ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 18.01.2024
Просмотров: 110
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
При параллельном включении четырех конденсаторов результирующая емкость Ср = 4∙10 000 = 40 000 мкФ, допустимое (амплитудное) значение переменного тока составит 4 ∙ 28 = 112 А, а результирующее внутренне сопротивление rC р =30∙10-3 / 4 = 7,5 ∙ 10-3 Ом.
Емкостное сопротивление этого конденсатора входного фильтра на частоте fр=50 000 Гц
xC=1/(2рfрCф)=1/(2∙3,14∙50000∙4∙10 000∙10-6)=0,796 ∙ 10-4 Ом.
Сравнивая между собой хC и rC, можно видеть, что определяющим в величине полного сопротивления этого конденсатора является внутреннее активное сопротивление конденсатора, rС.
Падение напряжения на конденсаторе и дросселе входного фильтра, U1,1С, от переменной составляющей входного тока, I1,1C, равно произведению тока I1,1C и полное сопротивления конденсатора, т.е.
U1,1С =I1,1C √(xc2+rc2)= 92,29 ∙ 2,5∙ 10-3 = 0,203 В.
Далее выполним расчет индуктивности дросселя входного фильтра
L1= хL1/( 2рfр),
где хL1= U1,1с/ I1L=0,203 /0,9137 =0,223 Ом.
Тогда
L1 = 0,223 /(6,28∙50000)= 7∙10-6 Гн
По справочным данным выбираем четыре дросселя типа SRP1270-1R1M54036S, обмотка которого выполнена на действующее значение тока Iоб.д.з = 27 А и обладает индуктивностью L = 1,5 мкГн. Активное сопротивление обмотки Rоб = 2,6∙10-3 Ом. Рабочая частота дросселя до 100 кГц.
Соединяем обмотки дросселей параллельно. В результате получим:
– индуктивность дросселя Lр= 1,5 ∙ 10 -6 / 4 = 0,375 ∙ 10-6 Гн;
– сопротивление обмотки Rоб.р = 2,6 ∙ 10-3 / 4 = 0,65∙ 10-3 Ом;
– допустимое действующее значение тока обмотки Iоб.д.з.р=108 А.
Напомним, что ранее было рассчитано действующее значение входного тока преобразователя, равное 92,29 А.
Поскольку индуктивность обмотки выбранного дросселя Lр больше требуемой величины индуктивности L1, а ток обмотки дросселя больше значения тока, протекающего по этой обмотке (108 А > 92,29 А) - дроссель выбран правильно и обеспечит требуемый уровень подавления переменной составляющей входного тока.
Проведем проверку входного фильтра на резонанс.
Определим частоту собственных колебаний входного фильтра L1-C1:
Частота импульсов входного тока:
щп=6,28∙50 000=314 000 c-1.
щс.к<0,5щп
25 820 < 157 000
Таким образом:
– фильтр удовлетворяет требованию на отсутствие резонанса;
– параметры входного фильтра удовлетворяют требованию задания на подавление гармонических составляющих входного тока в полном объеме.
3. Схема управления
В качестве схемы управления используем универсальную микросхему К1114ЕУ3. Микросхема представляет собой схему управления импульсными источниками питания на коммутируемые мощности 8...10 Вт. ИС выполняет следующие функции: формирование опорного напряжения, усиление сигнала рассогласования, формирование пилообразного напряжения, широтно-импульсную модуляцию, формирование двухтактного и однотактного выхода, защиту от сквозных токов, усиление сигнала датчика тока или напряжения, обеспечение "мягкого" запуска. Корпус типа 4112.16-15.01, масса не более 1,4 г. Внешний вид представлен на рис. 9.
Рисунок 9 — Внешний вид микросхемы К1114ЕУ3
Функциональная схема представлена на рис. 10.
Рисунок 10 — Функциональная схема микросхемы К1114ЕУ3
Назначение выводов. 1 - опорное напряжение;2,5 - инвертирующие входы; 3,4 - неинвертирующие входы; 6 - частотная коррекция;7 - регулировка паузы;8 - вывод задания частоты (C);9 - вывод задания частоты (R);10 - коллектор VT1;11 - эмиттер VT1;12 - эмиттер VT2;13 - коллектор VT2; 14 - напряжение питания; 15 - общий; 16 - блокировка фазорасщепителя;
Для проектируемого преобразователя допускаем следующие изменения. Не используем фазорасщепитель и транзистор VT1.
Электрические параметры микросхемы:
- напряжение питания: 9...36 В;
- опорное напряжение при UП=9 В, Uком.вх.=10 В, Iвых=0: 4,7...5,3 В;
-остаточное напряжение при Uп=9 В, Uком.вх.=10 В, Iвых=0, fком=10 кГц: не более 1,5 В;
- ток закрытой микросхемы при Uп=9 В, Uком.вх.=40 В, Iвых=0: не более 50 мкА;
- ток потребления при Uп=36 В, Uком.вх.=10 В, Iвых=0: не более 15 мА;
- температурный коэффициент опорного напряжения: не более 0,01 %C;
- нестабильность по напряжению ИОП при Uп=36 В, Uком.вх.=10 В, Iвых=0: не более 0,05 %;
- Длительность фронта (среза) импульса выходного тока: не более 200 нс.
Предельно допустимые режимы эксплуатации:
- напряжение питания в предельном режиме: 9...36 В;
- входное коммутируемое напряжение в предельном режиме: 2...40 В;
- входной то в предельном режиме: не более 200 мА;
- рассеиваемая мощность: не более 0,8 Вт;
- частота коммутации в предельном режиме: 4...400 кГц;
- температура окружающей среды: -10...+100 ° C.
Расчет и выбор элементов:
Схема включения представлена на рис.11.
тип резисторов: C1-4;
тип конденсаторов: К50-24;
тип диодов: 2Д201А.
Рисунок 11 — Схема включения микросхемы К1114ЕУ3
Частота генератора пилообразного генератора напряжения:
где резистор задания частоты
конденсатор задания частоты
-
-
-
-
-
-
-
-
-
.Допускается подключение нагрузки в цепь коллектора или эмиттера выходных транзисторов. При включении нагрузки в цепь эмиттера выходных транзисторов остаточное напряжение не превышает 3 В при Iвых=200 мА. Допускается параллельная работа выходных транзисторов на общую нагрузку. Для осуществления синхронной работы выходных транзисторов и увеличения выходного тока до 0,4 А необходимо соединить вывод 16 с общей шиной. Допускается использовать источник опорного напряжения в качестве маломощного стабилизатора фиксированного напряжения с выходным током до 5 мА.
Допускается изменение коэффициентов усиления и частотной коррекции с помощью резисторов и конденсаторов, включаемых между выходом усилителей (вывод 6) и их входами (выводы 4,5 и 2,3). При этом выходной ток усилителей не должен превышать 1 мА, а входной 0,3 мА. Напряжение на выводах 4,5,2,3 и 7 должно находиться в пределах 0...5 В. Суммарная емкость радиокомпонентов и монтажа, подключенных к выходным транзисторам, не должна превышать 510 пФ.
Допускается монтаж ИС в аппаратуру 2 раза, демонтаж 1 раз. Допустимое значение статического потенциала 500 В.
4. Защита преобразователя от сверхтоков и перенапряжений
Ввиду чувствительности полупроводниковых приборов к перегрузкам, коротким замыканиям и перенапряжениям для обеспечения надежной работы преобразователей к системам защиты предъявляются следующие основные требования:
– максимальное быстродействие в целях ограничения аварийных токов по длительности и амплитуде значениями, определяемыми перегрузочной способностью полупроводниковых приборов;
– ограничение всех видов внешних и внутренних перенапряжений допустимыми значениями;
– безотказность в работе при всех видах повреждений;
– отключение поврежденного участка без дополнительной нагрузки на оставшиеся в работе полупроводниковые приборы и недопустимого перенапряжения на них;
– возможность применения автоматического повторного включения.
4.1 Защита преобразователя от сверхтока
Принципиальная электрическая схема защиты преобразователя от сверхтоков с помощью короткозамыкателя показана на рис. 12.
Рисунок 12 — Схема электронной защиты
Выполним расчет защиты с помощью короткозамыкателя.
Среднее значение входного тока преобразователя Iвх.ср= 75,46 А.
Амплитудное значение входного тока преобразователя Iвх m=150,91 А.
Допустимое значение тока стока транзистора Icт m= 302 А.
Входное напряжение преобразователя 24 В ± 10℅.
Зададимся амплитудным значением тока срабатывания защиты Im ср.
Im ср=1,2Iвх m=1,2∙150,91 = 181,1 А
Расчетное сопротивление шунта
Rш=R13=∆Uв.пр/ Iвх.ср
Выбираем диод VD4: тип диода – SF54.
Параметры диода:
Iв.ср N = 5 А;
∆Uв.пр = 0,95 В;
Uв.обр.max = 200 В.
Сопротивления шунта:
Rш =R13=0,95/75,46 =0,0126 Ом.
Шунт изготавливаем из высокоомного манганинового провода.
Примем плотность тока провода шунта равной 6 А/мм2.
Необходимое сечение провода определим, разделив значение тока, протекающего через шунт на плотность тока:
q= Iвх.ср /j=75,46 /6=12,58 мм2.
По справочным данным выбираем провод диаметром d =2,2 мм.
Сечение провода q = рd2/4 = 3,8 мм2. Сопротивление 1метра длины этого провода равно 0,14 Ом.
Нетрудно рассчитать, что для того, чтобы шунт обладал бы сопротивлением равным 0,0126 Ом необходимо 0,0126/0,14=0,09 м длины этого провода. Скрутим этот провод в виде спирали диаметром 1 см. Шунт будет содержать 3 витка.
Выбираем транзистор VT2.
Тип транзистора – КТ704, параметры которого:
Iк N=2,5 А;
Iк.и=4,0 А;
Uкэ N=600 В;
h21Э=10– 100.
Сопротивление резистора R14, шунтирующего цепь управляющий переход – катод тиристора VS1, выбираем равным 20 Ом.
Выбираем тиристор VS1.
Тип тиристора – ТЧ100-3,паспортные данные которого:
-
среднее значение тока в открытом состоянии 100 А; -
ударный ток в открытом состоянии Iуд=3100 А; -
допустимое повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 300 В; -
время включения – не более 5мкс.
В цепь постоянного тока установим предохранитель типа UAF на рабочий ток IN=25 А .
Время срабатывания tср при токе, равном 10IN=10∙25А, составляет от 0,1с.
Интеграл плавления предохранителя Wп =3502∙tср=12250А2с.
Определим допустимый интеграл перегрузки тиристора ТЧ100-3:
Wт=I2удtп=31002∙0,01=96100А2c.
Допустимое время перегрузки тиристора ударным током принято равным 0,01 с.
Поскольку Wп< Wт, (12 250<96 100), то при прохождении сверхтока по цепи постоянного тока раньше сработает предохранитель, а тиристор защиты останется в работоспособном состоянии.
4.2 Защита цепей преобразователя от электромагнитных импульсов (перенапряжений)
Защитные диоды имеют весьма высокое быстродействие (до 1 пс) и пропускают большие токи в импульсе, при этом мощность, рассеиваемая диодом в импульсе, может достигать 1,5 кВт и более. Однако защитные диоды обладают малой теплоемкостью и относительно низкой предельной температурой кристалла, что обуславливает сравнительно небольшую энергию, которую он может поглотить без разрушения.
В качестве защитного диода выберем диод с двухсторонней проводимостью SM6T 68CA, обладающий следующими характеристиками:
-
напряжение закрывающее (обратное), Urm =58.1 В -
максимальный ток утечки, Irm=5 мкА -
напряжение открывающее, Uвr=68 В -
максимальное напряжение, Uи m=92 В -
максимальный, импульсный ток, Iи m=6.5 А