5. Методика расчета опп

При расчете ОПП необходимо:

– рассчитать трансформатор;

– рассчитать загрузку транзистора и диодов по току и напряжению, произвести выбор этих элементов;

– рассчитать сглаживающий фильтр и выбрать элементы его;

– рассчитать потери мощности и КПД;

– выполнить статический расчет замкнутой по напряжению системы;

– оценить динамические показатели спроектированного преобразователя.

Методика расчета трансформатора для этого типа преобразователя уже рассмотрена выше.

Последующие этапы расчета ОПП целесообразно рассмотреть на примере расчета реальной схемы ОПП.

Исходные данные:

напряжение нагрузки, U_{нг N} =24 В;

допустимое отклонение напряжения нагрузки, ± ΔU_нг=0,1 %;

ток нагрузки, Ι_{нг N}=8 A;

допустимый коэффициент пульсаций напряжения нагрузки, k_п2=0,01.

Параметры питающей сети:

напряжение, U_{вх N}=12 В;

допустимое отклонение напряжения питающей сети, ± ΔU_вх=10 %.

Температура окружающей среды Θ=25 ºC .

Схемы и временные диаграммы, поясняющие работу ОПП, приведены на рис. 47.

5.1. Расчет трансформатора

Определим требуемое произведение площадей сечения сердечника магнитопровода, S_c, и окно, S_oк, исходя из условия ограничения индукции ΔB насыщением сердечника магнитопровода, поэтому воспользуемся формулой (81):

S_cS_ok = [11,9P_{вx N}/(k_об.ΔBf_p)]^1,31, [см⁴],

где P_{вx N}=P_нгN /η – номинальная входная мощность,

P_{нг N} =U_{нг N}I_{нг N} = 24•8==192 Bт – номинальная мощность нагрузки;

k_об=0,141 (см. табл. 3);

ΔB=0,1 Тл – размах колебания магнитной индукции сердечника трансформатора;

f_p – частота переключения транзистора.

Примем f_p = 50 кГц, а КПД преобразователя η = 0,9.

S_c S_oк =[11,9•192/(0,141•0,1•50000•0,9)]^1,31=5,357 см⁴.

Выбираем сердечник PQ40/40, параметры которого: S_c= 2,01 см² ,

S_oк= 3,18 см², S_c S_oк=6,40 см⁴.

Рис. 47. Схемы (а) и временные диаграммы (б– д), поясняющие работу ОПП:

i₁ – ток стока транзистора VT, ток первичной обмотки трансформатора;

i₂ – ток вторичной обмотки трансформатора;

i_Lф – ток дросселя фильтра

Определим число витков первичной обмотки трансформатора W₁.

Примем значение γ_max=0,5, а ΔB=0,1 Тл.

Число витков первичной обмотки

W₁= (U_{вх min}- ΔU_кэ.нас) t_{и max}10⁴/ (ΔBS_c).

Минимальное значение напряжения на входе преобразователя

U_{вx min}= U_вx.N(1-0,1)=12•0,9=10,8 В.

Падение напряжения на открытом транзисторе ΔU_кэ.нас примем равным 0,5 В.

Максимальная длительность импульса управления при γ= γ_max=0,5

t _{и max} = γ_max / f_p= 0,5/50000=1•10^-5 с.

W₁=(10,8-0,5) •1•10^-5•10⁴ /(0,1•2,01)=5,12 витка.

Принимаем W₁=5 виткам.

Определим коэффициент трансформации трансформатора, k_тр, приняв при этом:

- падение напряжения на открытом транзисторе ΔU_кэ.нас=0,5 В;

- падение напряжения на открытом диоде ΔU_в.пр=0,75 В;

- падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя ΔU_RL=0,02•24=0,48 В.

C учетом определенных выше параметров определим коэффициент трансформации ОПП

k_тр=W₁/W₂=0,95(U_{вx min}-ΔU_кэ.нас)γ_max/(U_{нг N}+ΔU_в.пр+ΔU_RL) = 0,95(10,8-0,5)05 /(24+0,75+0,48)=0,1939.

Принимаем k_тр=0,2.

Число витков вторичной обмотки

W₂= W₁ /k_{т р}=5/0,2=25.

Принимаем число витков вторичной обмотки W₂ =25.

Уточняем коэффициент трансформации k_{т р} = W₁ / W₂=5/25=0,2.

В дальнейших расчетах используем это значение коэффициент трансформации, т.е. k_тр=0,2.

Определим плотность тока в проводниках обмоток трансформатора, вызывающую перепад температур на 30 ^оС в зоне нагрева при естественном охлаждении по формуле (88):

j₃₀ =4,2(S_cS_oк)^-0,240 =4,2•6,40^-0,240 = 2,69 А/мм² .

Принимаем плотность тока в обмотках трансформатора j=2,69 А/мм².