Структурная схема ВИП. Расчет входного фильтра. Защита ВИП от сверхтоков. Схема управления

Министерство Образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный Университет

Аэрокосмического Приборостроения

Кафедра №32

Курсовой проект

защищен с оценкой

Руководитель                                                                                    

Пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине:

«Проектирование вторичных источников питания»

32.ВИП.1801.07.КП.

Курсовой проект                                                                                                                                                   выполнил студент гр.3126                                                                

Санкт-Петербург

2004 г.

Содержание

1. Техническое задание по проектированию ВИП.                                             3

2. Структурная схема ВИП.                                                                                  4

3. Расчет входного фильтра.                                                               5

4. Защита ВИП от сверхтоков.                                                           7

5. Схема управления.                                                                                                                                        10

6. Тепловой расчет.                                                                                                                                           13

7. Статический расчет.                                                                                                                                     14

8. Динамический расчет.                                                                                                                                  15

9. Вывод.                                                                                                                17

10. Список использованной литературы.                                                             18

1. Техническое задание по проектированию ВИП

Тип схемы: преобразователь энергии постоянного тока в постоянный ток

Данные о первичной сети постоянного тока:

1.Номинальное напряжение U₁ =30В

2.Предел изменения напряжения  U₁ =5%

Данные ВИП

1.Номинальное напряжение на выходе  U=12В

2.Дополнительное изменение напряжения нагрузки %         

3.Ток нагрузки I=20А

4.Коэффициент пульсаций напряжения нагрузки

Температура окружающей сети

КПД ВИП 85%

2. Структурная схема ВИП

Для преобразования энергии постоянного тока в постоянный ток используем  однотактный обратноходовой конвертор.  При работе ППТ входной ток носит импульсный характер, т. к.  включает в себя постоянный ток и высшие гармоники, которые создают падение напряжения и могут служить помехами, поэтому в схему включается входной фильтр, который не пропускает высшие гармоники.  Структурная схема ВИП представлена на рис.1.             

ВИП включает в себя:

1.Входной фильтр

2. Преобразователь постоянного тока в постоянный ток (ППТ)

3. С-фильтр

4. Нагрузка

рис.1

3. Расчет входного фильтра

При работе ППТ входной ток носит импульсный характер, т. к.  включает в себя постоянный ток и высшие гармоники. Высшие гармоники создают падение напряжения, которые могут служить помехами, и поэтому в схему включается входной фильтр (рис.2), который не пропускает высшие гармоники.

рис. 2

  =10%=0,1

= 0,1 8,5=0,85 А

1,11 9=9,99 А

9,99–9=0,99 А

Выбираем  таким, что бы >2.

          >60 В.

       =63 В.

Выбираем электролитический конденсатор К50-24 (рис.3):

рис.3

Из справочника выбираем  дроссель ДМ-1,2-1В (рис.4) с параметрами

L=1мкГн

рис.4

4.Защита ВИП от сверхтоков

Из-за чувствительности полупроводниковых приборов к перегрузкам, применяют различные системы защиты для обеспечения надежной работы преобразователей. Для защиты от коротких замыканий на стороне постоянного тока будем использовать короткозамыкатель. Схема защиты представлена на рис.5.

рис.5

При достижении током нагрузки значения выше допустимого  напряжение на Rш становится больше, чем ∆U_VD и транзистор VT открывается, что приводит к открытию тиристора VS и отключению ВИП от источника питания с помощью автоматического выключатель F.

Рассчитаем номинальный ток нагрузки:

I=

Расчет сопротивления шунта:

Резистора типа С5-16В изображён на рис.6.

рис.6

Выбираем диод ВК2-50 (рис.7) :

рис.7

Выбираем транзистор LT099 (рис.8) c параметрами:

рис.8

Выбираем тиристор  КД-63:

Выбираем автоматический выключатель А-63

I=63A

Ток установки 0.63A

U=200

5.Схема управления

В качестве схемы управления используем микросхему К1114ЕУ3 (рис.9). Микросхема представляет собой схему управления импульсными источниками питания на коммутируемые мощности 8…10Вт. ИС выполняет следующие функции: формирование опорного напряжения, усиление сигнала рассогласования, формирование пилообразного напряжения, широтно-импульсую модуляцию, формирование двухтактного и однотактного выхода, защиту от сквозных токов, усиление сигнала датчика тока или напряжения, обеспечение « запуска». Корпус типа 4112.16-15.01, масса не более 1.4 г.

рис.9 Схема включения.

R1=R3=3…100кОм; R2=0…1кОм; R4=0…3кОм; R5,R7-определяются значениями Uвх, Iвых;  R6=1…10кОм; R8…R10,R12=3…30кОм; R11=10кОм…1Мом;

С1=С3=0.1…10мкФ; С2=510пФ…0.22мкФ.

Тип резисторов  С1-4

Тип конденсаторов К50-24.

Тип диодов 2Д201А.

Электрические параметры:

1)Напряжение питания	9…36В
2)Опорное напряжение при U	4.7…5.3B
3) Остаточное напряжение при	Не более1,5В
4) Ток закрытой микросхемы при	Не более50мкА
5) ток потребления при	Не более 15мА
6) Температурный коэффициент опорного напряжения	Не более 0,01%С
7) Нестабильность по напряжению ИОП при	Не более 0,05%
8) Длительность фронта (среза) импульса выходного тока	Не более 200нс

Предельно допустимые режимы эксплуатации

1) Напряжение питания в предельном  режиме	9…36В 7…38В
2) Входное коммутирующее напряжение в предельном режиме	2…40В 1…42В
3) Входной ток в предельном режиме	Не более 200мА Не более 250мА
4) Рассеиваемая мощность	Не более 0,8Вт
5) Частота коммутации в предельном режиме	4…400кГц 0,1…500кГц
6) Температура окружающей среды	-10…+100

  , где R1,C2-резистор и конденсатор задания частоты.

Расчет и выбор элементов:

Тип резисторов С1-4 изображён на рис 10.

рис.10 Резистор типа С1-4.

Датчик тока LT 100-P (рис.11)

рис.11 Датчик тока LT 100-P

6. Тепловой расчет

Суммарные потери мощности в транзисторе

- незначительные и следовательно ими можно пренебречь.

 Вт

 нсек

, где - это тепловые сопротивления соответственно радиатор-среда, вентиля, переход-корпус и корпус-радиатор.

Площадь радиатора , где - это коэффициент теплоотдачи от радиатора в окружающую среду.

Выбираем радиатор, представленный на рисунке 12 со следующими параметрами

,число пластин –3 ,

Рис.12 Радиатор.

7. Статический расчет

Данный расчет предназначен для определения коэффициента усиления всей системы в целом, который обеспечит требуемую точность стабилизации выходного напряжения. Необходимо рассчитать коэффициент предварительного усиления , коэффициент передачи  и коэффициент обратной связи по напряжению .

В

- это напряжение преобразователя в режиме холостого хода при заданной величине .- это эквивалентное сопротивление цепи нагрузки.

В

- это падение напряжения на эквивалентном сопротивлении нагрузки  при разомкнутой цепи обратной связи.

6,2

- это коэффициент передачи ВИП.

8.Динамический расчет

Этот расчет имеет целью построение переходного процесса системы для  проверки её на устойчивость и удовлетворение ТЗ качества оцененного по параметрам колебательности и времени данного переходного процесса. Передаточная функция системы по управляющему воздействию будет выглядеть следующим образом

 

Как видно из графика переходного процесса (рис.17), система является устойчивой, время переходного процесса составляет менее 1мс

Рис.10 Электрическая принципиальная схема ВИП.

9. Вывод.

В ходе расчета курсового проекта был сконструирован вторичный