5.2. Расчет цепи создания пилообразного напряжения

Сигнал, пропорциональный току первичной обмотки через трансформатор тока TW1 поступает в схему управления. Подберем параметры так, чтобы максимальное значение амплитуды пилообразного напряжения на ножке RAMP была около 5 Вольт. Часть структурной схемы показана на рис. 13.

Рис. 13. Организация обратной связи по току

В нашем случае, к напряжению, пропорционального току первичной обмотки «подмешивается» напряжение «пилы» с конденсатора Ct, равное: Uc(t) = U_Ct(t) – Ube_VT1 = U_Ct(t) – 0.6 В

Выбираем коэффициент трансформации TW1 . По расчетам силовой части максимальный ток на первичной стороне .

Выбираем резистор R18 = 75 Ом, R21=10 кОм. Тогда при I = Imax на R18 будет напряжение . На ножку RAMP сигнал поступает через фильтр R4,C2. Он нужен для подавления выброса в момент открытия ключей.

Выбираем С2 = 100 пФ, постоянная времени:

.

По методу узловых потенциалов, напряжение на входе RAMP равно:

Составляющая, пропорциональная току первичной обмотки:

Тогда

Выбираем R2 = 1.5 кОм, R4 = 560 Ом (в дальнейшем, после анализа в PSpice, возможно потребуется подкорректировать номиналы). Тогда напряжения на входе RAMP будет равно:

5.3 Расчет цепи ограничения тока первичной обмотки

Ограничение тока наступает, когда напряжение на ножке SD контроллера достигнет 1 В. Выбираем номиналы делителя R7, R8 такими, чтобы ограничение произошло при токе 10 А. При таком значении тока напряжение . Выбираем R7 = 6.8к, R8 = 1к. Тогда ток ограничения будет:

.

Выключение ШИМ-контроллера произойдет при напряжении на ножке SD равном 1.4 Вольта, т.е. при токе:

Выбираем помехоподавляющий конденсатор С4 = 100 пФ, постоянная времени:

5.4. Расчет цепей усилителя ошибки

Усилитель рассогласования выполнен на регулируемом стабилитроне TL431. Микросхема TL431 (рис. 14) содержит внутри себя источник опорного напряжения 2.5 В. Сигнал на управляющем электроде сравнивается с опорным и разность преобразуется в ток выходной цепи.

Рис. 14. Структурная схема микросхемы TL431

При номинальном напряжении на выходе ПН на управляющем электроде должно быть 2.5 вольта, тогда ошибка равна нулю.

Выбираем R20 = 10 кОм, тогда R19 равен:

Эквивалентная схема усилителя ошибки показана на рис. 15.

Рис. 15. Эквивалентная схема усилителя ошибки

Rd, Vd – параметры кусочно-линейной аппроксимации характеристик светодиода оптопары, для TLP621 Rd = 40 Ом, Vd = 0.9 В

Проведем расчет для двух крайних режимов работы схемы (минимальной и максимальной скважности) в системе Mathcad.

Полученные значения удовлетворяют требованиям задания.

5.5. Организация питания контроллера.

В техническом описании на данную микросхему рекомендуется шунтировать выводы Vcc, Vc керамическими конденсаторами ёмкостью порядка 1.0 мкФ. Исходя из этой рекомендации, выбираем:

C5 = 1.0 мкФ, C6 = 1.0 мкФ, C7 = 1.0 мкФ

Резистор R9 совместно с конденсатором С6 обеспечивает дополнительную фильтрацию питания контроллера. Выбираем R9 = 100 Ом. Аналогично R10 = R11 = 51 Ом.

6. Моделирование в программе pSpice по усредненной модели

6.1. Аналитические выражения

Напишем уравнения для составления модели PSpice:

Рис. 16. Усредненная модель преобразователя.

*

* serj

.param Rn=2.7

.param N=0.7

.param f=100k

.param T={1/f}

.param L=36.59u

.param K1=0.39

.param K2=0.27

.param Vv=0.4

.param Vp=2.2

.STEP param Rn 4 30 10

Vs 1 0 250

Vsac 2 1 0

Rsac 2 0 1k

Eb 3 0 value={V(2)*V(d)*N/2}

Reb 3 4 0.02

L 4 13 {L}

Vil 13 5 0

Rc 5 12 0.000714

C 12 0 5.1u

Rn 5 0 {Rn}

Iac 5 0 0

R19 5 7 205k

R20 0 7 10k

R23 5 15 1000

Rd 15 8 40

Vfd 8 9 1

G1 9 0 value={ABS(3*(V(7)-2.5))}

G2 a 0 Value={I(Vfd)*1}

R6 a 0 10k

R5 10 a 330

Vr2 10 0 5

Rdac d 0 10k

Vdac d 11 0

Ed 11 0 value={(V(a)-K1*(I(ViL)-V(5)*T/(2*L))-Vv*K2)/(V(2)*N*T*K1/(4*L)+Vp*K2)}

.dc Vs 250 300 10

.OPTION ITL4=350 Gmin=1e-12 ABSTOL=1e-10 VNTOL=1e-10 RELTOL=1e-4 CHGTOL=1e-7

.probe

.end

Результаты моделирования по постоянному току:

Рис. 17. Зависимость выходного напряжения от входного при разных значениях сопротивления нагрузки.