Втрати та ККД підвищуючого регулятора

Втрати у відкритому стані ключа та діоду, а також втрати в дроселі:

.

(6.6)

Вважаючи r_S=r_VD=r, отримаємо:

.

(6.7)

Втрати на переключення визначимо, враховуючи, що процеси включення та виключення ключа відбуваються у відповідності з рис. 6.3,а,б. Тому втрати на переключення будуть:

.

(6.8)

а) б)

Рис. 6.3.Процеси включення (а) та виключення (б) ключа в схемі 2

Враховуючи t_вкл=t_викл=t_пер, маємо:

.

(6.9)

ККД підвищуючого регулятора з урахуванням втрат у відкритому стані та на переключення:

(6.10)

Останнє співвідношення показує недоцільність роботи схеми 2 у режимах з великими значеннями g (тобто при великому відношенні U_d/E), оскільки різко зростають втрати в напівпровідникових приборах та дроселі за час відкритого стану, а також втрати в ключі за час переключення.

Лекція 7
Схема Чука

Для того, щоб під час роботи ключа S до джерела живлення не проходили електромагнітні завади, бажано, щоб струм джерела живлення був безперервним, або змінювався плавно. У цьому плані схема 2 має переваги перед іншими схемами, оскільки тут між джерелом живлення Е та ключем S стоїть дросель L.

Щоб електромагнітні завади не проходили до навантаження, бажано, щоб струм, який заряджає конденсатор фільтра С був безперервним, або змінювався плавно. В цьому плані переваги має схема 1, в якій між ключем S і конденсатором С також стоїть дросель L. Очевидно, що якщо ці дві схеми з’єднати каскадно, то одержимо імпульсний регулятор, при роботі керованих ключів якого електромагнітні завади не будуть проходити до джерела живлення та навантаження. Однак такий регулятор має два керованих ключа та два діоди.

Шляхом топологічних перетворень каскадне з’єднання схем 2 та 1 можна спростити. При цьому одержуємо імпульсний регулятор нового типу, який називають схемою Чука ().

Рис. 6.1

При замиканні ключа S дросель L₁ під’єднується до джерела живлення, струм у ньому зростає і відбувається накопичення енергії. При розмиканні ключа S, відкривається діод VD і конденсатор С₁ заряджається від послідовно з’єднаних джерела живлення Е та дроселя L₁ з вказаною полярністю. При наступному замиканні ключа енергія, яку накопичив конденсатор С₁, передається до навантаження R_d і елементів фільтра C₂L₂. При цьому струм замикається по колу C₁–S–R_d–L₂–C₁. При наступному розмиканні ключа S конденсатор С₁ знову заряджається, а енергія, що була накопичена в елементах L₂ і С₂, передається до навантаження R_d. При цьому струм дроселя L₂ замикається по колу L₂–VD–R_d–L₂. Очевидно, що така схема, аналогічно до схеми 3 змінює полярність вихідної напруги U_d на протилежну по відношенню до напруги живлення Е. Якщо забезпечити для дроселів L₁ та L₂ режим безперервного протікання струму з невеликою пульсацією, можна зменшити ємності конденсаторів фільтра на вході С₁ і на виході С₂. Враховуючи все це, така схема має кращі енергетичні показники (ККД, питома маса та об’єм), ніж каскадне з’єднання схем 2 та 1. Крім того, при безперервному струмі дроселя L₂ пульсації напруги на конденсаторі С₂ не залежать від опору навантаження R_d.

Якщо вважати елементи регулятора ідеальними, а також враховуючи, що в усталеному режимі середній струм дроселів I_L1 та I_L2 є сталим, а середній струм конденсаторів I_С1 та I_С2 дорівнює нулю, можна показати, що I_L2=I_L1t_п/t_і. При цьому ЕI_L1=U_dI_L2. Отже

.

(6.1)

Зважаючи на сказане, регулювальні характеристики схеми Чука такі ж, як і у схемі 3. Тому для однакової потужності в навантаженні режим роботи силових ключів та діодів у цих схемах приблизно однаковий. Існують інші модифікації розглянутих схем, проти вони мають обмежене застосування.

7.1. Використання дроселів з відпайками в схемах імпульсних регуляторів

Лекція 8
Характеристики та параметри силових ключів [1]