Январь 2003 г.

ПРИМЕНЕНИЕ ЧИМ-ШИМ
В РЕГУЛИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ

В последнее время в качестве ключевых элементов в мощных импульсных источниках питания часто применяются IGBT транзисторы. Однако [1] максимально допустимый ток этих элементов резко падает при увеличении частоты переключения, а потери переключения быстро растут. Применение квазирезонансного режима переключения позволяет существенно снизить потери переключения и генерируемые помехи. Дополнительно снизить потери переключения и помехи, а также расширить диапазон регулирования выходных параметров источника питания позволяет применение ЧИМ-ШИМ (частотно-импульсной модуляции – широтно-импульсной модуляции).

Источники с Рвых > 5 кВт , как правило, выполняются по мостовой схеме, для которой обычно применяются следующие варианты управления:

Вариант 1 – "жесткое переключение" на постоянной частоте. Регулирование выходного напряжения/тока с помощью ШИМ.

Достоинства – простота управления.

Недостатки – большие потери переключения, большой уровень помех, относительно узкий диапазон регулирования.

Вариант 2 – квазирезонансное переключение методом "сдвига фазы" на постоянной частоте. Регулирование выходного напряжения/тока происходит за счет сдвига фазы сигналов управления полумостами, что приводит к формированию ШИМ сигналов на силовом трансформаторе. На выходе мостовой схемы используется последовательная индуктивность Lрез., обеспечивающая квазирезонансные фронты переключения (рис. 1). 

Рис.1

Подробное описание данной схемы приведено в [2].

Достоинства– малые потери переключения, малый уровень помех.

Недостатки– более сложная схема управления по сравнению с вариантом 1, наличие Lрез, относительно узкий диапазон регулирования.

Вариант 3 – квазирезонансное переключение методом "сдвига фазы" на изменяемой частоте. Регулирование выходного напряжения/тока происходит за счет сдвига фазы и частоты сигналов управления полумостами, что приводит к формированию ЧИМ – ШИМ сигналов на силовом трансформаторе. Схема силовой части такая же, как и для варианта 2 (рис. 1).

Достоинства – при работе с Рвых < 100% от Рmax (когда напряжение и ток не равны одновременно 100% от максимальных значений) потери переключения и помехи ниже, чем для варианта 2; относительно широкий диапазон регулирования.

Недостатки– некоторое усложнение схемы управления по отношению к варианту 2.

Таким образом, для источников питания регулируемых в широком диапазоне напряжений и токов предпочтительно применение варианта 3. Особенно это справедливо для мощных источников с Р вых.> 10 кВт, где удельная стоимость системы управления невелика. Рассмотрим этот вариант более подробно.

>>>> Дальше