Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 1’2009<br />
www.power-e.ru<br />
на триггер (ШИМ Б). Сигнал обратной с<strong>в</strong>язи<br />
U ОС поступает на резисти<strong>в</strong>ный делитель напряжения<br />
(R1–R3), с потенциометра R2 которого<br />
подается на <strong>в</strong>ход УОС операционного усилителя<br />
(1УТ401А). Его <strong>в</strong>ыход соединен с <strong>в</strong>ходом модулятора<br />
длительности импульсо<strong>в</strong> (МДИ),<br />
на <strong>в</strong>ыходе которого формируется импульс заднего<br />
фронта ШИМ. Этот импульс за<strong>в</strong>ершает<br />
формиро<strong>в</strong>ание осно<strong>в</strong>ных сигнало<strong>в</strong> упра<strong>в</strong>ления<br />
БИВЭ: ШИМ А, ШИМ Б, Пауза.<br />
Защита от перегрузки по току (Защ I 0 ) построена<br />
на микросхеме 1УТ401А и работает следующим<br />
образом. Сигнал U RШ от датчика тока<br />
на резисторе R Ш поступает на один <strong>в</strong>ход усилителя,<br />
где суммируется с напряжением уста<strong>в</strong>ки,<br />
которое согласо<strong>в</strong>ано с опорным напряжением,<br />
пода<strong>в</strong>аемым на другой <strong>в</strong>ход усилителя.<br />
При срабаты<strong>в</strong>ании защиты от перегрузки<br />
по току сигнал с <strong>в</strong>ыхода усилителя поступает<br />
на транзисторный ключ с трансформаторным<br />
<strong>в</strong>ыходом. При этом на <strong>в</strong>ыходе Защ I 0 формируется<br />
импульсный сигнал «Выкл.», обеспечи<strong>в</strong>ая<br />
срабаты<strong>в</strong>ание именно того из триггеро<strong>в</strong><br />
«Пауза», а также ШИМ А или ШИМ Б, который<br />
акти<strong>в</strong>иро<strong>в</strong>ан <strong>в</strong> момент <strong>в</strong>озникно<strong>в</strong>ения тока перегрузки.<br />
Защита от перегрузки дейст<strong>в</strong>ует а<strong>в</strong>томатически,<br />
уменьшая длительность сило<strong>в</strong>ого<br />
импульса тока через транзисторы преобразо<strong>в</strong>ателя,<br />
тем самым ограничи<strong>в</strong>ая его на уро<strong>в</strong>не<br />
допустимого значения. При этом если ток перегрузки<br />
исчез, то <strong>в</strong>осстана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ается нормальная<br />
работа БИВЭ. В отличие от этого, защита<br />
нагрузки от перенапряжения (Защ U) срабаты<strong>в</strong>ает<br />
при таком напряжении U ОС (> 27 В), которое<br />
я<strong>в</strong>ляется опасным для аппаратуры «удаленной»<br />
нагрузки <strong>в</strong> конце кабеля. В с<strong>в</strong>язи с чем для<br />
предот<strong>в</strong>ращения по<strong>в</strong>реждения аппаратуры необходимо<br />
обеспечить отключение корабельного<br />
блока питания.<br />
Схема Защ U работает следующим образом.<br />
Опорный потенциал подается на один <strong>в</strong>ход<br />
усилителя защиты, а на другой его <strong>в</strong>ход поступает<br />
напряжение уста<strong>в</strong>ки, согласо<strong>в</strong>анное<br />
с опорным напряжением через резисти<strong>в</strong>ный<br />
делитель с потенциометром. Этот делитель<br />
подключен к напряжению U ОС , которое фактически<br />
я<strong>в</strong>ляется <strong>в</strong>ходным питающим напряжением<br />
для «удаленной» нагрузки Н. При срабаты<strong>в</strong>ании<br />
защиты от перенапряжения сигнал<br />
от усилителя поступает на транзисторный<br />
ключ, <strong>в</strong>ыход которого <strong>в</strong>ыключает <strong>в</strong>спомогательное<br />
реле (Р). Контакты этого реле отключают<br />
питание U УМ , обесточи<strong>в</strong>ая усилитель<br />
мощности УМ, а также обеспечи<strong>в</strong>ают <strong>в</strong>ыключение<br />
контактора К и, тем самым, отсоединяют<br />
блок питания от сети.<br />
В узле формиро<strong>в</strong>ания упра<strong>в</strong>ляющих сигнало<strong>в</strong><br />
УФС имеется также схема защиты по току<br />
перегрузки «<strong>в</strong>торого» уро<strong>в</strong>ня, которая<br />
не при<strong>в</strong>едена на рисунке. Она содержит импульсный<br />
трансформатор и транзисторный<br />
усилитель, <strong>в</strong>ход которого соединен с резистором<br />
датчика тока R Ш . Если напряжение U RШ<br />
продолжает расти, несмотря на срабаты<strong>в</strong>ание<br />
Защ I 0 , то откры<strong>в</strong>ается транзистор специального<br />
усилителя. Вследст<strong>в</strong>ие этого формируется<br />
импульс <strong>в</strong> пер<strong>в</strong>ичной обмотке импульсного<br />
трансформатора. Причем одна из <strong>в</strong>торичных<br />
обмоток этого трансформатора образует<br />
положительную обратную с<strong>в</strong>язь для специального<br />
усилителя, форсируя срабаты<strong>в</strong>ание<br />
транзистора, а другая обмотка <strong>в</strong>ключает маломощный<br />
тиристор 2У101Б, который «закорачи<strong>в</strong>ает»<br />
напряжение 12 В, питающее узлы<br />
Защ U, УОС и МДИ. Одно<strong>в</strong>ременно с этим<br />
обесточи<strong>в</strong>ается реле Р, контакты которого<br />
обеспечи<strong>в</strong>ают процедуру отключения блока<br />
питания от сети, аналогичную при срабаты<strong>в</strong>ании<br />
Защ U.<br />
Базо<strong>в</strong>ые сигналы сило<strong>в</strong>ых <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтных<br />
транзисторо<strong>в</strong> Т1–Т4 формируются узлом УМ.<br />
В блоках питания но<strong>в</strong>ого типа <strong>в</strong> осно<strong>в</strong>ном нашли<br />
применение усилители мощности<br />
с трансформаторным <strong>в</strong>ыходом как наиболее<br />
простые с точки зрения получения галь<strong>в</strong>анической<br />
раз<strong>в</strong>язки упра<strong>в</strong>ляющих сигнало<strong>в</strong><br />
от <strong>в</strong>ходного напряжения U 0 (300 В), с<strong>в</strong>язанного<br />
с потенциалом сети переменного тока.<br />
В рассматри<strong>в</strong>аемом блоке БИВЭ была использо<strong>в</strong>ана<br />
схема УМ с одним трансформатором,<br />
хотя, строго го<strong>в</strong>оря, из<strong>в</strong>естны, по крайней мере,<br />
еще д<strong>в</strong>е схемы [15, 16]. Одна из них — схема<br />
раздельного упра<strong>в</strong>ления транзисторами<br />
плеч мосто<strong>в</strong>ого преобразо<strong>в</strong>ателя (ПН-М), которая<br />
содержит 2 трансформатора <strong>в</strong> УМ. В ней<br />
транзисторы Т1, Т2 упра<strong>в</strong>ляются одним (однотактным)<br />
преобразо<strong>в</strong>ателем с пер<strong>в</strong>ым трансформатором,<br />
а транзисторы Т3, Т4 — другим<br />
(однотактным) преобразо<strong>в</strong>ателем со <strong>в</strong>торым<br />
трансформатором.<br />
Другая структура построения УМ, содержащая<br />
д<strong>в</strong>а трансформатора, каждый из которых<br />
работает по д<strong>в</strong>ухтактной схеме с рабочей частотой<br />
сило<strong>в</strong>ого ПН-М, формирует упра<strong>в</strong>ляющие<br />
сигналы, например, следующим образом.<br />
Один из д<strong>в</strong>ухтактных преобразо<strong>в</strong>ателей я<strong>в</strong>ляется<br />
<strong>в</strong>едущим, а <strong>в</strong>торой — <strong>в</strong>едомый — работает<br />
со сд<strong>в</strong>игом фазы запуска, например с помощью<br />
МДИ. В результате сложения напряжений<br />
(меандр) <strong>в</strong>торичных обмоток этих д<strong>в</strong>ух<br />
трансформаторо<strong>в</strong> можно получить упра<strong>в</strong>ляющие<br />
сигналы для базо<strong>в</strong>ых цепей сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> ПН-М.<br />
Схема УМ по рисунку работает следующим<br />
образом. Выходы триггеро<strong>в</strong> ШИМ А/ШИМ Б<br />
поступают на базы транзисторо<strong>в</strong> Т5/Т6 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно.<br />
Эти транзисторы <strong>в</strong>ключены<br />
по схеме д<strong>в</strong>ухтактного преобразо<strong>в</strong>ателя<br />
со средней точкой трансформатора Т Р.У , на <strong>в</strong>торичных<br />
обмотках которых формируются<br />
упра<strong>в</strong>ляющие сигналы (U У1 –U У4 ) для сило<strong>в</strong>ых<br />
ключей (Т1–Т4) соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. Нуле<strong>в</strong>ой уро<strong>в</strong>ень<br />
<strong>в</strong> сигналах упра<strong>в</strong>ления — от импульса<br />
модуляции до конца полупериода рабочей частоты<br />
— получается путем «закорачи<strong>в</strong>ания» обмоток<br />
W 3 , W 4 через диоды D1, D2 и резистор<br />
R ОГР. транзистором Т7. Этот транзистор упра<strong>в</strong>ляется<br />
импульсами П, которые формируются<br />
на <strong>в</strong>ыходе триггера «Пауза».<br />
Узел УВИ <strong>в</strong>ыполнен на <strong>в</strong>ыпрямителях с питанием<br />
от <strong>в</strong>торичных обмоток маломощных<br />
сете<strong>в</strong>ых трансформаторо<strong>в</strong> (ТПП-63 и ТПП-<br />
214). Таким образом, на <strong>в</strong>ыходе УВИ формируются<br />
постоянные напряжения: U УМ , U СМ1 ,<br />
U СМ2 , U СТР /U СМ3 , U П1 , U П2 , U П3 . Для сущест<strong>в</strong>енного<br />
уменьшения <strong>в</strong>ремени рассасы<strong>в</strong>ания<br />
t s сило<strong>в</strong>ых ключей при их <strong>в</strong>ыключении служат<br />
цепи отрицательного потенциала, <strong>в</strong>ключенные<br />
между эмиттером каждого из транзисторо<strong>в</strong><br />
и его упра<strong>в</strong>ляющим сигналом U у . Кроме<br />
Источники питания<br />
того, при срабаты<strong>в</strong>ании защиты от перегрузки<br />
по току импульсом Защ I 0 отпирается транзистор<br />
Т8, который подает стробирующий (запирающий)<br />
потенциал от напряжения U СТР (5 В)<br />
на базы транзисторо<strong>в</strong> Т2, Т4 через диоды D3,<br />
D4 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. И, наконец, для сущест<strong>в</strong>енного<br />
снижения динамических потерь <strong>в</strong> процессе<br />
<strong>в</strong>ыключения сило<strong>в</strong>ых транзисторо<strong>в</strong> служат<br />
RCD-цепи (А1–А4), подключенные параллельно<br />
<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одам коллектор-эмиттер транзисторо<strong>в</strong><br />
Т1–Т4 соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно.<br />
Каждая RCD-цепь состоит из ограничи<strong>в</strong>ающего<br />
резистора r1 (100 Ом), разрядного резистора<br />
r2 (560 Ом), параллельно которому<br />
<strong>в</strong>ключен диод D (Д237Б), <strong>в</strong>ыра<strong>в</strong>ни<strong>в</strong>ающего резистора<br />
r3 (20 кОм), параллельно которому<br />
<strong>в</strong>ключен конденсатор C (0,01 мкФ). Уменьшение<br />
динамических потерь при <strong>в</strong>ключении сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> достигается при <strong>в</strong>ключении<br />
дросселя насыщения ДН последо<strong>в</strong>ательно<br />
с пер<strong>в</strong>ичной обмоткой трансформатора Т Р.С .<br />
Комплекс этих мер обеспечил сущест<strong>в</strong>енное<br />
облегчение режимо<strong>в</strong> коммутации сило<strong>в</strong>ых<br />
транзисторо<strong>в</strong> [17]. В этой работе показано, что<br />
применение RCD-цепей и дросселя насыщения<br />
поз<strong>в</strong>олило для БИВЭ на 400 Вт снизить<br />
мгно<strong>в</strong>енную мощность <strong>в</strong> сило<strong>в</strong>ых транзисторах<br />
P Cпик <strong>в</strong> 3–4 раза, <strong>в</strong> результате этого суммарные<br />
потери мощности <strong>в</strong> каждом сило<strong>в</strong>ом<br />
транзисторе получились не более 3,5 Вт.<br />
Конструкция базо<strong>в</strong>ого<br />
блока питания ЦНИИ «Гранит»<br />
Разработка базо<strong>в</strong>ого блока питания с <strong>в</strong>ыходной<br />
мощностью 400 Вт (рис.) поз<strong>в</strong>олила отработать<br />
конструкти<strong>в</strong>но <strong>в</strong>се <strong>в</strong>ходящие <strong>в</strong> него<br />
узлы и оптимизиро<strong>в</strong>ать его размеры —<br />
275150210 мм. Таким образом, при объеме<br />
блока 8,7 дм 3 его удельная мощность p v соста<strong>в</strong>ила<br />
46 Вт/дм 3 . При этом для других разработок<br />
были унифициро<strong>в</strong>аны следующие укрупненные<br />
субблоки: сило<strong>в</strong>ая печатная плата, система<br />
упра<strong>в</strong>ления, другие узлы. Сило<strong>в</strong>ая<br />
печатная плата содержит 4 сило<strong>в</strong>ых транзистора<br />
с радиаторами, узел <strong>в</strong>спомогательных источнико<strong>в</strong><br />
питания УВИ с сете<strong>в</strong>ыми трансформаторами,<br />
4 печатные платы с RCD-цепями,<br />
каждая из которых <strong>в</strong>ертикально устана<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ается<br />
рядом со с<strong>в</strong>оим сило<strong>в</strong>ым транзистором.<br />
Система упра<strong>в</strong>ления преобразо<strong>в</strong>ателем <strong>в</strong>ыполнена<br />
на печатной плате с разъемом и имеет лице<strong>в</strong>ую<br />
панель. Этот субблок <strong>в</strong>ключает <strong>в</strong> себя:<br />
УФС, УМ с <strong>в</strong>ысокочастотным трансформатором<br />
Т Р.У , элементы защиты по напряжению<br />
и току (<strong>в</strong>спомогательные реле, маломощный<br />
тиристор и др.). Другие части схемы рисунка,<br />
а также остальные узлы и элементы блока питания,<br />
не показанные на упрощенной схеме,<br />
например, узел пода<strong>в</strong>ления радиопомех и др.,<br />
располагаются <strong>в</strong> отсеках на несущем шасси.<br />
Благодаря такой унификации на осно<strong>в</strong>е базо<strong>в</strong>ой<br />
схемы <strong>в</strong> период с 1972 по 1974 г. были<br />
спроектиро<strong>в</strong>аны модификации БИВЭ на мощности<br />
350, 300, 250 Вт, при длине кабеля 260,<br />
200, 140 м соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>енно. Кроме того, были<br />
разработаны блок питания на мощность 225 Вт<br />
(600–900 В / 0,25 А) — для модулятора радиопередатчика,<br />
а также <strong>в</strong>ысоко<strong>в</strong>ольтный блок<br />
питания для <strong>в</strong>ыходного СВЧ-прибора пере-<br />
25
Change language