Режим непрерывного тока в дросселе

Временные диаграммы токов и напряжений ОШИП с последовательным ключевым элементом для режима непрерывного тока приведены на рис.8.2.

Длительность открытого состояния транзистора t_и регулируется в пределах 0<t_и<T, где T – период следования импульсов.

Величина выходного напряжения ОШИП с последовательным ключевым элементом

U_вых= U_п t_и/ T= U_пγ,

где γ= t_и/ T –коэффициент скважности;

U_п – среднее значение напряжения питания ШИП.

В относительных единицах

(8.1)

Таким образом, величина выходного напряжения однотактного ШИП с последовательным ключевым элементом регулируется в пределах от U_п до нуля.

Формула (8.1) является выражением регулировочной характеристики ОШИП для режима непрерывного характера тока.

Если принять, что пульсации напряжения на конденсаторе С₂ достаточно малы, а постоянная времени дросселя τ_др = L/r >> Т (где r — активное сопротивление обмотки дросселя), то можно считать линейным закон изменения тока в обмотке дросселя (i_L2) на соответствующих интервалах времени (см. рис. 8.5). Тогда на интервалах замкнутого и разомкнутого состояний транзистора VT ток через обмотку дросселя, а, следовательно, и ток через транзистор и через диод изменяются в соответствии с выражениями:

– при 0<t<t_и, i₁(t)=I_min+(U_п-U_нг) t/L =i_к;

– при 0<t<t_п , i₂(t)=I_max-(U_нг/L) t=i_VD,

где I_min и I_max – минимальное и максимальное значения тока коллектора транзистора i_к и диода i_VD соответственно.

Для того чтобы найти эти значения, приравняем энергию, потребленную от источника питания за время t_и, и энергию, выделенную в нагрузке за период Т:

.

Рис. 8.5- Временные диаграммы, поясняющие работу ОШИП:

u_уVT – напряжение управления транзистора;

i_к – ток коллектора транзистора VТ;

i_VD – ток диода VD;

u_вх.ф – напряжение на входе сглаживающего фильтра;

i_др2 – ток дросселя сглаживающего фильтра;

u_др2 – напряжение на обмотке дросселя сглаживающего фильтра;

u_нг – напряжение нагрузки;

i_вх – ток входной цепи преобразователя.

На рис.8.6 приведена регулировочная характеристика ОШИП для режима непрерывного тока нагрузки.

Рис.8.6- Регулировочная характеристика ОШИП при непрерывном токе нагрузки

Отсюда с учетом того, что при t=t_и ток, протекающий через обмотку дросселя L₂, достигает величины i_L=I_max, определим максимальное и минимальное значения тока, протекающего через обмотку этого дросселя:

где знак минус соответствует минимальному, а плюс — максимальному значению тока.

Напомним, что γ =t_и/T– коэффициент скважности.

Среднее значение тока через дроссель L₂ за период Т

(8.2)

Среднее значения тока через транзистор VT

I_к.ср=I _нгγ. (8.3)

Среднее значения тока через диод VD

(8.4)

Напряжение на транзисторе U_кэ и на шунтирующем диоде U_VD в выключенном состоянии равно напряжению на входе преобразователя:

U_кэ = U_VD = U_п. (8.5)

Расчетная мощность транзистора Р_к, показывающая степень использования транзистора по отношению к мощности нагрузки, при пренебрежении пульсациями тока в дросселе:

Р_к = U_{к max}I_{к max} = Р_нг/γ. (8.6)

Отсюда следует, что наилучшее использование транзистора по мощности имеет место при коэффициенте скважности γ → 1.

Найдем критическое значение тока нагрузки, которое при заданной индуктивности дросселя L₂ еще поддерживает режим непрерывного тока нагрузки. С этой целью полагаем I_min = 0, тогда

I_н.кр=U_пγ(1 - γ)/(2L₂ƒ). (8.7)

Аналогично можно найти критическую индуктивность, L_кр, которая при заданном токе нагрузки еще поддерживает режим непрерывного тока в нагрузке

L_кр = U_пγ(1 - γ)/(2I_нгƒ). (8.8)