Материал: Система управління імпульсного перетворювача постійної напруги

Підсилювач неузгодженості ПН містить операційний підсилювач (ОП) , дільник зсуву (,), елементи паралельного зворотного зв'язку (,,,) та обмежуючий дільник , . Резистори ,  та  можна класифікувати також як дільник напруги ДН. Стабілітрон  разом з резистором  є джерелом опорної напруги . Резистором  встановлюється задавальна напруга , що визначає необхідну вихідну напругу ІППН.  необхідне для обмеження зміни . Конденсатор  разом з резистором  визначає постійну часу зростання задавальної напруги с.

ОП  у даній схемі включення являє собою інвертуючу пропорційно-інтегруючу ланку. Необхідна амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) створюється елементами , та . Дільник ,  обмежує максимальну напругу  у відповідності з умовою . Поступаючий на вхід ПН сигнал з напругою  визначає напругу дільника  в точці з'єднання , , , що прикладена до інвертуючого входу ОП.

2. Вхідні дані

3. Розрахунок силової частини імпульсних перетворювачів постійної напруги

.1 Визначення вхідної напруги та коефіцієнтів заповнення імпульсів

Оскільки вхідна напруга не задана, задаємося максимальним коефіцієнтом заповнення:

Визначаємо мінімальну вхідну напругу:

де попередньо взяте  - напруга насичення регулюючого транзистора VT6, - стала складова напруги uL на дроселі (спадання напруги на його активному опорі).

Номінальна вхідна напруга:

Максимальна вхідна напруга:

Мінімальне і номінальне значення коефіцієнтів заповнення імпульсів:

.2 Визначення індуктивності дроселя і ємності фільтрувального конденсатора

Мінімальна індуктивність дроселя, при якій струм залишається безупинним при мінімальному струмі навантаження, повинна задовольняти нерівності :

Номінальна індуктивність дроселя визначається виразом:

де  - розмах пульсацій струму в дроселі фільтра.

Візьмемо , тоді

Ємність конденсатора фільтра:

.3 Визначення струмів реактивних елементів

Амплітудне та діюче значення струмів через конденсатор П1:

Мінімальні, максимальні та середні значення струму дроселя:

3.4 Визначення амплітуди викиду вихідної напруги (максимально можливе значення без компенсації регулюванням та урахування втрат)

Викид вихідної напруги відбувається при різкому зменшенні струму навантаження від  до . Енергія, накопичена в дроселі при проходженні

більшого струму, при зменшенні навантаження віддається до фільтрувальної ємності, яка заряджається при цьому до більшої напруги.

.5 Вибір регулюючого транзистора VT6

Умови для вибору транзистора такі:

Відповідно до цього вибираємо як VT6 транзистор типу KT847А, n-p-n, з параметрами:

.6 Вибір комутуючого діода VD3

Умови для вибору діода:

Обираємо діод типу 2Д213А з параметрами:

.7 Розрахунок струмів регулюючого транзистора

Відпорний і запірний струми регулюючого транзистора. Базовий струм транзистора відповідно визначається так:

Амплітуда запірного струму дорівнює:

де .

.8 Визначення часу вмикання і вимикання регулюючого транзистора

де .

.9 Визначення втрат потужності на регулюючому транзисторі

Втрати потужності на регулюючому транзисторі складаються в основному із втрат потужності в режимі насичення (статичні втрати) та при вмиканні - вимиканні транзистора (динамічні втрати):

Потужність втрат повинна бути меншою за потужність, яку здатен розсіяти транзистор: .

.10 Визначення втрат потужності на комутуючому діоді

Втрати потужності на комутуючому діоді складаються також із статичних та динамічних утрат:

.11 Розрахунок максимальної потужності

де  - максимальна температура середовища;

 - тепловий опір перехід-середовище(повітря).

.12 Розрахунок параметрів і вибір транзистора VT5

Струм колектора транзистора можна оцінити таким чином:

Умови для вибору транзистора VT5 такі:

Вибираємо: транзистор типу КТ814Г, p-n-p, з параметрами:

4. Розрахунок системи управління

.1 Розрахунок параметрів і вибір елементів формуючого каскаду ФК

Струм колектора транзистора VT4:

де взято  .

За умовами

вибираємо як VT4 транзистор типу КТ3151В9, n-p-n, з параметрами:

Напругу живлення Uж СУ обрано рівною 12 В.

Як VD2 підходить будь-який малопотужний кремнієвий діод з допустимим прямим струмом, не меншим за максимальний струм колектора VT4 (). Вибираємо діод КД522 з параметрами: . Резистор R21 необхідний для обмеження струму колектора відкритого транзистора VT4 на рівні :

де  .

Резистор R16 є колекторним навантаженням компаратора DA3 і задає струм бази транзистора VT4:

Максимальний вихідний струм компаратора 521СА3 . Тому для величини R16 існує обмеження:

.

.2 Розрахунок генератора

Якщо прийняти, що ширина зони переключення компаратора DA2 у даній схемі становить 1/3 від перепаду напруги на його вході , то період коливань: , де  - стала часу.

Вихідна напруга  має коливання, симетричні відносно половинного рівня напруги . Тому опори подільника, який задає режим, .

Струм подільника, який підключається до аналогового входу мікросхеми, звичайно обирається з умови:. Для компаратора 521СА3 (554СА3): . Візьмемо: . Тоді:

На неінвертувальний вхід DА4 через резистор R13 передається 1/3 перепаду вихідної напруги, тому R13 = R11=R12 = 6,2 кОм.

Задаємося умовою R14 = R13 і знаходимо значення частотозадавальної ємності С3:

Уточнюємо значення R14:

Опір колекторного навантаження компаратора DA2 обираємо з умови:

Передбачається, що точні значення частот перетворення встановлюються під час настройки ІППН, оскільки елементи схеми мають деякий розкид параметрів.

.3 Розрахунок підсилювача неузгодженості

Підсилювач неузгодженості ПН виконаний на ОП DA1 загального призначення з параметрами, які відповідають умовам  або ,

де  - залишкова напруга ОП, яка при класичній схемі включення визначається за співвідношеннями:

Як DA1 вибираємо ОП типу 140УД6 з параметрами:

Режим DA1 у схемі ІППН задає джерело опорної напруги на стабілітроні VD1 з баластовим резистором R5 Рекомендується . Візьмемо Uоп = 9 В. Вибираємо придатний за напругою стабілізації малопотужний стабілітрон типу Д818Г з параметрами . Баластовий резистор можна визначити так:

Мінімальна задавальна напруга визначає мінімальну синфазну напругу на входах DA1, тому візьмемо .