3.3. Основные параметры, характеризующие работу однотактного преобразователя постоянного напряжения с параллельным ключевым элементом оппн-II

На рис.18 приведена схема ОППН-II .

Рис.18. Схема однотактного преобразователя постоянного напряжения с параллельным ключевым элементом, ОПНН-II.

Расчет загрузки элементов схемы и их выбор

Определим в первом приближении значения коэффициента заполнения импульса D:

D_N – номинальное значение;

D_max – максимальное значение;

D_min – минимальное значение.

С учетом рекомендаций [3] примем значение падения напряжения на элементах схемы:

ΔU_RL = (0,01-0,03)U_вх – падение напряжения на активном сопротивлении

обмотки дросселя;

Δ U _кэ.нас = 1-1,5 В– падение напряжения на открытом транзисторе;

Δ U_{в. пр} = 1-1,5 В – прямое падение напряжения на открытом диоде;

Определим значения коэффициента заполнения импульса из соотношения для напряжения нагрузки:

U_нг = (U_вх- ΔU_RL- ΔU_{в. пр})/(1- D); (193)

D_N =1- (U_{вх N}- Δ U_RL- Δ U_{в. пр})/ U_{нг N} ; (194)

D_max =1- (U_{вх min} - Δ U_RL- Δ U_{в. пр})/ U_{нг N}; (195)

D_min = 1- (U_{вх max}- Δ U_RL- Δ U_{в. пр})/ U_{нг N}. (196)

Расчет требуемого значения индуктивности дросселя L:

Наибольшая величина индуктивности необходима при значении коэффициента заполнения импульса D = D_min и входном напряжении

U_вх =U_{вх max}:

L_кр = [U_{вх max} D_min(1- D_min)]/(2 I_нг f_p), (197)

где f_p – частота переключения транзистора.

Среднее значение тока дросселя

I_др = I_нг/(1- D_N). (198)

Необходимо выбрать дроссель с индуктивностью, величина которой больше в 1,5-2 раза рассчитанной L_кр.

По параметрам выбранного дросселя (R_L) определить падение напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя

Δ U_RL = I_дрR_L = [I_нг/(1- D_max)]R_L. (199)

Рассчитанную величину ΔU_RL сравнить с принятым ранее падением напряжения на активном сопротивлении обмотки дросселя. При большом расхождении этих значений выполнить заново расчет значений коэффициентов заполнения импульса.

Расчет параметров транзистора.

Определим максимальное значение тока коллектора транзистора, I_{к max}:

I_{к max} = [I_нг/(1- D)]+(t_иU_Lи)/(2L), (200)

где U_Lи = U_вх - ΔU_кэ.нас - ΔU_RL - напряжение на обмотке дросселя на интервале открытого состояния транзистора, t_и.

При D = D_max t_и = D_maxТ = D_max/ f_p .

Напряжение на коллекторе закрытого транзистора

U_кэ = U_{нг N} + Δ U_{в. пр} . (201)

Среднее значение тока транзистора при D= D_N

I_{к. ср} = (I_нгD_N)/( 1- D_N). (202)

Выбираем транзистор с учетом коэффициентов запаса по току k_з.т=2 и напряжению k_з.н=2.

Номинальные значения параметров транзистора:

I_{к.и max}; U_{кэ N}; ΔU_кэ.нас; t_вкл; t_выкл; h_21Э; P_max; f_гран.

Расчетная мощность транзистора:

Р_VT = U_кэ.насI_{к max} = [I_нг/(1- D_max)] U_нг = Р_нг/(1- D_max). (203)

Расчет параметров диода.

Средний ток диода I_VD = I_нг .

Напряжение на диоде: U_{VD обр max} = U_{нг N} + ΔU_кэ.нас. (204)

Выбираем диод с учетом коэффициентов запаса по току k_з.т=2 и напряжению k_з.н=2.

Параметры выбранного диода: I_{VD N}; U_{VD обр max}; ΔU_{в. пр}.

Внешние характеристики преобразователя в режиме непрерывного тока. при учете конечного сопротивления схемы R_сх :

U_нг=(U_вх- ΔU_RL- ΔU_в.пр)(1-D_N)/[(1-D_N)²+(R_сх/R_нг)]. (205)

Регулировочная характеристика ОППН-II представляет собой зависимость U_нг=f(D) при U_вх=const и R_нг=R_нгN и R_сх =R_L рассчитывается по формуле (206):

U_нг=(U_вх- ΔU_RL- ΔU_в.пр)(1-D)/[(1-D)²+(R_сх/R_нг)]. (206)

Расчет величины емкости фильтра

Пульсации напряжения на конденсаторе равны пульсациям напряжения на нагрузке:

ΔU_С2 = I_нгD/(ƒС₂). (206)

Из формулы (206) легко определить требуемую величину емкости фильтра, С₂, при известных значениях тока нагрузки, I_нг, коэффициента заполнения импульса, D, и требуемой по техническому заданию величины напряжения пульсаций, U_пул:

С₂= I_нгD/(ƒU_пул), (207)

где U_пул=k_п2U_нг.

Конденсатор требуемой емкости выбираем по справочным данным, приведенным в таблицах 61-62.