Варианты исходных данных

Для расчета преобразователя заданы следующие параметры:

напряжение питания преобразователя U_П;

действующее значение выходного напряжения U₂;

действующее значение выходного тока I₂;

частота генерации (работы) преобразователя f.

Температура окружающей среды +20⁰ С.

№ варианта	UП, В	U2, В	I2, А	f, Гц
1	6	12	0,05	1000
2	8	24	0,5	1500
3	10	50	0,1	2000
4	12	80	0,2	2500
5	14	100	0,2	5000
6	16	127	0,15	2500
7	18	220	0,1	2000
8	20	127	0,04	1500
9	22	100	0,1	5000
10	24	80	0,25	2500
11	22	50	0,5	1000
12	20	127	0,2	500
13	18	50	0,5	1500
14	16	80	0,25	2000
15	14	100	0,2	2500
16	12	90	0,15	5000
17	10	127	0,15	2500
18	8	36	0,5	2000
19	6	24	0,2	1000
20	8	50	0,15	500
21	10	90	0,2	2500
22	12	50	0,15	1000
23	14	127	0,1	5000
24	16	220	0,05	2500
25	18	127	0,2	1000
26	20	60	0,4	500
27	22	100	0,15	2500
28	24	50	0,2	5000
29	22	127	0,05	1000
30	20	80	0,15	2000

Порядок расчета преобразователя

Основными этапами расчета преобразователя являются:

1. Выбор типа транзисторов и расчет режимов их работы.

2. Расчет трансформатора, который включает в себя

   1. Выбор конструкции и типоразмера магнитопровода;

   2. Электрический расчет, определяющий токи и число витков в обмотках с последующим выбором сечения и типа обмоточного провода.

Выбор транзисторов преобразователя производится по максимально допустимому току коллектора I_K.max и допустимому значению напряжения коллектор-эмиттер U_КЭ.max. Ток коллектора открытого транзистора, работающего в режиме насыщения, зависит от выходной мощности преобразователя Р₂ и напряжения питания U_П и определяется соотношением:

где – ток вторичной обмотки;

–выходное напряжение;

η_пр. – КПД преобразователя.

Если преобразователь работает на выпрямитель, то обычно принимается η_пр = 0,75 ÷ 0,85, при работе на активную нагрузку η_пр = 0,85 ÷ 0,95.

В момент выключения транзистора коллекторный ток достигает максимального значения, которое зависит от степени насыщения транзисторов и разброса коэффициентов усиления по току. Для преобразователя с самовозбуждением и насыщающимся трансформатором амплитудное значение тока коллектора определяется выражением:

где b – коэффициент насыщения, обычно выбирают b = 1,2÷2,0;

β_max, β_min – максимальное и минимальное значение коэффициента усиления потоку.

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора преобразователя определяется по максимальному значению напряжения питания и для схемы преобразователя с выводом средней точки первичной обмотки трансформатора принимается из соотношения:

По полученным значениям I_K.max и U_КЭ.max производится выбор типа транзисторов для схемы преобразователя по справочным данным (приложение, табл. П.6).

Для обеспечения надежного самовозбуждения схемы преобразователя необходимо обеспечить режим насыщения транзисторов, который осуществляется выбором тока базы с запасом:

Требуемое значение базового тока обеспечивается выбором напряжения базовой обмотки трансформатора и выбором резистора в цепи базы:

Напряжение базовой обмотки трансформатора U_Б выбирается из условия:

,

где U_БЭН – напряжение база-эмиттер в режиме насыщения.

Если в приложении (табл. П.6) параметр U_БЭН для выбранного типа транзистора не указан, то для расчетов можно принять U_БЭН≈0,5 … 2 В для германиевых и U_БЭН≈1,5 … 5 В для кремниевых транзисторов.

По результатам электрического расчета преобразователя определяется тепловой режим работы полупроводниковых приборов.

Мощность, выделяемая транзистором в преобразователе, определяется мощностями потерь в режимах: отсечки Р_отс, насыщения Р_нас и при переходе транзистора из насыщения в активную область Р_дин:

Потери мощности в режиме отсечки:

,

где I_КО – обратный (тепловой) ток коллектора при t=20^o;

U_КЭО – напряжение коллектор-эмиттер в режиме отсечки, равно удвоенному напряжению питания преобразователя U_КЭО = 2U_П.

Если в приложении (табл. П.6) параметр I_КО для выбранного типа транзистора не указан, то его можно принять равным I_KO=0,001I_K.max.

Потери в режиме насыщения:

где U_КЭН – напряжение коллектор-эмиттер в режиме насыщения.

Если в приложении (табл. П.6) параметр U_КЭН для выбранного типа транзистора не указан, то его можно принять равным U_КЭН = 2…5 В.

Динамические потери в режиме переключений пропорциональны величине напряжения питания и тока коллектора в режиме насыщения, частоте работы преобразователя и частотных свойств выбранного транзистора:

,

где τ_β – время жизни неосновных носителей заряда в базовой области транзистора;

k_Д – коэффициент динамических потерь, учитывающий особенности работы транзистора в схеме преобразователя. Для преобразователя с насыщающимся трансформатором k_Д = 0,5.

Величина τ_β может быть вычислена по граничной частоте f_гр для выбранного типа транзистора:

Величина динамических потерь может быть уменьшена включением конденсатора С параллельно базовому сопротивлению R_Б. Величина емкости конденсатора находится из соотношения:

Если величина мощности то выбранный тип транзистора необходимо устанавливать на теплоотводящий радиатор.

При расчете трансформатора определяют размеры магнитопровода и обмоточные данные по заданным исходным величинам. Сердечник трансформатора выбирают не по произвольно полученным геометрическим соотношениям, а в соответствии с унифицированным рядом. Унифицированный ряд сердечников не является оптимальным и поэтому он не обеспечивает полного использования активным материалов, что приводит к ухудшению показателей трансформатора. Однако изготовление сердечников, не соответствующих унифицированному ряду, значительно увеличивает их стоимость. Выбор типоразмера магнитопровода производится по значению произведения площади сечения сердечника S_СТ и площади сечения окна S_О:

где – габаритная мощность трансформатора;

B_m – максимальное значение индукции в сердечнике, для насыщающегося трансформатора B_m = B_S, для сплавов 34НКМП и 50НП B_S = 1,45 Тл;

∆ – плотность тока в обмотках трансформатора;

К_М, К_С – коэффициенты заполнения окна сердечника проводом и сердечника магнитопровода сталью (К_С = 0,75÷ 0,88);

η_тр – коэффициент полезного действия трансформатора (η_тр = 0,75 ÷ 0,88).

Рекомендуемые значения К_М и ∆ приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Параметр	Суммарная мощность, снимаемая со вторичных обмоток, Вт.
	До 15	15-50	50-150	Свыше 150
Коэффициент заполнения KM	0,1-0,12	0,14-0,16	0,16-0,18	0,2
Плотность тока в обмотках трансформатора ∆, А/мм2	5,0-4,5	4,5-3,0	3,0-2,5	2,5-2,0

По полученному произведению S_СТ и S_О выбираем из унифицированного ряда сердечников ближайший больший типоразмер (Приложение, табл. П.7).

Число витков первичной обмотки:

Число витков базовой обмотки:

Число витков вторичной обмотки:

Определяем действующие значения токов обмоток трансформатора:

– коллекторной:

– базовой:

Действующее значение тока вторичной обмотки зависит от характера нагрузки. При активной нагрузке или при работе на выпрямитель, выполненный по мостовой схеме:

Диаметры проводов обмоток трансформатора рассчитываются:

По полученным значениям d_n выбираем тип и диаметр обмоточного провода. Для маломощных трансформаторов применяют медные провода круглого сечения с эмалевой изоляцией типов ПЭВ-2 и ПЭТВ работающих при температурах до 200^о С (Приложение, табл. П.8).

Пояснительная записка к расчетно-графической работе №2 должна содержать: расчет преобразователя, схему преобразователя, изображенную в соответствии с типом проводимости (p-n-p или n-p-n) выбранного транзистора временные диаграммы работы преобразователя.