- •«Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (тусур)
- •Преобразователь постоянного напряжения на основе мостового инвертора.
- •Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
- •Оглавление
- •2. Описание и принцип работы схемы.
- •3. Выбор системы управления.
- •4. Расчёт схемы
- •4.1. Расчет и выбор аб
- •4.2. Расчёт силовой части
- •4.2.1. Расчет силового инвертора и трансформатора
- •4.2.2. Расчет выходного выпрямителя и фильтра.
- •4.3. Расчёт системы управления.
- •4.4. Источника питания собственных нужд.
- •5. Заключение
- •Список используемой литературы
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 зарядаIВЫХ= 3А, напряжение на шунтеRSH1 будет равноUR8=IВЫХRSH1= 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 КI = 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 токIД≈ 1А. Исходя из этого выбираем транзисторыVT7,VT5– КТ815Б (IКmax= 1,5А;UКЭ= 40В) иVT8,VT6– КТ814Б
(IКmax= 1,5А;UКЭ= 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 SО – площадь окна сердечника магнитопровода [см2];
SС– поперечное сечение сердечника [см2];
PГ= (U1I1+U2I2) / 2 = 22,5ВА;
kф– коэффициент формы напряжения (для прямоугольного сигнала – 1);
kс– 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;
Bм– индукция в магнитопроводе (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов индукция не превышает 0,35Тл).
Выбираем сердечник из стандартного ряда магнитопроводов К20х10х6, имеющий SОSС= 0,271см4,SО= 1,13см2,SС= 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:UСТном= 15В,IСТmax= 53мА,IСТmin= 1мА.