Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) ( 41 ) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110) (41)

126 «Этот чудесный чоппер»

9. «Этот чудесный чоппер»

...я так думаю, что этот чоппер сгодится для моей схемы. Надежнее работать будет, и греться меньше...

Из переписки

9.1. Что такое чопперная схема

Chopper (прерыватель) - наиболее известная в семействе импульсных стабилизаторов схема. Поэтому с ее рассмотрения мы и начнем наше знакомство со схемотехникой и принципами работы преобразователей DC/DC («постоянный ток/постоянный ток»).

Схема, приведенная на рис. 9.1, состоит из следующих обязательных элементов:

• силового ключа Кл, осуществляющего высокочастотную коммутацию тока (обычно роль ключа выполняет мощный биполярный или полевой транзистор);

• разрядного диода VD;

• низкочастотного сглаживающего фильтра L, С;

• схемы управления и обратной связи, осуществляющей стабилизацию напряжения или тока.

Другое известное название чопперной схемы - импульсный последовательный стабилизатор понижающего типа. Как видно из рис. 9.1, ключевой элемент Кл и дроссель фильтра L включены последовательно с нагрузкой R. Рабочий цикл чоппера состоит, как показано на рис. 9.2, из двух фаз: фазы накачки энергии и фазы разряда на нагрузку. Рассмотрим их подробнее.

Фаза 1 - накачки энергии

Эта фаза протекает на протяжении времени t„. Ключевой элемент замкнут и проводит ток i„, который течет от источника питания U„ к нагрузке через дроссель L, в котором в это время происходит накопле-



Фаза 1 Фаза 2

- Т

Рис. 9.1. Базовая схема чопперного стабилизатора

Рис. 9.2. Фазы работы чопперного стабилизатора

ние энергии. В это же время подзаряжается конденсатор С. Работа элементов в этой фазе показана на рис. 9.3.

Фаза 2 - разряд

Любой индуктивный элемент при скачкообразном изменении характеристик цепи (будь то ее обрыв или замыкание на нагрузку с другим значением сопротивления) всегда стремится воспрепятствовать изменению направления и величины тока, протекающего через его обмотку. Поэтому, когда по окончании фазы 1 происходит размыкание ключа Кл, ток /„, поддерживаемый индуктивным элементом, вынужден замыкаться через разрядный диод VD. Поскольку источник питания отключен, дросселю неоткуда пополнять убыль энергии, поэтому он начинает разряжаться по цепи «диод-нагрузка», как показано на рис. 9.4. Отсюда и идет название диода - «разрядный». Через некоторый промежуток времени t„ ключ вновь замыкается и процесс повторяется.

Несколько позже, в соответствующем разделе, мы подробно рассмотрим требования, предъявляемые к разрядному диоду. Пока, для простоты, считаем, что наш диод является идеальным элементом, который начинает мгновенно проводить ток при размыкании ключа Кл, а также мгновенно закрывается (восстанавливает свои запирающие свойства) при замыкании ключа.

<-


Рис. 9.3. Фаза накачки энергии

Рис. 9.4. Фаза разряда на нагрузку



Рабочая частота стабилизатора задается схемой управления и определяется:

где Т - период коммутации схемы управления стабилизатора. .

Введем новое понятие, которое очень поможет нам при дальнейшем анализе схемы. Итак, отношение длительности открытого состояния ключа, при котором происходит накачка энергии, к периоду ком-мутахдии называется коэффициентом заполнения.

где /- рабочая частота схемы управления.

Прежде чем разобраться, почему, управляя длительностью открытого состояния ключа возможно регулировать величину напряжения, питающего нагрузку, поясним необходимость присутствия в схеме сглаживающего фильтра. Представим, что мы на время исключили фильтр из схемы и, подключив нагрузку к точке соединения ключа и разрядного диода, наблюдаем по осциллографу за формой питающего напряжения. В таком слзае напряжение на нагрузке С/,. имеет характер прямоугольных импульсов с амплитудой и„, как показано на рис. 9.5. Естественно, что питать аппаратуру таким источником нельзя. Что же нас выручает? Дело в том, что любой однополярный сигнал (как частный случай несимметричного двуполярного сигнала) имеет замечателыюе свойство - наличие в его спектре постоянной составляющей, которую можно выделить, пропустив этот сигнал через низкочастотный фильтр. На сегодняшний день известно великое множество фильтров разного качества и сложности. В нашем слзае мы используем классическую Г-образную схему LC-фильтра.

Овыхл

Рис. 9.5. Работа чопперного стабилюатора без сглаживающего фильтра



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) ( 41 ) (42) (43) (44) (45) (46) (47) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (74) (75) (76) (77) (78) (79) (80) (81) (82) (83) (84) (85) (86) (87) (88) (89) (90) (91) (92) (93) (94) (95) (96) (97) (98) (99) (100) (101) (102) (103) (104) (105) (106) (107) (108) (109) (110)