Выбор транзисторов и расчет выходного каскада УМ.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

Принципиальная схема одного плеча импульсного полумостового усилителя приведена на рис.4. Обозначенным на расчетной схеме элементам соответствуют следующие элементы принципиальной схемы рис.3:

R1 - R11, R12;

R2 - R39, R40;

R3 - R19, R20;

R4 - R17, R18;

VD1 - VD4, VD5.

Нагрузкой усилителя мощности является двигатель ДПР - со следующими характеристиками:

U_П = В - напряжение питания,

I_Н = А - номинальный ток,
P_Н = Вт - механическая мощность,

h_ДВ = (%) - КПД двигателя,

M_НОМ = mH×м - номинальный момент,

M_П = mH×м - пусковой момент,

n_НОМ = об/мин - номинальная скорость.

А. Определяем необходимые для выбора оконечных транзисторов параметры:

I_КМ - максимальный ток коллектора,

U_КЭМ - максимальное напряжение коллектор-эмиттер,

P_КМ - максимальное значение мощности рассеяния в коллекторном
переходе (P_{К ИМП}).

Величина I_КМ определяется по формуле:

, (1)

где: E_П - напряжение питания двигателя (E_П = В),

С_Е - конструктивная постоянная двигателя:

. (2)

R_Я - сопротивление якоря двигателя, которое определяется из
соотношения:

Ом. (3)

- номинальная скорость двигателя:

. (4)

R_ИП - сопротивление вторичного источника питания. С учетом
требования технического задания мощность источника
питания равна электрической мощности, потребляемой
двигателем в номинальном режиме, поэтому

, (5)

здесь: - КПД трансформатора источника вторичного питания
( = 0.8 для P_ТР = 20 ¸ 100 Вт).

Подставляя численные значения табличных параметров двигателя в формулы 1 ¸ 5 получаем:

R_ИП = (Ом),

w_н = (1/с),

R_Я = (Ом),

С_Е = (В×с),

I_КМ= (А).

2. Максимальное значение напряжение перехода U_КЭМ будет иметь место при выключении транзисторов за счет действия ЭДС самоидукции, и в режиме реверса двигателя, и равно:

U_КЭМ ³ 2×E_П,

U_КЭМ = В.

3. При выборе транзисторов, работающих в режиме “Д”, средняя мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, не является определяющим параметром, т.к. КПД усилителя может достигать 90%. Поэтому при выборе транзистора следует ориентироваться на максимальную (мгновенную) мощность рассеяния в режиме переключения:

;

Р_{КМ ИМП}= Вт.

По значениям I_КМ, U_КЭМ,P_КМ.ИМП выбираем в качестве выходного
транзистора комплементарные пары Дарлингтона типа [1]:

КТ (КТ)

Их технические характеристики:

I_КМ = A,

U_КЭМ = В,

P_КМ.ИМП = Вт,

P_КМ = Вт, (с радиатором)

U_КЭ.НАС = В,

U_{ЭБ М} = В,

b_min =,

R_ПК = град/Вт,

I_К0 = мА при t_ПЕР = + 85°C

Б. Тепловой расчет выходного каскада

Средняя мощность, рассеиваемая в транзисторах выходного каскада, определяется выражением:

, (2)

где:

I_Н - номинальный ток двигателя,

- время включенного состояния транзистора при работе
в номинальном режиме:

, здесь

T - период ШИМ, T = 2.5×10^-3 с,

I_П - пусковой ток двигателя с учетом сопротивления
источника питания,

А,

с.

- время включения транзистора.

Для данного типа транзисторов £ 5×10^-6 с.

Подставляя численные значения в формулу (2), получаем:

Р_К = Вт.

Учитывая вычисленное среднее значение рассеиваемой мощности и заданную температуру окружающей среды (T_ОКР = 50°C), площадь теплоотвода (радиатора)- S_РАД определяется из формулы:

см², (3)

где:

- допустимая температура перехода,
для Si - £ +150°C. Принимаем = ^oC.

- температура окружающей среды, = + 50°C.

- тепловое сопротивление переход-корпус транзистора
= град/Вт,

- мощность рассеиваемая транзистором, = Вт.

Подставляя численные значения в формулу (3), получаем:

S _РАД = см².

В. Исходя из необходимости фиксации закрытого состояния выходных транзисторов при = +50°C, учитывая, что, при этом, U_{БЭ Д} £ 1.2В (2 перехода), а I_КЭО = мА для = +85°C, находим значение резистора R3:

Ом.