4.3. Расчёт системы управления.

Система управления строится на основе микросхемы ШИМ-контроллера TL494.

Рассчитаем частотозадающую цепь R16С6микросхемыDA2:

Частота работы инвертора f= 20кГц, примем резисторR16= 10кОм, тогда:

Выбираем конденсатор C6–К10-47а-50В-5,6нФ±10%, резистор R16С2-33-0,125-10 кОм±5%.

Рассчитаем обратную связь по току. Сигнал по току будем снимать с шунта – резистора RSH1. Выберем резистор С5-43-1-0,4 Ом±5%.

На входе микросхемы стоит усилитель ошибки, отрицательный выход которого соединен с источником опорного напряжения микросхемы напряжением 5 В. Следовательно, чтобы сигнал ошибки по току равнялся нулю на выходе усилителя ошибки, необходимо на положительный вход подать напряжение 5В, т.е. сигнал с шунта должен равняться 5В. Для этого сигнал с шунта необходимо усилить, воспользовавшись дифференциальным усилителем на операционном усилителе К140УД14. При выходном токе зарядаI_ВЫХ= 3А, напряжение на шунтеRSH1 будет равноU_R8=I_ВЫХRSH1= 1,23В. Следовательно, коэффициент усиления дифференциального усилителя должен бытьK= 4. Рассчитаем резисторы дифференциального усилителя, при условии, чтоR11=R13. ПримемR11=R13= 3кОм, тогда:

Принимаем R19=.

Зададим коэффициент усилителя ошибки микросхемы К_I = 100 иR23= 10кОм, тогда:

Цепочка R14С5необходима для устранения помех в цепи обратной связи. Принимаем резисторR14 = 4,7кОм, тогда:

Рассчитаем обратную связь по напряжению. Она необходима для ограничения напряжения на уровне 60В. Для организации ОС по напряжению воспользуемся вторым усилителем ошибки ШИМ-контроллера, который будем использовать как компаратор, т.е. без ОС усилителя. Отрицательный выход усилителя соединен с источником опорного напряжения микросхемы, т.е. напряжение на отрицательном входе равняется 5В. Обратная связь по напряжению организована с помощью делителяR9,R10. Примем резисторR10= 1,2кОм, тогда:

Принимаем резистор R9=.

Резисторы R17,R20 иR19,R22необходимы для ограничения тока через выходные усилительные каскады ШИМ-контроллера. Ток не должен превышать 250мАпо каждому каскаду, следовательно:

Принимаем резисторы R17=R20= 51Ом,R19 =R22= 30Ом.

Конденсаторы C7,C4необходимы для фильтрации по цепи питания микросхемDA2,DA3, выбираются равными 0,1мкФ.

Рассчитаем драйверы для управления силовыми MOSFETтранзисторами. Драйверы состоят из транзисторовVT5-VT8(усилительный каскад) и трансформаторовTV2,TV3(гальваническая развязка). Для того, чтобы управлять силовыми транзисторами на высокой частоте, необходим импульсный начальный токI_Д≈ 1А. Исходя из этого выбираем транзисторыVT7,VT5– КТ815Б (I_Кmax= 1,5А;U_КЭ= 40В) иVT8,VT6– КТ814Б

(I_Кmax= 1,5А;U_КЭ= 40В).

РезисторыR18иR22необходимы для ограничения максимального тока драйвера по цепи питания:

Принимаем резисторы R18=R22= 14Ом.

Конденсаторы C8,C10 необходимы для фильтрации напряжения по цепи питания драйвера, а также для накопления энергии и быстрой ее отдачи в цепь управления силовыми транзисторами, выбираются равными 1мкФ.

Конденсаторы C9,C11служат для создания напряжения разной полярности на трансформаторах драйвераTV2иTV3:

Принимаем конденсаторы C8=C11=.

Рассчитаем трансформаторы драйвера TV2иTV3. Для данного трансформатора выберем тип конструкции – тороид, магнитный материал сердечника – прессованный ферроматериал.

Коэффициент трансформации k= 1.

Напряжения на первичной обмотке трансформатора U₁=U₂= 15В.

Наибольшее значение тока в первичной обмотке I₁=I₂= 1,5А.

По известным токам и напряжениям обмоток и габаритной мощности трансформатора выбирается сердечник и определяются параметры обмоток, при этом число витков первичной обмотки рассчитывается исходя из наибольшего напряжения, прикладываемого к ней, чтобы исключить режим насыщения (замагничивания) сердечника трансформатора.

где S_О – площадь окна сердечника магнитопровода [см²];

S_С– поперечное сечение сердечника [см²];

P_Г= (U₁I₁+U₂I₂) / 2 = 22,5ВА;

k_ф– коэффициент формы напряжения (для прямоугольного сигнала – 1);

k_с– коэффициент заполнения сердечника сталью (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов ~1);

δ– плотность тока в обмотках трансформатора (среднее значение для многовитковых трансформаторов равно 2,5 А/мм²);

σ– коэффициент заполнения окна сердечника медью (для проводов круглого сечения в пределах от 0,2 до 0,35), примемσ= 0,3;

B_м– индукция в магнитопроводе (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов индукция не превышает 0,35Тл).

Выбираем сердечник из стандартного ряда магнитопроводов К20х10х6, имеющий S_ОS_С= 0,271см⁴,S_О= 1,13см²,S_С= 0,24см².

Число витков на один вольт ЭДС в обмотках трансформатора определяется по выражению:

Число витков в первичной обмотке:

во вторичной:

Диаметры проводов обмоток:

выбираем провод ПЭВ-1 с диаметром провода с изоляцией _____.

выбираем провод ПЭВ-1 с диаметром провода с изоляцией _______.

Резисторы R1-R8 восстановления формы и амплитуды управляющих сигналов с ШИМ-контроллера после трансформаторовTV2иTV3.

Выбираем резисторы R1=R2=R4=R5=36Ом

Выбираем резисторы R3=R6=R7=R8=1кОм

Стабилитроны VD5-VD12служат для стабилизации напряжения на затворах силовых транзисторовVT1-VT4. Выбираем стабилитроны 2С515А с параметрами:U_СТном= 15В,I_СТmax= 53мА,I_СТmin= 1мА.