Глава II. Расчет импульсного усилителя мощности

2.1. Выбор транзисторов и расчет выходного каскада ум.

Принципиальная схема одного плеча импульсного полумостового усилителя приведена на рис.4. Обозначенным на расчетной схеме элементам соответствуют следующие элементы принципиальной схемы рис.3:

R1 - R11, R12;

R2 - R39, R40;

R3 - R19, R20;

R4 - R17, R18;

VD1 - VD4, VD5.

Нагрузкой усилителя мощности является двигатель ДПР - со следующими характеристиками:

U_П = В - напряжение питания,

I_Н = А - номинальный ток, P_Н = Вт - механическая мощность,

_ДВ = ( % ) - КПД двигателя,

M_НОМ = mHм - номинальный момент,

M_П = mHм - пусковой момент,

n_НОМ = об/мин - номинальная скорость.

А. Определяем необходимые для выбора оконечных транзисторов параметры:

I_КМ - максимальный ток коллектора,

U_КЭМ - максимальное напряжение коллектор-эмиттер,

P_КМ - максимальное значение мощности рассеяния в коллекторном переходе (P_{К ИМП}).

Величина I_КМ определяется по формуле:

, (1)

где: E_П - напряжение питания двигателя (E_П = В),

С_Е - конструктивная постоянная двигателя:

. (2)

R_Я - сопротивление якоря двигателя, которое определяется из соотношения:

Ом. (3)

- номинальная скорость двигателя:

. (4)

R_ИП - сопротивление вторичного источника питания. С учетом требования технического задания мощность источника питания равна электрической мощности, потребляемой двигателем в номинальном режиме, поэтому

, (5)

здесь: - КПД трансформатора источника вторичного питания ( = 0.8 для P_ТР = 20 100 Вт).

Подставляя численные значения табличных параметров двигателя в формулы 1 5 получаем:

R_ИП = (Ом),

_н = (1/с),

R_Я = (Ом),

С_Е = (Вс),

I_КМ= (А).

2. Максимальное значение напряжение перехода U_КЭМ будет иметь место при выключении транзисторов за счет действия ЭДС самоидукции, и в режиме реверса двигателя, и равно:

U_КЭМ  2E_П,

U_КЭМ = В.

3. При выборе транзисторов, работающих в режиме “Д”, средняя мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, не является определяющим параметром, т.к. КПД усилителя может достигать 90%. Поэтому при выборе транзистора следует ориентироваться на максимальную (мгновенную) мощность рассеяния в режиме переключения:

;

Р_{КМ ИМП} = Вт.

По значениям I_КМ, U_КЭМ, P_КМ.ИМП выбираем в качестве выходного транзистора комплементарные пары Дарлингтона типа [1] :

КТ (КТ )

Их технические характеристики:

I_КМ = A,

U_КЭМ = В,

P_КМ.ИМП = Вт,

P_КМ = Вт, (с радиатором)

U_КЭ.НАС = В,

U_{ЭБ М} = В,

_min = ,

R_ПК = град/Вт,

I_К0 = мА при t_ПЕР = + 85C

Б. Тепловой расчет выходного каскада

Средняя мощность, рассеиваемая в транзисторах выходного каскада, определяется выражением:

, (2)

где:

I_Н - номинальный ток двигателя,

- время включенного состояния транзистора при работе в номинальном режиме:

, здесь

T - период ШИМ, T = 2.510^-3 с,

I_П - пусковой ток двигателя с учетом сопротивления источника питания,

А,

с.

- время включения транзистора.

Для данного типа транзисторов 0^-6 с.

Подставляя численные значения в формулу (2), получаем:

Р_К = Вт.

Учитывая вычисленное среднее значение рассеиваемой мощности и заданную температуру окружающей среды (T_ОКР = 50C), площадь теплоотвода (радиатора)- S_РАД определяется из формулы:

см², (3)

где:

- допустимая температура перехода, для Si - C. Принимаем = ^oC.

- температура окружающей среды, = + 50C.

- тепловое сопротивление переход-корпус транзистора = град/Вт,

- мощность рассеиваемая транзистором, = Вт.

Подставляя численные значения в формулу (3), получаем:

S _РАД = см².

В. Исходя из необходимости фиксации закрытого состояния выходных транзисторов при = +50C, учитывая, что, при этом, U_{БЭ Д}  1.2В (2 перехода), а I_КЭО мА для = +85C, находим значение резистора R3:

Ом.

Принимаем номинальное значение R3 = Ом.

Где - определяется по справочнику или по формуле:

,

здесь - обратный ток транзистора при t_ПЕР = 25C.

Г. Определим параметры выходного каскада, необходимые для расчета предоконечного каскада.

Для управления выходным транзистором требуется обеспечить входной ток:

,

где:

- максимальный ток при реверсе двигателя.

= А (расчет), = (справочник).

мА.

По входным характеристикам I_Б = f (U_БЭ) находим U_БЭ соответствующее

I_Б = мА: U_БЭ = В.

Таким образом, через резистор R3 будет протекать ток от сигнала управления:

мА.

Суммарный ток коллектора предоконечного каскада должен быть:

I_{К VT1,2} = I_{Б VT3,4} + I_R3 = мА.