18.2. Система широтно-імпульсного керування

Вибір структури СК залежить від умов, зумовлених технологічним процесом, а також від типу вибраного електронного ключа. Схемотехнічне рішення СК проходить, як правило, у два етапи:

• розроблення структурної схеми;

• схемної реалізації, розрахунку і вибору елементної бази.

Структурну схему простого широтно-імпульсного перетворювача з прямим принципом регулювання показано на рис. 98.

Рис. 98. Структурна схема широтно-імпульсного перетворювача з прямим принципом регулювання: U_вк.к — вхідна напруга керування (керуючої величини); ГЛЗН — генератор лінійно-змінної напруги; СП — схема порівняння; ФКС — формувач керуючих сигналів; ЕК— електронний ключ

Вибір того чи іншого типу СП здійснюється з врахуванням типу силового ЕК, який визначає схему формувача керуючих імпульсів. У

випадку застосування транзисторного ЕК як елемента порівняння, можна використати швидкодіючий операційний підсилювач, а для cxeми керування тиристорним ЕК — компаратор, вихідний сигнал якого узгоджений з рівнем керуючих сигналів цифрових мікросхем. Основною ознакою компаратора є великий коефіцієнт підсилення за напругою (K_U>1000) та передатний коефіцієнт ланки зворотного зв'язку що дорівнює одиниці.

Робота СК на базі широтно-імпульсного перетворювача пояснюється часовими діаграмами напруг, що зображені на рис. 99.

Рис. 99. Часові діаграми напруг широтно-імпульсного регулятора: генератор лінійно-змінної напруги з тиристорним ключем

Схеми порівняння (компаратори) виконують функцію порівняння двох напруг. У цьому випадку напруги генератора лінійно-змінної напруги U_глзн і вхідної напруги керування U_вх.к (опорної напруги). Вихідна напруга компаратора U_K встановлюється на рівні логічної одиниці, якщо U_вх.к>U_глзн або логічного нуля, якщо U_вх.к<U_тлзн-Компаратори можуть бути реалізовані на інтегральних мікросхемах з високою швидкістю наростання вихідної напруги (ОП серії 140УД10; 154УДЗ тощо) та передатним коефіцієнтом ланки зворотного зв'язку, що дорівнює одиниці (рис. 100). Струмообмежувальні резистори R₁,R₂ вибирають в межах (10³ ÷10⁶) Ом. Тип стабілітрона VD2 вибирають з умови обмеження вихідної напруги U_к ОП. Якщо ця напруга є вхідною для цифрових мікросхем, то її величина повинна бути менша ніж 5В. Діод VD1 вибирають з невеликим спадом напруги у відкритому стані (0,2÷0,4) В за умови, що U_зв._макс > U_K

Рис. 100. Схема порівняння та її часові діаграми

Високостабільний компаратор з мінімальним числом додаткових елементів реалізують на мікросхемах серій 521СА1, 521САЗ. Рівень вихідної напруги цих мікросхем узгоджений з рівнем вхідних напруг цифрових мікросхем (0,3<U_K <5) В.

Формувачі керуючих сигналів для транзисторних ек

Рис. 101. Схеми формувачів керуючих сигналів транзисторних ключів: кремнієвих (а); германієвих (б)

Схеми формування керуючих сигналів (ФКС) для кремнієвих і германієвих транзисторів принципово відмінні (рис. 101). Для закривання кремнієвих силових транзисторів в кола емітерів вмикають резистори опором R_E1 ≈ R_E2 ≈ 1 кОм. Германієві силові транзистори закриваються поданням напруги U_БE зворотної полярності до відкриваючої амплітудою (Н5) В. Входи формувачів керуючих сигналів транзисторних ЕК, як правило, під'єднують безпосередньо до виходів схем порівняння.