6.2.4. Выбор диода
Среднее значение тока, протекающего через диод, равно среднему значению тока нагрузки:
Iв.ср=10 А.
Максимальное обратное напряжение на закрытом диоде равно напряжению нагрузки: Uобр max =20 В.
Выбираем диод с по запасом току и напряжению: kз.т=2 и kз.н=2.
Таким образом, нужен диод с Iв N≥20 А и Uобр max≥40 В.
По справочным данным (табл. 20) выбираем диод Шотки типа 20TQ045IR, параметры которого:
Iв N=20 А, Uобр max=45 В, ΔUв.пр=0,57 В.
Отметим, что выбранный диод имеет меньшее прямое падение напряжения по сравнению с тем, что было принято на начальной стадии расчета (ΔUв.пр=1,0 В), поэтому уточняющего расчета проводить не следует.
6.2.5. Расчет потерь мощности и коэффициента полезного действия ооп
Определение электрических потерь мощности в обмотках трансформатора.
Определим активное сопротивление обмоток трансформатора. Для этого сначала определим длину проводов обмоток. Сердечник магнитопровода трансформатора имеет конструкцию, приведенную на рис. 43.
Определяем среднюю длину витка первичной и вторичной обмоток, используя размеры сердечника, приведенные в табл. 5. Средняя длина витка первичной обмотки lср.вит1 = 6 см. Средняя длина витка вторичной обмотки lср.вит2=7см.
Длина провода первичной обмотки
l1=W1lср.вит1 = 2•6 =12 см.
Длина провода вторичной обмотки
l 2 =W 2 lср.вит2 = 4•7 = 28 см.
Активное сопротивление первичной обмотки
R1 = ρ l1 / q1 = 0,0175•0,12 / 13,596 = 0,154•10-3 Ом,
ρ =0,0175 Ом•мм2/м – удельное электрическое сопротивление меди.
Активное сопротивление вторичной обмотки
R2 = ρ l2 /q2 = 0,0175•0,28 / 5,412 =0,905•10-3 Ом.
Определим необходимость учета влияния поверхностного эффекта на величину сопротивлений R1 и R2.
Вспомним, что первичная обмотка выполнена из 103 параллельно соединенных провода, сечение каждого из которых q=0,1320 мм2, а диаметр d=0,41мм.
Вторичная обмотка выполнена из 41 параллельно соединенных проводов, сечение которых также равно q=0,1320 мм2, а диаметр d=0,41мм.
Первичная обмотка занимает один слой, так как нетрудно установить, что длина намотки витков первичной обмотки
L1 нам=W1d1 экв.из=6,8•2=13,6 мм, а высота окна (см. табл. 5) 2L1= 30,0 мм.
Эквивалентный
диаметр витка первичной обмотки с учетом
изоляции проводов
N1=103 – число проводов витка первичной обмотки;
q1из=0,45 мм2 – площадь сечения провода с учетом изоляции его.
Вторичная обмотка занимает также один слой, так как нетрудно установить, что длина намотки витков вторичной обмотки
L2 нам.=W2d2 экв.из=4•4,85=19,4 мм, а высота окна (см. табл. 5) составит
2•L1= 30,0 мм.
N2=41 провод.
Глубина проникновения тока под поверхность проводника
Параметр Q=0,8d/DPEN=0,8•0,41/0,335=0,98.
По графикам (см. рис. 36) устанавливаем, что величина параметра FR = RAC/RDC практически равна единице как для первичной, так и для вторичной обмотки. Это означает, что при выбранных параметрах обмоток их активные сопротивления для переменной составляющей тока, частота которой равна 50 000Гц, равна активному сопротивлению для постоянного тока.
Таким образом, для расчета потерь мощности в первичной и вторичной обмотках следует использовать рассчитанные ранее сопротивления R1 и R2 без введения поправочных коэффициентов.
Электрические потери в проводах первичной обмотки
ΔPэл1 = I12 R1 = 39,42•0,154•10-3= 0,239 Вт;
ΔPэл2 = I22 R2 = 15,812•0,905•10-3=0,226 Вт.
Суммарные электрические потери в обмотках трансформатора
ΔPэл=0,465 Вт.
Определение потерь мощности в сердечнике магнитопровода трансформатора Рм
ΔРм = Руд.мVс,
Для выбранного сердечника Vс=19 см3;
Руд.м = ΔВ2,4 (КНfp + КEfp2 ).
Для большинства ферритов коэффициент гистерезиса КН = 4•10-5 , а коэффициент вихревых токов КE = 4•10-10 :
Руд.м = 0,12,4 (4 •10-5 •50 000+ 4•10-10 •50 0002)=0,012 Вт / см3.
Потери в магнитопроводе
ΔРм = 0,012•19 = 0,228 Вт.
Таким образом, суммарные потери в трансформаторе
ΔРп.тр = ΔРэл +ΔРм =0,465+0,228 = 0,693 Вт.
Потери в транзисторе
ΔРVT= ΔРVT ст+Δ РVT дин,
где ΔРVT ст = I12cрRотк – статические потери в транзисторе;
Rотк – это сопротивление прямого канала транзистора в открытом состоянии. Для выбранного транзистора Rотк = 20•10-3 Ом.
Для расчета статических потерь транзистора возьмем среднее значение тока, рассчитанное для наиболее тяжелого режима, – работа преобразователя при минимальном значении входного напряжения. Напомним, что это значение уже было рассчитано, I1cр=30,52 А.
Коэффициент скважности при этом γ= γmax=0,6.
ΔРVT дин =30,522 •20•10-3 =18,63 Вт.
Динамические потери в транзисторе
ΔР VT дин = Рвхfp (tвкл. + tвыкл.) / 2 = UвхI1ср maxfp (tвкл. + tвыкл.) / 2,
ΔР VT дин = 12•30,52•0,25•10-6•50 000/2 = 2,29 Вт.
Суммарные потери в транзисторе:
ΔРVT =18,63 + 2,29=20,919 Вт.
Потери в диоде
ΔРVD= ΔUв.прIв.ср = 0,57•10 =5,7 Вт.
Итак, суммарные потери в преобразователе:
ΣΔРп = ΔРп.тр + ΔРVT+Δ РVD = 0,693+ 20,919+5,7= 27,312 Вт.
Коэффициент полезного действия ООП:
η = Рнг /( Рнг + ΣΔРп) = 20•10/(20•10 + 27,312) = 0,88.
Сравним коэффициент полезного действия, рассчитанный с учетом параметров выбранных элементов, со значением, принятым в первом приближении значения (0,9). Проводить уточняющий расчет преобразователя не требуется, поскольку значение КПД практически равно принятому ранее.