Расчет однотактного обратноходового преобразователя напряжения (стр. 2 из 3)
UСИ - падение напряжения на транзисторе, В.
Диапазон изменения напряжения UДОП принимаем в пределах (50…150)В. Принимаем UДОП=80В. Падение напряжения на транзисторе UСИ для предварительных расчетов принимаем 5 В.
5. Расчет трансформатора
Максимальный ток первичной обмотки 1-2:
А.Действующее значение тока первичной обмотки 1-2:
А.Исходные данные для расчета трансформатора
Исходные данные для расчета: напряжение на первичной обмотке
= 115 В, напряжение на нагрузке , 
= 1200 В.Коэффициент трансформации
.Действующее значения тока вторичной обмотки
А.Индуктивность первичной обмотки 1-2
где fn =20 кГц – частота преобразования (для обеспечения удержания выходного напряжения на холостом ходу за счет большой глубины модуляции частота преобразования выбрана сравнительно низкой).
Определение числа витков первичной обмотки 1 – 2.
Выбираем магнитопровод ГАММАМЕТ 24ДС
. Средняя длина магнитной линии λ = 48,8 см, площадь поперечного сеченияS = 32 см2, относительная магнитная проницаемость μ = 0,09.
Приращение индукции за время импульса:
Индукция технического насыщения материала равна 0,8 Тл. Она больше, чем рассчитанное приращение, а это значит, что магнитопровод выбран правильно.
Коэффициент трансформации обмотки 3 – 4 питания узла управления:
где Uy= 14 В – напряжение питания цепи управления; Uvd7 = 1 В – падение напряжения на диоде VD7.
Число витков остальных обмоток:
Принимаем wy=6.
Диаметр проводов обмоток
Для уменьшения индуктивности рассеяния обмотки равномерно распределяют по магнитопроводу, располагая их друг над другом. Диаметр провода первичной обмотки с изоляцией определяют из условия равномерного расположения обмотки вокруг сердечника в один слой:
Наиболее близок провод ПЭВ-2 диаметр которого 2,57 мм (без изоляции 2,44 мм). Погонное сопротивление ρ1 = 0,00375 Ом/м, сечение провода
Sw1 = 4,676 мм2. Плотность тока:
Допустимая плотность тока для первичной и вторичной обмоток, сухих трансформаторов, может быть принята равной j = 6 А/
.Длина провода первичной обмотки:
Потери в проводе первичной обмотки:
Диаметр провода вторичной обмотки:
мм.Выбираем провод ПЭВ-2, диаметр которого 1,93 мм (без изоляции 1,81 мм). Погонное сопротивление ρ2 = 0,00681 Ом/м, сечение провода
Sw2 = 2,573 мм2.
С учетом наличия на магнитопроводе первичной обмотки и изоляции на ней длина провода вторичной обмотки составляет:
Потери в проводе вторичной обмотки:
Чтобы не расширять номенклатуру, диаметр обмотки узла управления выбираем таким же, как и диаметр первичной обмотки.
На этапе расчетов потери в трансформаторе считают эквивалентными потерям в обмотках трансформатора:
6. Выбираем транзистор VT1
Iдей=I1=18,5 А. Максимальное напряжение на транзисторе сразу после его закрытия:
Где ULs = 25 В – ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния трансформатора.
Выбираем транзистор КП809Б1: Udsmax=500 В, Idmax=25 А, Rds(on)=0,3 Ом.
Статические потери на транзисторе:
где TП=120 0С – максимальная температура кристалла транзистора,
Tокр=50 0С - максимальная температура окружающей среды.
Динамические потери в транзисторе:
Поскольку выбран режим прерывистого потока трансформатора, то динамическими потерями при включении можно пренебречь.
Потери при включении зависят от времени спада tСП, которое в свою очередь зависит от выходного тока ШИМ - контроллера DA 1 при переключении. Слишком малое время спада может вызвать резкое увеличение напряжения на стоке транзистора VT 1 и сбой цепей управления. Поэтому время спада должно быть в интервале (100…200)нс. Примем tСП =100нс.
Вт.Суммарные потери на транзисторе
PVT1= PVT.СТАТ+ PVT1.ДИН = 100,9+1,6=6,7 Вт.
7. Выбор выпрямительного диода VD9
Действующее значение тока равно току вторичной обмотки трансформатора IVD9 = I2 = 10,8 А.
Обратное напряжение на диоде:
В.Критерии выбора диода те же что и для транзистора. Поскольку через диод протекает большой ток, то его следует выбирать с большим запасом, что позволит уменьшить размеры теплоотвода. Принимаем выпрямительный диод КД143-800 со следующими параметрами: Iпр=15 А; tобр.восст.=1,5 мкс;
Uобр.max=3,5 кВ. Так как
= 5012 В больше максимального обратного напряжения диода, значит следует последовательно соединить два диодаКД143-800.
Считая, что ток распределится по диодам равномерно, из суммы падений напряжения в проводящем состоянии на каждом диоде определяется падение напряжения (UVD9), которое составит 1 В.
Статические потери на диоде:
Вт.Поскольку выбран режим прерывистого потока трансформатора, то динамическими потерями на диоде можно пренебречь вследствие их малости:
PVD9 = PVD.стат.= 10,8 Вт.
8. Выбор элементов узла управления
Рассчитываем резистор запуска R7
Через резистор запуска протекает ток зарядки конденсаторов цепи управления (С9, С10, С12) и ток запуска микросхемы DA1, равный 0,5 мА. Напряжение запуска микросхемы DA1 (Uзап) составляет 16 В. Предпологается, что суммарный ток запуска (IЗАП) равен удвоенному току запуска микросхемы (1 мА), тогда
кОм.Принимаем резистор R7=67 кОм. Мощность, рассеиваемая резистором в установившемся режиме при максимальном входном напряжении
Вт.Выбор элементов цепи обратной связи по току
Сопротивление открытого канала транзистора КП809Б1, использованное для расчета потерь, приведено для наихудшего случая. При выборе компонентов цепи обратной связи по току лучше руководствоваться типовым значением, которое, как правило, составляет (0,5…0,8) от максимального. Напряжение на выводе 3 микросхемы DA1 (U3DA1) и, следовательно, на резисторе R11, при котором начинается ограничение длительности импульса, составляет 1 В при максимальном пиковом токе. Исходя из того, что пиковый ток через R11 находится в пределах (0,5…1) мА, его номинал равен
кОм.Примем R11=1,2 кОм.
Считая падение напряжения на диоде VD8 (UVD8) равным 0,6 В, вычисляем сопротивление резистора R10:
Нижний предел сопротивления R9 рассчитывается исходя из того, что ток, протекающий через него (IR9.max), не должен превышать 10 мА при номинальном напряжении питания узла управления и минимальном падении напряжения на транзисторе VT1 и диоде VD8. Максимальное сопротивление резистора R9 выбирают так чтобы при напряжении на выходе 7, микросхемы DA1, близком к напряжению отключения (Uоткл=10 В), и максимальном напряжении на открытом транзисторе VT1 диод VD8 был открыт.