Расчет параметров сглаживающего фильтра

Определим значения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения на входе фильтра, k_п1, для двух значений коэффициента заполнения импульса D_min и D_max

Для расчета параметров сглаживающего фильтра принимаем наибольшее из рассчитанных значений k_п1.

Частота пульсаций напряжения нагрузки f_п=2f_р.

Индуктивность сглаживающего фильтра рассчитаем по формуле (63):

L_min>U_нг(1-D_min)/(2I_{нг min}f_п). (248)

По справочным данным, приведенным в таблицах 47-51, выбираем дроссель.

Параметры дросселя:

- индуктивность, L= мкГн;

- допустимое действующее значение тока обмотки, I_д.з = А;

- активное сопротивление обмотки, R_L= Ом.

Емкость конденсатора С_ф определяется с учетом требований по пульсациям выпрямленного напряжения U_п2:

U_п2 = k_п2U_нг;

С_ф= U_нг(1- D_min)/(8LU_п2 f²_п); (249)

По справочным данным, приведенным в таблицах 60 и 61, выбираем конденсатор, емкость которого не менее рассчитанного значения, рабочее напряжение не менее 2U_{нг N}, а величина допустимого действующего значения тока переменной составляющей I_пер.д.з не менее действующего значения переменной составляющей тока фильтра

Величину ΔI_L=ΔI_C определим по формуле

ΔI_L=ΔI_C= I_Lmax- I_Lmin=[(U_вх.max/k_тр)-U_нг] D_min /(4L f_п). (250)

Определим коэффициент пульсаций напряжения нагрузки, k_п2, который будет при выбранных параметрах фильтра.

Падение напряжения на полном сопротивлении конденсатора фильтра

k_п2= U_п2/U_нг.

Рассчитанное значение k_п2 необходимо сравнить с тем значением, что приведено в задании на проектирование.

Выполнить проверку фильтра на резонанс:

Расчет загрузки транзисторов по току и напряжению и их выбор

Максимальное амплитудное значение тока вторичной обмотки трансформатора

I_{2m max} = I_{нг N}+ ΔI_L/2.

Максимальное амплитудное значение тока первичной обмотки трансформатора

I_{1m max} = I_{2m max}/k_тр.

Максимальный коллекторный ток транзистора I_{к m max} = I_{1m max} .

Среднее значение тока транзистора I_{VT ср}= I_{к m max} D _max..

Максимальное напряжение на коллекторе транзистора, U_кэ, равно напряжению U_{вх max}.

По справочным данным, приведенным в таблицах 63-69, выбираем транзисторы с учетом коэффициентов запаса по току и напряжению:

k_з.т = 2 и k_з.н = 2.

Параметры этих транзисторов:

максимальный ток стока, I_{c max} = А;

напряжение сток-исток, U_с-и= В;

напряжение насыщения, U_{с-и нас} = В;

время включения, t_вкл = 80 нс;

время спада, t_сп= нс;

максимальная рассеиваемая мощность, Р_{расс max} = Вт;

тип корпуса, ТО – 220.

Для управления этими транзисторами выбираем драйверы (см. табл. 17 [3]).

В качестве примера в [3] на рис. 31 приведена силовая схема вместе со схемой управления (D3), выполненной на базе универсальной микросхемы 1114ЕУ3, и драйверами (D1 и D2) для связи выходов схемы управления с цепями управления транзисторов силовой схемы.

Расчет загрузки диодов выпрямителя и выбор их

Среднее значение тока диода I_{VD ср}=0,5I_нг.

Обратное напряжение на диодах выпрямителя равно напряжению нагрузки U_нг.

По справочным данным, приведенным в таблице 54, выбираем диоды с учетом коэффициентов запаса по току k_з.т=2 и напряжению k_з.н=2.

Расчет потерь и коэффициента мощности преобразователя

Выше были определены потери мощности трансформатора, ΔР_тр= ΔР_эл+ ΔР_м.

Потери мощности на активном сопротивлении обмотки дросселя

ΔР_др=I²_нгR_L.

Потери на транзисторе имеют две составляющие:

– статические потери ΔР_{VT ст} = ΔU_кэ.нас I_{VT ср.}.

– динамические потери

ΔР_{VT дин}=U_вхI_{VT ср}f_р (t_вкл+t_выкл)/2.

Суммарные потери мощности на одном транзисторе

ΔР_VT= ΔР_{VT ст}+ ΔР_VTдин, а на двух последовательно включенных транзисторах ∑ΔР_VT =2ΔР_VT.

Потери мощности на диодах выпрямителя

ΔР_VD= I_{VD ср}ΔU_в.пр.

Итак, суммарные потери мощности на элементах схемы преобразователя

∑ΔР_п= ΔР_тр+ ΔР_др+∑ΔР_VT+ ΔР_VD.

Коэффициент полезного действия преобразователя

η=Р_нг/(Р_нг+∑ΔР_п).

Расчет площади радиаторов для транзисторов проводится по методики, приведенной п. 3.1.

Статический расчет системы выполняется по методики, приведенной в п. 3.1.

Оценка динамических показателей разомкнутой система ДППН в первом приближении

Оценим динамические показатели силовой схемы спроектированного двухтактного полномостового преобразователя по методике, изложенной в [3].

Для выполнения расчетов необходимы следующие рассчитанные ранее параметры:

- индуктивность фильтра L_ф, Гн;

- емкость конденсатора фильтра С_ф, Ф;

- активное сопротивление схемы R_сх= R_тр+R_L, Ом;

- номинальный ток нагрузки I_{нг N}, А;

Зададимся величиной минимального тока нагрузки

I_{нг min} = 0,2I _{нг N}.

Частота собственных колебаний сглаживающего фильтра определена выше:

Длительность полуволны переходного процесса

t_п ≈ π/ ω_с.к. (251)

Перерегулирование, σ:

(252)

где α = 0,5[R_cx/L_ф – I_{нг min}/ (U_вх.N С_ф)].