4_razdel
.pdf
Для ограничения тока затвора выбираем резисторы R5 и R6 MR102-1K-
.01% с сопротивлением 1000 Ом.
Для шунтирования транзисторов используем диоды КД412В (VD14, VD15). В принципе, их можно не ставить, однако, если работать на повышенных частотах (сотни килогерц), лучше поставить сверхбыстрые диоды. Параметры диода: U обр max = 400 В , Iпр cp = 10А ,U пр = 2B , f = 200кГц
4.6 Расчёт высокочастотного трансформатора питания каналов стабилизаторов
Импyльcныe тpaнcфopмaтopы (ИT) являютcя вocтpeбoвaнным пpибopoм в хoзяйcтвeннoй дeятeльнocти. Чacтo ycтaнaвливaют в блoки питaния бытoвoй, кoмпьютepнoй, cпeциaльнoй тeхники.
Нamoткa тpaнcфopmaтopa иmeeт paзнyю кoнфигypaцию. Этo двe
кaтyшки, cвязaнныe maгнитoпpивoдom. В зaвиcиmocти oт кoличecтвa виткoв
пepвичнoй и втopичнoй нamoтки, нa выхoдe coздaeтcя элeктpичecтвo c
зaдaннoй moщнocтью.
Нa пepвичный кoнтyp пoдaютcя oднoпoляpныe иmпyльcы. Cepдeчник ocтaeтcя в cocтoянии пocтoяннoгo нamaгничивaния. Нa пepвичнoй нamoткe oпpeдeляютcя иmпyльcныe cигнaлы пpяmoyгoльнoй фopmы. Интepвaл meждy ниmи вo вpemeни кopoткий. Пpи этoм пoявляютcя пepeпaды индyктивнocти. Oни oтpaжaютcя иmпyльcamи нa втopичнoй кaтyшкe. Этa ocoбeннocть являeтcя ocнoвoй пpинципoв фyнкциoниpoвaния пoдoбнoгo
oбopyдoвaния.
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 4.9 – Принцип работы высокочастотного преобразователя
Определяем максимальное значение мощности вторичных обмоток трансформатора:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S = U |
01 |
I |
01 |
+U |
02 |
I |
02 |
= 30,5 3 +15,5 1 =107ВА |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем КПД трансформатора
трансформатора: |
|
|
|
|
||||
Sрас |
= |
1+ |
(U |
01I01 |
+U02 I02 ) = |
1 + 0,75 |
||
|
2 |
|
2 0,75 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
= 0,75 |
. Тогда расчётная мощность |
(30,5 3 +15,5 1) =124,8ВА
Выбираем кольцевой магнитопровод из материала 1000НН.
Максимальное значение индукции Bm=0.27 Тл. Максимальное значение
плотности тока в обмотках
j = 3.5 |
А |
|
|
мм |
2 |
||
|
|||
|
|
. Коэффициент заполнения медью
окна магнитопровода принимаем k0 = 0,32 , fп=20 кГц. Находим коэффициент
формы кривой напряжения |
k |
ф : |
||||||||
|
||||||||||
k = |
1 |
|
= |
|
1 |
|
=1, 414 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
ф |
|
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Находим произведение Sс Sо :
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
S |
S |
|
= |
S |
рас |
100 |
= |
124,8 100 |
= 0.146см |
4 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|||||
с |
|
|
2k |
|
f |
|
Bjk |
|
|
2 1, 414 100 10 |
0, 27 |
3.5 0,32 |
|
|||
|
|
|
|
ф |
п |
0 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По значению
S |
с |
S |
о |
|
|
выбираем типоразмер магнитопровода. Выбираем
магнитопровод |
К38,0×24,0×7,0 |
с |
параметрами: |
D
=
38мм
,
d
=
24мм
,
h
=
7мм
, средняя длина магнитной линии
l |
с |
|
=
94.04мм
, площадь
окна магнитопровода |
S |
о |
= 4.5238см2 |
, площадь поперечного сечения |
|
|
|
|
S |
с |
|
=
0.4815см |
2 |
|
, масса магнитопровода
G |
ст |
= 22г |
|
|
.
Определяем число витков первичной и вторичных обмоток, принимая
относительное изменение напряжения на выходе трансформатора |
U = 0,02 |
: |
|||||||||||||||||||||||
|
U |
|
(1 − 0,5 U )10 |
4 |
|
|
198,02(1 − 0,5 |
0,02) 10 |
4 |
|
|
|
|||||||||||||
w = |
вх |
|
= |
|
|
= 26,68 27 витков |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
|
|
|
4k |
f |
|
BS |
|
|
|
|
4 |
1.414 100 10 |
|
0, 27 0.4815 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
п |
с |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
U |
|
(1 + 0,5 U )10 |
4 |
|
30,5(1 + 0,5 |
0,02) 10 |
4 |
|
|
|
|
||||||||||||
w |
= |
01 |
|
= |
|
|
|
= 4,1 5 витков |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
21 |
|
|
|
|
4k |
|
f |
BS |
|
|
|
|
4 1.42 100 10 |
0, 27 0.4815 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ф |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
U |
|
(1 + 0,5 U )10 |
4 |
|
15,5(1 + 0,5 0,02) 10 |
4 |
|
|
|
||||||||||||||
w |
= |
02 |
|
= |
|
|
= 2,1 3 витка |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
||||||
22 |
|
|
|
|
4k |
|
f |
BS |
|
|
|
|
4 1.414 100 10 |
0, 27 0.4815 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ф |
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем потери в магнитопроводе, принимая удельные потери в 1
кг материала магнитопровода
Pуд
=1.5Вт
кг
:
P |
= P G |
=1.5 0,022 = 33 мВт |
ст |
уд ст |
|
|
|
|
Действующее значение активной составляющей тока холостого хода:
|
|
|
|
|
P |
|
0,033 |
|
I |
|
|
= |
|
ст |
= |
|
= 0,1682мА |
0 |
a |
|
|
|
||||
|
U |
|
(1 − 0,5 U ) |
|
198,02(1 − 0,5 0,02) |
|
||
|
|
|
вх |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действующее значение реактивной составляющей тока холостого хода
(принимая максимальное значение напряжённости магнитного поля материала 1000НН H m = 32A/м):
|
|
|
|
H |
|
l 10 |
−2 |
|
|
32 94.04 10 |
−3 |
10 |
−2 |
0,5 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
I |
|
|
= |
|
|
m с |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
= 0,455мА |
||
0 р |
|
|
|
3w |
|
|
|
3 27 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действующее значение тока холостого хода: |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
I |
0 |
= |
|
I |
0 а |
2 + I |
0 р |
2 = |
|
(0,1682 10−3 )2 |
+ (0,455 10−3 )2 = 0,485 мА |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Действующее значение тока первичной обмотки трансформатора:
I |
= (n I |
01 |
+ n |
I |
02 |
) |
|
= (0,622 3 + 0,316 1) 0.5 =1,54А |
1 |
1 |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поперечные сечения проводов обмоток (принимая значение плотности
тока в обмотках
j = 3.5 |
А |
|
|
мм |
2 |
||
|
|||
|
|
):
q |
|
= |
I1 |
= |
1,54 |
= 0,44мм2 |
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||
1 |
|
|
|
j |
|
3.5 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
|
|
= |
I |
01 |
= |
3 |
|
= 0,86мм |
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||||||||
21 |
|
j |
3.5 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
q |
|
|
= |
I |
02 |
= |
1 |
|
= 0, 286мм |
2 |
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
22 |
|
|
|
j |
|
|
3.5 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выбираем провод изолированный эмалевый высокопрочный теплостойкий с покрытием в один слой на основе полиуретанового лака ПЭТВЛ-1, при этом:
d1 = 0,75мм
d |
21 |
=1.05мм, q |
22 |
= 0.63мм |
|
|
|
4.7 Расчёт схемы управления преобразователем Управление мы производим с помощью генератора прямоугольных
импульсов, который выполнен на микросхеме 157УД1 (DA3). Драйвер для транзисторов IRS2111 (DA5) применяется для обеспечения задержки между включением и выключением транзисторов.
Схема задающего генератора представлена на рисунке 4.10.
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 4.10 – Схема мультивибратора на ОУ.
Технические характеристики драйвера:
-Выходной ток: 200 мА;
-Максимальное выходное напряжение: 20 В;
-Максимальное входное напряжение: напряжение питания +0.3 В;
-Время задержки: 650 нс;
-Напряжение питания: -0.3…25 В;
-Температуры эксплуатации: -40…+125 0С.
Исходя из технических характеристик микросхемы, конденсаторы С13,
С14 выбираем не менее 10.1 мкФ. Выбираем конденсаторы UPW1J120MDH с параметрами: С =12 мкФ , Uном = 63В .
Функциональная схема микросхемы IRS2111 представлена на рисунке
4.11.
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Рисунок 4.11 – Распиновка микросхемы IRS2111
Для защиты будем использовать диоды VD12, VD13 2Д114В5 с
параметрами:
Uобр= 30 В;
Uпр= 1 В;
Iпр= 0.2 А;
Для получения несимметричного мультивибраторы для цепей заряда и
разряда выбираем диоды VD10, VD11 аналогичные VD12 2Д114В5.
Резистор R11 ограничивает ток через диод. Выбираем резистор MR102- 1K-.01% с номиналом 1 кОм.
ПОС выполнена с помощью делителя напряжения на резисторах R7 и
R8. Она задает на положительный вход ОУ напряжение, равное Uн, в
зависимости от того в каком состоянии находится схема. Здесь –
коэффициент положительной обратной связи рассчитывается по формуле:
= R7/(R7+ R8)
Принимая =0.5 получим R7 = R8. Выбираем резисторы RNF 1/4 T9 5K 0.1% R с сопротивлением 5 кОм.
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Положительные и отрицательные импульсы различной длительности можно получить в несимметричном мультивибраторе, заряд и разряд емкости в котором осуществляется разными цепями. Заряд емкости осуществляется по цепи VD10, R10, C12 c постоянной времени τ = R10C12, а разряд происходит по цепи VD11, R9, C12 c постоянной времени τ = R9C12.
Длительности положительного и отрицательного импульсов определяются из выражений:
tи+ = R10 C12 |
|
1+ |
|||||
Ln |
|
|
|
||||
|
|
||||||
|
|
|
|
1− |
|||
tи− = R9 |
|
|
|
1+ |
|||
C12 |
Ln |
|
|
|
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
1− |
|||
Рассчитываем период, время положительного импульса и паузы:
Т=1/fпр=1/100000=0,00001с t+и= T∙ γ=0.00001∙0.45 =4.5мкс t-и =Т- t+и =10-5-4.5∙10-6=5.5 мкс
Задаемся нФ, выбираем керамический конденсатор
03063C103MAT2A с параметрами С12
Находим сопротивления R10, R9
=10нФ , U ном = 25В
из соотношений:
t |
+ |
= R |
C |
Ln |
|
1+ |
|
и |
|
|
|||||
|
10 |
12 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
1− |
|
|
|
t+ |
|
|
|
|
|
4.5 10−6 |
|
|
|
||
R10 |
= |
|
и |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= 410Ом |
|
|
1+ |
|
|
−9 |
1+ 0.5 |
|
|||||||
|
|
C12 |
Ln |
|
|
|
10 10 |
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 0.5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1− |
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
Выбираем резистор MFR-25DTE52-410R с сопротивлением 410 Ом
t |
− |
= R |
C |
Ln |
|
1+ |
|
|
|
||||||
и |
|||||||
|
9 |
12 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
1− |
|
|
|
t− |
|
|
|
|
|
5.5 10−6 |
|
|
|
||
R9 |
= |
|
и |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= 500Ом |
|
|
1+ |
|
|
−9 |
1 |
+ 0.5 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
C12 |
Ln |
|
|
|
10 10 |
|
Ln |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 0.5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
1− |
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
Выбираем резистор PTF56500R00BYEK с номиналом 500 Ом
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
4.8 Расчёт схемы питания генератора импульсов Для питания схемы управления будем использовать стабилизатор
напряжения, подключенный к сети через балластный конденсатор, схема которого указана на рисунке 4.12.
Рисунок 4.12 – Схема питания мультивибратора на ОУ
Источник питания представляет собой мостовой выпрямитель,
подключенный к сети через балластный конденсатор С6. Резистор R3
предназначен для разрядки балластного конденсатора, R4 |
предназначен для |
||
ограничения тока при запуске. |
|
|
|
Выпрямленное |
напряжение |
стабилизируется |
интегральной |
микросхемой LM7805CT (DA4) с параметрами Uвых = 5В, Iн max = 1А со стандартной обвязкой.
Резисторы R3, R4 выбираем MR102-1K-.01% с номиналом 1 кОм.
Ток потребления двумя операционными усилителями равен 18 мА. С
учетом того, что используем мостовой выпрямитель, необходимо получить выходной ток схемы питания на 1.1 больше суммарного тока потребления,
т.е. 19,8 мА.
Определим емкость балластного конденсатора:
С = |
Iэфф |
|
|
= |
19,8 10−3 |
|
= 0, 29 мкФ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 f U 2 |
−U 2 |
2 3,14 50 2202 −52 |
|||||||
|
|
сети |
вых |
|
|
|
|
|
|
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Выбираем конденсатор С6 BFC238330304 с параметрами: |
С |
Umax = 350 В . |
|
|
Выбираем 4 диода VD5-VD8 2Д249В с параметрами: |
||
U |
обр max |
= 20 В |
|
|
|
Iпр max = 3A
Рассчитаем ёмкостные фильтры. Принимаем коэффициент на выходе фильтра К=0,01. Тогда:
= 0,3мкФ ,
пульсации
С = |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2 fR К |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
R |
= |
U |
вых |
= |
5 |
= 278,8Ом |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
н |
|
I |
|
|
|
0,018 |
|
|
|
|
||
|
|
вых |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
C = |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
=1142мкФ |
|
|
|
|
|
50 |
278,8 0, |
|
|
|||||||
|
2 |
01 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
Выбираем |
|
электролит-алюминиевый |
конденсатор |
C7 |
||||||||
EEETP1H132M с параметрами: С =1300мкФ , Umax |
= 50 В . |
|
||||||||||
Для |
|
выбранного интегрального стабилизатора ёмкости C8 и |
С9 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
необходимо принимать не менее 2.2 мкФ, поэтому выбираем 2 керамических
конденсатора C1206C275K3PACTU с параметрами: |
Сном = 2.7мкФ , |
Uдоп = 25В . |
|
|
|
4.9 Расчет сетевой части защиты по напряжению
Рисунок 4.13 – Схема защиты
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |
Принцип действия схемы защиты, следующий: при превышении уровня питающего напряжения, срабатывает пороговое устройство VS1,
устраивающее короткое замыкание в цепи нагрузки, в результате которого проводник предохранителя FU1 плавится и разрывает цепь нагрузки.
Делитель (R1, R2) ограничивает предельный ток через управляющий переход тиристора, конденсатор C1. снижает вероятность срабатывания защиты при кратковременных бросках питающего напряжения. Диод VD9
представляет собой однополупериодный выпрямитель для питания схемы защиты.
Выберем тиристор VS1КУ211А с параметрами:
−Максимальный прямой ток Iпрмах: 200А;
−Ток включения Iвкл: 160мА;
−Максимальное напряжение, приложенное к электродам в закрытом состояние Uзмах: 800В;
−Максимальное падение напряжения в открытом состояние Uотмах:
2В;
−Напряжение отпирания Uотп: 2В.
Выбираем диод VD9 – КД202М с параметрами: Uмобр =350В, Iпр=5А. В случае срабатывания оптрона VU1 на R2 должно сформироваться
постоянное напряжение, величиной не менее 2.5 В. Определим параметры однополупериодного выпрямителя на диоде VD9. Рассчитаем среднее значение выпрямленного напряжения.
U cp |
= |
2U |
cem |
= |
2 220 |
= 99 |
В |
||||||
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.14 |
|
|
||
Зададимся током делителя 50мА, тогда сопротивление R1 и R2 составят: |
|||||||||||||
Uср − 2 |
= |
|
97 |
= 606 Ом |
|
||||||||
R1= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Iд |
|
|
|
0.16 |
|
|
|
|||
R2= |
|
2 |
= |
|
|
2 |
|
=12,5 Ом |
|
||||
Iд |
0.16 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Лист
УО «ВГТУ» КП.012 1-53 01 01-05 ПЗ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись Дата |