9.9 Инверторы и ключевые усилители



==673

Преимущества преобразования энергии на ключевых схемах - высокая эффективность и малые размеры - можно применить и в конверсии меняющихся во времени потенциалов. Данный вопрос можно рассматривать как вариант преобразования из постоянного напряжения в переменное ( «dc-ac» ) в отличие от обычного постоянное-постоянное ( «dc-dc» ). Постоянный уровень на входе ключевого преобразователя можно заменить входным сигналом. В этом случае выходное напряжение будет повторять входной сигнал до тех пор, пока полоса сигнала существенно уже частоты переключения.

Такого рода ключевые преобразователи используются очень широко. На них, например, делают многофазное питание для плавного управления асинхронными электрическими машинами или микрошаговыми двигателями. Преобразователи dc-ac часто называют инверторами. Именно такие схемы используются в источниках бесперебойного питания (ИБП или UPS ) для компьютеров. В области высоких мощностей нечто подобное используют для получения переменного напряжения из высоковольтного постоянного напряжения с линий электропередач ( уровни постоянного напряжения там достигают мегавольт ). Если ближе к повседневной жизни, ключевые звуковые усилители ( известные как «класс-D», см. §2.4.1.C ) доминируют в сегменте звукоусиления бытовой электроники. В подобных устройствах выходной LC фильтр сглаживает выходной сигнал ( типичная рабочая частота 250 kHz и выше ), скважность которого регулируется входным сигналом. Временные диаграммы напряжений в маломощном усилителе «класса-D» приведены на рис. 2.73 .

Чтобы получить представление о том, как это выглядит, можно взглянуть на рис. 9.87 , где показаны эпюры напряжений на выходах двух видов ИБП и исходное переменное напряжение. В середине, как ни удивительно, напряжение на нагруженном выходе бесперебойного источника, дающего «синусоидальное напряжение с малыми искажениями». Верхний луч - напряжение с явно видимыми искажениями из розетки на стене. Трёхуровневый сигнал снизу, скромно названный «модифицированное синусоидальное напряжение» - выход обычного дешёвого ИБП. Красотой он не блещет, но работу выполняет: на выходе присутствует ±170 V в течение двух четвертей периода и 0V в промежутках. Легко показать, что уровень среднеквадратического напряжения ( 120 Vrms ) и амплитудное значение ( 170 Vpk ) соответствуют синусоидальному напряжению 120 Vrms ¹²¹ . Т.е. в резистивную нагрузку такой источник направит такую же эквивалентную мощность, а входные конденсаторы ключевого источника будут заряжены до тех же 170 Vdc , что и от обычной силовой сети.



==674

Кроме rms и пиковых значений есть, конечно, и другие параметры. Во-первых, искажения. В трёхуровневом сигнале нет чётных гармоник, зато очень высоки уровни у всех возможных нечётных ( существует целый класс схем, призванных исправлять такое положение ). Во-вторых, возникнут проблемы со схемами, использующими уровень нуля для временной привязки. В таких устройствах трёхуровневый сигнал ( или любой многоуровневый с нечётным числом градаций ) устроит настоящий хаос ¹²² . Есть ещё много чего дополнительно, включая необходимость ограничивать себя самого в раздумьях о многоуровневых инверторах ¹²³ .

Тема силовых источников питания бесконечна, а жизнь отнюдь, да и объём книги вынуждает ограничиться сказанным.



==674