Расчет однотактного обратноходового преобразователя

Стр 1 из 3Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Энергетика и технология металлов»

Методические указания

к выполнению контрольной работы

по курсу «Спец. главы электроники»

для студентов направления 140200

«Электроэнергетика»

Курган 2013

Контрольное задание

Контрольное задание выдается в виде расчета однотактного обратноходвого (флайбэк) преобразователя. Выбор номера варианта соответствует двум последним цифрам зачётной книжки, если этот номер, больше 30, то необходимо отнять от данного номера 30, или число кратное тридцати, чтобы получить номер варианта. Например: две последние цифры зачетной книжки - 76, тогда 76–2х30 = 16, следовательно –вариант 16.

Выбор исходных данных для расчета приведены в таблице 1.

Исходные данные для расчета: мощность в импульсе P; номинальное напряжение U_н; номинальный ток I_н, напряжение сети U_c , минимальное

U_вх._min, максимальное U_вх._max, частота сети f_c, частота преобразования f_п., коэффициент заполнения g(D)

Примеры расчета, рисунки схем и необходимые параметры элементов схем приводятся после таблицы 1. Необходимо расчетным путем определить неизвестные параметры элементов схем и выбрать их. Параметры некоторых диодов, транзисторов, обмоточных проводов приведены в приложениях.

Таблица 1

№ п.п	U_C, В	f_C, Гц	U_вх._max,В	U_вх._min_,В	F_п, кГц	P, Вт	U_Н, В	I_Н, А	g(D)
00	220	50	270	135	20	420	700	0,6	0,45
01	127	50	170	65	21	455	650	0,7	0,5
02	380	50	460	210	22	480	600	0,8	0,45
03	200	400	250	110	23	440	550	0,8	0,4
04	115	400	155	55	24	450	500	0,9	0,35
05	127	50	185	125	25	880	800	1,1	0,45
06	200	400	295	120	26	550	550	1,0	0,5
07	380	50	485	215	26	520	650	0,8	0,4
08	115	400	145	65	25	450	500	0,9	0,45
09	220	50	260	135	24	540	600	0,9	0,35
10	220	50	285	140	23	440	400	1,1	0,35
11	127	50	150	85	22	540	450	1,2	0,4
12	200	400	260	135	21	522	580	0,9	0,45
13	380	50	460	195	20	490	700	0,7	0,4
14	220	50	290	130	20	550	550	1,0	0,5
15	200	400	255	125	21	480	600	0,8	0,45
16	200	400	265	130	22	450	500	0,9	0,4
17	220	50	270	115	23	435	580	0,75	0,5
18	380	50	450	205	24	592	670	0,65	0,5
19	115	400	140	75	25	875	700	1,25	0,45
20	127	50	145	80	26	880	800	1,1	0,45
21	127	50	160	70	27	900	900	1,0	0,4
22	220	50	280	145	26	612	680	0,9	0,4
23	380	50	480	200	25	525	750	0,7	0,35
24	220	50	255	80	24	690	600	1,15	0,35
25	115	400	155	70	23	540	450	1,2	0,5

Продолжение таблицы 1

26	200	400	290	105	22	550	550	1,0	0,45
27	380	50	475	230	21	455	700	0,65	0,4
28	220	50	260	145	24	425	500	0,85	0,5
29	115	400	165	70	25	440	400	1,1	0,45
30	127	50	190	75	22	630	600	1,05	0,5

Введение

Однотактные обратноходовые преобразователи (ООП) напряжения являются сейчас наиболее распространенными. Это обусловлено тем, что в области малой (0,1 ...10 Вт) и средней (10...200 Вт) мощности они обеспечивают наиболее оптимальное соотношение стоимость—качество. В связи со снижением цен на мощные полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) и улучшением их параметров, а также уменьшением времени переключения и значительным снижением динамических потерь у биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) сейчас можно прогнозировать применение подобных преобразователей и в области больших мощностей (500 Вт и выше). Стоимость узла управления ООП гораздо ниже, чем у других преобразователей. Функциональная схима ООП приведена на рисунке 1.

Рисунок. 1. Функциональная схема преобразователя

По способу регулирования однотактные обратноходовые преобразователи можно разделить на два больших класса: релейные или с так называемой дельта — сигмамодуляцией и с широтно – импульсной модуляцией.

Релейный способ регулирования характеризуется изменением отношения длительности импульсов к периоду в совокупности с изменением частоты их следования. Эти источники собраны либо на основе автогенераторов на биполярных транзисторах, либо на микросхеме КР1033ЕУ1 (КР1033ЕУ5) и мощном полевом транзисторе. При любом из способов построения релейного однотактного обратноходового преобразователя узел управления определяет момент окончания этапа передачи энергии в нагрузку и включает коммутирующий транзистор. Длительность его включенного состояния зависит от выходного напряжения. Если оно меньше заданного, длительность импульса увеличивается, и наоборот.

Еще одна особенность релейного управления — повышение частоты преобразования с уменьшением тока нагрузки. Когда достигнута минимальная длительность импульса (частота максимальна), выходное напряжение может возрасти относительно номинального уровня. Чтобы избежать этого явления, узел управления должен обеспечить пропуск импульсов при уменьшении тока нагрузки ниже определенного значения.

У преобразователей с широтно-импульсной модуляцией частота следования импульсов накопления постоянна. Выходное напряжение стабилизируют изменением отношения длительности импульсов к периоду их следования, как и в случае релейного управления.

Однотактные обратноходовые преобразователи с широтно-импульсной модуляцией подразделяют на две группы — с непрерывным и прерывистым магнитным потоком трансформатора.

Временная диаграмма работы преобразователя с непрерывным потоком трансформатора приведена на рисунке 2, а. Из нее видно, что ток коммутатора возрастает от значения I_Smin обусловленного наличием потока в магнитопроводе трансформатора, до U_max. Ток выпрямительного диода на этапе передачи энергии в нагрузку также уменьшается до значения I _smin, которое и обеспечивает непрерывность магнитного потока в трансформаторе к началу этапа накопления. В момент начала импульса наблюдается резкое увеличение тока коммутатора, обусловленное емкостью первичной обмотки трансформатора и током обратного восстановления выпрямительного диода, приведенным к первичной обмотке. По спаду импульса на закрытом коммутаторе возникает выброс напряжения из-за индуктивности рассеяния трансформатора, а затем напряжение уменьшается до значения, равного сумме напряжения питания (U_BX)и ЭДС самоиндукции (U_доп.) и остается неизменным до следующего импульса.

Рисунок 2. Временные диаграммы работы преобразователя

Основное отличие временной диаграммы на рисунке 2, б, иллюстрирующей работу однотактного обратноходового преобразователя в режиме прерывистого потока трансформатора от диаграммы, рассмотренной выше, заключается в том, что ток коммутатора нарастает от нуля до максимального значения. Ток коммутатора, равный нулю в момент его открывания, свидетельствует об отсутствии магнитного потока в магнитопроводе трансформатора. Здесь также присутствует выброс тока, однако его составляющая, связанная с током обратного восстановления выпрямительного диода, отсутствует, поскольку диод к моменту коммутации уже закрыт. Этап передачи энергии в нагрузку заканчивается, когда ток выпрямительного диода уменьшается до нуля. В этот же момент прекращается и магнитный поток в магнитопроводе трансформатора, после чего следует бестоковая пауза до следующего импульса. Окончание импульса сопровождается теми же процессами, что и в предыдущем случае. Отличие заключается в том, что в течение паузы наблюдается колебательный переходный процесс на разомкнутом коммутаторе, асимптотически стремящийся к напряжению источника питания U_BX,.

Выбор режима работы однотактного обратноходового преобразователя зависит от множества факторов. Однако некоторые выводы можно сделать исходя из приведенных на рисунке 1 временных диаграмм:

— амплитудные и действующие значения тока в режиме прерывистого магнитного потока при одинаковой выходной мощности больше, чем в режиме непрерывного потока, следовательно, больше и статические потери в полупроводниковых приборах преобразователя;

— динамические потери в полупроводниковых приборах в режиме прерывистого потока меньше, поскольку выпрямительный диод закрывается при нулевом токе, что, в свою очередь, снижает пиковые выбросы в выходном напряжении, вызванные коммутацией;

— потери в магнитопроводе трансформатора при одинаковых размерах и материале в режиме прерывистого потока больше, так как индукция в этом случае выше.

Иногда однотактные обратноходовые преобразователи работают в двух режимах: в непрерывном, при максимальной нагрузке и в прерывистом — при минимальной.

Борьба с коммутационными выбросами — задача сложная, а при их большой мощности (когда выпрямительный диод имеет большое время обратного восстановления) практически неразрешимая. Поэтому значительная часть разработчиков, уходя от решения этой проблемы, предпочитает режим прерывистого потока трансформатора в однотактном обратноходовом преобразователе с широтно-импульсной модуляцией.

Расчет однотактного обратноходового преобразователя

Исходные данные для расчета: мощность в импульсе P = 720 Вт; номинальное напряжение U_н= 1200 В; номинальный ток I_н= 0,6 А, напряжение сети U_c=115В ( U_вх._min=60B, U_вх._max= 160В), частота сети 400Гц, частота преобразования 20кГц.

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 504; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!