Третий этап расчета Расчет режимов работы силового транзистора.

Начнем с расчета составляющих импульсного тока.

1. Импульсный ток (в амперах), который характеризует значения тока намагничивания трансформатора в конце импульса t_u, определяется по формуле

;

где f – частота в килогерцах

Рис. 1.1. Режимы работы силового транзистора

2. Часть тока через транзистор, которая обусловлена потерями на перемагничивание (потери в стали) сердечника трансформатора, можно учесть следующим образом. Будем считать, что эти потери делятся на две равные части: первая выделяется намагничиванием сердечника, вторая – на этапе его размагничивания. Таким образом, полагая, что в интервале рабочего импульса тока имеется приращение прямоугольного импульса, эквивалентного по мощности потерям в «стали», определим его из соотношения

3. Суммарный ток (в амперах), который назовем импульсным током холостого хода трансформатора

4. Максимальное значение импульсного тока (в амперах) через силовой транзистор в момент его включения:

;

для двухтактной схемы

5. Определим ток коллектора транзистора, который образуется путем усреднения эквивалентного прямоугольного импульса тока в зависимости от коэффициента заполнения.

Амплитуда изменения тока коллектора зависит от коэффициента заполнения и определяется соотношением

где U_1Mi – амплитудное значение напряжения на первичной обмотке трансформатора, при текущем значении t_ui, то есть в момент времени, для которого расчитывается режим работы транзистора.

Так, при минимальном входном напряжении и времени имеем

,

где t_Umax – в микросекундах;

- в микрогенри;

- в амперах.

Теперь видно, что средний ток коллектора (в амперах)

6. Найдем максимальное значение напряжения коллектор-эмитер транзистора U_к.э. без учета выброса напряжения, вызванного индуктивностью рассеяния.

Для однотактной и для двухтактной (пуш-пульной) схемы

;

Для однотактной с последовательным включением транзисторов и для двухтактной полумостовой и мостовой схем выключения силовых транзисторов.

Четвертый этап расчета. Расчет режимов работы силовых диодов исн.

1. Максимальное значение среднего тока (в амперах) диодов выпрямителя в данном случае для однотактной схемы выпрямления VD1

2. Максимальное значение среднего тока (в амперах) (без учета импульса в момент запирания) коммутирующего диода VD₂ (в однотактной схеме)

3. Максимальное значение (без учета паразитного выброса) для обратного напряжения на диоде VD1 и VD2 находим по соотношению

U_{обр max}=U_2Mmax

Пятый этап расчета Расчет выходного фильтра исн.

1. Учтем, что наибольшая пульсация напряжения имеет место на выходе фильтра при минимальном коэффициенте заполнения. Найдем относительное значение пульсаций (в процентах) 1-й гармоники на выходе выходного высокочастотного фильтра.

2. Коэффициент пульсаций (в процентах) на выходе блока ИСН.

где - амплитуда переменной составляющей на выходе фильтра ИСН.

3. Найдем требуемый коэффициент подавления пульсаций выходным фильтром:

4. Минимальная индуктивность (в микрогенри) дросселя фильтра при условии сохранения непрерывности тока через дроссель будет:

_,

где значение I_нmin задано и обычно составляет 0,1I_{n ном.};

f – в килогерцах.

5. Для выбора или расчета дросселя фильтра необходимо знать эффективное значение переменной составляющей напряжения на нем U_{i эф}

Из определения эффективного (действующего) значения функции U_эф. следует для напряжения U(t), что

Представим напряжение на дросселе в виде функции, изображенной на рис. 2б в интервале рабочего импульса действует напряжение U₁, а в интервале закрытого силового транзистора, когда открыт (в однотактной схеме выпрямителя) коммутирующий диод VD2 действует напряжение U₂.

Используя предыдущую формулу и проводя раздельное интегрирование по интервалам времени t_n и T-t_u после преобразования, получим

где ; и - прямое падение напряжения на диодах в режиме номинального тока нагрузки.

Отметим, что наибольшее значение переменной составляющей на дросселе фильтра соответствует режиму максимального входного напряжения, то есть при .

Для выбора дросселя фильтра необходимы следующие параметры:

1. Номинальный ток подмагничивания, который в нашем случае равен I_н.ном.;

2. Необходимой минимальной индуктивности L_др.min с учетом того, что при уменьшении тока подмагничивания индуктивность дросселя возрастает;

3. Допустимой переменной составляющей дросселя при работе на рабочей частоте;

4. Зависимостям и (при обязательном учете справочных данных), где L_ф – эффективная индуктивность дросселя на рабочей частоте f_раб, k – температурный коэффициент, приведенный в технических условиях для дросселей типа Д13.

6. Емкость (в микрофарадах) выходного конденсатора фильтра ИСН.

где f – в килогерцах; L_ф – в микрогенри.

Выбор типа конденсатора фильтра и его номинальной емкости необходимо производить с учетом эффективной емкости на рабочей частоте, а также с учетом разброса его номинальной емкости (обычно 20%). Для этого введем коэффициенты k_эф. и k_N.

Исходя из данных, приведенных в технических условиях на конденсаторы, можно определить значения коэффициентов k_эф., отражающих характер уменьшения емкости при работе на частоте f.

В частности для конденсаторов типов К53-28 и К53-25

для конденсатора К53-31

для конденсатора типа К53-29

- для 100 мкф на 6,3 В

- для 220 мкф на 6,3В при 10кГц

- для 100 мкф на 16В

- для 220 мкф на 25В

Коэффициент k_N1 , отражающий разброс номинального значения, для всех типов конденсаторов принимается равным 0,8.

Значит, необходимо вести поиск нужного конденсатора исходя из выражения.

Зная емкость С_ф производим выбор номинальной емкости С_ф.в. (ближайшее большее значение), из ряда, приведенного в технических условиях.

7. Рассчитаем реальную емкость С_ф.в. конкретного выбранного конденсатора на высокой частоте с учетом разброса номинального значения. Обозначив эту величину С_фf и вычислим по формуле

8. Уточним значение переменной составляющей выходного напряжения при выбранных реальных значениях L_ф и С_ф. Обозначим эту величину U_р.н.~ и определим (в вольтах) по уравнению.

U_р.н.~=U_н~

При этом напряжение U_р.н. должно быть меньше или равно U_н­~.