Файл: Electron_SE.pdf

281

9. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÂÈÏÐßÌËßײ

t

i

 – òðèâàë³ñòü ³ìïóëüñó;

Ò – ïåð³îä íàäõîäæåííÿ ³ìïóëüñ³â;

)

1

...

0

(

=

=

γ

T

t

i

 – êîåô³ö³ºíò çàïîâíåííÿ.                                  

(9.99)

Çì³íþþ÷è 

g

, ìîæíà çì³íþâàòè U

d

 â³ä íóëÿ (ïðè 

g

=

0) äî Å (ïðè 

g

=

1).

l

Ïðè ÷àñòîòíî-³ìïóëüñíîìó ðåãóëþâàíí³ (ײÐ) çì³íþþòü ÷àñ-

òîòó (ïåð³îä) íàäõîäæåííÿ ³ìïóëüñ³â ïðè ¿õí³é ô³êñîâàí³é òðèâàëîñò³.

Ñåðåäíº çíà÷åííÿ íàïðóãè ïðè öüîìó ñòàíîâèòü

,

f

Et

T

t

E

U

i

i

d

=

=

(9.100)

äå f – ÷àñòîòà ³ìïóëüñ³â.

̳í³ìàëüíå çíà÷åííÿ U

d 

, ùî íàáëèæàºòüñÿ äî íóëÿ, îòðèìóþòü ïðè

÷àñòîò³ f

®

0, à ìàêñèìàëüíå, ùî íàáëèæàºòüñÿ äî Å, ïðè f

®

t

i

-1

.

l

Çà êîìá³íîâàíîãî ðåãóëþâàííÿ çì³íþþòü ïåð³îä ³ òðèâàë³ñòü

³ìïóëüñ³â.

Îñòàíí³é ìåòîä íàéïðîñò³øèé ó ðåàë³çàö³¿ (òàê, íàïðèêëàä, ïðàöþº

òåðìî-á³ìåòàë³÷íèé ðåãóëÿòîð ó ïðàñö³), àëå ïðè ðåãóëþâàíí³ ïîñò³éíî¿

íàïðóãè îòðèìàííÿ ¿¿ ïîñò³éíîãî çíà÷åííÿ ó ÷àñ³ íà íàâàíòàæåíí³, ùî

çàáåçïå÷óºòüñÿ, ÿê â³äîìî, çà äîïîìîãîþ ô³ëüòð³â, âèìàãຠâèêîðèñ-

òàííÿ åëåìåíò³â ô³ëüòðà ç ìàñî-ãàáàðèòíèìè ïàðàìåòðàìè, äàëåêèìè

â³ä ì³í³ìàëüíî ìîæëèâèõ. Öå æ ñòîñóºòüñÿ ³ ìåòîäó ×²Ð.

̳í³ìàëüí³  ïàðàìåòðè  åëåìåíò³â  ô³ëüòðà  çàáåçïå÷óº  ìåòî䠠زÐ,

îñê³ëüêè çà íüîãî ðåãóëÿòîð ïðàöþº íà ô³êñîâàí³é ÷àñòîò³.

Äî ðå÷³, öÿ ÷àñòîòà, ÿê ïðàâèëî, ó áàãàòî ðàç³â ïåðåâèùóº ÷àñòîòó

ìåðåæ³ çì³ííîãî ñòðóìó, ùî, òèì á³ëüøå, çàáåçïå÷óº ì³í³ìàëüí³ ïàðà-

ìåòðè åëåìåíò³â ô³ëüòðà.

Ó ïîð³âíÿíí³ ç ³íøèìè ìåòîäàìè, ìåòîä Ø²Ð çàáåçïå÷óº òàêîæ êðàù³

óìîâè óçãîäæåííÿ ðåãóëÿòîðà ç ìåðåæåþ æèâëåííÿ (ïîëåãøåíå ïîäàâ-

ëåííÿ ðàä³îïåðåøêîä, ùî ïåðåäàþòüñÿ ç ðåãóëÿòîðà ó ìåðåæó).

Âèõîäÿ÷è ç íàâåäåíîãî, ìåòîä Ø²Ð çàñòîñîâóþòü íàé÷àñò³øå.

Ñõåìó ïðîñòîãî ³ íàéá³ëüø â³äîìîãî ³ìïóëüñíîãî ðåãóëÿòîðà íàâå-

äåíî íà ðèñ. 9.36,à. Òóò ñèëîâèé êëþ÷, äðîñåëü ³ íàâàíòàæåííÿ óâ³ìê-

íóò³ ïîñë³äîâíî. Äðîñåëü L ç êîíäåíñàòîðîì C óòâîðþþòü Ã-ïîä³áíèé

LC-ô³ëüòð.

Ïðè çàìêíåíîìó êëþ÷³ Ê íàâàíòàæåííÿ R

í

 æèâèòüñÿ â³ä äæåðåëà

ïîñò³éíîãî ñòðóìó Å (òå÷å ñòðóì i

/

d

), à åëåìåíòè ô³ëüòðà íàêîïè÷óþòü

282

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

åíåðã³þ. Êîëè êëþ÷ ðîç³ìêíóòèé, òî íàâàíòàæåííÿ æèâèòüñÿ åíåð㳺þ,

íàêîïè÷åíîþ â êîíäåíñàòîð³ ³ äðîñåë³. Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ ïåðåäà÷³ åíåð㳿,

íàêîïè÷åíî¿ â äðîñåë³, ó íàâàíòàæåííÿ (ïðîò³êàííÿ ñòðóìó i

//

d

), â ñõåìó

ââåäåíî ä³îä VD, ÿêèé íàçèâàþòü çâîðîòíèì. Ä³àïàçîí ðåãóëþâàííÿ âè-

õ³äíî¿ íàïðóãè ñêëàäຠâ³ä 0 äî çíà÷åííÿ íàðóãè äæåðåëà æèâëåííÿ Å.

Öåé ðåãóëÿòîð º ðåãóëÿòîðîì çíèæóþ÷îãî òèïó. Éîãî ùå íàçèâà-

þòü ÷îïïåð (àíãë. chopper – ïåðåðèâà÷, àáî buck converter, step-down

converter – çíèæóþ÷èé ïåðåòâîðþâà÷).

Çì³íþþ÷è ïîðÿäîê ç’ºäíàííÿ åëåìåíò³â ðåãóëÿòîðà, ìîæíà îòðèìà-

òè ùå äâ³ ñõåìè.

Òàê ñõåìó ðåãóëÿòîðà ç âìèêàííÿì äðîñåëÿ ïîñë³äîâíî ç íàâàíòà-

æåííÿì, à êëþ÷à ïàðàëåëüíî äî íüîãî íàâåäåíî íà ðèñ. 9.36,á. Öåé

ðåãóëÿòîð äîçâîëÿº îòðèìàòè çíà÷åííÿ íàïðóãè íà íàâàíòàæåíí³  U

d

á³ëüø³ çà íàïðóãó äæåðåëà æèâëåííÿ Å. Òîìó éîãî íàçèâàþòü ðåãóëÿ-

òîðîì ï³äâèùóþ÷îãî òèïó àáî áóñòåðîì (àíãë. boost converter àáî

step-up converter – ï³äâèùóþ÷èé ïåðåòâîðþâà÷).

Òóò ïðè çàìêíåíîìó êëþ÷³ (îñê³ëüêè êëþ÷åì º á³ïîëÿðíèé òðàíçèñòîð

VT, òî çàìêíåíîìó ñòàíó êëþ÷à â³äïîâ³äຠóâ³ìêíåíèé ñòàí òðàíçèñòî-

ðà) äðîñåëü L ï³äìèêàºòüñÿ äî äæåðåëà æèâëåííÿ Å ³ ÷åðåç íüîãî ïðî-

ò³êຠçðîñòàþ÷èé åêñïîíåíö³éíî ñòðóì i

L

 (ïåðåõ³äíèé ïðîöåñ). Çà ðàõó-

íîê öüîãî â äðîñåë³ íàêîïè÷óºòüñÿ åíåðã³ÿ. Ïîëÿðí³ñòü íàïðóãè íà äðî-

ñåë³ âêàçàíà ó äóæêàõ. Ï³ñëÿ ðîçìèêàííÿ êëþ÷à (ïðè âèìèêàíí³ òðàíçè-

ñòîðà VT) â³äêðèâàºòüñÿ ä³îä VD ³ êîíäåíñàòîð ºìí³ñíîãî ô³ëüòðà C çà-

ðÿäæàºòüñÿ ï³ä ä³ºþ íàïðóãè, ùî äîð³âíþº ñóì³ íàðóã äæåðåëà æèâëåííÿ

Å ³ å.ð.ñ. ñàìî³íäóêö³¿ äðîñåëÿ Ïîëÿðí³ñòü îñòàííüî¿ âêàçàíî áåç äóæîê.

Ïðîò³êàþòü ñòðóì çàðÿäó êîíäåíñàòîðà i

Ñ 

³ ñòðóì íàâàíòàæåííÿ i

/

d

. Ïðè

íàñòóïíîìó çàìèêàíí³ êëþ÷à ä³îä çàêðèâàºòüñÿ ï³ä ä³ºþ íàïðóãè íà êîí-

äåíñàòîð³. Äðîñåëü çíîâó íàêîïè÷óº åíåðã³þ, à íàâàíòàæåííÿ æèâèòüñÿ

çà ðàõóíîê åíåð㳿, íàêîïè÷åíî¿ â êîíäåíñàòî𳠖 ïðîò³êຠñòðóì i

//

d

.

Ñõåìó ðåãóëÿòîðà ç âìèêàííÿì äðîñåëÿ ïàðàëåëüíî äî íàâàíòàæåí-

íÿ, à êëþ÷à ïîñë³äîâíî ç íèì íàâåäåíî íà ðèñ. 9.36,â. Òàêèé ðåãóëÿòîð

íàçèâàþòü  ðåãóëÿòîðîì  ³íâåðòóþ÷îãî  òèïó  (àíãë.  buck-boost

converter), áî â³í äîçâîëÿº îòðèìóâàòè íà íàâàíòàæåíí³ íàðóãó ç ïî-

ëÿðí³ñòþ, ïðîòèëåæíîþ äî ïîëÿðíîñò³ íàïðóãè äæåðåëà æèâëåííÿ. Ïðè

öüîìó çíà÷åííÿ íàïðóãè íà íàâàíòàæåíí³ ìîæóòü áóòè îòðèìàí³ ÿê

á³ëüø³, òàê ³ ìåíø³ çà íàïðóãó äæåðåëà æèâëåííÿ.

283

9. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÂÈÏÐßÌËßײ

i

 //

d

L

R

í

C

K 

VD

E

+

-

+

-

U

d

i

 /

d

à)

L

R

í

C

VD

E

+

-

+

-

i

 /

d

(

+

)

-

VT

U

ê åð

+

(

-

) 

+

-

i

C

i

 //

d

á)

i

L

à

0

U

d 

/E

1,0

-1,0

0,5

â

á

ä)

L

R

í

C

VD

E

+

-

+

-

U

d

i

 /

d

(

+

)

-

VT

U

êåð

+

(

-

) 

+

-

i

C

i

 //

d

â)

i

L

R

í

C

VD

E

+

-

+

-

i

 /

d

VT

U

êåð

+

-

i

C

w

1

TV

w

2

ã)

U

d

U

d

i

1

i

//

d 

Ðèñ. 9.36 – ²ìïóëüñí³ ðåãóëÿòîðè íàïðóãè ïîñò³éíîãî ñòðóìó:

çíèæóþ÷îãî (à), ï³äâèùóþ÷îãî (á), ³íâåðòóþ÷îãî (â)  òèï³â

³ çâîðîòíîõîäîâèé (ã) òà ¿õí³ ðåãóëþâàëüí³ õàðàêòåðèñòèêè (ä)

284

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Ïðè çàìèêàíí³ êëþ÷à (ÿêèì òóò º ÁҲǠVT) äðîñåëü L ï³äìèêàºòüñÿ

äî äæåðåëà æèâëåííÿ ³ çà ðàõóíîê ïðîò³êàííÿ ñòðóìó i

L

 â íüîìó íàêî-

ïè÷óºòüñÿ åíåðã³ÿ. Ïîëÿðí³ñòü íàïðóãè íà äðîñåë³ âêàçàíà ó äóæêàõ.

Ïðè ðîçìèêàíí³ êëþ÷à (âèìèêàíí³ òðàíçèñòîðà VT) â³äêðèâàºòüñÿ ä³îä

VD ³ åíåðã³ÿ, íàêîïè÷åíà â äðîñåë³, çà ðàõóíîê ïðîò³êàííÿ ñòðóìó i

Ñ

 ïåðå-

äàºòüñÿ â êîíäåíñàòîð Ñ, à çà ðàõóíîê ïðîò³êàííÿ ñòðóìó i

/

d

 â íàâàíòà-

æåííÿ. Ïðè íàñòóïíîìó çàìèêàíí³ êëþ÷à ä³îä çàêðèâàºòüñÿ, çíîâó íàêî-

ïè÷óºòüñÿ åíåðã³ÿ â äðîñåë³, à íàâàíòàæåííÿ æèâèòüñÿ åíåð㳺þ, íàêîïè-

÷åíîþ â êîíäåíñàòî𳠖 ÷åðåç íàâàíòàæåííÿ òå÷å ñòðóì i

//

d

.

Ðåãóëþâàëüí³ õàðàêòåðèñòèêè ðîçãëÿíóòèõ ðåãóëÿòîð³â ïîêàçàíî íà

ðèñ. 9.36,ã, äå ¿õ â³äïîâ³äíî ïîçíà÷åíî ë³òåðàìè à, á ³ â.

Çàçíà÷èìî, ùî íàé÷àñò³øå çàñòîñîâóþòü ðåãóëÿòîð çíèæóþ÷îãî òèïó,

áî ó íüîìó åôåêòèâí³øå âèêîðèñòîâóþòüñÿ äðîñåëü ³ êîíäåíñàòîð, ùî

óòâîðþþòü  òóò  Ã-ïîä³áíèé  LC-ô³ëüòð.  Ó  äâîõ  ³íøèõ  ìàºìî  ëèøå

ºìí³ñíèé ô³ëüòð C, ó çâ’ÿçêó ç ÷èì çà îäíàêîâèõ âèõ³äíèõ ïàðàìåòð³â ó

íèõ íåîáõ³äíî âñòàíîâëþâàòè äðîñåë³ ç á³ëüøîþ ³íäóêòèâí³ñòþ, à êîí-

äåíñàòîð蠖 ç á³ëüøîþ ºìí³ñòþ. À öå, ñâîºþ ÷åðãîþ, çá³ëüøóº ³íåð-

ö³éí³ñòü ðåãóëÿòîð³â ³ ïîã³ðøóº ¿õí³ ìàñî-ãàáàðèòí³ òà ³íø³ ïîêàçíèêè.

Òàêîæ íåäîë³êîì ï³äâèùóþ÷îãî é ³íâåðòóþ÷îãî ðåãóëÿòîð³â º íåë³í³éí³ñòü

ðåãóëþâàëüíèõ õàðàêòåðèñòèê. Çâàæàþ÷è íà âêàçàíå, òàê³ ðåãóëÿòîðè

çàñòîñîâóþòü ëèøå çà íåîáõ³äíîñò³ îòðèìàííÿ íà íàâàíòàæåíí³ çíà-

÷åííÿ íàïðóãè, á³ëüøîãî çà íàïðóãó äæåðåëà æèâëåííÿ, àáî íàïðóãè

³íøî¿ ïîëÿðíîñò³.

Ðîçãëÿíóò³ ðåãóëÿòîðè çàñòîñîâóþòü ó âèïàäêàõ, êîëè íåìຠïîòðåáè

ó ãàëüâàí³÷í³é ðîçâ’ÿçö³ â³ä ìåðåæ³ æèâëåííÿ. Çàçâè÷àé íàïðóãà íà íèõ

íàäõîäèòü ç àâòîíîìíèõ äæåðåë æèâëåííÿ (àêóìóëÿòîð³â, ãàëüâàí³÷íèõ

áàòàðåé) àáî â³ä âèïðÿìëÿ÷³â, ùî ï³äìèêàþòüñÿ äî ìåðåæ³ ÷åðåç òðàíñ-

ôîðìàòîð, ÿêèé ³ çàáåçïå÷óº ãàëüâàí³÷íó ðîçâ’ÿçêó. Ïðè öüîìó êëàñè÷í³

ìåðåæí³ òðàíñôîðìàòîðè íà 50 Ãö ìàþòü çíà÷í³ ãàáàðèòè ³ ìàñó.

Ïîÿâà âèñîêî÷àñòîòíèõ ³ìïóëüñíèõ ïåðåòâîðþâà÷³â äîçâîëèëà çíà÷íî

çíèçèòè ìàñó ³ ãàáàðèòè äæåðåë æèâëåííÿ ç çàáåçïå÷åííÿì ãàëüâàí³÷-

íî¿ ðîçâ’ÿçêè ì³æ âõîäîì ³ âèõîäîì (äèâ. òàêîæ ïï. 11.1.5). Â îñíîâíî-

ìó çàñòîñîâóþòü ñõåìó çâîðîòíîõîäîâîãî  ïåðåòâîðþâà÷ࠖ  ôëàé-

áåê (àíãë. flyback – çâîðîòíîõîäîâèé) íàâåäåíó íà ðèñ. 9.36,ã. Òðàíñ-

ôîðìàòîð òóò çàáåçïå÷óº ãàëüâàí³÷íó ðîçâ’ÿçêó ³ âèêîíóº ðîëü äâîîá-

ìîòêîâîãî äðîñåëÿ, ùî íàêîïè÷óº åíåðã³þ ó ïåðâèíí³é îáìîòö³ ³ ïåðåäàº

285

9. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ÂÈÏÐßÌËßײ

¿¿ ó íàâàíòàæåííÿ çà äîïîìîãîþ âòîðèííî¿. Éîãî íàçèâàþòü íàêîïè÷ó-

þ÷èì òðàíñôîðìàòîðîì.

Ó ôàç³ íàêîïè÷åííÿ åíåð㳿 òðàíçèñòîð VT â³äêðèòèé ³ çà ðàõóíîê ïðî-

ò³êàííÿ ñòðóìó i

1

 ó ïåðâèíí³é îáìîòö³ w

1

 òðàíñôîðìàòîð TV íàêîïè÷óº

åíåðã³þ.

Ó ìîìåíò çàêðèòòÿ òðàíçèñòîðà íàñòຠôàçà ïåðåäà÷³ åíåð㳿. Çàâ-

äÿêè ÿâèùó ñàìî³íäóêö³¿ ïîëÿðí³ñòü íàðóãè íà âòîðèíí³é îáìîòö³ w

2

çì³íþºòüñÿ íà çâîðîòíó ³ ÷åðåç â³äêðèòèé ä³îä VD çàðÿäæàºòüñÿ êîí-

äåíñàòîð ô³ëüòðà Ñ ³ æèâèòüñÿ íàâàíòàæåííÿ R

í

.

Âòîðèííèõ îáìîòîê ó òðàíñôîðìàòîðà ìîæå áóòè äåê³ëüêà, ùî çà-

áåçïå÷óº ìîæëèâ³ñòü àâòîíîìíîãî æèâëåííÿ ê³ëüêîõ íàâàíòàæåíü.

Îñîáëèâ³ñòþ òàêî¿ ñõåìè º òàêîæ òå, ùî ïðè êîðîòêîìó çàìèêàíí³ ó

íàâàíòàæåíí³ êëþ÷îâèé åëåìåíò – òðàíçèñòîð – íå âèõîäèòü ç ëàäó.

Ïðîâ³äíèìè ô³ðìàìè ðîçðîáëåíî âåëèêó ê³ëüê³ñòü ²ÌÑ êåðóâàííÿ

òàêèìè ðåãóëÿòîðàìè.

Ðåãóëþâàòè âèõ³äíó íàïðóãó âèïðÿìëÿ÷à ìîæíà òàêîæ, çàñòîñîâóþ÷è

ôàçî-³ìïóëüñíèé ìåòîä. Ïðè öüîìó äî ñêëàäó ïåðåòâîðþâàëüíîãî

ïðèñòðîþ íå ââîäÿòü äîäàòêîâèõ ñèëîâèõ âóçë³â, à ëèøå ó ÿêîñò³ âåí-

òèë³â âèïðÿìíî¿ ñõåìè âèêîðèñòîâóþòü êåðîâàí³ êëþ÷³ – ÿê ïðàâèëî,

òèðèñòîðè. Ïðèíöèï ä³¿ ðåãóëÿòîðà ïîëÿãຠó òîìó, ùî çà äîïîìîãîþ

ñïåö³àëüíî¿ ñõåìè êåðóâàííÿ çàáåçïå÷óºòüñÿ ðåãóëüîâàíà çàòðèìêà íà

âìèêàííÿ òèðèñòîð³â â³äíîñíî ïåðåõîäó ÷åðåç íóëü çì³ííî¿ ñèíóñî¿äíî¿

íàïðóãè (äèâ. ïï. 2.6.2 – êóò êåðóâàííÿ 

a

). Òîáòî ôàçà ïîñë³äîâíîñò³

³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ çì³íþºòüñÿ ùîäî ôàçè ñèíóñî¿äíî¿ íàïðóãè.

Çàçíà÷èìî, ùî öåé ìåòîä ðåãóëþâàííÿ ìîæíà ðîçãëÿäàòè ÿê ð³çíî-

âèä ìåòîäó Ø²Ð, êîëè ³ìïóëüñè íàïðóãè ìàþòü íå ïðÿìîêóòíó, à ñèíó-

ñî¿äíó ôîðìó ç îáìåæåííÿì.

Ïåðåâàãîþ ³ìïóëüñíèõ ìåòîä³â ðåãóëþâàííÿ º òå, ùî, ïåðø çà âñå,

íàäëèøîê åíåð㳿 òóò ïðîñòî íå áåðåòüñÿ â³ä äæåðåëà æèâëåííÿ (à íå

ãàñèòüñÿ ó áàëàñòíîìó åëåìåíò³, ÿê, íàïðèêëàä, ó êîìïåíñàö³éíîìó ñòà-

á³ë³çàòîð³, äèâ. ïï. 9.8.2). Öå â ³äåàë³ (ÿêùî ââàæàòè åëåìåíòè ðåãóëÿ-

òîðà òàêèìè, ùî íå ìàþòü, íàïðèêëàä, îïîðó) çà ïðèíöèïîì ïîáóäîâè

ðåãóëÿòîðà çóìîâëþº çíà÷åííÿ ê.ê.ä. ó 100%!

 ³ìïóëüñíèõ ðåãóëÿòîðàõ á³ëüø åôåêòèâíî âèêîðèñòîâóþòüñÿ ñè-

ëîâ³ åëåìåíòè. Âîíè ìàþòü (îñîáëèâî ïðè ìåòî䳠زРçà âèñîêèõ ÷àñ-

òîò êîìóòàö³¿ êëþ÷à) ìåíø³ ìàñî-ãàáàðèòí³ ïîêàçíèêè.