2. Энергетический расчет преобразователя напряжения и выбор частоты преобразования

Сопротивление нагрузки:

(12)

Эквивалентное сопротивление потерь рассчитаем так:

	(13)
	(14)
	(15)

Потери в системе определяются динамической и статической составляющими:

(16)

_{Выбор частоты коммутации будет осуществляться исходя из условия:}

(17)

Исходя из заданного коэффициента использования, находим напряжения на первичной и вторичной обмотках и выбираем транзисторы и диоды.

_{Напряжение на транзисторах} в закрытом состоянии:

(18)

Напряжение на диодах:

(19)

Выбираем транзисторы: IRFP150N

Основные параметры:

Выбираем диоды: CSD10060

Основные параметры:

Динамические потери с учётом числа элементов находим так:

	(20)
	(21)
	(22)

3. Расчёт кпд системы. Уточнение с учётом кпд

Находим статические потери:

	(23)
	(24)
	(25)
	(26)

КПД:

(27)

Подбираем таким образом, чтобы КПД был выше требуемого. В результате получаем, что для обеспечения КПД , частота сопряжения должна быть:

4. Расчёт параметров пассивных компонентов

Расчёт индуктивности дросселя:

	(28)
	(29)
	(31)
	(32)
	(33)
	(34)

С помощью MathCAD вычисляем индуктивность катушки:

Расчёт емкости конденсатора производится из условия необходимого коэффициента подавления :

(35)

где U₁ – амплитуда первой гармоники на входе фильтра. Чтобы её рассчитать, разложим входной сигнал в ряд Фурье. Для этого воспользуемся пакетом Micro-Cap.

Рис.3 Заданный прямоугольный импульс

Рис.4 Разложение прямоугольного импульса с амплитудой 711 В в ряд Фурье.

Напряжение пульсаций :

(36)

Подставляем найденные значения в (35) и находим коэффициент подавления :

Найдём емкость фильтра через его АЧХ:

Рис.5 Принципиальная схема LC-фильтра.

Передаточная функция LC-фильтра :

(37)

Используя MathCAD, решаем уравнение:

(38)

где – циклическая частота коммутации, .

Емкость конденсатора:

5. Динамический расчёт преобразователя напряжения замкнутой сау

Так как период коммутации много меньше скорости изменения регулируемого параметра, систему можно считать непрерывной и анализ проводить для усредненных значений тока и напряжения в силовой цепи. Таким образом, единственным инерционным звеном является выходной LC-фильтр.

Ток снимается с шунтового резистора, рассеиваемая мощность на котором должна быть не более 1 Вт, чтобы не вносить в схему значимых потерь. Сопротивление шунта:

(39)

Определяем передаточную функцию разомкнутого контура преобразователя напряжения выраженную через параметры:

(40)

На рис. 6 и 7 показаны частотные характеристики разомкнутого контура стабилизатора тока на основе импульсного преобразователя напряжения.

Рис.6 Амплитудно-частотная характеристика системы

Рис.7.Фазо-частотная характеристика системы

Как видно из рис.7, запас по фазе больше 45^o, что не удовлетворяет требованиям. Для увеличения запаса по фазе, придания системе устойчивости и увеличения быстродействия, используем регулятор на рис.8.

Рис.8 Электрическая схема регулятора

Подбираем элементы таким образом, чтобы обеспечить достаточные запасы по амплитуде и по фазе. Передаточная функция корректирующего устройства :

(41)

Рис.9 АЧХ скорректированной системы, корректирующего устройства и нескорректированной схемы

Рис.10 ФЧХ скорректированной системы, корректирующего устройства и нескорректированной схемы