Инверторы с самовозбуждением (автогенераторы) относятся к числу простейших устройств преобразования энергии постоянного тока. Относительная простота технических решений при достаточно высокой энергетической эффективности привело к их широкому применению в маломощных источниках питания в системах промышленной автоматики и генерирования сигналов прямоугольной формы, особенно в тех приложениях, где отсутствует необходимость в управлении прoцессом передачи энергии. В этих инверторах используется положительная обратная связь, обеспечивающая их работу в режиме устойчивых автоколебаний.
Рассмотрим работу инвертора, переключение транзисторов в котором осуществляется за счет насыщения материала магнитопровода трансформатора, на примере схемы рисунке. Цепь запуска инвертора в данном примере содержит резистор R1, конденсатор С1 и кнопку запуска Кн. Кратковременное замыкание Кн обеспечивает открытие транзистора VT2, в результате чего через нижнюю полу-обмотку W1-2 трансформатора начинает протекать ток и на зажимах всех его обмоток появляется ЭДС. Появление ЭДС на зажимах обмотки обратной связи Woc с указанной полярностью приводит к дальнейшему отпиранию VT2 и запиранию VT1. По окончанию этого лавинного процесса переключения транзистор VT2 оказывается в режиме насыщения a VT1 в режиме отсечки. Схема будет находиться в этом состоянии до тех пор пока по какой-либо причине транзистор VT2 не начнет выходить из насыщения. Причиной выхода VT2 из насыщения может быть резкое увеличение его коллекторного тока при насыщении материала магнитопровода трансформатора. Переход рабочей точки VT2 в активную область, а следовательно, уменьшение его коллекторного тока до значения iбh21 приводит к изменению знака ЭДС на зажимах всех обмоток трансформатора. В результате начинается лавинный процесс запирания VT2 и перевода VT1 в насыщение. Это новое состояние схемы будет продолжаться до тех пор, пока магнитная индукция в магнитопроводе вновь не достигнет значения индукции насыщения Вs, но теперь уже с другим знаком. В результате чего схема вновь вернется к состоянию, при котором VТ2 насыщен, а VT1 закрыт. Длительность, этого состояния соответствует половине периода автоколебаний инвертора. Если пренебречь падением напряжения на коллектор-эмитерном переходе насыщенного транзистора и на сопротивлении первичной полуобмотки W1-2 трансформатора, то ЭДС на зажимах W1-2 будет равна напряжению Uo источника питания на интервале всего полупериода. Следовательно, в соответствии с законом электромагнитной индукции, можно записать
где W1 = W1-1 = W1-2 — число витков первичной полуобмотки трансформатора; Sст — поперечное сечение стержня магнитопровода; ΔВ = 2Bs — приращение магнитной индукции на интервале полупериода автоколебаний; Δt = Т/2 — временной интервал, равный половине периода периода автоколебаний.
Следовательно, приближенное выражение для частоты ƒ автоколебаний можно записать в следующем виде:
В соответствии с выражением частота автоколебаний в идеальном инверторе не зависит от тока нагрузки. В реальном инверторе с ростом тока нагрузки напряжение, прикладываемое к первичным полуобмоткам трансфоматора, несколько уменьшается, вследствии чего уменьшается частота ƒ.
Для того чтобы инвертор мог работать в рассмотренном режиме, следует таким образом выбрать число витков Woc и сопротивление резистора R2, чтобы на интервале каждого из полупериодов ток базы транзисторов был в 1,2...1,5 раза больше IKVT max/h21 min.
Недостатком схем инверторов, переключение транзисторов в которых связано с насыщением материала магнитопровода трансформатора, является их низкий КПД, что объясняется большими потерями в транзисторах. Поэтому такие инверторы применяются при частотах / не более 10 кГц и выходной мощности до 10 Вт.
Переключение транзисторов начинается в момент, когда убывающий по экспоненциальному закону ток iб становится меньшим чем IKVT/h21. Понятно, что в таком инверторе увеличение тока нагрузки приводит к практически обратно пропорциональному повышению частоты. Подобные устройства могут работать на частотах в несколько десятков килогерц при выходной мощности более 10 Вт.
При существенных перегрузках и коротких замыканиях в нагрузке в любом из рассмотренных инверторов с самовозбуждением происходит срыв автоколебаний (все транзисторы переходят в закрытое состояние).
Используемая литература: Электропитание устройств и систем телекоммуникаций:
Учебное пособие для вузов / В. М. Бушуев, В. А. Демянский,
Л. Ф. Захаров и др. — М.: Горячая линия—Телеком, 2009. —
384 с.: ил.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com