Главная  Катушки с ферромагнитным сердечником 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 [ 86 ] 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

а изменения тока коллектора (в своем масштабе) следует без задержки за изменениями базового тока, т. е.

где р статический коэффициент усиления по току транзисторов Tl и Та; /бт - амплитуда импульса тока базы; т^, - постоянная времени транзистора; кф = hm/Kn - фактическая кратность управляющего тока базы.

Выражение (13.13) справедливо до тех пор, пока рабочая точка транзистора находится в активной области. При переходе в насыщение ток коллектора транзистора перестает следовать за током базы и выражение (13.13) теряет силу. Однако (13.12) остается справедливым и при-насыщении в рамках принятой модели транзистора.

Как уже было сказано, сердечник трансформатора ненасьщен, сумма намагничивающих сил его первичных обмоток {kiWi - кг!) равна намагничивающей силе тока вторичной обмотки tg, т. е.

kiWi-kiWiIWi. (13.14)

Ток диода Дх, пока не вышел из насыщения транзистор Ti, остается равным /д и, следовательно, ток ti будет возрастать настолько же, насколько увеличивается ток /г-

tKl = /KH + tK2 = /KH(l+*-V~ °4 (13.15)

Это И приводит к появлению выброса на импульсе коллекторного тока отключающегося транзистора (рис. 13.11, р). В'момент времени /i транзистор Tl выйдет из состояния насыщения, так как заряд неосновных носителей в его базе рассосался.

Определим время рассасывания заряда в базе Ti из следующих условий: к моменту окончания процесса рассасывания рабочая точка транзистора находится на грани перехода из режима насыщения в активный режим. Иначе говоря, возрастающий ток коллектора ii в этот момент сравнивается с уменьшающимся во времени током Pt6i-

Ток базы первого транзистора под воздействием скачка напряжения (рис. 13.11, б) уменьшается по экспоненте от значения /бт и стремится к значению - /бт- Поэтому для него, пока транзистор не закрылся, имеем

Гб1 = /бт(2е-<-°>/т 1) = (ф Р) (2е-<- >/т 1). (13.16)

Подставив это-выражение в условие, определяющее конец процесса рассасывания неосновных носителей заряда- в базе и t = ti, получим

е-(-/-т = (2фЦ-1)/(3ф) (13.17)

или время рассасывания

7р.т = k-to = In [3(2ф +1)]- (13.18)

Как только закончилось рассасывание заряда в базе Ti, он начинает запираться, его ток коллектора уменьшается, следуя за спадающим током базы tgi. Таким образом, на этапе к <it <t к

1к1 = Мкн(2е-<-°> --1), (13.19)



ток транзистора будет продолжать нарастать, следуя (13.13). В нагрузку через открытый диод Ду на этом этапе трансформируется разность токов iy - /кг, поэтому скорость изменения токов транзисторов определяет скорость уменьшения тока запирающегося диода Ду (рис. 13.11, г):

д1 = т(1к1- кг). (13.20)

Использовав (1.3.13) и (13.19), получим

i\i = mVKH(3e- -> --2) = т/кн[(2йф+ 1)е-/г 2йф], (13.21)

где т - \/п = Wy/w - коэффициент трансформации трансформатора; t = t - ty - время, отсчитываемое от момента выхода Ту из насыщения.

Ток, определяемый соотношением (13.21), протекает через диод Ду -рр тех пор, пока в его базовой области не рассосется заряд неосновных носителей. В течение времени рассасывания в диоде падение напряжения на нем даже при отрицательном токе остается малым, напряжения наобмотках трансформатора поддерживаются конденсатором Су практически такими же, какими они были при насыщенном транзисторе Т^ (рис. 13.11, д). После того как рассосется заряд неосновных носителей в диоде Ду, (/> 4). восстановится его большое обратное сопротивление, напряжение на выходе быстро меняет свою полярность (рис. 13.11, е, ж) и открывается диод Д^.

Для определения времени рассасывания заряда неосновных носи-

телей в базе диода необходимо решить уравнение диффузии для этих избыточных носителей при экспоненциальном изменении тока через диод. Ранее при анализе выпрямителя напряжения трапециевидной формы были приведены решения аналогичной задачи, но при линейно уменьшающемся токе через запирающийся диод.

Поскольку рассасьшание заряда неосновных носителей в диодах выпрямителя обычно происходит на интервале, меньшем или примерно

равном постоянной времени транзистора, то для приближенных расчетов можно воспользоваться полученными ранее результатами. В данном случае относительная скорость спадания тока диода при f =0 получается в соответствии с (13.21) равной

(13.22)

- Таким образом, при инерционном диоде, обладающем постоянной времени Тд > 7т,/(2йф -f 1), время рассасывания неосновных носителей заряда в диоде определится как

Тр. д я 1,31 vtS? = 1,31 т|Тд/(2ф -f ly, (13.23)

а при Тд < 7т,/(2йф + 1)

Тр.дя 0.31тд+ l,2тдаф-f 1). (13.24)



Сильное насыщение транзистора (увеличение фактического коэффициента насыщения ф) резко снижает время рассасывания заряда неосновных носителей в базовых' областях диодов выпрямителя. Величина выброса обратного тока диода получается из (13.21) при подстановке f = Тр.д. Приближенные выражения для выброса обратного тока через диод получаются следующими:

/д^т/кн(1,31 Тд(2йф+1)/т,-1) (13.25)

/,пдт/кн[0.2 + 0,31Тд(2Д;ф+1)/т,]. (13.26)

Первое из этих выражений используют для времени рассасывания в диоде (13.23), а второе (13.24). В промежуточном случае, т. е. при Тд = 7xJ{2k + 1) оба последних выражения дают выброс обратного тока диода, рабНый 1,5 2 от его прямого тока. У более инерционного диода максимальное значение больше, а у менее инерционного - меньше.

Таким образом, из-за инерционности транзисторов и диодов импульсы коллекторных токов отличаются по форме от прямоугольных. Значительные коммутационные всплески накладываются на передний и.задний фронты (рис. 13.11, в, г).

Значения коммутационных выбросов получим, подставив t - 4 в (13.15) и / = 4 в (13.13). Этодаег

/ктк = /ки [1 -f *Ф - 0,33 {2кф +1)] = /кн (Йф + 2)/3 (13.27)

и

/к.н = Vkh[1 -(2Ф+ 1)е-Р.д^х/(3-ф)]. (13.28)

При р = 3 Pmin И = 1,3, Т. е. кф = 4, амплитуда выброса в конце импульса /дтк получается в два раза больше амплитуды самого импульса /кн. Из-за коммутационных выбросов постоянная составляющая тока, потребляемого инвертором от первичного источника может бьп-ь заметно большей 1. Усреднив сумму токов ii и /г, получим для постоянной составляющей тока источника

In = (/кн/7) {Т - Тр. д + 0,5т, (1 + е--д/х) + о,5тд -f

-f2Д;ф[2Tp.,-fГp.д-fт,(e-P д^т ln2)]}. (13.29)

Так, положив k = Ъ, т., = Тд = 3 мкс и Т = 25 мкс, получим Тр., = 0,33 т„ Тр.д = 0,26 Тд, / д = 1,93 /о и /н = 1,31 /, .

Полученные выражения для / д и Трд позволяют рассчитать динамические потери мощности в диодах выпрямителя и пульсации выпрямленного напряжения. Для этого можно использовать формулы § 11.1.

Коммутационные процессы в схеме преобразователя, содержащего выпрямитель с нагрузкой, начинающейся с индуктивности (рис. 13.12, а-ж), отличаются от рассмотренных тем, что на этапах рассасывания заряда и восстановления обратного сопротивления диодов все вентили выпрямителя открыты и напряжение на вторичной



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 [ 86 ] 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

© ООО "Карат-Авто", 2001 – 2018
Разработчик – Евгений Андрианов