Проектирование вторичного источника питания, преобразующего входную электрическую энергию постоянного тока в энергию переменного тока на выходе

3.  Выбор и обоснование структурной схемы ВИП.

Вторичный источник питания, работающий от сети постоянного тока и выдающий переменное напряжение на выходе, может быть реализован по трем структурным схемам (см. Рис.1).

ВФ

РИН

      U_ВХ

НГ

СФ

                                                                                                   U₂, f₂     

 

       Uоп

ВФ

РИН

Т

СФ

НГ

      U_ВХ                                                                                                                                      U₂, f₂

 

СУ

                                                                                                              U_ОСН

 

                                                                                Uоп

Т

ВИН

ВФ

НГ

                                              f₁,U₁                                                          U₂, f₂

НПЧ с е.к.в.

СФ

                                           

 

                                                                                      Uоп

Рис.1.

ВФ - входной фильтр,

РИН - регулируемый инвертор напряжения,

ВИН – высокочастотный инвертор напряжения,

НПЧ с е.к.в.  – преобразователь частоты с непосредственной связью с естественной коммутацией вентилей,

Т - трансформатор,

СФ - сглаживающий фильтр

НГ - нагрузка,

СУ - схема управления.

5.  Расчет и выбор элементов ВИПа.

5.1 Расчет основных параметров ВИПа:

Рассчитаем входную мощность:

Рассчитаем выходную мощность:

Рассчитаем входной ток:

5.2 Расчет транзисторов:

Транзисторы выбираются по току коллектора, который рассчитаем по формуле:

Выбираем транзисторы VT1-VT4 КТ808А:

Структура:	n-p-n
Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ макс, В	120
Напряжение коллектор-эмиттер насыщения Uкэнас, В	2
Максимально допустимый ток к Iк макс, А	10
Статический коэффициент передачи тока h21э мин	10
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр, МГц	7.20
Максимальная рассеиваемая мощность к (Рк,Вт): без теплоотвода с теплоотводом	5 50
Тепловое сопротивление Rпер.к., ºС/Вт	2
Корпус	KT-9
Производитель	Россия

Чертеж корпуса представлен на рисунке 3.

Рис.3.

Ток базы транзистора равен:

5.3 Расчет диодов:

Диоды VD1-VD4 выбираем по среднему току вентиля:

Выбираем диоды Д202:

Iв.ср.=0.4 А

Uобр.max=100 В

∆Uв.к.=1 В

5.4 Расчет трансформатора:

Выбор трансформатора происходит по мощности и напряжениям обмоток.

Необходимая мощность трансформатора:

Падение напряжения на транзисторе составляет . Вычислим напряжение первичной обмотки трансформатора:

При  значение коэффициента скважности  максимально. Примем . Найдем значение и вычислим напряжение на первичной обмотке трансформатора.

Выбираем трансформатор ТР-415-115-400 с магнитопроводом ШЛ 10Х20. Схема соединения обмоток представлена на рис.4.

Рис.4.

Коэффициент скважности меняется в диапазоне .

6.  Расчет схемы управления.

Схема управления представлена на рис. 5.

Рис.5.

Падение напряжения на диоде равно .

Выбираем диод  VD5 Д103 с характеристиками:

Максимальное постоянное обратное напряжение, В	30
Максимальный прямой(выпрямленный за полупериод) ток, А	0.03
Максимальный обратный ток, мкА	30
Максимальное прямое напряжение при Iпр.=0.002А, В	2
Рабочая температура, С	55...100
Падение напряжения на вентиле ∆Uв.к., В	1
Корпус	d103
Производитель	Россия

Чертеж корпуса представлен на рисунке 6:

Рассчитаем и выберем конденсатор С₄.

Ставим конденсатор    К53-1а    с емкостью С₄=1.5 мкФ и номинальным напряжением U_CN=6.3 В.

Выбираем стабилитрон VD6 КС119А с параметрами:

Ucт_N=1.9 В,

Iст_N=10 мА,

Uст=1.722.1 В

Iст=1.0100 мА

Ткmax=125 °C

Pmax=0.2 Вт

Максимальная мощность рассеиваемая на стабилитроне:

1 - напряжение питания -U_п; 2,3,12 - контроль; 4 - общий; 5 - выход; 7 - напряжение питания +U_п; 9 - вход инвертирующий; 10 - вход неинвертирующий;

Рис.5

Выбираем операционные усилители D1 и D2  К140УД1Б (см. рис.5) с электрическими параметрами:

Un=12.6 B c допустимым отклонением 5%,

In=1 10 мА,

Iвх=9 мкА,

Uвых=6 В,

Iвых=5 мкА.

Сопротивления R₁,R₂ и R₄ ставим для ограничения входного тока:

 

Выбираем резисторы R₁ и R₂ МЛТ-2-10%-240К с параметрами:

R=240 кОм,

Точность – 10%,

P=2 Вт.

Выбираем резистор R₄ МЛТ-2-5%-750К с параметрами:

R=750 кОм,

Точность – 5%,

P=2 Вт.

Примем сопротивление R₅ равным R₅=100кОм, возьмем резистор МЛТ-0.125-5%-910 с параметрами:

R=910 Ом,

Точность – 5%,

P=0.125 Вт.

Рассчитаем сопротивление R₃ ставим для  :

1 - информационный вход V1; 2 - вход первого разряда D1; 3 - вход второго разряда D2; 4 - вход третьего разряда D3; 5 - вход четвертого разряда D4; 6 - вход выбора режима V2; 7 - общий; 8 - вход синхранизации C2; 9 - вход синхранизации C1; 10 - выход четвертого разряда; 11 - выход третьего разряда; 12 - выход второго разряда; 13 - выход первого разряда; 14 - напряжение питания .

Рис.6.

В качестве распределителя импульсов ставим микросхему К155ИР1 (см. рис. 6) с параметрами:

Номинальное напряжение питания	5 В 5 %
Ток потребления	не более 82 мА
Выходное напряжение низкого уровня	не более 0,4 В
Выходное напряжение высокого уровня	не менее 2,4 В

Данная микросхема формирует выходное напряжение инвертора с двумя импульсами на полупериоде.  Третья гармоническая составляющая на выходе будет отсутствовать. Вычислим коэффициент режекции для пятой гармоники:

Стабилитрон  VD7 выбираем таким образом, чтобы

Выводы микросхемы распределителя импульсов нельзя непосредственно подключить к транзисторам VT1-VT4. Необходимо сделать потенциальную развязку. Для этого будем использовать оптопары АОТ110А с характеристиками:

Постоянное прямое входное напряжение Uвх.,В:	2
Максимальный входной ток Iвх.макс.,мА:	30
Максимальный выходной ток Iвых.макс.,мА:	200
Максимальное выходное напряжение Uвых.макс.,В:	30

Рассчитаем сопротивления R₁₂-R₁₉.

Выбираем резисторы МЛТ-0.5-10%-91 с параметрами:

R=91 Ом,

Точность – 10%,

P=0.5Вт.

Рассчитаем генератор опорного напряжения.