Стабилизация напряжения в статических преобразователях

Нагрузка преобразователя может меняться в широких пределах, кроме того, входное питающее напряжение может отклоняться от своего номинального значения, в этих условиях преобразователь должен поддерживать выходное напряжение в заданных пределах. Обычно ошибка стабилизации выходного напряжения не превышает 1%.

Совокупность конвертора, модулятора ширины импульсов и измерительного органа образуют систему стабилизации выходного напряжения. Рассмотрим работу конвертора, выполненного по двухтактной схеме (рис.1.46). На вход конвертора подается постоянное напряжение U_ВХ на выходе формируется постоянное напряжение U_ВЫХ. В схеме используется многообмоточный трансформатор, имеющий четыре одинаковые обмотки,
включенные последовательно.

Рис.1.46

Транзисторы конвертора работают в ключевом режиме и включаются по очереди, причем диаграмма их включения похожа на рис.1.43а. Пусть первую половину периода открыт транзистор VT1, тогда, если пренебречь падением напряжения на транзисторе, все напряжение источника (U_ВХ) будет прикладываться к обмотке W₂, и по ней начнет протекать ток, который будет создавать магнитный поток в сердечнике трансформатора. В результате в обмотке W₂ будет наводится эдс е₂, направленная навстречу приложенному напряжению U_ВХ и равная ему по величине. Во всех других обмотках будут также наводиться равные по величине и направлению эдс, так как все эти обмотки размещены на едином магнитопроводе. Эдс обмоток W₂, W₃, и W₄ суммируются и через диод VD2 подаются на нагрузку.

Таким образом, в период открытого состояния транзистора напряжение на нагрузке U_ВЫХ 3U_ВХ. В момент паузы, когда оба транзистора закрыты, напряжение U_ВХ через диоды VD1 и VD2, непосредственно подается на нагрузку, т.е. U_ВЫХ=U_ВХ. В следующую половину периода управляющего сигнала откроется транзистор VT2 и ток уже будет протекать через обмотку W₃, при этом в обмотках W₁-W₄ будет также наводиться эдс е, равная U_ВХ, но обратной полярности. В результате сумма 3-х эдс через диод VD1 будет подаваться на нагрузку. Таким образом, часть полупериода q(Т/2) (где q- коэффициент заполнения управляющего импульса) напряжение на выходе равно 3U_ВХ, а вторую часть полупериода (1-q)(Т/2) напряжение равно U_ВХ. Конденсатор С2 будет усреднять выходное напряжение. Найдем среднюю за полупериод величину выходного напряжения (U_ВЫХ.СР.).

U_ВЫХ.СР.=

Изменяя коэффициент заполнения q, можно регулировать выходное напряжение конвертора от U_ВХ до 3U_ВХ. Управляет величиной q модулятор ширины импульсов (МШИ) по сигналу от измерительного органа.

Схема стабилизации напряжения работает следующем образом. Допустим, что к преобразователю подключили нагрузку, тогда, вследствие падения напряжения на элементах фильтра, инвертора, напряжение на выходе преобразователя понизится. Это изменение зафиксирует измерительный орган и МШИ увеличит q; на выходе конвертора повысится напряжение, в результате оно повысится и на выходе преобразователя. При повышении напряжения процессы протекают в обратном порядке.

Контрольные вопросы

1. Для чего в АВР применяют реле времени?

2. Нарисуйте структурную схему источника бесперебойного питания, у которого полностью отсутствуют перерывы в электроснабжении.

3. С какой целью вводится «пауза на нуле» в инверторах?

4. Как изменится выходное напряжение конвертора, если увеличить число витков в обмотках W₁, W₄?