Выбор схемы преобразователя постоянного напряжения. Схема полумостового усилителя мощности, страница 2

U_н  = U_н + I_н(r_т+2Lsf_пр)+NU_пр+МU_н,

Где N – число последовательно включенных диодов в фазе выпрямления, N=1.

М – коэффициент, определяющий ориентировочное значение напряжения на дросселе, М=0,025.

Расчет значений величин r_т,L_s, U_нх проведем с помощью ПК. Полученные значения занесем в таблицу №6

Таблица №6

rт,Ом	Ls,Гн	Uнх,В	U2х,В	I2,А
7,5*10-2	7,89*10-5	5,05	5,6	28,4

По вычисленному значению U_нх уточняем величину U_обр. на диоде по формуле:

U_обр = К₁* U_нх = 3,14*5,05 = 15,857В.

Вычисляем величину ЭДС вторичной обмотки трансформатора по выражению:

U_2х=1,11* U_нх =1,11*5,05 = 5,6В.

Эффективное значение тока в фазе этой же обмотки из соотношения:

I₂=K₂*I_н=0,71*40 = 28,4А.

Выбор и расчет режима транзисторов преобразователя

Выбор транзисторов преобразователя постоянного напряжения проводят по максимально допустимому току коллектора, допустимому напряжению коллектор-эммитер, коэффициенту усиления, граничной частоте и рассеиваемой мощности на коллекторе.

Напряжение коллектор – эмиттер транзисторов преобразователей рассчитывают по максимальному напряжению питания:

U_к.э.=1,2*U_{вх.макс.}=1,2*342=410,4В.; I_к.и.= 4,2А.

По полученным значениям U_к.э, I_к.и выберем из справочника тип транзистора и занесем его параметры в таблицу №7

Тип транзистора	Fгр. МГц	h21мин	h21э	h21макс	Iк.макс.доп., А
КТ812А	1	10	10….125	125	8

Продолжение таблицы:

Iк.б.о. мкА	Iб. А	Iк.э.нас. А	Uк.э.нас. В	Uб.э.нас. В	Uэ.б. В	Uк.э.макс. В
150	3	3,5	2,5	2,5	7	700

Для выбранного транзистора уточним величину тока коллектора:

 

Амплитудное значение тока коллектора определяется из соотношения:

I_к.макс.=К_s*I_к.нас. = 1,1*0,97= 1,07А

Где К_s – коэффициент учитывающий взаимное влияние транзисторов усилителя мощности друг на друга, К_s=1,1…1,3.

Для обеспечения надежного насыщения транзисторов при минимальном коэффициенте передачи h_21мин  ток базы выбирают с запасом:

I_б.нас. = К_{нас.мин.*}I_к.нас./ h_21э.мин = 1,4*0,97/10= 0,14А.

Где К_{нас.мин.}- коэффициент насыщения, значение которого обычно выбирают равным 1,3…1,5.

Требуемое значение базового тока I_б.нас. обеспечивается выбором напряжения U_э.б.  базовой обмотки и резистором R_б. В цепи базы, т.е.

U_б.=(3-5)U_{э.б.нас.} = 3*2,5=7,5В

R_б. = (U_б- U_э.б.)/ I_б.нас = (7,5-7)/0,14=3,6Ом.

Для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения на выходе преобразователя необходимо, чтобы фронты переменного прямоугольного напряжения имели минимальную длительность. Это достигается применением ВЧ силовых транзисторов с большим коэффициентом передачи или шунтированием резистора R_б конденсатором C_б. Емкостью определяемой из условия:

С_б.<Т/(2*R_б.) = 0,0002/2*1=0,2нФ.

Где Т – период колебания;

Мощность рассеиваемая транзистором в преобразователе постоянного напряжения, состоит из мощностей потерь в режиме отсечки Р_отс., насыщения Р_нас. и в активной области работы транзистора Р_т.дин.. Потери мощности определяют по выражениям:

В режиме отсечки:

Р_отс.=U_{к.э.макс.}I_к.б.о.=700*150*10^-6=105мВт;

В режиме насыщения:

Р_нас.=U_{к.э.нас.}*I_{к.э.нас.}=2,5*3,5=8,75Вт;

Динамические потери мощности в режиме переключения транзисторов пропорциональны величине напряжения питания U_вх, частоте преобразования и зависят от частотных свойств применяемых транзисторов:

Р_т.дин.=U_{к.э.макс.}*I_к.макс.*τ_т.*f_пр.*К_g= 700*8*0,16*10^-6*10⁶*1,1=985,6Вт;

Где τ_т – время жизни неосновных носителей в базовой области транзистора, т.е. τ_т=1/(2πf_гр.) (f_гр.-граничная частота коэффициента передачи тока транзистора);

К_g- коэффициент динамических потерь, учитывающий особенности работы транзистора в схеме преобразователя и определяемый из графика по значению коэффициента насыщения транзистора:

К_нас.=I_б.*h_21э.н./I_к.нас.= 2*2/0,97=4,1;

К_g=1,1;

τ_т=1/6,28*10⁶=0,16*10^-6

Сведем результаты вычислений в таблицу №8

Iк.нас,А	Iк.макс,А	Iб.нас,А	Nпар.	Uб,В	Rб,Ом	Сб,нФ	Ротс.,мВт	Рнас.,Вт	Рт.дин.,Вт
0,97	8	0,14	-	7,5	3,6	0,2	105	8,75	985,6

Расчет выходного трансформатора.