Разработка схемы электрической принципиальной. Расчёт силового каскада с учётом высокой частоты преобразования

Разработка схемы электрической принципиальной

Расчёт силового каскада с учётом высокой частоты преобразования

Заданный ИИП предназначен для обеспечения функционирования УМЗЧ. Выходной каскад УМЗЧ будет двухтактным, о чём свидетельствуют данные технического задания. Следовательно, особенность силового импульсного трансформатора в данном ИИП заключается в том, что почти весь ток нагрузки будет протекать либо по одной вторичной полуобмотке, либо по другой. В качестве модели трансформатора принимаем трансформатор с двумя вторичными обмотками, соединёнными последовательно.

Согласно техническому заданию, первичным источником питания для ИИП является сеть с переменным напряжением 220В +15% -20% и частотой 50 Гц. Можно сделать вывод, что минимальным напряжением питания ИПП (Uc.мин.) будет напряжение 176В:

  (В),

А максимальным напряжением питания (Uc.макс.) будет являться напряжение 253 В:

 (В),

Значит, минимальное постоянное напряжение, прикладываемое к преобразователю ИПП, составляет 249 В:

 (В), номинальное постоянное напряжение, прикладываемое к преобразователю ИИП, составляет 311 В:

 (В), а максимальное постоянное напряжение составляет 357 В:

 (В).

Согласно техническому задания, частота переключения транзисторов составляет 100 кГц, мощность нагрузки ИПП равна 200 Вт. Ввиду того, что возможен дрейф частоты преобразования ±5 кГц, принимаем частоту преобразования не 100 кГц, а 95 кГц. Если этого не сделать, то флюктация частоты при максимальной отдаваемой ИПП мощности может привести к насыщению магнитопровода трансформатора и неработоспособности ИПП.

Выходное напряжение ИПП является двуполярным и составляет ±35 В постоянного тока. Чтобы это обеспечить, необходимо достичь амплитуды импульсов на каждой выходной полуобмотке трансформатора ( и  ) в 80 В и амплитуды токов нагрузки ( и  ) в 4,05 А (учитываем, что 50 мА может потреблять выходной фильтр, цепь индикации).

Определяем минимальный и максимальный коэффициенты заполнения импульсов () и () соответственно. Максимальное значение коэффициента заполнения импульсов целесообразно определять из условия, когда входное напряжение является минимальным. Минимальное значение коэффициента заполнения импульсов соответственно, будет наоборот – при максимальном входном напряжении. В результате получаем:

Подставляя значения  и , получаем:

В качестве магнитопровода силового импульсного трансформатора используем кольцо из ферита марки PC40 TDK типоразмером 31x19x13, С учётом флюктуации магнитных параметров в связи с изменением температуры, а также старением материала магнитопровода, принимаем магнитную проницаемость ( в 1700 и эффективную индукцию  в 0,25 Тл.

Находим площадь сечения магнитопровода (S_с) в квадратных сантиметрах:

 

Где  – внешний диаметр магнитопровода, мм;

 – внутренний диаметр магнитопровода, мм;

 – высота магнитопровода, мм.

 см².

Находим площадь окна магнитопровода (S_o) в квадратных сантиметрах:

см².

Находим длину средней линии магнитопровода (l_ср.л) в сантиметрах:

 ,

см.

Выполним расчёт данных, которые в дальнейшем не изменятся.

Найдём скважность () импульсов через коэффициент заполнения:

 

Минимальная скважность импульсов:

 

Максимальная скважность импульсов:

 

Вычисляем период повторения импульсов, мкс:

 

где F – частота, кГц

Находим длительность импульсов ():

 ,

Максимальная длительность импульсов:

 мкс.

Минимальная длительность импульсов:

 мкс.

Находим усреднённое значение коэффициента формы импульсов (k_ф):

 

,

Декларируем магнитную постоянную вакуума: .

Находим магнитную глубину проникновения тока () в толщину металла проводника, мм. Задаёмся температурой нагрева проводом в 100 . При этом удельное сопротивление меди  (Ом  м). Минимальная глубина проникновения тока при условии, что длительность импульсов выражена в микросекундах:

,

,

Находим амплитуду мощности, потребляемую нагрузкой. В любой момент времени, как указывалось выше, весь ток нагрузки может протекать либо по одной вторичной обмотке, либо по другой. Следовательно, формула (2.1)

                      (2.1)

Приобретёт вид:

,

.

Рассчитываем эффективную напряжённость магнитного поля (Н_эфф) в магнитопроводе трансформатора:

,

Где  – эффективное значение индукции материала магнитопровода