Выбор схемы преобразователя постоянного напряжения. Схема полумостового усилителя мощности

Задача №1.

Рассчитать транзисторный преобразователь постоянного напряжения источника вторичного электропитания с бестрансформаторным входом по величине напряжения питания U_вх., выходного напряжения преобразователя U_н, тока в нагрузке I_н и частоте преобразования f_пр..

Таблица №1. исходные данные.

Uвх, В	Uн, В	Iн, А	fпр, кГц	Uвхмакс., В	Uвхмин., В
300	5	40	1	342	264

Выбор схемы преобразователя постоянного напряжения.

Выбор конкретной схемы для проведения расчетов следует проводить исходя из анализа исходных данных к расчету и значению мощности в нагрузке, которая рассчитывается по формуле:

Так, как Рн=200Вт, то выберем схему преобразователя постоянного напряжения: полумостовой усилитель мощности.

Рисунок №1. Схема полумостового усилителя мощности.

Определим амплитуду импульсов коллекторного тока для данной схемы по формуле:

где η_n – КПД преобразователя, равный 0,8-0,9

γ_макс. – максимальное значение коэффициента заполнения примем равным 0,5.

Выбор схемы выпрямления и расчет ее элементов.

В качестве выпрямителя выберем однотактную двухфазную схему, которая имеет область предпочтительного использования:

Таблица №2

Рн	Uн	Iн
1кВт	10В	1….100А

Данную схему выпрямления вносим в исходную схему полумостового усилителя мощности.

Далее выбираем тип полупроводниковых диодов по значениям I_пр.ср., I_пр.и., U_обр.и и f_пр..

Для данной схемы значения этих величин определяется по формулам:

I_пр.ср.=I_н/2=40/2=20А

I_пр.и.=I_н=40А

U_обр.и.=К*U_н=2,2*5=11В,

Где К – коэффициент, значение которого для данной схемы выпрямления равен 2,2.

Далее по полученным значениям из литературы (1) выберем тип полупроводникового диода с параметрами, удовлетворяющим условиям:

I_{пр.ср.макс}> I_пр.ср

I_{пр.и.макс.} > I_пр.и

U_{обр.и. макс.} > U_обр.и

При данном условии подходит диод Д215А с следующими параметрами:

I_{пр.ср.макс}=10А; I_{пр.и.макс}=100А; U_{обр.и. макс}=200В.

Т.к. не выполняется условие I_{пр.ср.макс}> I_пр.ср необходимо использовать параллельное соединение нескольких диодов. Рассчитаем количество диодов по следующей формуле:

N_пар.= (I_пр.ср.-ΔI)/(Кi* I_{пр.ср.макс}- ΔI),

Где Кi – коэффициент нагрузки диода по току, Кi=0,6…..0,8, Кi= I_пр.ср/ I_{пр.ср.макс}.

ΔI – определяется графически из вольт-амперных характеристик диода.

К_i=0,7

N_пар.= 2

Дальнейший расчет схемы выпрямления проводят с учетом активного и реактивного сопротивлений рассеивания трансформатора, так как их значения составляют значительную часть сопротивления фазы выпрямителя.

Значения активного и реактивного сопротивления трансформатора рассчитывают для выбранного типоразмера магнитопровода.

Конкретный типоразмер магнитопровода выбирают по значению габаритной мощности Р_г и заданной частоте преобразования f_пр из таблиц 8 и 9 методических указаний.

Габаритная мощность трансформатора:

Р_г=1,3*U_н*I_н = 1,3*5*40=260В*А

Занесем параметры трансформатора в таблицу №3

Типоразмер магнитопровода	Материал магнитопровода	Толщина ленты, мм	Вm, Тл	J, А/мм2	Uк, %
ОЛ 32/50-8	34НК МП	0,05	0,9	3,1	0,6

Основные массогабаритные показатели, взятые из приложения 3 методических указаний занесем в таблицу №4

Типоразмер магнитопровода	Средняя длина магнитной силовой линии Lс, см	Активное сечение стали Sc*Kc, см2	Площадь окна S0, см2	Произведение Sc* S0 , см4	Масса магнитопровода Gс, г.	Коэффициент заполнения окна К0
ОЛ 32/50-8	12,9	0,575	8,0	5,7	59	0,2

Сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к фаза вторичной обмотки, и индуктивность рассеяния обмоток вычисляют по следующим формулам:

где К_r и К_l – коэффициенты, зависящие от схемы выпрямления, значения берут из таблицы №12 методических указаний.

S-число стержней, на которых располагаются обмотки трансформатора.

К₀ – коэффициент, определяющий способ намотки, К₀=0,25.

Таблица №5

Схема выпрямления	Кr	Кl	N	K1	K2
Однотактная двухфазная	7	5,5*10-3	1	3,14	0,71

Расчет напряжения холостого хода производится по формуле: