1.5. Пример расчета оппн I, работающего в режиме стабилизации выходного напряжения

Исходные данные, необходимые для расчета [1]:

– параметры выходной сети:

напряжение нагрузки: U_{нг N} = 16 В;

ток нагрузки: I_{нг N} = 10 А = const;

допустимые отклонения напряжения нагрузки, ± ΔU_нг% = ± 0,12 %;

требуемый коэффициент пульсаций напряжения нагрузки, k_п2 = 0,05 .

– параметры входной сети:

напряжение входной сети, U_вх = 30 В;

отклонение напряжения входной сети, ± ΔU_вх% = ± 10 %;

температура окружающей среды, Θ_ср=35 ^оС.

ОППН I должен иметь входной фильтр для подавления пульсаций входного тока.

Требуемый уровень подавления пульсаций входного тока:

I_вх.п / I_вх.0 = 0,05,

где I_вх.п – амплитуда первой гармоники переменной составляющей входного тока ОППН I; I_вх.0 – среднее значение входного тока при номинальном режиме работы ОППН I.

Принципиальная электрическая схема силовой схемы проектируемого однотактного преобразователя приведена на рис.10, а временные диаграммы, поясняющие работу этого преобразователя, – на рис. 11.

Расчет загрузки элементов схемы и их выбор

Определим в первом приближении минимальное, максимальное и номинальное значения коэффициента скважности γ_min, γ_max, γ_N соответственно с учетом падения напряжения на элементах схемы и отклонений входного напряжения:

γ_max = (U_{нг N} + ΔU_RL2)/(U_{вх min} - ΔU_RL1 - ΔU_кэ.нас); (28) γ_min = (U_{нг N} + ΔU_RL2)/(U_{вх max} - ΔU_RL1 - ΔU_кэ.нас) ; (29)

γ_N = (U_{нг N} + ΔU_RL2)/(U_{вх N} - ΔU_RL1 - ΔU_кэ.нас). (30)

Поскольку дроссели фильтров и транзистор еще не выбраны, примем падение напряжения на активных сопротивлениях обмоток дросселей L₁ и L₂, ΔU_RL1 и ΔU_RL2 исходя из общепринятых рекомендаций [1]:

ΔU_RL1 = (0,01 – 0,04)U_{вх N}, принимаем ΔU_RL1 = 0,02U_{вх N};

ΔU_RL2 = (0,01 – 0,04)U_{нг N}, принимаем ΔU_RL2 = 0,02U_{нг N},

а ΔU_кэ.нас примем равным 2 В.

γ_N = (16 + 0,02•16)/(30-0,02•30-2)=0,595.

γ_max = (16+0,02•16)/(30-0,1•30-0,02•30-2)=0,663.

γ_min = (16+0,02•16)/(30+0,1•30-0,02•30-2)=0,537.

Определим значения коэффициента пульсаций k_п1 на входе фильтра L₂ -С₂ при значениях скважности

γ_min = 0,537 и γ_max = 0,663:

k_п1 = [2/(πγ)]sin (180^оγ).

– при γ = γ_min = 0,537

k_п1 = [2/(π•0,537)]sin(180^о•0,537) = 1,178;

– при γ = γ_max = 0,663:

k_п1= [2/(π•0,663)]sin (180^о•0,663) = 0,837.

Следовательно, расчет параметров фильтра следует вести для режима работы ОППН I при γ = γ_min.

Определим величину индуктивности сглаживающего фильтра L₂ по формуле (8) с учетом рекомендации L₂> L_кр:

L_кр = U_вхγ(1 - γ)/(2I_нгƒ)=[30•0,537(1-0,537)]/(2•10•5000)=

74,6•10^-6 Гн=74,6 мкГн.

Рабочая частота переключения транзистора f_р выбирается исходя из условия минимизации массы и габаритов проектируемого ОППН I с учетом частотных характеристик транзисторов, которые могут быть применены при реализации проектируемого ОППН I.

При значениях f_р = 1 – 5 кГц возможно применение биполярных транзисторов, при значениях f_р = 5 – 15 кГц возможно применение транзисторов IGBT, а при f_р = 15 – 100 кГц следует применять полевые транзисторы (MOSFET).