5.6. Расчет площади радиатора транзистора

S_p > 1000 / (R_р.с σ_т),

где S_p – площадь радиатора;

σ_т – коэффициент теплоотдачи от радиатора в окружающую среду;

R_р.с – тепловое сопротивление радиатор – окружающая среда.

R_р.с << R_т – R_п.к – R_к.р,

здесь R_т – суммарное тепловое сопротивление;

R_п.к – тепловое сопротивление р-n переход – корпус транзистора, для выбранного транзистора R_п.к=0,18 ºС / Вт;

R_к.р – тепловое сопротивление корпус – радиатор, для выбранного транзистора R_к.р =0,33 ºС / Вт.

R_т <(Θ_п.доп – Θ_ср)/P_VT,

здесь Θ_п.доп – допустимая температура перехода транзистора;

Θ_ср – температура окружающей среды (указана в задании на проектирование),

R_т <(125 – 25) /7,813 = 12,799 ºС / Вт;

R_р.с <<12,799 – 0,18– 0,33 = 12,289 ºС / Вт;

S_p > 1000 /(12,289•1,5) = 54,249 см².

В качестве радиатора берем три алюминиевые пластины общей площадью 120 см² и скрепляем их вместе так, как это показано на рис. 49.

5.7. Статический расчет замкнутой по напряжению системы

Структурная схема замкнутой по напряжению системы приведена на рис. 18.

Схема управления ОПП, подобно схеме рис. 17, а, содержит компаратор, на вход которого поступают два сигнала: напряжение управления U_у и опорное напряжение u_оп, (см. рис. 17, б). Опорное напряжение имеет пилообразную форму, период этого напряжения T=1/f_p. Как видно из рис. 17, б, длительность импульса управления, подаваемого на затвор транзистора силовой схемы преобразователя, t_и, определяется моментом равенства напряжений управления и опорного напряжения. Коэффициент скважности импульсов управления γ = t_и /T.

При U_у = U_{оп max} коэффициент скважности γ = 1.

Основные расчетные соотношения, необходимые для расчета замкнутой по напряжению системы:

– напряжение обратной связи U_осн = k_д.нU_нг ,

где k_д.н – коэффициент передачи датчика напряжения;

– напряжение рассогласования, подаваемого на вход предварительного усилителя,

U_δ = U_з – U_осн ,

где U_з – напряжение задания;

– напряжение управления, подаваемое на вход системы управления преобразователя U_у = k_п.уU_δ;

– ЭДС на выходе преобразователя Е_пр = k_пр U_у;

– напряжение нагрузки U_нг = Е_пр – I_нг R_сх – ΔU_в.пр.

Выше было определено падение напряжения на открытом диоде

ΔU_в.пр = 0,75 В.

Эквивалентное сопротивление схемы

R_сх = R_L+ R_т2+ R'_т1,

где R'_т1 = R₁/k_тр² = 0,364•10^-3/(0,2)² = 9,1•10^-3 Ом – приведенное к вторичной обмотке активное сопротивление первичной обмотки;

R_т2 – активное сопротивление вторичной обмотки.

R_сх = 0,051+15•10^-3+9,1•10^-3= 0,075 Ом.

Определим величину ЭДС преобразователя

Е_пр.N = U_{нг N}+Ι_{нг N} R_сх+ ΔU_в.пр= 24+8 •0,075+0,72 = 25,32 В.

Относительное значение сигнала управления

Ū_у = U_у / U_{oп m} = γ.

Примем U_{oп m} = 5В.

Определим U_{у mах} , при котором γ = γ_max = 0,5:

U_{у mах} = U_{oп mаx}γ_max = 5•0,5= 2,5 В.

Коэффициент усиления преобразователя

k_пр = Е_пр / U_{у mах} = 25,32 / 2,5 = 10,128.

Из приведенных выше основных соотношений определим

U_{нг N} = k_пр k_п.у(U_з– k_д.нU_{нг N}) – I_{нг N}R_сх– ΔU_в.пр;

U_{нг N} (1+ k_пр k_п.у k_д.н) = k_пр k_п.уU_з– I_{нг N} R_сх– ΔU_в.пр;

U_{нг N} = k_прk_п.у U_з /(1+ k_прk_п.уk_д.н)– (I_{нг N} R_сх+ ΔU_в.пр) /(1+ k_пр k_п.у k_д.н);

I_{нг N}R_сх+ ΔU_в.пр = ΔU_нг.раз=8•0,075+0,72=1,32 В.

ΔU_нг.раз – падение напряжения в разомкнутой системе преобразователя, ΔU_нг.раз = 1,32 В;

ΔU_нг.з = ΔU_нг.раз /(1+ k_прk_п.уk_д.н ) – падение напряжения в замкнутой системе преобразователя.

Обозначим произведение коэффициентов k_пр k_п.у k_д.н = К,

К– общий коэффициент усиления системы.

ΔU_нг.раз / ΔU_нг.з = К–1.

ΔU_нг.з – задано заданием на проектирование:

ΔU_нг.з = (ΔU_{нг %} / 100)U_{нг N} = 0,001•24=0,024 В.

Определим общий коэффициент усиления системы К

К =(ΔU_нг.раз /ΔU_нг.з) –1= (1,32 / 0,024) – 1=55 - 1=54.

Далее следует определить коэффициенты k_п.у и k_д.н.

Определим сначала произведение этих коэффициентов

k_д.нk_п.у = К / k_пр = 54 / 10,128 = 5,331.

Далее определим значение коэффициента k_пу:

k_п.уU_δ = U_{у mах} = 2,5 В,

k_п.у (U_з – U_осн ) = k_п.у (U_з– k_д.н U_{нг N} ) = 2,5.

Примем напряжение задания U_з= 5 В.

k_п.уU_з – k_п.у k_д.н U_{нг N} = 2,5;

k_п.у•5 – 5,331•24 = 2,5;

k_п.у = (2,5 + 127,96)/5 = 26,092.

Коэффициент передачи датчика напряжения

k_д.н = 5,331/26,092=0, 2081.

Проведем проверку расчета коэффициентов

U_{нг N} = [U_з k_пр k_п.у /(1+К)]– ΔU_{нг раз} /(1+К)=

= [5 •10,128•26,564 / 55]-1,31 / 55,

U_{нг N} =24,023– 0,023 = 24 В.

Расчет коэффициентов k_пр, k_п.у , k_д.н произведен правильно.

Расчет входного фильтра

Расчет входного фильтра следует провести по методике, изложенной в разд. 7.

Вопросы для самоконтроля

1. Как рассчитать произведение площадей S_сS_oк трансформатора для ОПП?

2. Как рассчитать число витков первичной обмотки трансформатора?

3. Как рассчитать потери в сердечнике магнитопровода трансформатора?

4. Какой эффект получил название «эффект вытеснения тока» и в чем заключается его физическая сущность?

5. Назовите конструкторско-технологические приемы снижения вредного влияния эффекта вытеснения тока.

6. Как рассчитать требуемое значение индуктивности сглаживающего фильтра?

7. Как рассчитать требуемое значение емкости сглаживающего фильтра?