Вторичные источники питания (ВИП). Выбор структуры. Расчет неуправляемого выпрямителя. Расчет индуктивно-емкостного фильтра, страница 2

4.  Расчет неуправляемого выпрямителя.

На рис.1 изображена схема неуправляемого выпрямителя.

Рассчитаем величины выходного напряжения при номинальном, минимальном и максимальном входных напряжениях, а также осуществим выбор диодов для НУВ.

Выберем диоды Д246 со следующими параметрами: I_вср=5А, U_обмах=400В, ∆U_впр=1,2В. Для данного типа диодов предусмотрена возможность установки радиаторов площадью 200 см². На рис. 2 изображен силовой диод Д256.

Рис. 2 Силовой диод Д256

5.  Расчет индуктивно-емкостного фильтра.

На рис.3 изображена схема индуктивно-емкостного фильтра. Для эффективного подавления пульсаций нужно знать коэффициент пульсаций на входе фильтра. Так как коэффициент пульсаций на выходе задан, то можно легко определить сглаживание фильтра, после чего подобрать необходимые параметры емкости и индуктивности.

, так как α=0.

Из дросселей выберем Д254 со следующими параметрами: L_др=0,01Гн, I_д=4,5А, R_др=0,22Ом (соединение катушек последовательное), вес 660 грамм. Из конденсаторов выберем К50-27 (электролитический) с С=1000мкФ и U_cn=160В. Проведем расчет максимальных пульсаций напряжения на обкладках конденсатора.

, что значительно выше пульсаций напряжения на выходе U_п=к_п2*U_н=3*10^-3*90=0,27В.

Таким образом, сглаживание при выбранных элементах будет:

На выходе фильтра будут следующие напряжения:

На рис. 4 дроссель Д254.

Рис. 4 Дроссель Д254

6.  Расчет трансформаторного однотактного конвертора.

На рис.5 изображена схема трансформаторного однотактного обратноходового конвертора. Проведем расчет ТОК и выберем для него элементную базу. С учетом того, что на нагрузке нужно поддерживать 90 вольт, используем повышающий дроссель-трансформатор с коэффициентом 1,3. Вычислим скважности:

Проведем расчет параметров дроссель-трансформатора при частоте переключения 25кГц:

По этим данным выберем подходящий сердечник ЕС52 с параметрами:

B=5,22см, G=3,3см, D=4,84см, C=1,34см, A=1,34см, S_ок=2,57см², S_ст=1,8см², S_ок*S_ст=4,64см⁴.

Определим параметры VT1, C1, VD5, R1, R2, Rш, сечение проводов T1.

q₁=I₁/j=4,2/4,2=1мм², q₂=I₂/j=1,5/4,2=0,35мм²

Выберем диод, транзистор, конденсатор и резисторы.

Транзистор возьмем LT079S: U_кэ=300В, I_к=20А, Р_к=100Вт с радиатором, h_21э=20, f_гр=1МГц, ΔU_кэ=2В, t_max=125⁰C, R_р-н/кор=300⁰С/мВт, t_ф=350нс, t_сп=500нс.

Диод Д215: I_вср=5А, U_обрм=200В, ΔU_вк=1В.

Емкость состоит из двух параллельно соединенных конденсаторов:

МБГО-1-30мкФ-160В+10% и МБГО-1-10мкФ-160В+10%.

Резисторы R1 и R2 типа С1-4 на 0,5Вт номиналами 34кОм и 2кОм соответственно, R_ш KNP-50 на 0,5Вт номиналом 0,1Ом

Можно проверить соответствует ли скважность напряжению нагрузки по:

Подставив максимальную скважность, увидим, что она недостаточно велика и необходимая величина получится при γ_max=0,442. Аналогично, γ_min изменим до 0,392. Таким образом, 0,392<γ<0,442.

Проведем расчет радиатора для транзистора.

Θ_доп=125⁰С, θ_ср=20⁰С, R_п-к=0,3⁰С/Вт, R_к-р=0,2⁰С/Вт.

P_{пот ст}=ΔU_кэI_кср=2*1,95=3,9Вт

T=(T_вкл+T_выкл)/6=(350+500)*10^-9/6=1,41*10^-7c

P_{пот дин}=U_питI_питTf_кв=135*1,41*10^-7*25000=0,475Вт

Р_потб мало, пренебрежем этой величиной.

Следовательно, радиатор должен быть больше этой величины, возьмем 30см². На рис. 6 транзистор LT079S.

Рис. 6 Транзистор LT079S

Расчет сопротивлений обмоток дроссель-трансформатора.

При сечении провода 1мм² диаметр составляет 1,12мм. Длина сердечника 30,6мм. Нужно намотать 100 витков. На одном слое получится 27 витков, всего слоев 4, по толщине это составит 4,48мм. При сечении провода 0,35мм² диаметр составляет 0,66мм. Нужно намотать 130 витков. На одном слое получится 46 витков, всего слоев 3, по толщине это составит 1,98мм.

Рассчитаем средние длины витков первичной и вторичной обмоток дроссель-трансформатора.

D_ср1=A+4,48=13,4+4,48=17,88мм, L_ср1=π*D_ср1=3,14*17,88=56,2мм.

D_ср2=A+2*4,48+1,98=13,4+2*4,48+1,98=24,34мм,

L_ср2=π*D_ср2=3,14*24,34=76,5мм.

Удельное сопротивление меди ρ=0,18*10^-7Ом*м.

Сопротивления понадобятся в статическом расчете. На этом расчет силовой части ВИП окончен. На рис.7 дроссель-трансформатор EC52.

Рис. 7 Дроссель-трансформатор EC52

7.  Выбор схемы управления.

Так как нужно управлять одним транзистором, то для этой цели отлично подходит система управления на микросхеме 1114ЕУ3. Схема управления на этой микросхеме приведена на рис.8, корпус микросхемы на рис. 9.