Проектирование силового широтно-импульсного модулятора, страница 8

Расчет резистора R25 производится исходя из следующих условий:

    (3.3)

                 (3.4)

 определяем как падение напряжения на стандартном шунте 30А 75мВ. При токе 25А падение на шунте будет 62.5мВ. Следовательно из выражения 2.2 получаем .

Зададимся , следовательно, из выражения 3.3 получаем R25=2700. 

Исходя из выражений 3.3 и 3.4, получаем

Поскольку два дифф. каскада одинаковы, то произведем расчет одной ветви.

Произведем расчет транзистора VT5:

Транзистор выбираем исходя из следующих данных:

Uкэ = 50 В, Iк мах = 70 мА.

Выбираем транзистор КТ321А.

Резисторы R27 и R26 необходимы для балансировки сигнала разбаланса.

           3.4.Расчет силовой части.

3.4.1. Расчет дросселя.

Схема силовой части представлена на рисунке 2.4.

Рис 3.4. Схема силовой части ШИМ

Расчет произведем исходя из следующих данных:

, , ,

Для обеспечения режима непрерывного тока в дросселе его индуктивность должна рассчитываться в соответствии со следующим неравенством:

     (3.5)

В режиме непрерывных токов скважность рассчитывается по формуле:

  (3.6)

Из выражения 2.5 получаем, что для обеспечения режима непрерывных токов индуктивность дросселя должна быть . В понижающем стабилизаторе пульсации выходного напряжения обратно пропорциональны произведению индуктивности дросселя на емкость конденсатора. Эти пульсации уменьшаются за счет увеличения индуктивности дросселя и емкости конденсатора. Исходя из этого, выбираем индуктивность дросселя 10 мГн.

Рассчитаем конденсатор С8 который необходим для обеспечения одинаковых пульсаций выходного напряжения в фильтре понижающего стабилизатора. Расчет произведем по следующей формуле.

3.4.2. Расчет диода.

Произведем расчет замыкающего диода исходя из следующего выражения:

  (3.6)

Коэффициент 0,5 используется, так как расчет производится для одного канала силовой части.

Получаем ток диода равный 25.00028 А.

Выбираем диод КД2997В со следующими параметрами:

        без снижения электрического режима.

3.4.3. Расчет силового ключа.

Расчет силового транзистора сводится к расчету тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер. Ток коллектора рассчитывается точно так же как и ток диода, поэтому для расчета воспользуемся выражением 2.6. Получаем ток коллектора равный 25.00028 А, напряжение коллектор-эмиттер должно быть больше чем 45В. Исходя из этих данных выбираем транзистор КТ8256.

3.5. Расчет схемы питания.

Так как для питания баз транзисторов VT1 и VT3 необходимо напряжение +18В, то воспользуемся микросхемой 77L18.

Рассчитаем потребляемую мощность микросхем с напряжением питания     +5 В.

Суммарная мощность рассчитывается по следующей формуле:

Согласно расчету выбираем микросхему 77L5.

3.6. Исследование схемы в среде MicroCap.

Модель схемы силовой части исследуемой в MicroCap представлена на рисунке 2.5

Рис 2.5. Модель силовой части ШИМ в среде МicroCap

Целью исследований является определить зависимость точки перехода схемы из режима пульсирующих токов в режим непрерывных от изменения индуктивности дросселя. Результаты исследований представлены на рисунках 2.6 и 2.7

На рисунке 2.6 представлена форма тока ключа для режима пульсирующих токов (Рис 2.6. а) и для режима непрерывных токов (рис 2.6. б). Как видно из рисунка эксперимент подтверждает теоретическое представление об этих двух режимах работы. Причем в режиме пульсирующих токов амплитуда тока ключа меньше чем амплитуда в режиме непрерывных токов.             

а)

б)

Рис 2.6. Форма тока ключа в режиме пульсирующих токов (а) и в режиме непрерывных (б)

а)

б)

Рис 2.7. Форма тока в дросселе в режиме пульсирующих токов (а) и в режиме непрерывных токов (б)

Как видно из рисунка 2.7а в режиме пульсирующих токов в форме тока дросселя наблюдаются значительные изменения, в частности наблюдается спад тока до 0 и значительное увеличение амплитуды тока. В режиме непрерывных токов наблюдалось неизменность  формы тока во всем временном диапазоне.

Было выяснено, что схема переходит из режима пульсирующих токов в режим непрерывных при индуктивности дросселя равной 130 мкГн.

Также было доказано, что для стабилизации режима непрерывных токов индуктивность дросселя должна соответствовать следующему неравенству: