Расчет пульсации тока, подтекающего к конденсатору выходного фильтра

Изменение МДС в каждом трансформаторе одинаково – от Fmin до Fmax.

Обозначим амплитуду пульсации тока .

Тогда

(1.4)

Выбираем величину индуктивности из формулы (1.4):

Задаемся ∆I₂ равным 10% от минимального тока нагрузки, то есть 0.2А. Для заданных параметров расчета получаем >648мкГн. Выбираем .

Расчет пульсаций напряжения на конденсаторе фильтра

Пульсации напряжения на конденсаторе фильтра

 

(1.5)

Из формулы (1.5) получаем:

Для заданный параметров расчета полная пульсация напряжения ∆Ucф не должна превышать 0.4 В, откуда Cф ≥ 0.313 мкФ. Выбираем Сф из стандартного ряда 0.47 мкФ.

Расчет ёмкости конденсаторов делителя С9, С10 и шунтирующих резисторов R9, R10

Во время импульса tu через каждый конденсатор делителя проходит половина пересчитанного к первичной обмотке тока нагрузки I’н. Для упрощения пренебрегаем токами намагничивания трансформаторов TW3, TW4.

Тогда изменение заряда на каждом конденсаторе делителя можно представить в виде:

Зададимся величиной допустимой пульсации ∆U равной 1% от входного напряжения E. Для Emin это составляет 4 В. Тогда емкость конденсатора делителя можно определить по формуле:

.

Для заданных параметров расчета Cд ≥ 0.75мкФ. Выбираем из стандартного ряда Сд = 1.5 мкФ.

Поскольку точность конденсаторов делителя составляет ± 10% для обеспечения лучшей точности делителя выбираем резисторы R9, R10 с допуском 5%, типа ВС, номиналом 100 кОм. Мощность рассеиваемая на данных резисторах при Emax=420 В не превышает 0.441 Вт. Поэтому выбираем данные резисторы на 0.5 Вт.

 

Выбор силовых транзисторов VT2 и VT3

Обратное напряжение, которое прикладывается к транзисторам, составляет напряжение питания. Поэтому транзисторы должны быть выбраны на обратное напряжение Emax=420В. Максимальный ток через транзистор равен . Среднее значение тока через транзистор равен

Тогда выбираем МДП-транзисторы ключевого типа для силовых источников питания фирмы IR типа IRFPC50A с параметрами:

V_DSS = 600 В

I_D = 11 А

Выбор диодов VD9 и VD10

Средний ток через диоды D1 и D2 равен половине среднего тока нагрузки . Максимальный ток через диоды равен сумме среднего тока нагрузки и амплитуды пульсации тока нагрузки:

Максимальное обратное напряжение будет прикладываться в момент, когда диод заперт. И будет равен пересчитанному к вторичной стороне преобразователя напряжению питания, деленного пополам.

Выбираем ВЧ диоды серии Ultrafast фирмы IR типа 30EPF02 с параметрами:

V_R = 200 В

I_F(AV) = 30 A

 

 

Моделирование силовой части

 

 

Рис. 2. Рисунок схемы с реальными моделями п/п приборов

 

Текст программы на языке Pspiсe для схемы с реальными моделями:

 

*

 

R1 15 2 100k

R2 2 0 100k

R3 5 4 10

R4 7 6 10

R5 9 2 0.01

R6 12 0 5.4

 

C1 15 2 1.5u IC=210

C2 2 0 1.5u IC=210

C3 12 0 0.47u IC=0

 

V1 1 0 420

Rin 1 15 0.001

 

V2 5 3 pulse (0 15 0 0.001u 0.001u 3.85u 10u)

V3 7 0 pulse (0 15 5u 0.001u 0.001u 3.85u 10u)

 

.model IRFPS NMOS (LEVEL=3 GAMMA=0 DELTA=0

+ ETA=0 THETA=0 KAPPA=0 VMAX=0 XJ=0

+ TOX=100n UO=600 PHI=.6 RS=300m KP=20.83u

+ W=1.1 L=1u VTO=3 RD=300m RDS=400k

+ CBD=0.3n PB=.8 MJ=.5 FC=.5 CGSO=2.7n

+ CGDO=0.06n RG=0.1 IS=12f)

 

.model EPF D (IS=10e-14 CJO=10p VJ=0.71 RS=0.03)

 

 

L1 8 3 1.514m

L2 8 9 1.514m

L3 0 10 700u

L4 0 11 700u

K1 L1 L3 0.999999

K2 L2 L4 0.999999

 

 

M1 15 4 3 3 IRFPS

M2 3 6 0 0 IRFPS

 

D1 10 12 EPF

D2 11 12 EPF

 

 

.options ABSTOL=1e-10 VNTOL=1e-10 GMIN=1e-12 ITL4=350 RELTOL=1e-4 CHGTOL=1e-7

.tran 1u 1000u skipbp

.probe

.end

 

 

Рис. 3. Напряжение на нагрузке при максимальной мощности

и максимальном напряжении питания

 

 

Рис. 4. Ток через транзистор M1

 

 

Рис. 5. Ток через диод D1

 

Рис.6. Потери в транзисторе

 

Потери в транзисторе обусловлены потерями в проводящем состоянии и потерями при коммутации. Как видно из рисунка 6, Pstatic=2.74Вт, Pon=0.812Вт, Poff=0.524 Вт, Psum=4.076 Вт. При максимальной мощности отдаваемой в нагрузку 540Вт.

 

Рис.7. Потери в диоде

PпотD1=5.461 Вт

 

 

Система управления

Описание ШИМ-контроллера

Для управления преобразователем используется ШИМ контроллер серии UC2825.

Рис.8. Структурная схема контроллера UC2825

 

Основные параметры:

· Напряжение питания цифровой части контроллера и выходных каскадов 15В

· Ток заряда конденсатора для мягкого запуска 9мА

· Порог срабатывания защиты по току 1В

· Напряжение встроенного источника опорного напряжения 5.1В

· Напряжение смещения на входе пилообразного напряжения 1.35В

· Максимальный ток потребления контроллером 33мА

· Номинальный ток потребления контроллера 22мА

· Максимальный ток выходного каскада 200мА

· Номинальный ток выходного каскада 20мА

· Размах напряжения на частотозадающем конденсаторе 1.8В

· Напряжение заряда частотозадающего конденсатора 3В

· Ток заряда частотозадающего конденсатора 10мА