4 . Расчет и выбор основных элементов системы импульсно-фазового управления преобразователя.

Выберем аналоговые и цифровые микросхемы для применения в узлах СИФУ.

В качестве операционных усилителей выберем аналоговую микросхему К140УД7 со следующими параметрами ([15], табл. 6.2):

• коэффициент усиления ;

• напряжение смещения нуля ;

• входные токи ;

• разность входных токов ;

• максимальный выходной ток ;

• максимальное выходное напряжение ;

• максимальное входное напряжение ;

• максимальное входное синфазное напряжение ;

• напряжение питания .

• входное сопротивление операционного усилителя R_ВХ.ОУ = 0,4 МОм.

Определим максимальное значение сопротивления цепей, подключаемых к входу операционного усилителя:

Минимальное значение сопротивления цепей, подключаемых к выходу

.

В качестве цифровых микросхем будем применять микросхемы серии К155 ([15], табл. 3.11):

• К155ЛА3 – 4 логических элемента “2И-НЕ”;

• К155ЛЕ1 – 4 логических элемента “2ИЛИ-НЕ”;

Параметры микросхем серии К155 ([15], табл. 3.9, 3.10):

• максимальное напряжение питания ;

• максимальное напряжение на входе ;

• минимальное напряжение на входе ;

• входной ток “нуля”, не более ;

• в ходной ток “единицы”, не более ;

• выходной ток “нуля”, не более ;

• выходной ток “единицы”, не более ;

• выходное напряжение “нуля”, не более ;

• выходное напряжение “единицы”, не менее ;

• коэффициент разветвления по выходу ;

• коэффициент объединения по входу .

4.1. Расчет и выбор элементов генератора опорного напряжения

Для работы СИФУ используется линейное пилообразное опорное напряжение, максимальное и минимальное значения которого находяся в точках естественной коммутации вентилей.

Схема генератора с линейным пилообразным (треугольным) напряжением (рис.4.1). В его состав входят компаратор на DA2 и интегратор на DA3.

Для правильной работы тиристоров преобразователя необходимо чтобы максимальное и минимальное значения опорного напряжения находились в точках естественной коммутации. данное условие, как видно из векторной (рис.4.2) и временных диаграмм (рис.4.3), может быть выполнено, если использовать трансформатор синхронизации с группой соединения обмоток /Y – 1.

Компаратор на операционном усилителе DA2 служит для преобразования синусоидально изменяющегося напряжения на входе в колебания прямоугольной формы на выходе (рис.4.3). Напряжение с трансформатора синхронизации подается на не инвертирующий вход ОУ, поэтому полярность выходных сигналов совпадает с полярностью входного.

Амплитуда выходных прямоугольных импульсов равна максимальному выходному напряжению (напряжению насыщению (12.0 … 13.0 В)) операционного усилителя DA2. Резисторы R5 и R6 уменьшают влияние входных токов ОУ, ограничивают ток через диоды VD1 и VD2 и защищают схему при возможных коротких замыканиях. Величина сопротивлений резисторов R5 и R6 выбирается из стандартного ряда в пределах 5.1 … 15 кОм. Выбираем R5= R6=15 кОм.

Действующее значение фазного напряжения вторичной обмотки U_2синх выбирают в пределах 12…18 В. Принимаем U_2синх=15В. Тогда амплитудное значение входного напряжения трансформатора синхронизации :

U_2mсинх =2·U_2синх= 2·15=21,2 В.

Поскольку напряжение U_2т.синх может превышать максимально допустимое значение входного напряжения ОУ, то для защиты ОУ используют два диода, включенных встречно-параллельно. Выбор диодов производим по прямому току I_a и максимальной величине обратного напряжения U_bmax с коэффициентом запаса равным 2.

I_a = 0.45·U_2синх / (R₅+R₆)=0.45∙15/(15∙10³+15∙10³)=0,225мА;

U_bmax =2·U_2т.синх=2∙21,2=42,4 В.

Исходя из условий I_пр I_a, U_обр  U_bmax выбираем маломощные универсальные или импульсные диоды и записываем его параметры[8].

Тип диода	Uобр max, В	Uобр, и max, В	Iпр max, мА	Iпр, и max, А
КД509А	50	70	100	1,5

Интегратор на ОУ DA3 преобразует прямоугольные колебания компаратора в линейно изменяющееся напряжение (рис.4.3). Напряжение на выходе интегратора в общем случае

,

где i_вх – входной ток интегратора;

t_и – время интегрирования; U_вых (0) – начальное значение выходного напряжения интегратора.

В нашем случае (рис.4.3) время интегрировании t₁= Т_с/2=10 мс. За это время напряжение на выходе интегратора изменяется от u_оп.max до u_оп.min или, наоборот, от u_оп.min до u_оп.max. Максимальное значение опорного напряжения принимается в диапазоне:

U_оп.тах=(1.1 … 1.2)U_{зад max}=1,2∙10=12 В.

Принимая максимальное напряжения на выходе интегратора равным u_оп.max , а начальное значение U_вых (0) = -u_оп.min , получаем

.

Откуда следует

.

Величину сопротивления R₇ выбирают в пределах 10 … 51 кОм,

принимаем R₇ =30 кОм. Для более точной настройки u_оп.max рекомендуется сопротивление R₇ составить из двух стандартных резисторов: постоянного - R₇^’ и подстроечного - R₇^’’(рис.4.1):

R₇^’ =0.8·R₇=0,8∙30=24 кОм;

R₇^’’ 0.3·R₇≈0,3∙30≈10 кОм;

Тогда:

мкФ

Используя стандартный ряд емкостей, выбираем величину С₁=18 мкФ.

Входной ток интегратора

,

где U_вых.max=12 В - максимальное значение напряжения на выходе компаратора.