2020-01-14
143
На рис. 3. приведена схема сетевого выпрямителя ФВФ с фильтрующими элементами.
Рис.3. Схема сетевого выпрямителя ФВФ.
Мостовой выпрямитель напряжения сети 
выполнен на диодах 
. На его выходе включен емкостной фильтр, в качестве которого используется конденсатор 
, сглаживающий низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения. Резистор 
является нелинейным сопротивлением, ограничивающим пусковой ток заряда конденсатора при первоначальном подключении ИВЭП к сети 
. Необходимость введения этого резистора в схему ИВЭП вызвана тем, что емкость конденсатора 
велика (составляет десятки-сотни микрофарад), и его заряд, например, в момент времени, когда мгновенное значение синусоиды сетевого напряжения равно максимальному значению 
обусловит появление импульса тока большой амплитуды. Практически, если не принимать специальных мер, амплитуда может значительно превышать установившееся значение тока, потребляемого ИВЭП от сети, достигая величин в десятки, иногда сотни, ампер. Сопротивление нелинейного резистора в холодном состоянии (в момент включения ИВЭП) максимально. По мере заряда конденсатора 
резистор разогревается, его сопротивление уменьшается и после полного заряда сопротивление практически не влияет на энергетические характеристики ИВЭП.
Кроме низкочастотного фильтра (
) в схеме выпрямителя, рис. 3, имеются высокочастотные фильтры. Во входной цепи установлен фильтр, состоящий из двухобмоточного дросселя 
и конденсаторов 
. Дроссель и конденсатор Свч3 ослабляют синфазные ВЧ помехи, которые существуют между питающими проводниками ИВЭП, а конденсаторы 
и 
снижают уровень дифференциальных ВЧ помех, которые возникают и распространяются между корпусом прибора и питающими проводниками. Для ВЧ помех проводник Общ.ВЧ является эквипотенциальным для всех высокочастотных напряжений, возникающих в ИВЭП или приходящих извне от сети. В общем случае этот проводник рекомендуется соединять, если это возможно, с соответствующим качественным внешним заземлением.
Как известно, нагрузочная характеристика выпрямителя с емкостным фильтром имеет падающий вид, т.е. с увеличением тока нагрузки напряжение 
уменьшается, а с уменьшением тока нагрузки – увеличивается. Максимальное значение напряжения, которое имеет место при холостом ходе выпрямителя, определяется:
Т.е. Епмакс больше, чем действующее значение напряжения сети ЕС.Д.
Выпрямители с емкостным фильтром обладают и недостатками: 1) падающий характер нагрузочной характеристики является недостатком выпрямителя, так как появляется дополнительная составляющая нестабильности напряжения на входе импульсного преобразователя; 2) существенно несинусоидальной и импульсной форме тока, потребляемой им от сети переменного напряжения. Причем, чем больше емкость конденсатора 
, то есть чем выше качество сглаживания напряжения 
(меньше величина пульсаций 
), тем меньше длительность импульсов потребляемого тока и больше их амплитуда.
Средний ток, протекающий через каждый из диодов выпрямительного моста VDc1,…,VDc4, находится:
Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диодам сетевого выпрямителя VDc1,…,VDc4, равно Епмакс, т.о. 
Емкость конденсатора сглаживающего низкочастотного фильтра:
Наличие в ИВЭП пускового тока требует, чтобы в выбранных диодах нормированная величина максимально допустимого импульсного тока 
превышала среднее значение в 5...20 раз. В справочных данных для выпрямительных диодов этот параметр приводится как одноразовый импульс прямого тока.
При выборе элементов рассматриваемых электронных схем следует учитывать, что для надежной работы ИВЭП требуется применение коэффициента запаса по средним и импульсным электрическим параметрам 
.
Силовой каскад ОПНО
Принципиальная схема силового каскада ОПНО "бестрансформаторного" ИВЭП приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема силового каскада ОПНО "безтрансформаторного" ИВЭП.
Здесь функции силового ключа S (см. схему рис. 2.) выполняет МДП-транзистор 
. Полевой транзистор с изолированным затвором индуцированным каналом n-типа. Временные диаграммы его работы показаны на рис.5.
Рис. 5. Временные диаграммы работы силового каскада.
Режим работы силового каскада по заданию - режим прерывистых токов (ПТ), характеризуется наличием нулевого значения тока в индуктивности 
на определенных интервалах времени функционирования преобразователя, что показано на временных диаграммах рис. 5.
Как видно из временных диаграмм 
, на рис. 5, в режиме ПТ разряд индуктивности 
вторичной обмотки 
трансформатора TV происходит за время
(1.1)
На интервале времени 
ток обмотки 
равен нулю. Это определяет сущность термина “прерывистый” ток, означающий прерывание тока индуктивности намагничивания 
трансформатора TV на протяжении определенных интервалов времени работы Т силового каскада, т. е. наличие тока вторичной обмотки трансформатора, а следовательно, и диода VDв , равно нулю.
В режиме ПТ для этапа времени 
накопления тока в индуктивности 
первичной обмотки справедлива схема рис.6.
Рис.6. Схема силового каскада на этапе накопления тока в индуктивности.
Функция изменения тока, протекающего через индуктивность 
:
(1.2)
Процессы разряда индуктивности определяются схемой рис.7.
Рис. 7. Схема силового каскада на этапе разряда индуктивности в нагрузку.
Условие выполнения режима ПТ имеет следующий вид:
(1.3)
Существенным отличием режима ПТ является принципиальное отсутствие в силовом каскаде коммутационных импульсов тока 
и 
. Это определяет увеличение надежности работы ИВЭП и повышение КПД и позволяет применять более высокие частоты преобразования 
по сравнению с режимом работы силового каскада в режиме НТ, однако, требует увеличения емкости конденсаторов 
и 
.
Рассмотрим работу демпфирующей цепи (ДЦ на схеме рис. 2). Она состоит из резистора 
, конденсатора 
и диода 
, которые показаны на схеме рис. 4. Необходимость введения этой цепи обусловлена следующими характерными процессами работы силового каскада.
Трансформатор TV обладает индуктивностью рассеяния Ls обмоток. Перед выключением транзистора VTS (в конце интервала времени 
) ток его стока был равен . Этот же ток протекал и через индуктивность Ls. Упрощенная эквивалентная схема интервала времени запирания VTS, то есть размыкания ключа S приведена на рис. 8.
Рис.8. Эквивалентная схема силового каскада на этапе демпфирования импульса напряжения сток-исток.
Здесь полярность напряжения на индуктивности LS, указанная без скобок и соответствующая показанному направлению увеличивающегося тока стока, соответствует открытому (предыдущему) состоянию ключа S (транзистора VTS). После размыкания ключа S увеличение тока стока прекращается и в соответствии с законом самоиндукции полярность напряжения на индуктивности LS меняется на обратную, что показано на схеме рис. 8 знаками в скобках. Если в схеме отсутствует демпфирующая цепь, то в момент времени запирания транзистора на ключе образуется импульс напряжения, амплитуда которого в идеальном случае будет равна бесконечности.
После смены полярности напряжения на индуктивности LS открывается диод VDД и накопленная в ней энергия поглощается конденсатором СД, обеспечивая снижение амплитуды импульса напряжения 
на переходе сток-исток транзистора VTS. В зависимости от величины емкости и напряжения 
, которое существовало на конденсаторе СД до момента времени размыкания ключа S, амплитуда импульса будет различной. Очевидно, что чем больше емкость СД и меньше напряжение , тем меньше будет амплитуда импульса напряжения 
. С точки зрения повышения надежности работы преобразователя требуется снижение амплитуды этого импульса, однако, это требует определенных энергетических затрат, что снижает КПД ИВЭП.
По окончании процесса разряда индуктивности Ls диод VDД запирается, так как напряжение на обмотке 
становится равным 
. После этого напряжение сток-исток VTS принимает значение
(1.4)
Так как в последующем напряжение на конденсаторе СД меньше, чем на обмотке , то он разряжается на резистор RД. Для наиболее эффективной работы демпфирующей цепи величина сопротивления RД должна быть такой, чтобы к концу интервала времени 
обеспечивался разряд конденсатора СД до напряжения
