2.3.6 Расчет разрядного устройства

Схема разрядного устройства (РУ) на базе непосредственного преобразователя постоянного напряжения повышающего типа [12,15,30] приведена на рис. 2.13. В рассматриваемой схеме транзистор не может постоянно находится в любом из двух крайних состояний — все время включен или все время выключен. Длительный режим открытого состояния транзистора соответствует режиму короткого замыкания источника питания.

Рисунок 2.13 — НПН повышающего типа

Анализ работы преобразователя проводится при идеализации параметров всех элементов и режиме непрерывного тока дросселя. Временные диаграммы токов и напряжений в схеме приведены на рис. 2.14.

В установившемся режиме работы на интервале открытого состояния транзистора γΤ, который задается управляющим напряжением U_у, дроссель L1 подключен к источнику питания, диод VD1 закрыт под действием напряжения конденсатора С1, напряжение которого приложено и к нагрузке.

Напряжение на дросселе равно напряжению АБ, а ток в нем изменяется по линейному закону от I_Lmin до I_Lmax на величину 2∆І _L, определяемую выражением:

На интервале (1 – γ)Τ транзистор закрыт, и энергия, накопленная в дросселе, передается в конденсатор и нагрузку через открывшийся диод. Ток в дросселе спадает по линейному закону, и к нему приложена разность входного и выходного напряжений.

Если постоянной составляющей падения напряжения на дросселе пренебречь, то можно составить соотношение:

U _вх γ Τ = (U_вых – U _вх) (1 – γ) Т,

откуда получим

Рисунок 2.14 — Временные диаграммы НПН повышающего типа

В силу того, что стабилизацию выходного напряжения СГЭП обеспечивает инвертор основного канала, НПН может быть выполнен нерегулируемым с жестко заданным γ из условия:

Емкость конденсатора должна обеспечить необходимый уровень пульсаций в напряжении питания инвертора, и рассчитывается по соотношению:

Этому условию с избытком удовлетворяет конденсатор входного фильтра с емкостью

Величина пульсаций выходного напряжения НПН не зависит от индуктивности дросселя при выполнении условия, что I_Lmin> I_n. Для удовлетворения этому условию необходимо значение индуктивности выбирать исходя из следующего соотношения [15]:

Устанавливаем два соединенных параллельно дросселя Д17-2 с параметрами [Приложение Ж]: L = 2 мГн; Iп = 6,3 А; Rдр = 0,3 Ом; f = 100 кГц.

Выражение справедливо для НПН только при отсутствии потерь, что является некорректным для реальных схем. Наибольшим активным сопротивлением, определяющим потери, обладает дроссель. Если принять, что

— относительное сопротивление активных потерь,

где — приведенное сопротивление нагрузки, то регулировочная характеристика НПН будет описываться выражением:

.

Из регулировочных характеристик, приведенных на рис. 2.15, видно, что результаты получаются приемлемыми при небольших значениях ρ.

Рисунок 2.15 — Регулировочные характеристики НПН

повышающего типа

Ток, протекающий через диод, равен току, потребляемому силовым инвертором I_VD = 4,3 А. Обратное напряжение, прикладываемое к диоду, определяется максимальным значением напряжения питания инвертора U_VDобр = 341 В.

Этим условиям удовлетворяет диод 2D245А с параметрами [Приложение С]:

U_{обр. max} = 400 В; I_ср = 10 А; t_восст = 0,07 мкс.

Максимальное напряжение, прикладываемое к транзистору, 341В.

Амплитуда коллекторного тока транзистора в схеме (рис. 2.14) равна максимальному значению тока дросселя и определяется выражением [12,15]:

Выбираем СИТ — транзистор 2П938А с параметрами [Приложение Р]:

U_сиmax = 500 В; I_с = 15А; R_си = 0,07Ом; t_вык = 1,1мкС; β_min = 20

(в отличие от полевых транзисторов для СИТ — транзисторов в технических условиях задан коэффициент передачи по току β).

Статические потери на транзисторе определяются выражением:

Для уменьшения динамических потерь используем LCD-цепь, схема которой приведена на рис. 2.16.

Индуктивность L2 рассчитываем из условий ограничения сквозного тока на уровне импульсного тока транзистора при его включении на время восстановления запирающих свойств диода VD2 по выражению:

Эту индуктивность обеспечивают соединительные (монтажные) провода, и установка дополнительного дросселя не требуется.

Учитывая, что повышающий преобразователь должен вступать в работу в случае выхода напряжения питающей сети переменного тока за пределы заданного диапазона, запуск разрядного устройства осуществляется сигналом U_синхр с блока контроля за состоянием сети. Принципиальная схема разрядного устройства на базе НПН, включая и схему управления, приведена на рис. 2.17.

Рисунок 2.16 — НПН повышающего типа с уменьшенными

динамическими потерями

Рисунок 2.17 — Принципиальная электрическая схема

разрядного устройства

Высокочастотный генератор, выполненный на микросхеме DA1 (компаратор 521СА3), вырабатывает импульсы с частотой 10 кГц, определяемой выражением:

Соотношение сопротивлений R₅ и R₆ определяет относительную длительность импульса γ.

Транзистор VT1 выбирается по току коллектора, определяемому по выражению:

Выбираем транзистор 2Т630А.

Сопротивление резистора R8 определяется из выражения:

Мощность, рассеиваемая резистором:

Выбираем резистор [Приложение Г] ОМЛТ-2-10 Ом ±10 %.

Расчет параметров и выбор остальных элементов схемы РУ не представляет трудностей, поэтому в данном примере не приводится.