Блокинг-генераторы и их схемотехника

- для формирования постоянных напряжений для питания устройств управления (мощностью 2...5 Вт), гальванически развязанных от питающего напряжения;

- в качестве мощного ПН.

         На рис.7 показана схема простого преобразователя на генераторе Ройера, работающего от первичного источника постоянного напряжения 12 В и обеспечивающего два уровня постоянного выходного напряжения — 650 и 325 В.

         Такие напряжения необходимы для работы различных радиоприемных устройств на лампах. С целью уменьшения габаритов трансформатора частота переключений выбрана около 1000 Гц. Транзисторы должны быть рассчитаны на постоянный ток не менее 20 А.

         Поскольку генератор Ройера чаще всего является генератором с насыщающимся трансформатором, который одновременно выполняет функцию времязадающего элемента, частоту автоколебаний определяют по формуле

   (9)

где  Uвх = Е — напряжение, приложенное к первичной обмотке;

n1 — число витков коллекторной обмотки.

         Задавшись частотой преобразования и выбрав магнитопровод подходящего типоразмера, из формулы [3] определяют число витков коллекторной обмотки.

         Наиболее предпочтительное значение частоты переключения биполярных транзисторов с учетом элементной базы в настоящее время составляет примерно 30...50 кГц.

         Двухтактные преобразователи широко применяются в качестве ИВЭП при небольшой (до 50 Вт) мощности в нагрузке.

Их основные достоинства:

- простота  схемы;

-  отсутствие  подмагничивания магнитопровода;

- симметричная  форма выходного прямоугольного  напряжения;

- защищенность  от короткого замыкания (при  КЗ срывается генерация).

Недостатки:

- удвоенное  значение преобразуемого напряжения  между эмиттером и коллектором закрытого транзистора;

- увеличение  тока коллектора в конце полупериода,  что увеличивает потери в транзисторах, вызывает их перегрузку по току и уменьшает надежность;

- насыщение  магнитопровода трансформатора  в конце полупериода, что увеличивает  потери в магнитопроводе и  уменьшает КПД инвертора.

         Указанные недостатки затрудняют использование двухтактных преобразователей с самовозбуждением при мощности более 50 Вт.

         На практике стараются избегать насыщения сердечника, выбирая достаточно большое его сечение и задаваясь достаточно малым значением Вm. При этом период колебаний рассчитывают по формуле

   (10)

         Из формулы (10) видно, что частота обратнопропорциональна индуктивности коллекторной обмотки и не зависит от напряжения питания Е. Частота увеличивается с током нагрузки, т.е. с уменьшением Rн.

Необходимо  выполнение условий:

   (11)

   (12)

         Обычно стараются выполнять условие R'н < r'6, с тем чтобы мощность в основном рассеивалась в нагрузке и КПД за счет этого был достаточно высок.

         Для большинства транзисторов коэффициент трансформации базовой обмотки ограничен допустимым обратным напряжением эмиттерного перехода.

Сопротивление R6 определяют из условия насыщения  транзистора

   (13)

где U6 - напряжение базовой обмотки;

U6э - напряжение на базоэмиттерном переходе насыщенного транзистора;

kнас - коэффициент насыщения (избыточности тока базы).

         При увеличении коэффициента насыщения уменьшается величина остаточного напряжения, но вырастают потери в цепи базы транзистора. При относительно малых мощностях нагрузки выбирают kнас в пределах 1,2...2, при больших — 2...3, при этом суммарная мощность, рассеиваемая в цепях коллектора и базы транзистора, становится минимальной.

         Мощный преобразователь с включением транзисторов по схеме ОК показан на рис.8.

         Наводимое во вторичной обмотке трансформатора переменное напряжение прямоугольной формы может быть выпрямлено и использовано для получения постоянного выходного напряжения. Мощность преобразователя зависит от примененных транзисторов и габаритной мощности трансформатора. Достоинство такого решения в том, что транзисторы можно устанавливать на общем радиаторе. Простейшая схема преобразователя вызывает значительное недоиспользование транзисторов по току коллектора (из-за эффекта модуляции толщины "активной" области базы при закрывании транзистора), т.к. номинальный ток коллектора не может быть больше

(14)

где Iкmд — максимально допустимый импульсный ток коллектора.

         С целью уменьшения потерь в цепях смещения пусковая цепочка может быть управляемой, при этом импульсы тока смещения могут подаваться в базу одного из транзисторов, например как показано на рис.9.

Фиксация  амплитуды тока коллектора на заданном уровне Iкm < (1,2...1,5)Iн позволяет:

- максимально  использовать транзисторы по  току;

- повысить  КПД за счет уменьшения коммутационных  потерь;

- уменьшить  импульсные помехи;

-  получить  строго симметричные по полупериодам импульсы напряжения и тока.

         Вариант фиксации тока коллектора с помощью "самозащищенного" транзистора показ на рис.10. Закрывание силовых транзисторов осуществляется шунтирующими транзисторами при фиксированном значении Iкm, а протекание насыщающего базового тока происходит по контуру: базовая обмотка Т1 — эмиттерный переход открытого силового транзистора VT3 (VT4) — датчик тока R3 (R4) — шунтирующий транзистор VT1 (VT2) в инверсном включении — базовый резистор R2. Такое решение вполне пригодно для двухтактных преобразователей мощностью до 5 Вт, а также для одно-тактных.

         При значительно больших мощностях с применением таких транзисторов как КТ908, КТ819, КТ826 и т.п. время рассасывания, а соответственно и длительность интервала неконтролируемого увеличения тока увеличиваются до 1...3 мкс, в результате чего на частотах около 20 кГц магнитопровод трансформатора к моменту выхода транзистора в активную область оказывается в режиме глубокого насыщения, и амплитуда тока коллектора Iкm может постигать (5...8)Iном.

         Для исключения заметного роста тока намагничивания к началу коммутационных процессов в качестве времязадающего элемента используют не трансформатор преобразователя, а внешние цепи. При этом материал магнитопровода перемагничивается не по предельной петле гистерезиса, а по частному циклу с Bm < Bs.

         Мощный преобразователь напряжения, в котором выходной двухтактный инвертор управляется от двухтактного блокинг-генератора (рис.11) предназначен для питания различной радиоаппаратуры напряжением 220 В, 50 Гц мощностью до 100 Вт. В качестве трансформатора Т1 использован стандартный трансформатор ТАН-107-220-400, в качестве выходного Т2 — самодельный трансформатор на ШЛ25х40.

         Первичная обмотка Т2 содержит 55+55 витков провода ПЭВ-2 1,2; вторичная — 900+100+100 витков провода ПЭВ-2 0,3. КПД преобразователя достаточно высок — около 0,8. Подобные преобразователи при соответствующих элементной базе и частоте преобразования могут использоваться при выходной мощности до 1 кВт.

  
 
 
 
 
 

ВЫВОД

        Достоинствами блокинг-генераторов являются сравнительная простота, возможность подключения нагрузки через трансформатор, присущая этим схемам способность формировать мощные импульсы, близкие по форме к прямоугольным. Эти и ряд других свойств схем обусловили их широкое применение в устройствах автоматики, регулирования и промышленной электроники.

        Среди многообразия случаев использования блокинг-генераторов можно .выделить четыре главные: в качестве формирователей импульсов, как сравнивающие устройства — компараторы, как импульсные автогенераторные схемы и как делители частоты.

        При использовании в качестве формирователей импульсов блокинг-генераторы работают в ждущем режиме. Важнейшими их характеристиками являются: чувствительность к запуску, длительность формируемых импульсов и ее стабильность, предельно достигаемая частота срабатываний.

        При использовании в качестве компаратора от блокинг-генератора прежде всего требуется высокая чувствительность к запуску, так как только при этом условии можно добиться, чтобы минимальная разность между сравниваемыми сигналами вызывала срабатывание устройства.

        Важнейшим показателем блокинг-генератора, работающего в автоколебательном режиме, является частота генерируемых импульсов и ее стабильность, а работающего в режиме деления частоты — стабильность коэффициента пересчета, т. е. отношения частоты повторения входных импульсов к частоте повторения выходных. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Регельсон Л.М. - Блокинг-генератор (1961)

2. Петров А. - Блокинг-генератор и его применение (1996)

3. Глебов Б.А. Блокинг-генераторы на транзистора. (1972)

4. http://bse.sci-lib.com/article122120.html

5. http://naf-st.ru/articles/generator/blok/