей равно двум, а в полумостовой и однотактной - одной.

На рис.1.3-14 показана форма напряжения и тока ключа с учетом принятого в разд. 1.3.7.1 допущения о постоянстве этих величин в течение полупериода. Амплитудное значение тока, очевидно, вдвое выше среднего.

Силовые диоды выбирают по амплитуде напряжения и среднему току, для транзисторов, кроме амплитуды напряжения, определяющим является обычно амплитудный ток.

При оценках и сопоставлении вариантов полезно определить, кроме напряжений и токов, также установленную мощность ключевых элементов. Она равна произведению амплитуды напряжения на амплитуду тока (для транзисторов) или на средний ток для диодов:

, (1.3.9)

где n - число ключей в коммутаторе.

1.3.7.3 Частота промежуточного звена

Она является внутренним параметром ТПН и поэтому выбирается при расчете. Чем выше частота, тем меньше масса и выше к.п.д. трансформаторов и фильтров, но больше коммутационные потери и связанный с ними нагрев полупроводниковых ключей.

Точный расчет коммутационных потерь сложен в связи с влиянием ряда трудно- учитываемых факторов. В первом приближении можно пренебречь потерями при включении, а потери при выключении оценить по верхнему пределу, принимая следующие допущения, которые поясняются на примере полумостового коммутатора (рис.1.3-15).

1. Напряжение на выходящем из насыщения транзисторе (пусть это будет VT1) нарастает скачкообразно, то есть собственной емкостью транзистора пренебрегаем. Напряжение нарастает до значения u_к=U_m, при котором отпирается транзистор VT2 противоположного плеча, выполняющий в начале интервала проводимости функцию обратного диода (на рис.1.3-15,а показан пунктиром). Обратный диод пропускает выходной ток i_в, изменение полярности которого запаздывает в связи с наличием индуктивности рассеяния L_s силового трансформатора.

2. Спад тока в выключающемся транзисторе происходит по линейному закону в течение интервала времени t_ф (рис.1.3-15,б).

3. Индуктивность рассеяния L_s велика настолько, чтобы поддержать эквивалентный обратный диод VD в открытом состоянии до окончания интервала t_ф, что позволяет принять на выключающемся транзисторе u_к=U_m.

Учитывая, что средний ток транзистора на интервале t_ф равен , получаем с учетом первого равенства (1.3.9) коммутационные потери

или 1.3.10)

где - относительные коммутационные потери.

Фронт спада коллекторного тока обычно составляет ()10^-6 c. Принимая для примера t_ф=10^-6 c и допустимые коммутационные потери =0.02, получим f=10⁴ Гц.