2.4.4. Порядок расчета элементов силовой части преобразователя

1. Исходя из заданного значения амплитуды пульсации выходного напряжения U_вых.m , определяем требуемое значение выходной емкости С_н.

Выбираем стандартный конденсатор по таблицам П.4., П.5. или П.6. [3] и рисункам П.1…П.4. При этом необходимо выбирать конденсатор так, чтобы

Таблица 7

№ п/п	Параметр	Схемы рис. 2, 3	Схемы рис. 4, 5	Схема рис. 6	Схема рис. 7
1	IL	U0(1–мин)/(Lfn)	U0(1–мин)/(fn  Lw1)	–	U0(1–мин)/ (Lfn)
2	IL1	–	–	мин Uвх. макс/ (fnL1)	–
3	IL2	–	–	U0(1–мин)/(fnL2)	–
4	CН	U0(1–мин)/(16 L Uвых.m)	максI0 макс/(2Uвых.m fn)	U0(1–мин)/(16 L2 Uвых.m)	U0(1–мин)/(16 LUвых.m)
5	С1	–	–	Uвх.I0 максмакс /(fnUвх.минUc1)	–
6	С2	–	–	I0 максмакс/(fn Uc2)	–
7	Iк1 макс	(I0 макс+IL/2) /	[I0макс/(1–макс)+ IL1/2]/ 	U0 I0 макс /(Uвх.мин)+IL1/2+ ( I0 макс+IL2/2) 	(I0 макс+IL/2)  / Здесь: Iк1 макс = Iк2 макс
8	Uкэ1 макс	Uвх.макс(1+W1/Wp), где: W1/Wp= макс/(1–макс)	Uвх. макс+ U0/	Uвх. макс/(1–мин)	Uвх. макс
9	Рк	I0 макс Uкэ насмакс+0,5fnUкэ 1максIк1макс(tвкл.+tвыкл.) + максКнас Uбэ нас Iк1макс/h21мин.			Iк1максUкэ нас макс + 0,5fnUкэ 1максIк макс(tвкл.+tвыкл.)+ максКнасUбэ нас Iк1макс/(2 h21мин.)
10	IVD1 макс	I0 макс+IL/2	I0 макс/(1–макс) +IL/2	(U0I0.макс/(Uвх.мин)+ IL1/2)/ +I0 макс+IL2/2	–
11	UVD1 макс	Uвх. макс	U0/мин	Uвх. макс /(1–мин)	–
12	PVD1	UпрI0макс/(1–мин) +fnUVD1 максIVD1макс0,01/fпред		IVD1Uпр(1–мин)+ fnUVD1макс IVD1макс0,01/fпред	–

емкость была больше или равна расчетному значению, номинальное напряжение U_раб. больше или равно 1,5 U₀, а допустимая величина пульсации на частоте преобразования (для схемы рисунка 7 на двойной частоте преобразования) больше U_{вых. m} . В противном случае следует выбирать С_н на большее рабочее напряжение, либо переходить к другому типу конденсатора.

Пример записи: Конденсатор К50-29-16В-68мкф±20%.

Для конденсаторов К50-29 и К50-35 (таблица П.4.) указана амплитуда переменной составляющей пульсирующего напряжения в вольтах или процентах от номинального напряжения для частоты 50 Гц. Для других частот она не должна превышать значений, вычисленных по формуле

U_f = U_f50· К,

где U_f50 – амплитуда переменной составляющей пульсирующего напряжения на частоте 50 Гц при температуре 40°С;

К – коэффициент снижения амплитуды переменной составляющей пульсирующего напряжения в зависимости от частоты (рисунок П.1).

Для конденсатора К50-53 (таблица П.5.) указан допустимый пульсирующий ток частоты 100 Герц - I (100Гц), который можно пересчитать в напряжение пульсаций такой же частоты:

U(100Гц) = I (100Гц)/(2·100· С_н).

Зависимость допустимого действующего значения тока от частоты представлена на рисунке П.2. Пульсации напряжения более высокой частоты f находим по формуле:

U_f = K· U(100Гц) · 100/f,

где K = I_f / I (100Гц).

Очевидно, что для выбранного типа конденсатора U_f должно быть больше или равно U_{вых. m.}

Для конденсаторов К53-14 и К53-22 (таблица П.6) указывается амплитуда переменной составляющей напряжения пульсаций, но её зависимость от частоты отличается от рассмотренных ранее и отображается на рисунках П.3.

(К53-14) и П.4 (К53-22).

Для схемы рисунка 6 при определении значения емкостей конденсаторов С1 и С2 следует задаться значениями U_c1 и U_c2(U_c10,1U_вх; U_c20,1U₀). Затем по таблицам П.4…П.6. или по справочнику [1], [7] выбираем с учетом вышеизложенных рекомендаций стандартные конденсаторы, при этом следует иметь в виду, что U_{c1 раб}  1,5 U_{вх. макс.}; U_{c2 раб}  1,5 U₀.

2. Определяем приращение тока дросселя (для схемы рисунка 6 I_L1, I_L2).

3. По ранее выбранному значению КПД преобразователя определяем значение максимального тока коллектора I_{к1 макс} транзистора VT1 (транзисторов VT1, VT2, для схемы рисунка 7).

4. По выражениям таблицы 7 определяем максимальное значение напряжения на закрытом транзисторе U_{кэ1 макс}. Для схемы рисунка 2 величина

W₁ / W_p находится из соотношения W₁ / W_p = _макс / (1-_макс).

5. По вычисленным значениям I_{к1 макс}, U_{кэ1 макс} и заданной частоте преобразования f_n из таблиц П.7, П.8 выбираем тип транзистора [1], [7].

При выборе биполярного транзистора необходимо, чтобы

U_{кэ макс}  1,2U_{кэ1 макс}; I_к  I_{к1 макс}; t_сп  (0,05…0,1) / f_n.

Для выбранного типа биполярного транзистора определяем значения напряжения коллектор-эмиттер в режиме насыщения U_{кэ нас}. Напряжение база-эмиттер насыщения принимаем равным U _{бэ нас}  0,8 В. Время выключения транзистора t_выкл = t _{рас +} t_сп, где t _рас – время рассасывания неосновных носителей в полупроводниковой структуре, t_сп – время спада. При отсутствии каких -либо данных, принимаем t_сп = t_вкл = t _рас .

При выборе полевого транзистора из таблицы П.8 необходимо, чтобы

U_СИ  1,2 U _{кэ1 макс}; I_{c макс} > I_{к1 макс}.

Для выбранного типа полевого транзистора определяем сопротивление сток-исток в открытом состоянии (R _{си откр}).

6. В случае выбора биполярного транзистора, задавшись коэффициентом насыщения К_нас = 1,2…1,3, определяем по выражению таблицы 7 максимальное значение мощности Р_к, рассеиваемой транзистором. Убеждаемся в возможности использования выбранного транзистора по мощности при заданной температуре окружающей среды из условия Р_{к макс} > 1,2 Р_к. Если последнее неравенство не выполняется, то необходимо предусмотреть параллельное соединение нескольких транзисторов либо выбрать другой тип транзистора.

Для полевого транзистора максимально допустимая мощность определяется выражением

Р_{ст макс} = I²_{с макс} R_{си отр} .

Используя данные таблицы П.8 (Р_макс) проверяем возможность использования по мощности выбранного типа транзистора из условия Р_макс > Р _{ст макс}.

7. На основании выражений таблиц 7 и 8 определяем параметры диодов VD1, VD2: среднее и максимальное значения тока диодов I_{VD1 макс}, I_{VD2 макс}, максимальное обратное напряжение на диодах U_{VD1 макс}, U_{VD2 макс}. Из таблиц П.9, П.10 или справочника [5] выбираем тип диодов VD1, VD2. Находим мощность, рассеиваемую на диодах - P_VD1, P_VD2.

8.Исходя из заданного значения нестабильности выходного напряжения , определяем требуемый коэффициент передачи в контуре регулирования:

Таблица 8
№ п/п	Параметр	Выходной Выпрямитель	Схемы рис. 2, 3	Схемы рис. 4, 5		Схема рис. 6	Схема рис. 7
1	IVD2 макс = IVDB макс	Однополупериодный	I0 макс+IL/2	–		–	–
		Мостовой и двухполупериодный	–	–		–	I0 макс+ IL/2
2	UVD2макс=UVDB макс	Однополупериодный	Uвх. максW2/Wp	–		–	–
		Мостовой	–	–		–	U0 /мин
		Двухполупериодый	–	–		–	2U0 /мин
3	IПР. CР = IПР.VDB	Однополупериодный	I0 макс/2	I0 макс/2		–	–
		Мостовой и двухполупериодный	–	–		–	I0 макс/2
4	PVD2 = PVDB	Однополупериодный	UпрI0 максмакс+fnUVD2 максIVD2макс 0,01/fпред			–	–
		Мостовой и Двухполупериодный	–		–	–	UпрIпр.ср.+fnUVD2максIVD2макс 0,01/fпред