Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)

Кафедра промышленной электроники

Типовой расчет

По курсу: «Анализ дискретных схем»

Выполнил: ст. гр. ЭР-02-05

Живайкин С.В.

Проверил: Недолужко И.Г.

Москва 2010

Оглавление

1. Задание 3

2. Описание принципов работы силовой части 4

3. Расчет элементов силовой части 6

3.1. Расчет пульсаций тока фильтра L1 6

3.2. Расчет индуктивности обмоток трансформатора TW2 7

3.3. Расчет емкости выходного фильтра С19 8

3.4. Расчет конденсаторов С11 и С12 8

3.5. Выбор силовых транзисторов VT5 и VT6 9

3.6. Выбор диодов VD6, VD7 и VD8. 9

4. Моделирование силовой части 11

5. Система управления 15

5.1. Расчет времязадающих элементов RC-генератора 15

5.2. Расчет цепи создания пилообразного напряжения 17

5.3 Расчет цепи ограничения тока первичной обмотки 18

5.4. Расчет цепей усилителя ошибки 19

5.5. Организация питания контроллера. 22

6. Моделирование в программе PSpice по усредненной модели 22

6.1. Аналитические выражения 22

6.2. Расчет переходных характеристик 24

6.3. Расчет частотных характеристик 26

1. Задание

Рассчитать параметры элементов схемы источника питания, выполненного по схеме, изображенной на рис. 1.

Исходные данные:

• Питание от источника постоянного тока.

• Напряжение питания: ; .

• Номинальный средний уровень выходного напряжения: .

• Точность поддержания среднего уровня выходного напряжения:  1%.

• Пульсация выходного напряжения на частоте, кратной частоте преобразования электрической энергии: (полный размах от пика до пика).

• Характер нагрузки – резистивный.

• Максимальное значение тока, потребляемого нагрузкой: .

• Минимальное значение тока, потребляемого нагрузкой: .

• Частота циклов передачи энергии силовым трансформатором: .

2. Описание принципов работы силовой части

Рис. 1. Силовая часть источника питания

Силовая схема преобразователя постоянного напряжения является полумостовой и работает по принципу двухтактного преобразования. В данной схеме используются два входных источника напряжения, которые построены на основе емкостного делителя С11-С12 с конденсаторами равной емкости, подключенными к выводам основного источника входного напряжения E. Ключи на транзисторах VT5 и VT6 включаются поочередно на время tu в каждом полупериоде работы схемы. При этом к первичной обмотке трансформатора TW2 на данных интервалах tu поочередно прикладывается напряжение ± E/2. На вход LC фильтра, образованного элементами L1, C19 поступает прямоугольное импульсное напряжение от вторичных обмоток трансформатора TW2, выпрямленное диодами VD6 и VD7. Диод VD8 используется для замыкания тока индуктивности фильтра на интервалах паузы tп. Частота первой гармоники напряжения, которую необходимо подавлять используемым LC - фильтром, равна удвоенной частоте работы силовых ключей и трансформатора TW2. Длительность импульсов tu регулируется управляющими сигналами на затворах ключей VT5 и VT6, при этом коэффициент заполнения определяется соотношением . Принцип работы основан на том, что в трансформаторе накапливается магнитный поток, как в дросселе, и он пульсирует между Фmin и Фmax. Когда трансформатор потребляет энергию, Ф увеличивается, когда отдает – Ф уменьшается. Аналогично изменяется и магнитодвижущая сила F, так как трансформатор линейный.

Проведем расчет основных процессов, происходящих в данном преобразователе, которые позволяют выбрать элементы силовой схемы.

В первом такте открывается верхний силовой транзистор VT5. К началу обмотки трансформатора TW2 прикладывается положительный потенциал напряжения источника питания Е. На конце обмотки – потенциал E/2. Магнитный поток TW2 увеличивается. На вторичную сторону передается энергия, проводит диод VD6 и конденсатор выходного фильтра подзаряжается. К дросселю L1 прикладывается напряжение: , где Uout – напряжение на выходе ИП, Urect – прямое падение напряжения на открытом диоде.

В конце первого такта, в момент времени запирания силового ключа VT5, прекращается потребление энергии от источника питания, ток по первичной обмотке трансформатора прекращает протекать. Но магнитные потоки в дросселе и трансформаторе не прерываются. Ток дросселя L1 замыкается через диод VD8, потенциал точки 1 (рис.1.) становится равным .

Ток намагничивания трансформатора протекает от начала к концу обмотки W56 через диод VD7 и диод VD8. Это означает, что напряжение на обмотке W56 строго равно 0. Значит, ток намагничивания остаётся постоянным на этом участке. На этом этапе к обмотке дросселя приложено напряжение .

Первый такт заканчивается, когда включают VT6. Во втором такте процессы аналогичны тем, что были в первом такте, только теперь проводит VT6 и VD6.

Регулировочную характеристику получаем из равенства вольт-секундных площадей на дросселе:

(1)

Регулировочная характеристика имеет следующий вид:

, где n – к-т трансформации TW2 (2)