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

72246. Детали машин и основы конструирования (Лекция № 2) 1 MB
  Выкрашивание начинается в зоне, где создаются наиболее неблагоприятные условия: большие давления и силы трения, разрыв масляной пленки и др. явления. В этой зоне появляются микротрещины, развитие которых приводит к осповидному выкрашиванию, которое разрастается и увеличивающиеся...
72247. Детали машин и основы конструирования (Лекция №3) 679.5 KB
  В прямозубой передаче направление зуба перпендикулярно торцевой плоскости колеса. Для того, чтобы и косозубое колесо было геометрически подобно прямозубому, должно выполняться условие перпендикулярности зуба торцевой поверхности колеса.
72248. Детали машин и основы конструирования (Лекция №1) 798.5 KB
  Весьма сложные зависимости работоспособности реальных элементов машин от величины и характера нагрузки, размеров и формы деталей, материалов и их обработки, требуемого срока службы и др. вызывают необходимость введения допущений и поправочных коэффициентов при их расчетах.
72249. ЭТИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ПОВЕДЕНИЯ МЕДСЕСТРЫ 91.24 KB
  Медицинская сестра и право пациента на качественную медицинскую помощь. Медицинская сестра должна уважать неотъемлемые права каждого человека на наивысший достижимый уровень физического и психического здоровья и на получение адекватной медицинской помощи.
72250. ФИЛОСОФИЯ СЕСТРИНСКОГО ДЕЛА 50.5 KB
  Философия сестринского дела является частью общей философии и представляет собой систему взглядов на взаимоотношения сестры пациента общества и окружающей среды. Необходимость философского осмысления сестринского дела возникла потому что в профессиональном сестринском...
72254. Процессуальное право Республики Казахстан 98 KB
  Цель лекции: сформировать у студентов представление о системе процессуального права его принципах участниках уголовно и гражданско-процессуальных правоотношений и стадиях уголовного и гражданского процесса.