Суммарные потери в ключе с формированием траектории переключения:

Р_п = Р_VTст + Р_{VT дин} + Р_VDст + Р_VDдин + P_p + P_стаб = 

= 3,0 + 7,5 + 2,2 + 0,8 + 2,7 + 3,3 = 19,5 Вт.

Динамические потери в транзисторах второй стойки инвертора, ключи которой работают на частоте выходного напряжения, незначительны и близки к нулю. Однако в целях унификации (чтобы не разделять стойки инвертора на низкочастотную и высокочастотную, и они были взаимозаменяемыми) устанавливаем на охладители (радиаторы) все четыре транзистора. Максимальный КПД инвертора, выполненного на биполярных транзисторах, определяется выражением:

Потерями в ключах низкочастотной стойки пренебрегли, так как они несоизмеримо малы по сравнению с потерями в ключах, работающих на повышенной частоте.

Для сравнения приведем расчет потерь в инверторе на полевых (MOSFET) транзисторах типа IRFB17N50L с характеристиками [Приложение Р]:

U_{DSS max} = 500 B, I_{D max} = 17A, R_DS = 0,28 Ом, U_{GS max} = 30 В,

t_r(on) = 20 нС, t_d(on) = 55 нС, t_r(off) = 45 нС, t_d(off) = 45 нС,

С_iss = 3000 пФ.

Статические потери в (MOSFET) транзисторе определяются выражением [29]:

где — относительная длительность импульса, изменяющаяся на полупериоде низкой частоты в пределах от 0 до 1, принимается равной 0,5.

Динамические потери находятся по выражению [29]:

где t_вкл = t_выкл = 100х10^–9 — время переключения силового транзистора (задаемся самостоятельно, но не менее чем t_d(on) =  55 нс и t_d(off) = 45 нс).

Потери в обратных диодах ключей аналогичны потерям на диодах в ключах на биполярных транзисторах.

Суммарные потери в ключе:

Р_п = Р_VTст + Р_{VT дин} + Р_VDст + Р_VDдин = 2,5 + 7,5 + 2,2 + 0,8 =

= 13 Вт.

Инвертор на полевых (MOSFET) транзисторах типа IRFB17N50L имеет потери значительно меньшие, чем инвертор на биполярных транзисторах, а, следовательно, его КПД выше.

Максимальный ток затвора, который должен обеспечить выходной каскад усилителя мощности при включении транзистора(MOSFET) типа IRFB17N50L, определяется выражением [32]:

где  = 2U_{пит УМ} = 30 В.

Расчет потерь в инверторе на (IGВT) транзисторах типа IRG4BC30U с характеристиками [32]:

U_CES = 600 B, I_C = 12 A,  = 0,8 В,  = 0,05 Ом,

t_r(on) = 20 нС, t_d(on) = 13 нС, t_r(off) = 140 нС t_d(off) = 180 нС,

С_ies = 1100 пФ.

Статические потери в инверторе на (IGВT) транзисторах определяются аналогично инвертору на биполярных транзисторах [29]:

Для определения динамически потерь используем выражение [29]:

где t_вкл = t_выкл = 200х10^–9 с — время переключения силового транзистора (задаемся самостоятельно, но не менее чем t_d(on) = 13 нс и t_d(off) = 180 нс).

Потери в обратных диодах ключей аналогичны потерям на диодах в ключах на биполярных транзисторах.

Суммарные потери в ключе:

Р_п = Р_VTст + Р_{VT дин} + Р_VDст + Р_VDдин = 1,9 + 5,3 + 2,2 + 0,8 =

= 10,2 Вт.

Таким образом, и инвертор на IGВT транзисторах имеет более высокий КПД.

Максимальный ток затвора, который должен обеспечить выходной каскад усилителя мощности при включении транзистора (IGBT) типа IRG4BC30U, определяется выражением [32]:

где =2U_{пит УМ} = 30 В.

2.3.3 Расчет силового трансформатора

Для расчета трансформатора [3, 32] должны быть определены напряжения и токи обмоток, причем коэффициент трансформации определяется из условия минимального напряжения на первичной обмотке, чтобы обеспечить на нагрузке необходимое (заданное) напряжение.

Минимальное значение эффективного напряжения на первичной обмотке трансформатора:

где 0,99 — коэффициент учитывающий падение напряжения на активном сопротивлении обмотки.

Коэффициент трансформации находится по соотношению:

где U₂ = U_Н.

Наибольшее значение тока в первичной обмотке:

где — КПД трансформатора принимаем равным 0,98.

По известным токам и напряжениям обмоток и габаритной мощности трансформатора выбирается сердечник и определяются параметры обмоток, при этом число витков первичной обмотки рассчитывается исходя из наибольшего напряжения, прикладываемого к ней, чтобы исключить режим насыщения сердечника трансформатора.

,

где S₀ — площадь окна сердечника магнитопровода [см²];

S_c — поперечное сечение сердечника [см ²];

Р_Г = (U_1max I₁+ U₂ I₂) / 2 = 700 ВА — габаритная мощность двухобмоточного трансформатора;

к_ф — коэффициент формы напряжения (для синусоидального сигнала — 1,11);

к_с — коэффициент заполнения сердечника сталью (для низкочастотных трансформаторов, выполненных на сердечниках из электротехнических сталей [Приложение Л] Э310 (3411)Э360 (3423) в пределах — 0,650,93, принимаем k = 0,9 сталь Э350 (3422) с толщиной ленты 0,15 мм);

δ — плотность тока в обмотках трансформатора (зависит от материала провода, количества витков в обмотках и т.д.) определяет тепловой режим трансформатора и для низкочастотных многовитковых трансформаторов выбирается в диапазоне от 3 А/мм² до 5 А/мм², примем δ = 4 А/мм ²;

σ — коэффициент заполнения окна сердечника медью (для проводов круглого сечения в пределах от 0,2 до 0,35), примем σ = 0,25;

В_м — индукция в магнитопроводе (зависит от материала сердечника, частоты и режима работы трансформатора). Для низкочастотных трансформаторов, выполненных на сердечниках из электротехнических сталей Э310Э360, индукция выбирается в пределах 1,61,88 Тл), примем В_м = 1,7 Тл.

Выбираем сердечник [Приложение Л] Э350 из стандартного ряда магнитопроводов ШЛ 4040, имеющий S₀S_с = 640 см, к_сS_с = 13,2 см.

Число витков на один вольт ЭДС в обмотках трансформатора: