|
Мощные
импульсные источники вторичного электропитания.
Задался я как то целью
сделать импульсные - сварочный аппарат и пуско-зарядное устройство для автомобиля.
Перво-наперво передо мной встал вопрос: какой
тип импульсного преобразователя пригоден для столь мощных устройств?
Вообще импульсные преобразователи можно разделить на два основных типа: однотактные
и двухтактные.
Двухтактные
преобразователи можно разделить на три основных подтипа: мостовой,
со средней точкой и полумостовой. Основным преимуществом
двухтактных преобразователей является возможность «одинаково» получить
как положительное, так и отрицательное напряжения на выходе. А если,
нужно получить от источника однополярное напряжение, например 50V, то и трансформатор
нужно рассчитывать на выходное напряжение 50V с небольшим.
Кроме того, трансформатор в этих типах преобразователей использует как
положительную, так и отрицательную части петли гистерезиса, но отсюда в
мощных преобразователях возникает необходимость симметрирования петли
гистерезиса, так чтобы она не сместилась вверх, или вниз, и трансформатор
не ушел в насыщение. А это подразумевает использование дополнительных
датчиков и специальной схемы управления. И ещё, нужно отметить то, что
одноактные преобразователи тоже могут работать, используя обе части петли
гистерезиса. Кроме того, в двухтактных преобразователях нужно следить
за тем, чтобы ключи в разных плечах не были никогда открыты в один и тот
же момент времени, поэтому между закрытием ключей одного плеча, и
открытием ключей второго плеча необходимо выдерживать некоторую паузу,
соизмеримую со скоростью работы ключей.
Мостовой
преобразователь – плох тем, что необходимо использовать четыре ключа, и
верхними ключами управлять – несколько проблематично. Зато на ключах
присутствуют не большие напряжения, и через них текут не большие токи.
Со средней точкой – плох конструкцией трансформатора. Попробуйте намотать
трансформатор с двумя максимально похожими первичными обмотками, когда
между ними 600 вольт. Поэтому такой тип преобразователя стоит
использовать в повышающих типах преобразователей, так как падение
напряжения на ключах - минимально. Например, преобразователь напряжения предназначенный для питания от бортовой
сети автомобиля УМЗЧ, собранного на микросхемах TDA7293 / TDA7294. За
его основу была взята схема А.Колганова (см. ж. «Радио»
№7 2002г стр. 20). Конструкция доработана и проверена в работе.
Полумостовой
преобразователь отличается от мостового тем, что на ключах возникают в
два раза меньшие напряжения (~300 V) но зато большие токи. Лучше он тем, что ключей в нем
только два. Такие типы преобразователей используются в бОльшей части AT
и ATX блоках питания.
Однотактные
преобразователи можно разделить на два основных подтипа: прямоходовый
и обратноходовый.
Обратноходовые
преобразователи просты в изготовлении, но имеют достаточно низкий КПД,
поэтому для мощных преобразователей они подходят плохо. Это самый распространённый
тип преобразователей во всей радиоаппаратуре, благодаря своей простоте, а
про КПД разработчики увы забыли.
Прямоходовые
преобразователи сложнее обратноходовых, благодаря необходимости установки
нескольких дополнительных элементов, однако обладают более высоким КПД.
Прямоходовые преобразователи можно подразделить на преобразователи с рекуперацией
энергии и без неё. Поскольку мы рассматриваем мощные преобразователи,
то естественно остановимся на преобразователях с рекуперацией энергии,
дабы не превращать излишки энергии в тепло.
Существуют две схемы
рекуперации: «косой полумост» и схема с дополнительной
первичной обмоткой. Собственно работа этих схем практически
идентична, но есть некоторые ограничения:
трансформатор для схемы с дополнительной первичной
обмоткой, такой, чтобы дополнительная обмотка была максимально
идентична основной достаточно просто изготовить
только для частот < 100 кГц. Обе первичные обмотки необходимо мотать
одновременно «в два провода», а между этими обмотками приложено
напряжение 600V,
поэтому более тонкую дополнительную обмотку необходимо помещать в кембрик, и только после этого свивать с основной,
более толстой обмоткой. После этого конец дополнительной обмотки
соединяется с началом основной – это будет средняя точка первичной
обмотки. Естественно дополнительная обмотка, да ещё и в дополнительной
изоляции приведёт как к увеличению габаритов трансформатора, к несколько
большей индуктивности рассеянья, и небодьшому
снижению КПД.
Работа
«косого полумоста» хорошо описана в журнале «Радио» за 2004 год,
есть описание на сайте www.y-u-r.narod.ru,
по их мотивам я изготовил схему сварочного аппарата,
с током до 160A.
А по
схеме с дополнительной обмоткой пуско–зарядное
устройство, с током до 60A.
Следует отметить, то, что и сварочный аппарат можно
изготовить по схеме с дополнительной обмоткой (см.
схему здесь), но силовой трансформатор
придётся мотать на несколько большем магнитопроводе,
например на магнитопроаодах от строчников.
.
|