Особенности построения импульсных преобразователей с гальванической развязкой.
Часть 3

№ 3’2015
PDF версия
Обеспечение качественным и безопасным питанием электрооборудования судов ставит перед проектировщиками задачу использования приборов с применением гальванической развязки. Использование гальванической развязки - одно из обязательных требований технических заданий на создание преобразовательной техники для обеспечения безопасности эксплуатации аппаратуры.

Часть 1. №6’2013
Часть 2. №4’2014

В первой и второй частях статьи были представлены основные ограничительные (снабберные) схемы, которые позволяют рассеивать энергию, накопленную в индуктивности рассеяния. Рассмотрим более подробно активный снаббер, используемый для защиты выпрямительных диодов (быстрых) в высокочастотных преобразователях.

История появления данной схемы снаббера (рис. 1) уходит своими корнями на десяток лет назад. При создании одного преобразователя мощностью в несколько киловатт, работающего от сети постоянного тока, возникла серьезная проблема — очень большие «выбросы» напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Амплитуда напряжения в пике «выброса» составляла более 1000 В, что не позволяло применять распространенные быстрые диоды с рабочим обратным напряжением 1200 В. Применение диодов с рабочим обратным напряжением на 1700 В не было возможным по причине гораздо худших характеристик, как статических, так и динамических. Именно применение схемы активного снаббера помогло в решении данной проблемы.

Схема активного снаббера

Рис. 1. Схема активного снаббера

Возможно, некоторые инженеры впервые слышат об использовании снабберов для выпрямительных диодов в высокочастотных импульсных источниках питания и преобразователях, поскольку диоды более терпимы к перегрузкам по напряжению, нежели транзисторы. Но при работе с повышающими схемами посредством трансформатора индуктивность рассеяния пагубно влияет на силовые элементы схемы. Энергия, накопленная в индуктивности рассеяния, не передается в нагрузку, приводя к возникновению высоковольтных всплесков в первичной обмотке трансформатора и в ключе, и, следовательно, передается через трансформатор во вторичную обмотку с коэффициентом передачи самого трансформатора, плюс ко всему увеличиваясь за счет индуктивности рассеяния во вторичной обмотке.

Рассмотрим алгоритм работы данного снаббера. На рис. 2 приведена общая силовая схема преобразователя.

Схема силовой части преобразователя

Рис. 2. Схема силовой части преобразователя

Преобразователь работает от напряжения постоянного тока в диапазоне 170–350 В со стабилизацией выходного напряжения на уровне 400–420 В. Если представить, что снаббер отсутствует, то на выходе диодного моста мы бы наблюдали картину, показанную на рис. 3.

Напряжение на выходе выпрямительного моста

Рис. 3. Напряжение на выходе выпрямительного моста

При этом максимальное значение напряжения при максимальном входном напряжении достигало бы более 1000 В для преобразователя мощностью порядка 5 кВт, что является абсолютно неприемлемым для обеспечения надежной работы и получения необходимых параметров в части применения элементной базы с наилучшими энергетическими показателями. Поэтому рассмотрим алгоритм работы активного снаббера и как это скажется на форме и величине «выброса».

Инвертор на транзисторах VT2–VT5 работает попарно по диагонали, с регулировкой по ширине импульса для достижения необходимого напряжения. В начальный момент импульс проходит через трансформатор TV1, через выпрямительный мост, и происходит его «закачка» (поглощение) в емкость С1. При этом время поглощения «выброса» очень мало, и емкость С1 практически в 1–5 мс заряжается до предельного значения — около 700–800 В. Получается, что после заряда емкости (достижения предельного значения) эффективность снаббера резко снижается по причине невозможности разряда С1 (рис. 4).

Эквивалентная схема снаббера с заряженной емкостью

Рис. 4. Эквивалентная схема снаббера с заряженной емкостью

Далее вступает в работу транзистор VT1. Он включается, замыкая тем самым емкость С1 через индуктивность L1, используемую в качестве ограничения тока, и шунт R1, и за счет разности потенциалов между емкостью С1 и нагрузкой происходит «скачивание» энергии из конденсатора в нагрузку. При этом диод VD5 не дает идти току разряда по другому контуру (рис. 5).

Эквивалентная схема снаббера в момент разряда емкости

Рис. 5. Эквивалентная схема снаббера в момент разряда емкости

Пока напряжение на емкости и ток в цепи L1 и R1 не спадут до минимального значения, транзистор VT1 повторно не включится. Для возможности реализации подобной модели управления на транзистор VT1 заводится синхронное управление от транзисторов VT2–VT5 через сумматор.

Применение данной схемы позволяет снизить выбросы в несколько раз, на данном преобразователе они не превышали 100–150 В даже в самых жестких режимах работы.

Применение данной схемы активного снаббера возможно в диапазоне мощностей до 20 кВт, так как свыше данной мощности элементы снаббера увеличиваются в габаритных размерах и становятся не актуальными для применения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.