Повышающий преобразователь постоянного напряжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.

Институт электронной техники и машиностроения

Отчет по научно-исследовательской работе

По теме: « Импульсный преобразователь повышающий.Динамическая модель преобразователь КУКА»

Выполнил

Коломейченко Александр Николаевич

Саратов 2019



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОВЫШАЮЩЕГО КОНВЕРТОРА

3. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ

3.1 Анализ регулятора в режиме непрерывного тока дросселя

3.2 Режим прерывистого тока дросселя

3.3 Пульсации выходного напряжения в регуляторе

3.4 Влияние индуктивности рассеяния обмоток дросселя на работу регулятора

3.5 Внешняя характеристика регулятора

4. РАСЧЕТ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ

4.1 Определяем минимальное, номинальное и максимальное значения коэффициента заполнения

4.2 Из условия обеспечения непрерывности тока дросселя LK минимальная индуктивность

5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КУКА

ВЫВОД

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Преобразователи на основе дросселя

Стабилизаторы с ёмкостным накопителем не получили широкого распространения, так как они хорошо работают только при достаточно большом внутреннем сопротивлении первичного источника. Такая ситуация возникает достаточно редко, так как внутреннее сопротивление источников питания стараются уменьшить, для отдачи большей мощности в нагрузку и меньших потерь энергии в источнике (например, внутреннее сопротивление бытовой сети электроснабжения в жилых помещениях составляет обычно от 0,05 Ом до 1 Ом). При работе от источника с маленьким внутренним сопротивлением в качестве накопителя энергии целесообразно использовать дроссель, либо более сложные комбинации дросселей и конденсаторов. Рассмотрим некоторые простые разновидности преобразователя.

Преобразователь с понижением напряжения.

Кроме ключа S и дросселя L содержит диод D и конденсатор C. Когда ключ S замыкается, ток от источника течёт через дроссель L и нагрузку. ЭДС самоиндукции дросселя приложена обратно напряжению источника тока. В результате напряжение на нагрузке равно разности напряжения источника питания и ЭДС самоиндукции дросселя, ток через дроссель растёт, как и напряжение на конденсаторе C и нагрузке. При разомкнутом ключе S ток продолжает протекать через дроссель в том же направлении через диод D и нагрузку, а также конденсатор C. ЭДС самоиндукции приложена к нагрузке R через диод D, ток через дроссель постепенно уменьшается, как и напряжение на конденсаторе C и на нагрузке.

Преобразователь с повышением напряжения.

В этом преобразователе ключ установлен после дросселя. Когда ключ замкнут, ток от источника протекает через дроссель L, ток через него увеличивается, в нём накапливается энергия. При размыкании ключа ток от источника течёт через дроссель L, диод D и нагрузку. Напряжение источника и ЭДС самоиндукции дросселя приложены в одном направлении и складываются на нагрузке. Ток постепенно уменьшается, дроссель отдаёт энергию в нагрузку. Пока ключ замкнут, нагрузка питается напряжением конденсатора C. Диод D не даёт ему разрядиться через ключ S.

Возможно также совмещение этой схемы с предыдущей, что позволяет произвольно изменять величину выходного напряжения: как повышать, так и понижать. Для этого перед дросселем устанавливаются диод и ключ, как в предыдущей схеме.

Инвертирующий преобразователь.



В нём дроссель подключен параллельно источнику и нагрузке. Когда ключ S замкнут, ток от источника течёт через дроссель и быстро растёт. Когда ключ размыкается, ток продолжает течь через нагрузку R и диод D. ЭДС самоиндукции дросселя приложена в обратную сторону, по сравнению с напряжением источника. Поэтому напряжение к нагрузке также приложено в обратном направлении. Когда ключ S замкнут -- диод D закрывается, а нагрузка питается зарядом конденсатора C.

Во всех трёх схемах диод D может быть заменён на ключ, замыкаемый в противофазе к основному ключу. Во многих случаях, особенно в низковольтных стабилизаторах, это позволяет увеличить КПД. Такую схему называют синхронным выпрямителем.



1. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Схема преобразователя (рис. 1.1, а) позволяет получать напряжение на нагрузке выше, чем входное напряжение Е. Временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя, приведены на рис. 1.1,в.

Под воздействием системы управления СУ транзистор VT, работающий в ключевом режиме, периодически подключает дроссель источнику питания Е на время импульса и отключает его на время паузы . Период T относительная длительность управляющих импульсов задается системой управления. Когда транзистор VT находится в открытом состоянии, в дросселе запасается электромагнитная энергия. Диод VD при этом заперт, а конденсатор Сф и нагрузка отключены от входной сети. На этом этапе работы при открытом транзисторе энергия источника питания не передается в нагрузку, но происходит ее превращение в энергию магнитного поля дросселя. Конденсатор фильтра Сф разряжается на сопротивление нагрузки RH, благодаря чему в нагрузке протекает ток при закрытом диоде VD. При закрывании транзистора VT происходит скачкообразное изменение полярности напряжения на дросселе и ранее накопленная в нем энергия через диод VD поступает в нагрузку и конденсатор фильтра Сф. Для предотвращения насыщения сердечник дросселя выполняется с немагнитным зазором.

Временные диаграммы токов и напряжений построены при допущениях, что амплитуда переменной составляющей на конденсаторе Ucm значительно меньше среднего значения напряжения UH и все элементы преобразователя идеальны. Кривые токов и напряжений в преобразователе приведены для двух характерных режимов: непрерывного (рис. 1.1, г) и прерывистого (рис. 1.1, д) тока в дросселе . Режим непрерывного тока имеет место при значении индуктивности , большего некоторого критического . При таком значении индуктивности накопленная в дросселе электромагнитная энергия передается в нагрузку в течение всего интервала паузы .

При возникает режим прерывистого тока. В этом режиме из-за малого значения ток в индуктивности протекает в течение не всего интервала паузы, а лишь его части (рис. 1.1, д).

При ток в индуктивности уменьшается до нуля за время, равное времени

паузы . В этом случае постоянная составляющая тока индуктивности равна амплитуде пульсации этого тока , что следует из временной диаграммы для тока .

Поскольку постоянная составляющая напряжения на индуктивности L равна нулю, то для кривой положительные и отрицательные площади равны

откуда

Зависимость называется регулировочной характеристикой и она нелинейная. Если учесть активные сопротивления дросселя LK и диода, то регулировочная характеристика примет вид



где - усредненное активное сопротивление; - сопротивление дросселя и транзистора VТ; - сопротивление диода VD и дросселя . Графики для разных соотношений r и приведены на рис. 1.2, где .

Рис 1.1

Рис 1.2

Так как постоянная составляющая тока конденсатора в установившемся режиме работы равна нулю, то средние значения тока диода и нагрузки равны. Следовательно

,

а ,

Амплитуду пульсаций тока индуктивности определим, имея в виду линейный характер изменения тока . При включенном транзисторе справедливо следующее соотношение , (1.4)

где - рабочая частота преобразователя.

Амплитудное значение коллекторного тока

,

Максимальное напряжение на транзисторе

.

Сравнивая временные диаграммы тока диода и транзистора в режимах непрерывных и прерывистых токов, нетрудно установить, что при заданной мощности в нагрузке (равных средних значениях соответствующих токов) импульсные тока через транзистор и диод в режиме прерывистых токов больше, чем в режиме непрерывных токов. Поэтому режим непрерывных токов используется чаще. С этой целью индуктивность выбирают из условия LK > LKp.

Критическое значение индуктивности определим из условия

,

С учетом (1.2)-(1.4) и (1.6) получим

,



где - мощность нагрузки.

Внешние характеристики в режиме непрерывного тока рассчитываются по формуле (1.1), а для области прерывистого тока по выражению

,

Соотношения (1.1) и (1.8) получены в предположении линейного изменения токов и напряжений, поэтому недостаточно точны. Меньшую погрешность дают выражения, приведенные выше.

Внешние характеристики в области прерывистого тока резко поднимаются (рис. 1.3), поэтому работа преобразователя в этой области не рекомендуется.

Рис.1.3.

Достоинство работы в области прерывистых токов заключается в том, что отсутствуют динамические потери при включении транзистора, поэтому в случае, когда динамические потери превышают добавочные статические потери из-за большего переключаемого тока, используют частотно-импульсное регулирование [6]. В этом случае включение транзистора осуществляют в момент снижения тока дросселя до нуля.

Выполним расчет параметров повышающего преобразователя для следующих исходных данных: , , , , , , .

1. Минимальное, номинальное и максимальное значение коэффициента заполнения

2. Из условия обеспечения непрерывности тока дросселя LK минимальная индуктивность

.

Принимаем .

3. Пульсации тока в дросселе

.

4. Потребляемый из сети ток

.

5. Максимальный ток транзистора и среднее значение тока



2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОВЫШАЮЩЕГО КОНВЕРТОРА

Исходные данные: , , , , , , ,

1. Определим минимальное, номинальное, максимальное значения коэффициента заполнения

где - КПД конвертора.

2. Из условия обеспечения непрерывности тока дросселя LK минимальная индуктивность

.

Принимаем .

3. Пульсации тока в дросселе



.

4. Потребляемый из сети ток

.

5. Максимальный ток транзистора и среднее значение тока

6. Напряжение на транзисторе

7. Максимальный и средний ток диода VD

8. Емкость конденсатора исходя из заданной пульсации напряжения



9. Определяем емкость конденсатора исходя из обеспечения заданной амплитуды выброса напряжения при сбросе тока нагрузки от до



3. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОТРАНСФОРМАТОРНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ

Схема повышающего преобразователя с трансформаторным включением нагрузки приведена на рис. 3.1, а, а временные диаграммы, поясняющие его работу в установившемся режиме при непрерывных токах в дросселе на рис. 3.1, 6.

Рис.3.1 а, б

При включении регулирующего ключа коммутирующий диод, ранее находившийся в проводящем состоянии, выключается, а ток дросселя переключается на регулирующий ключ. На этом интервале времени коммутирующий диод находится под обратным напряжением, равным , где знак зависит от способа подключения коммутирующего диода по отношению к регулирующему ключу, а - ЭДС, наведенная на обмотке на интервале времени работы регулирующего ключа. Энергия, потребляемая от источника входного напряжения, идет на поддержание ранее накопленной энергии в дросселе регулятора и на ее увеличение. Нетрудно видеть, что на этом интервале времени коммутирующий диод блокирует подключение дросселя к нагрузке, и необходимая энергия в нагрузке обеспечивается фильтровым конденсатором Сф, через который протекает весь ток нагрузки.

При размыкании регулирующего ключа ток дросселя переключается на коммутирующий диод, а на регулирующем ключе действует напряжение . На этом интервале времени потребляемая от источника входного напряжения энергия идет в нагрузку и на увеличение энергии в конденсаторе фильтра. Протекающий на этом интервале времени ток через конденсатор равен разности тока дросселя и нагрузки.

Таким образом, в сглаживании пульсации выходного напряжения принимает участие только конденсатор фильтра Сф.

3.1 Анализ регулятора в режиме непрерывного тока дросселя

При получении основных соотношений будем считать, что времена переключения ключей малы по сравнению с временем их включенного состояния; емкость конденсатора фильтра имеет нулевое внутреннее сопротивление; индуктивность дросселя и емкость фильтра линейны для данных нагрузочных условий; пульсация напряжения на выходе регулятора мала по сравнению со средним значением выходного напряжения; между обмотками дросселя регулятора имеет место стопроцентная магнитная связь, т.е. индуктивность рассеяния равна нулю; используемые в регуляторе ключи идеальны; на входе регулятора действует идеальный источник напряжения; постоянные времени , , где индуктивности обмоток дросселя на интервале проводящего состояния регулирующего ключа и коммутирующего диода соответственно; - сопротивления обмоток дросселя; - время проводящего состояния регулирующего ключа и коммутирующего диода соответственно.

Учет приведенных допущений позволяет считать линейным закон изменения токов через ключи регулятора на соответствующих интервалах их работы.

Тогда на интервалах времени замкнутого и разомкнутого состояний регулирующего ключа токи через обмотки дросселя, а следовательно, и через соответствующие ключи в режиме непрерывных токов в обмотках дросселя изменяются в соответствии с выражениями

;

;

Токи в начале и конце работы соответствующих ключей связаны соотношениями

;

Индуктивность обмотки связана с индуктивностью обмотки выражением

;

Учитывая приведенные выражения и считая, что , а где и - время проводящего состояния соответственно регулирующего ключа и коммутирующего диода, найдем регулировочную характеристику регулятора в режиме непрерывных токов в дросселе регулятора

;

где - относительное время проводящего состояния регулирующего ключа.

На рис. 3.2 показано графическое изображение регулировочных характеристик регулятора. Положив в (3.5) w12 = w13 = 1 получим регулировочную характеристику простейшего регулятора

;

Рис.3.2

Из полученных выражений для регулировочных характеристик следует, что в режиме непрерывных токов в дросселе регулятора уровень выходного напряжения не зависит от тока нагрузки, регулировочная характеристика нелинейна, уровень выходного напряжения зависит от отношения обмоток дросселя и относительного времени проводящего состояния регулирующего ключа . Определим минимальное и максимальное значение токов через ключи. С этой целью можно воспользоваться уравнением энергетического баланса, которое для этого случая запишется в следующем виде:

;



Отсюда

;

Подставляя (3.8) в (3.1) и полагая , найдем

;

позволяют определить минимальный и максимальный ток через регулирующий ключ. Пульсации тока в дросселе найдем как

;

При определении необходимо в соответствии с (3.3) помножить полученные выражения на отношения витков дросселя . В зависимости от соотношения витков максимальный ток через регулирующий ключ может больше или меньше тока нагрузки. Если в выражениях (3.8), (3.9) положить = 1, то получим известные выражения для минимального и максимального тока через регулирующий ключ в простейшем регуляторе (см. п. 1).

Располагая выражениями для , найдем среднее значение токов через дроссель на интервале работы регулирующего ключа и коммутирующего диода

;



;

Отсюда среднее значение тока через регулирующий ключ и коммутирующий диод определим соответственно в виде

;

;

Среднее значение тока в дросселе регулятора найдем в виде

Напряжение на регулирующем ключе и коммутирующем диоде в разомкнутом состоянии

;

;

Из выражений для напряжений на ключах в разомкнутом состоянии следует, что, если >1, то напряжение на регулирующем ключе меньше UH, но напряжение на коммутирующем диоде больше UH. При этом, как следует из (3.8), (3.9), (3.11), ток через регулирующий ключ растет по отношению к току нагрузки. Обратная картина наблюдается при < 1. Следовательно, уменьшение тока через регулирующий ключ сопряжено с увеличением его высоковольтности. Правда, при этом уменьшается необходимая вы- соковольтность коммутирующего диода. Таким образом, подключение коммутирующего диода к отпайке дросселя позволяет при заданной мощности в нагрузке перераспределять токи и напряжения, действующие на ключах.

Критический режим тока дросселя

Найдем критическое значение тока нагрузки, при котором в дросселе еще поддерживается режим непрерывного тока. С этой целью полагаем

;

Аналогично найдем критическую индуктивность , которая при заданном значении тока нагрузки еще поддерживает режим непрерывных токов в дросселе

;

3.2 Режим прерывистого тока дросселя

Если ток нагрузки при заданной индуктивности дросселя либо при заданном токе нагрузки , то регулятор напряжения попадает в режим прерывистых токов в дросселе. В этом случае регулировочная характеристика регулятора отличается от регулировочной характеристики в режиме непрерывных токов (3.6) и может быть получена из совместного решения уравнений (3.1), (3.4) в предположении, что = 0. При этом



Полагая = 0 к концу работы коммутирующего диода в режиме прерывистых токов в дросселе, найдем

где - время проводящего состояния коммутирующего диода.

Среднее значение тока в нагрузке за период Т работы регулирующего ключа в режиме прерывистых токов в дросселе есть среднее значение тока через коммутирующий диод

Помножив обе части равенства -на сопротивление нагрузки RH и проделав преобразования, найдем регулировочную характеристику регулятора в режиме прерывистых токов

;

где

Регулировочная характеристика в режиме прерывистых токов изображена на рис. 3.2 для двух значений штриховой линией.



Рис.3.3

Режим непрерывных токов в регуляторе наступает тем раньше, чем больше. При прочих равных условиях режим непрерывных токов в регуляторе с >1 наступает раньше и, следовательно, для этого регулятора расширяется диапазон регулирования уровня выходного напряжения. конвертор преобразователь электротехнический дроссельный

3.3 Пульсации выходного напряжения в регуляторе

Определим пульсации выходного напряжения в режиме непрерывных токов. Из временной диаграммы токов в конденсаторе фильтра (рис. 3.1) можно видеть, что - заряд, отбираемый от конденсатора фильтра на интервале времени работы регулирующего ключа, следовательно:

.

Таким образом, подключение коммутирующего диода к отпайке дросселя не приводит к какому-либо влиянию на сглаживание пульсаций выходного напряжения. Наличие такого подключения коммутирующего диода сказывается на форме тока, потребляемого от источника входного напряжения. Для случая потребляемый ток носит скачкообразный характер, переходя в слабоменяющийся при = 1.



3.4 Влияние индуктивности рассеяния обмоток дросселя на работу регулятора

При анализе работы регулятора предполагалось, что между обмотками дросселя осуществляется 100%-ная магнитная связь. В реальных дросселях всегда имеются потоки рассеяния. Наличие потоков рассеяния приводит к исключению скачкообразных изменений токов в обмотках дросселя и к затягиванию процессов переключения с коммутирующего диода на регулирующий ключ, т.е. к появлению времени перекрытия ty работы ключей. Используя рис. 2.3 и составляя уравнения, найдем ty в виде

;

где - индуктивности рассеяния обмоток соответственно.

Наличие временного интервала t ограничивает максимальные рабочие частоты переключений регулирующего ключа. Вследствие индуктивностей рассеяния обмоток дросселя возможно появление перенапряжений на ключах яри переключении тока дросселя с регулирующего ключа на коммутирующий диод, что требует принятия специальных схемных мер.

3.5 Внешняя характеристика регулятора

Определим внешнюю характеристику регулятора в режиме непрерывных токов. Для этого воспользуемся равенством вольт-секундных площадей, действующих на дросселе на интервале времени работы регулирующего ключа и коммутирующего диода.

На интервале времени включенного состояния регулирующего ключа на индуктивности дросселя действует вольт-секундная площадь, равная



где - среднее значение тока дросселя на данном временном интервале; - сопротивление обмотки .

На интервале времени включенного состояния коммутирующего диода /п приведенная вольт-секундная площадь к обмотке равна

где - среднее значение тока дросселя на интервале времени работы коммутирующего диода; - сопротивление обмотки . После преобразования равенства вольт-секундных площадей внешняя характеристика регулятора будет иметь вид

.

Из (3.21) следует, что выходное сопротивление регулятора равно

;

и нелинейно, причем, если , .

Для простейшего регулятора , , мы имеем известное выражение для внешней характеристики и

;

;

Регулировочные возможности регулятора могут быть расширены за счет введения вспомогательного ключа с вентильной характеристикой и регулирования энергией дросселя.

Выполним расчет параметров повышающего преобразователя для следующих исходных данных: f= 40 кГц, Еmin = 175 В, Еmax = 227 В, Еном = 200 В, UH = 230 В, Iнmax=120A , Iнmin = 10 A .

Минимальное, номинальное и максимальное значение коэффициента заполнения для .



4. РАСЧЕТ ПОВЫШАЮЩЕГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ

Рис.4.1

4.1 Определяем минимальное, номинальное и максимальное значения коэффициента заполнения

для

где - КПД конвертора.



4.2 Из условия обеспечения непрерывности тока дросселя LK минимальная индуктивность

.

Принимаем .

Пульсации тока в дросселе

.

Максимальный ток транзистора и среднее значение тока

Напряжение на транзисторе и коммутирующем диоде

Максимальный и средний ток диода VD



Емкость конденсатора исходя из заданной пульсации напряжения

Действующее значение тока конденсатора

Потребляемый из сети ток

.



5. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КУКА

Еще одним вариантом повышающее-понижающего ИППТ является схема Кука. Преобразователь Кука применяется в источниках питания светодиодного освещения, сварочных аппаратах инверторного типа, зарядных устройствах аккумуляторных батарей, зарядных устройствах индуктивных и емкостных накопителей энергии, а также в технологических источниках питания, нагрузка которых может изменяться в широких пределах.

В исходном состоянии ключ K разомкнут, а конденсатор C1 заряжен через дроссель L1 и вентиль B от источника питания Uпит. При замыкании ключа K в дросселе L1 нарастает ток и запасается энергия. При этом конденсатор C1 через ключ K и дроссель L2 предает энергию в накопительный конденсатор C2. При размыкании ключа K накопленная в дросселе L1 энергия через вентиль B сбрасывается в конденсатор C1, далее процесс повторяется.

Будем считать, что преобразователь управляется с помощью широтно-импульсной модуляции. На периоде работы преобразователь Кука выделяются два временных периода.

На первом временном периоде ключ замкнут, диод закрыт. При этом схема разделена на две независимые цепи.



Первая цепь содержит источник постоянного входного напряжения, замкнутый на дроссель L1. Во второй цепи находится конденсатор C1, дроссель L2 и емкость C2, которая шунтирована нагрузкой Z.

Физическое содержание данного состояния в следующем: в первом контуре цепи происходит линейное нарастание тока через дроссель L1. Из-за низкой величины активного сопротивления может быть достигнута значительная величина тока в этой цепи за время существования этого состояния. В это время энергия, запасенная в емкости C1, передается в емкость C2, тем самым поддерживая напряжение на нагрузке.

Система дифференциальных уравнений для первого интервала имеет вид:

В момент времени ф, определяемый системой управления, которому будет соответствовать угол управления, отсчитываемый от момента замыкания ключа, этот ключ открывается.

После размыкания ключа включается диод. Схема вновь содержит два независимых контура.



Физическое содержание данного состояния в следующем: энергия, запасенная в магнитном поле катушки L1, подзаряжает конденсатор C1, восполняя тем самым потерю энергии электрического поля этого конденсатора, переданное в конденсатор C2 в первом состоянии. Энергия, запасенная в индуктивности L2, подзаряжает конденсатор C2, поддерживая, таким образом, напряжение на нагрузке.

Система дифференциальных уравнений приобретает вид:

Особенностью этой схемы является:

· непрерывный характер выходного тока;

· непрерывный характер тока дросселя L2;

· возможность уменьшения пульсаций выходного напряжения при создании магнитной связи между дросселями L1 и L2;

· также как и в предыдущей схеме ИППТ, выходное напряжение инверсно по отношению напряжению источника питания.

Если это не желательно или даже недопустимо, то можно поменять местами вентиль B и дроссель L2. Такой ИППТ получил название преобразователя типа SEPIC.

У всех рассмотренных схем ИППТ имеется одна и та же особенность - гальваническая связь источника питания с нагрузкой. Если это нежелательно, то ее можно устранить при помощи трансформатора, первичная обмотка которого через ключ K подсоединяется к источнику питания, а вторичная - в цепь нагрузки.

В первом случае при замыкании ключа K к первичной обмотке трансформатора прикладывается напряжение источника питания Uпит, а на вторичной обмотке наводится ЭДС, отличающаяся от напряжения Uпит в kтр раз, где kтр - коэффициент трансформации трансформатора. Это напряжение является входным для схемы ИППТ и, как уже было рассмотрено ранее, преобразуется в выходное напряжение на нагрузке. Это дает возможность облегчить согласование напряжения источника питания Uпит и выходного напряжения за счет подбора коэффициента трансформации, а кроме того, размещая на вторичной стороне трансформатора несколько различных обмоток, можно получить несколько гальванически развязанных выходных напряжений. В этой схеме трансформатор используется по своему прямому назначению, и такой преобразователь называется прямоходовым, т.к. передача энергии из источника питания в цепь нагрузки происходит при замкнутом состоянии ключа K.

В данной схеме при замыкании ключа K энергия в нагрузку не передается, т.к. вентиль В для этой полярности напряжения будет заперт. При этом ток в первичной обмотке будет нарастать, и в магнитном поле трансформатора будет накапливаться энергия. При размыкании ключа K полярность напряжения изменится на противоположную, и накопленная энергия будет сброшена в цепь нагрузки, обеспечивая определенный уровень выходного напряжения. Здесь передача энергии в цепь нагрузки осуществляется при разомкнутом состоянии ключа K, а трансформатор используется как накопительный индуктивный элемент. Такой преобразователь называют обратноходовым.



ВЫВОД

В процессе научно-исследовательской работы были закреплены знания по основам преобразовательной техники, произведён расчёт элементов схемы, построена регулировочная характеристика. В результате электронного моделирования были сравнены расчётные и экспериментальные данные, которые в пределах различной погрешности сошлись между собой. Параметры тока через элементы схемы и напряжения на них, мощности, а так же вид соответствующих диаграмм, совпали с расчётами и теорией ,что является достаточно хорошим показателем. Значения коэффициента пульсаций также подтверждают близость теоретических и практических параметров. Динамические потери зависят от частоты преобразования, инерционных свойств транзистора, вида схемы преобразователя и характера нагрузки. Они достигают больших значений с ростом частоты, что, несомненно, следует учитывать при проектировании импульсных преобразователей. Основной метод борьбы с этой проблемой заключается в реализации принципа мягкой коммутации (переключения), суть которого заключается в добавлении к схеме демпфирующей цепи, которая позволяет избавиться от тока и напряжения в транзисторе в моменты его включения и выключения соответственно. Также, в результате моделирования, была установлена относительная длительность открытого состояния транзистора г, при которой ток на дросселе L1 переходит из прерывистого режима в непрерывный режим работы.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергетическая электроника: Учебно-методическое пособие / Мишуров В. С., Семенов В. Д. - 2007. 174 с.

2. Краткое руководство по симулятору LTspice / Валентин Володин

3. Определение динамических потерь в полупроводниковых ключах устройств силовой электроники в среде Matlab/Simulink / Замаруев В.В., Ивахно В.В.

Размещено на Allbest.ru