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

выми и для силового транзистора преобразователя. Воспользуемся этим и вычислим коммутационные потери в одном из силовых транзисторов усилителя мощности, работающего на двухфазный выпрямитель, нагрузка которого начинается с емкости (рис. 13.11, а). Эти потери мощности связаны со сквозными токами, возникающими при переключении транзисторов.

В § 13.4 было показано, что транзистор усилителя мощности проводит ток в течение интервала времени, большего, чем полупериод генерируемого в преобразователе переменного напряжения. Этот интервал превышает полупериод на величину, равную сумме времен рассасывания неосновных носителей в транзисторе инвертора и диоде выпрямителя.

Запирающийся силовой транзистор в течение времени Т^ находится- в состоянии насыщения. В течение времени напряжение между коллектором и эмиттером силового транзистора преобразователя мало отличается от напряжения насыщения, так как конденсатор выпрямителя, разряжаясь через еще не запертые диоды выпрямителя, поддерживает на всех обмотках трансформатора напряжения, близкие к тем, которые были при насыщении силового транзистора. По этим причинам коммутационные потери, возникающие при запирании силового транзистора, относительно невелики.

Отпирающийся транзистор в противоположность запирающемуся находится в течение времени Тр. -j- Трд под большим напряжением, его ток успевает нарасти до значительной величины. Поэтому коммутационные потери в нем относительно велики. К запертому силовому транзистору инвертора прикладывается напряжение Е^, равное в двухтактной схеме 2Е^, так как оно складывается из напряжения первичного источника и напряжения на неработающей в данный момент первичной полуобмотке силового трансформатора. В мостовой схеме инвертора напряжение Е^ в два раза меньше и равно Е^. На открывающемся транзисторе напряжение между коллектором и эмиттером остается равным Е^.

Подсчитаем потери мощности, возникающие в транзисторе при его отпирании. Ток отпирающегося транзистора согласно § 13.4 определяется выражением

k2=Vkh(i- *~°4 (13.13)

Энергия, выделяющаяся в отпирающемся силовом транзисторе за время Тр., + Тр.д

= Мкн^Л.7р.т + Тр.д-т,(1-е-(-т+д)Л)]. (13.53)

Средняя за период мощность, соответствующая этой энергии, дает коммутационные потери, сопутствующие отпиранию транзистора:

PiKo = i/2T = /.н^з/т,йф [(Тр., + Тр. д)/т, -1-f +е- д+ Р.х)Лх ] /,.,£з/тД 5&ф(Тр., + Тр. д)7т?. (13.54)



Вычисление коммутационных потерь, сопутствующих запиранию силового транзистора, производится аналогично. Падение напряжения на транзисторе берется равным rji, ток определяется выражением (13.15) на этапе рассасывания неоснбвных носителей заряда в базе транзистора и выражением (13.19) на этапе рассасывания заряда в диоде. Результат интегрирования произведения iiUi представляется сложным многочленом, но после ряда упрощений ему можно приДать следующий вид:

/акомм^rJU [ (1 +&ф)Гр.,+ 1,5&Тр. - 0,5 (4-2)Tj. (13.55)

Как-и следовало ожидать, из-за малости произведения rj в сравнении с £3 результат, даваемый (13.55), заметно меньше получаемого от (13.54). Поэтому часто коммутационные потери, получающиеся при запирании транзистора, не учитывают, а считают мощность рассеиваемую транзиетором, равной сумме мощностей потерь в насыщенном н запертом состояниях, а также коммутационных потерь при отпирании. При выборе установочной мощности транзистора вводят некоторый запас, который перекрывает неучтенные потери мощности.

Похожие результаты получаются и при подсчете мощности, выделяемой в силовых транзисторах других схем преобразователей и инверторов. Для сравнения схем по мощности, вьщеляющейся в транзисторе силовой цепи, выражению (13.54) можно придать следующий вид:

/комм 1К0ММ /кнз/тАомм, (13.56)

где коэффициент &комм учитывает особенности схем в отношении коммутационных потерь мощности в транзисторе. Для рассмотренной схемы усилителя мощности, работающего на выпрямитель с нагрузкой, начинающейся с емкости,

ком„0,5&ф(Тр., + Тр.д)т?. (13.57)

Для других схем преобразователей и инверторов, упоминаемых в данном разделе, значения коэффициентов комм приведены в табл. 13.1.

Сравнение схем инверторов по коммутационным потерям мощности в силовых транзисторах показывает заметное их уменьшение при включении элементов, ускоряющих коммутацию (Pg и С на рис. 13.18) или предотвращающих насыщение силового трансформатора (промежуточный трансформатор на рис. 13.13). В инверторах, стоящих в преобразователе, коммутационные потери в силовых транзисторах оказываются несколько меньшими при нагрузке выпрямителя, начинающейся с емкости, чем при нагрузке, начинающейся с индуктивности.

К. п. д. силовых трансформаторов преобразователей и инверторов достигают 85-90% при мощности порядка 10 Вт и 95% при мощности 100 Вт: Потери в силовом трансформаторе можно снизить повышением частоты переключения инвертора. При этом удельные потери в сердечнике трансформатора возрастают, но они растут медленнее, чем вес сердечника. Поэтому к. п. д. трансформатора повышается. Однако коммутационные потери в транзисторах инвертора и диодах выпря-



мителя с ростом частоты коммутации повышаются. Таким образом, для каждого преобразователя существует оптимальная частота коммутации, при которой к. п. д. становится максимальным. Значение этой частоты зависит от параметров элементов, входящих в преобразователь. При проектировании преобразователей после выбора элементов схемы всегда следует определять и частоту переключений.

. Таблица 13.1

Значение коэффициентов коммутационных потерь мощности в силовых транзисторах инверторов и преобразователей

Схема

Инвертор с насыщающимся трансформатором (рис. 13.4)

Инвертор с насыщающимся трансформатором и дополнительными резисторами ,(рис. 13.18)

Инвертор с переключающим трансформатором (рис. 13.21)

Усилитель мощности (рис. 13..5,а)

Инвертор с насыщающимся трансформатором в преобразователе (рис. 13,23,а)

Инвертор с насыщающимся трансформатором и дополнительными конденсаторами в преобразователе (рис. 13.18)

Усилитель мощности в преобразователе (рис. 13.11 ,а)

Усилитель мощности в преобразователе (рис. 13.11,а без конденсатора Q в фильтре)

0,6 =0,3

0,45 0,5+ йф = 0,1 (1+ф) - и,о

[ Гр.т + Гр - \г

\ 1,1 Тт - 2 Гр.д

К: П. д. преобразователя в целом подсчитывают как произведение трех частных к. п. д.: инвертора - ti ; трансформатора - выпрямителя - IIb- . .

11 = г1иТ1,т1з. (13.58)

Частные коэффициенты полезного действия звеньев преобразователя в соответствии их определениям равны:

для инвертора t] =

Рн-Ь Яд + Яс + Я„ + тр + Рве Ри + Р

для трансформатора Т1т = -р^ р° р[ ( р^

ДЛЯ выпрямителя Чъ = -р-фр--

(13.59)

(13.60) (13.61)

В этих формулах обозначено: Р„ - мощность, выделяющаяся в нагрузке преобразователя; Рд - мощность потерь в диодах выпрямителя; Pj - мощность потерь в сердечнике трансформатора: Р„ -



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