Полупроводниковые преобразователи напряжения с независимым возбуждением

Рисунок 14.6 - Структурная схема преобразователя напряжения с независимым возбуждением (усилителя мощности)

 

При мощностях свыше 30—50 Вт применяются преобра­зователи с независимым возбуждением, выполняемые по структурной схеме рисунок 14.6. Задающий генератор схемы, в качестве которого используется преобразователь напря­жения с самовозбуждением, управляет транзистора­ми усилителя мощности. Применение преобразователей с усилителем мощности целесообразно в тех случаях, когда необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжен» на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения (на выходе инвертора) при изменении нагрузки преобразователя. Приводимые ниже схемы полупроводниковых преобразователей напряжения с независимым возбуждением отличаются друг от друга только схемами усилителя мощности, в соответствии с которыми они классифицируются.

В двухтактной схеме усилителя мощности (рисунок 14.7,а) усилитель выполнен на транзисторах VT₁ и VT₂ и трансформаторе T₂. Напряжение управления прямоугольной формы подается на базы транзисторов со вторичных обмоток трансформатора Т₁ задающего генератора ЗГ. В течение первого полупериода под действием управляющего напряжения один из транзисторов, допустим VT₁ открыт, а транзистор VT₂ закрыт. В этот полупериод напряжение питания U_ВХ через открытыйi транзистор VT₁ приложено к верхней половине первичной обмотки трансформатора Т₂. Во второй полупериод открыт транзистор VT₂ и напряжение U_ВХ прикладывается к ниж­ней половине первичной обмотки.

Резисторы R_Б (рисунок 14.7 и ниже) уменьшают влияние разброса параметров входной цепи транзисторов на режим их работы; значение R_Б должно быть больше R_ВХ транзистора.

В двухтактной схеме усилителя мощности так же, как; в схеме рисунок 14.3, напряжение, приложенное к закрытому транзистору равно удвоенному напряжению питания, т. е. 2U_ВХ и на коллекторах транзистора возможны выбросы напряжения, превышающие 2U_ВХ; они обусловлены индуктивностью рассеяния трансформатора Т₂.

Рисунок 14.7 - Двухтактная (а) и мостовая {б) схемы усилителей мощности на транзисторах

 

В мостовой схеме усилителя мощности (рисунок 14.7,б) в каждый полупериод управляющего напряжения работают два транзистора, например, в один полупериод работают VT₁ и VT₃, а в другой полупериод VТ₂ и VT₄. Напряжение питания U_ВХ будет приложено к первичной обмотке трансформатора Т₂ причем полярность этого напряжения меня­ется каждый полупериод управляющего напряжения. В данной схеме к закрытому транзистору прикладывается напряжение, равное напряжению источника питания U_ВХ.

Преобразователи с мостовой схемой усилителя применя­ется на большие мощности при повышенном напряжении питания.

В отличие от преобразователей с самовозбуждением выходной трансформатор усилителя мощности работает в ненасыщенном режиме. Отсутствие насыщения трансформатора позволяет исключить броски коллекторного тока в транзисторах, за счет чего уменьшается мощность, рассеиваемая на транзисторах и увеличивается КПД преобразователя. При перегрузках и коротком замыкании на транзисторах усилителя рассеивается большая мощность, что приводит к выходу их из строя. Поэтому в схемах преобразователей с независимым возбуждением необходимо предусмотреть специальную защиту от короткого замыкания и перегрузок.

Регулируемые преобразователи напряжения находят широкое применение в устройствах автоматического управления и регулирования, например, для регулирования и стабилизации частоты вращения двигателей постоянного и переменного тока и др. На рисунке 14.8 приводится схема регулируемого преобразователя напряжения мостового типа. Транзисторы схемы управляются от задающих генераторов ЗГ₁ и ЗГ₂, работающих синхронно, причем работа ЗГ2 синхронизируется импульсами генератора ЗГ₁, поступающими на вход ЗГ₂ через фазосдвигающее устройство. При изменении сигнала управления на входе фазосдвигающего устройства изменяется фаза управляющих импульсов на выходе задающего генератора ЗГ₂ относительно управляющих импульсов генератора ЗГ₁. При угле сдвига между управляющими импульсами =0 схема работает как обычный нерегулируемый преобразователь мостового типа. Изменение угла приводит к изменению длительности импульсов на выходе, а следовательно, к изменению действующего и среднего значений выходного напряжения U_ВЫХ. Подобным образом осуществляется регулирование напряжения в преобразователях с независимым возбуждением [1].

Рисунок 14.8 - Принципиальная схема регулируемого преобразователя напряжения на транзисторах