40160

ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основными определяющими факторами являются длительность фронта и среза импульса коллекторного перехода стокового тока транзистора и тип нагрузки активной и активно индуктивной. Первый способ применяется когда возможно произвольно варьировать параметрами нагрузки. Тогда параметры нагрузки выбираются таким образом чтобы к моменту коммутации автоматически выполнялось условие Uкл=0 или Iкл=0. Второй способ используется если параметры нагрузки строго заданы и состоит во введении в схему дополнительных цепей искусственно разносящих во...

Русский

2013-10-15

340.5 KB

43 чел.

6 ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ

6.1 Основные задачи проектирования

Требования, предъявляемые к импульсным усилителям мощности (ИУМ), направленные на повышение КПД. К ним относятся: уменьшение мощности, рассеиваемой в цепях управления при включенном и выключенном состояниях транзисторного ключа; уменьшение мощно-

сти в силовых цепях  транзисторных ключей при их включенном и выключенном состояниях; уменьшение мощности, связанной с конечным значением времени перехода транзисторного ключа из включенного состояние в выключенное и наоборот.

ИУМ строятся по различным структурам, но основной является схема транзисторного ключа на биполярном или полевом транзисторе, включенного с ОЭ или ОИ. При использовании этих схем получается максимальный коэффициент усиления по мощности (рис.6.1).

Статические потери в транзисторном ключе - это потери в установившемся включенном (замкнутом) и выключенном разомкнутом состояниях ключа.

Pст.=Pзам.+Pраз.

Потери во включенном состоянии складываются из потерь в цепях управления и потерь в силовой цепи транзистора Pзам.=Pупр.+Pсил.. В ключе на биполярном транзисторе присутствует обе составляющие потерь. В ключе на полевом транзисторе основными являются потери в силовой цепи транзистора. Потери в выключенном состоянии  - минимальные потери в запертом состоянии для ключа на биполярном транзисторе соответствуют режиму глубокой отсечки Pраз.min = Iко( Еупр. + Uп). Для ключа на полевом транзисторе потери в разомкнутом состоянии определяются потерями в силовой цепи Pраз.  Iкл.зап.Uп . (Транзистор считается включенным (запертым, разомкнутым), если Iкл.зап<0,1Iн).

Динамические потери в транзисторном ключе определяются потерями в его силовой части и поэтому не зависят от типа используемого транзистора. Основными определяющими факторами являются длительность фронта и среза импульса коллекторного перехода (стокового) тока транзистора и тип нагрузки  - активной и активно – индуктивной.

Методы снижения динамических потерь

     Мощность, рассеиваемая в транзисторном ключе в режиме переключения, определяется произведением мгновенных значений тока и напряжения на интервалах фронта и среза импульса тока транзистора. Поэтому методом уменьшения динамических потерь является разнесение во времени интервалов изменения его тока и напряжения. При этом на интервале изменения тока транзисторного ключа напряжение на нем должно быть близко нулевому или, наоборот при изменении напряжения на транзисторном ключе ток, протекающий через него, должен быть близок к нулю. Такой режим работы достигается двумя способами.

Первый способ применяется, когда возможно произвольно варьировать параметрами нагрузки. Тогда параметры нагрузки выбираются таким образом, чтобы к моменту коммутации автоматически выполнялось условие Uкл=0 или Iкл=0. Такой режим возможен , если нагрузка по своим эквивалентным параметрам представляет резонансный контур, а период коммутации кратен резонансной частоте этого контура.

Второй способ используется, если параметры нагрузки строго заданы , и состоит во введении в схему дополнительных цепей , искусственно разносящих во времени переходы тока и напряжения на переключающемся ключе.

6.2 Режимы импульсного регулирование мощности

Рассмотрим импульсное регулирование мощности в RL – нагрузке. При питании ИУМ от источника постоянного тока напряжение на нагрузке имеет прямоугольную форму. При этом применяются три режима регулирования мощности. В основном регулирование осуществляется изменением относительной длительности выходных импульсов, т.е. изменением коэффициента заполнения Кз.

Первый импульсный режим (1ИР). В этом режиме питание нагрузки осуществляется последовательностью однополярных прямоугольных импульсов неизменной амплитуды (рис.6.2). Этот режим применяется в нереверсных RL – нагрузках (в которых направление тока не изменяется). Нагрузка может содержать источник противо-ЭДС. Средний ток нагрузки I0=Imax(Kз-U0/Uп) , где U0 – противо-ЭДС в цепи нагрузки, Imax=Uп/Rн – максимальный установившейся ток нагрузки.

Действующий ток нагрузки  .

Пульсации тока в индуктивности нагрузки зависят от выполнения условия :  , где  - постоянная времени RL – нагрузки.

Второй импульсный режим (2ИР). В этом режиме питания нагрузки осуществляется прямоугольным переменным напряжением (рис.6.3). Применяется режим для регулирования мощности постоянного тока в реверсируемой RL – нагрузки. Постоянная составляющая тока нагрузки , действующий ток нагрузки .

При одинаковых параметрах нагрузки пульсация тока в индуктивности нагрузки для 2ИР больше чем для 1ИР.

Третий импульсный режим (3ИР). Питание нагрузки, как и в 2ИР осуществляется прямоугольным переменным напряжением (рис. 6.4). Однако в этом случае   существуют интервалы, на которых напряжение нагрузки равны 0. Этот режим имеет практическое значение при tи1=tи2 и Uп1=Uп2, т.е. когда постоянная составляющая напряжения нагрузки равна 0.

При этом осуществляется регулирование мощности первой гармоники переменного напряжения. Разложив в ряд выражения для первой гармоники выходного напряжения

,

где . В 3ИР частота первой гармоники напряжения и тока в нагрузке равна частоте следования импульсов питающего напряжения.

6.3 Схемы импульсных усилителей мощности

Для импульсного регулирования необходима определенная структура выходных каскадов ИУМ. Рассмотрим их основные схемы.

6.3.1 Схема с замыкающим диодом

Это не реверсивная схема, осуществляющая на интервале включенного состояния транзисторного ключа подключение на интервале его выключенного состояния (рис. 6.5).

Диод служит для нагрузки к источнику питания Uп и шунтирование ее диодом устранения пробоев транзистора, так как к концу импульса    Lн    достигает    значения ILн=Ik(tи) и попытка разорвать этот ток с помощью транзисторного ключа приведет к появлению противо ЭДС, которая будет стремиться к поддержанию тока iLн на достигнутом уровне. Это противо ЭДС складывается с Uп, прикладывается между выводами эмиттера и коллектора, закрывающегося транзистора, что может вызвать его пробои. В схеме может быть реализован только 1ИР регулирование мощности.

  1.  Схема с включающим и замыкающим транзисторами

Схема содержит два последовательно включенных силовых ключа –транзисторы VT1 и VT2. Каждый из них шунтирован обратным диодом VD1 и VD2. К средней точки транзисторов подключен один вывод нагрузки.

 

В зависимости от того, куда подключен второй вывод нагрузки (точка А) и закона управления силовыми транзисторами, в данной схеме может быть реализован любой из режимов ИУМ.

Если точка А подключена к одному из выводов источника питания в схеме  реализуется 1ИР при положительной или отрицательной амплитуде выходных импульсов. Если в качестве источника питания использован источник со средней точкой и вывод А подсоединить к средней точки этого источника, то в схеме реализуется любой из режимов ИУМ.

Если один из транзисторов будет постоянно заперт, то в схеме будет реализован 1ИР, при чем полярность выходных импульсов будет определятся тем какой из транзисторов будет заперт. Если транзистор управляется синхронно, в противофазе, то схема позволяет реализовать 2ир. При этом, изменяется длительность включенного и выключенного состояний транзисторов VT1 и VT2, можно регулировать постоянную составляющую Uвых . Если закон изменений Uупр1 и Uупр2 токов, что существует интервал когда оба силовых транзистора заперты, схема реализует 3ИР (полумостовая схема регулирования). Для создания средней точки иногда применяют делитель на емкостных элементах (C1 и C2 - показана штриховой линией).

  1.  Мостовая схема

Мостовая схема позволяет устранить недостаток схемы с замыкающимтранзистором, заключающийся в необходимости использования для реализации 2ИР и 3ИР источника со средней точкой. Схема содержит две полумостовые схемы, в диагональ между которыми включена нагрузка. В этой схеме можно реализовать все три режима регулирования мощности. Достоинством схемы является то, что при одинаковом напряжении питания амплитуда выходных импульсов в ней в два раза выше амплитуды импульсов в схеме с включающим и замыкающим транзисторами.

Но ее реализация требует удвоенного числа силовых транзисторных ключей и более сложные схемы управления. Поэтому мостовая схема усилителя находит чаще применение при управлении мощной нагрузкой.

PAGE  75


EMBED Рисунок AutoCAD 14  

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

Рис.6.2 Последовательность

импульсов, питающих нагрузку ИУМ

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

EMBED Рисунок AutoCAD 14  

Рис. 6. 4 Последовательность импульсов,

питающих нагрузку

Рис. 6.3 Последовательность импульсов

переменного напряжения, питающих нагрузку

Рис.6.1 Схема ИУМ

Рис.6.5 Схема с замыкающим диодом

Рис.6.6 Схема с включающим и замыкающим транзисторами

Рис.6.7 Мостовая схема ИУМ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24528. Физическая организация устройств ввода-вывода 13.35 KB
  Устройства вводавывода УВВ делятся на два типа: блокориентированные устройства и байториентированные устройства. Блокориентированные устройства хранят информацию в блоках фиксированного размера каждый из которых имеет свой собственный адрес. Байториентированные устройства не адресуемы и не позволяют производить операцию поиска они генерируют или потребляют последовательность байтов. Однако некоторые внешние устройства не относятся ни к одному классу например часы которые с одной стороны не адресуемы а с другой стороны не...
24529. Принципы организации программного обеспечения ввода-вывода 70.42 KB
  Принципы организации программного обеспечения вводавывода.2 Организация программного обеспечения вводавывода. Программное обеспечение вводавывода состоит из нескольких иерархических уровней. Иерархическая структура программного обеспечения позволяет учесть все особенности каждого конкретного устройства вводавывода и при этом обеспечить единое логическое представление и унифицированный интерфейс для устройств всех типов.
24530. Физическая организация файловой системы. Структура жесткого диска 108.27 KB
  Логическая организация файла. Пользователи дают файлам символьные имена при этом учитываются ограничения ОС на используемые символы и на длину имени. Например в файловой системе NTFS имя файла может содержать до 255 символов не считая завершающего нулевого символа. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена псевдонимы файлам имеющим длинные имена.
24531. Физическая организация файловой системы. Структура жесткого диска 33.35 KB
  Структура жесткого диска. Файл очень часто разбросан кусочками по всему диску причем это разбиение никак не связано с логической структурой файла например его отдельная логическая запись может быть расположена в несмежных секторах диска. Рассмотрим физическую структуру жесткого диска и физическую организацию файла т. Структура жесткого диска.
24532. Физическая организация и адресация файла. Права доступа к файлу 109.92 KB
  Физическая организация и адресация файла.Физическая организация и адресация файла. Важным компонентом физической организации файловой системы является физическая организация файла то есть способ размещения файла на диске. Основными критериями эффективности физической организации файлов являются: скорость доступа к данным; объем адресной информации файла; степень фрагментации дискового пространства; максимально возможный размер файла.
24533. Общая модель файловой системы 28.03 KB
  Общая модель файловой системы Задачей символьного уровня является определение по символьному имени файла его уникального имени. В других файловых системах в которых один и тот же файл может иметь несколько символьных имен на данном уровне просматривается цепочка каталогов для определения уникального имени файла. В файловой системе UNIX например уникальным именем является номер индексного дескриптора файла inode. На следующем базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа адрес размер и другие.
24534. Современные архитектуры файловых систем 22.75 KB
  На верхнем уровне располагается так называемый переключатель файловых систем который обеспечивает интерфейс между запросами приложения и конкретной файловой системой к которой обращается это приложение. Архитектура современной файловой системы Каждый компонент уровня файловых систем выполнен в виде драйвера соответствующей файловой системы и поддерживает определенную организацию файловой системы. Переключатель является единственным модулем который может обращаться к драйверу файловой системы. Драйвер файловой системы может быть написан в...
24535. Физические организации файловой системы FAT 68.16 KB
  Физические организации файловой системы FAT.6 Физическая организация файловой системы FAT. Как уже отмечалось аббревиатура FAT file allocation table расшифровывается как таблица размещения файлов. Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог.
24536. Физические организации файловой системы NTFS 42.33 KB
  Физические организации файловой системы NTFS. Физические организации файловой системы NTFS. Аббревиатура NTFS означает New Technology File System новая технология файловой системы. NTFS содержит ряд значительных усовершенствований существенно отличающих ее от других файловых систем.