Высоковольтные преобразователи

Сетевые преобразователи напряжения с бестрансформаторным входом питаются выпрямленным напряжением 300В и выше, что требует особого внимания при их проектировании. Как правило, при этом приходится отказаться от схем двухтактных преобразователей, имеющих среднюю точку первичной обмотки трансформатора, т.к в таких устройствах к запертым транзисторам прикладывается удвоенное напряжение питания. Поэтому наибольшее распространение получили следующие схемы высоковольтных

преобразователей: мостовая (рис.1.14) и полумостовая схемы (рис.1.15).

Рис.1.14. Мостовая схема силового каскада ИПН

К достоинствам мостовой схемы следует отнести отсутствие перенапряжений на силовых транзисторах, возможность получения от одной ячейки преобразователя мощностей до 1-2 кВт.

В схемах управления мостовыми высоковольтными преобразователями требуется гальваническая развязка.

Максимальный ток коллекторов силовых транзисторов в нерегулируемом мостовом преобразователе определяется из соотношения

Ik=Po/Uo∙η (1.9)

Если преобразователь используется в регулируемом варианте, то максимальное значение тока коллектора будет определяться по формуле

Ikмаx=Po/Uoмакс∙ ηмин∙К²змин+∆I`k (1.10)

где η-минимальное значение КПД преобразователя при максимальной нагрузке; Кзмин-минимальный коэффициент заполнения импульсов; ∆I`k - пересчитанные пульсации тока сглаживающего дросселя.

Рис.1.15. Полумостовая схема силового каскада ИПН

Преобразователи, построенные по полумостовой схеме, обеспечивают преобразование мощности до 1кВт в одной ячейке. В этой схеме напряжение на запертых транзисторах не превышает напряжение питания, а амплитуда напряжения, подводимого к первичной обмотке силового трансформатора, составляет половину напряжения питания. Поэтому ток коллектора силовых транзисторов при одинаковой мощности в нагрузке будет в 2 раза больше, чем в мостовой схеме:

Ik=2Po/Uo∙ η (1.11)

В регулируемом варианте преобразователя максимальный ток силового транзистора определяется из соотношения

Ikмаx=2Po/Uoмакс∙ ηмин∙К²змин+∆Ik (1.12)

К достоинствам полумостового преобразователя с ёмкостным делителем напряжения питания следует отнести отсутствие постоянной составляющей тока в первичной обмотке трансформатора питания. Схема управления должна обеспечивать переключение силовых транзисторов без возникновения "сквозных" токов. Следует отметить, что в полумостовой и мостовой схемах преобразователей установленные мощности силовых транзисторов одинаковы.

Для обеспечения запаса по коллекторному напряжению используется последовательное включение усилителей по питающему напряжению. На рис.1.16 приведены схемы такого включения двух полумостовых УМ с автоматическим выравниванием питающих напряжений на каждом из них [5,6].

Рис.1.16. Схемы последовательного включения полумостовых усилителей мощности

В схеме на рис.1.16, а один полумостовой УМ автоматическим выравниванием напряжения выполнен на транзисторах VT1 и VT2, конденсаторах С1, С2 и диодах Vд1…. Vд4; а второй - на элементах VT3 и VT4, С3, С4 и Vд5…. Vд8. Оба УМ включены последовательно по отношению к источнику входного питающего напряжения Uo и работают на общий трансформатор Т с двумя первичными обмотками W'1 и W''1, каждая из которых подключена к соответствующему УМ. Автоматическое выравнивание напряжения питания на каждом УМ достигается за счёт того, что конденсаторы с большим напряжением, например, С1 и С2 верхнего по схеме УМ, разряжаются под действием коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2, а конденсаторы с меньшим напряжением (С3 и С4) нижнего по схеме УМ заряжаются через диоды Vд5 и Vд6. Последнее объясняется тем, что амплитуда напряжения на обмотках W'1 и W''1, имеющих равное число витков, превышает в рассматриваемом случае напряжение на конденсаторе С3 или С4, вследствие чего через диоды Vд5 или Vд6 протекают импульсы выравнивающего тока.