Разработка системы электропитания на основе импульсного преобразователя напряжения

K_L = 2,5

 

 

Выберем из таблицы 5 дроссель:

 

Д13-4

 

Проверка:

 

 

Условие выполняется.

 

 

 

 

 

7. ВЫБОР ТИПОНОМИНАЛА  КОНДЕНСАТОРА И РАСЧЕТ ИХ 

КОЛИЧЕСТВА В БАТАРЕЕ  ВЫХОДНОГО ФИЛЬТРА ИСН

 

Конденсаторы выходного  LC-фильтра ИСН (СП), объединенные в батарею, служат для сглаживания пульсаций напряжения на выходе ИСН до величины, заданной в техническом задании. При работе ИСН (СП) конденсаторы выходного фильтра находятся под воздействием постоянного напряжения, равного выходному, и переменного тока. При выборе типа конденсатора выходного фильтра необходимо учитывать, что его рабочее напряжение U_c.р должно быть больше напряжения на выходе U_вых:

 

Расчет фильтра:

 

 

В

 

Выбираем 3 модели конденсаторов, удовлетворяющих данному условию:

К50-15

U = 25 В,  C = 680 мкФ, m_c = 15 г, τ_с = 60 мкс

На частоте 50 кГц ~-50% C_н

При минимальной температуре  ~-10% С_н

 C_ут =  272 мкФ

 

К53-1А

U = 25 В, C = 68 мкФ, m_c = 6 г, τ_с = 20 мкс

На частоте 50 кГц ~-20% C_н

При минимальной температуре ~-10% С_н

C_ут = 48 мкФ

 

К53-66

U = 25 В, C = 680 мкФ, mc = 6г, τ_с = 25 мкс

На частоте 50 кГц ~-20% C_н

При минимальной температуре ~-10% С_н

C_ут = 408 мкФ

 

Период преобразования (1/f) = 0,02 * 10^-3

Находим емкость батареи  конденсаторов:

 

 

 

 

Выбираем  конденсатор k31-A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. ВЫБОР ТИПОНОМИНАЛА  КОНДЕНСАТОРА И РАСЧЕТ ИХ 

КОЛИЧЕСТВА В БАТАРЕЕ  ВХОДНОГО ФИЛЬТРА  ИСН

    

По таблице 4 и В,   определим

 

Таблица 4 – Допустимые значения амплитуды пульсации входного напряжения

 

Uвх.max, В	10 - 50	50 - 200	200 - 600
Uвх~, В	0.15 - 0.3	0.3 - 0.7	0.7 - 1.5

 

,        (8.1)

 

Выбираем 3 конденсатора, удовлетворяющих данному условию:

Выбираем 3 конденсатора, удовлетворяющих данному условию:

 

К50-15

U = 50 В,  C = 100 мкФ, m_c = 15 г, τ_с = 60 мкс

На частоте 50 кГц ~-50% C_н

При минимальной температуре  ~-10% С_н

 C_ут =  60 мкФ

 

К53-1А

U = 40 В, C = 0,22 мкФ, m_c = 0,6 г, τ_с = 20 мкс

На частоте 50 кГц ~-20% C_н

При минимальной температуре ~-10% С_н

C_ут = 0,15 мкФ

 

К53-66

U = 40 В, C = 150 мкФ, mc = 6г, τ_с = 25 мкс

На частоте 50 кГц ~-20% C_н

При минимальной температуре ~-10% С_н

C_ут = 105 мкФ

 

 

Найдем емкость батареи  конденсаторов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=7.398ф

 

 

 

=9.14ф

 

 

 

 

Nвх1=(2.218ф*10^-5)/60*10^-6=0.37

 

 

Nвх2=(7.392ф*10^-5)/55*10^-6=0.42

 

 

Nвх3=(9,24ф*10^-5)/105*10^-6=6.88

 

 

 

 

Выбираем  конденсатор K50-15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. РАСЧЕТ СИЛОВОГО КЛЮЧА  ИСН

 

В ИСН был применен бутстрепный способ управления силовыми транзисторными ключами на основе драйверной микросхемы IR2125, выпускаемой фирмой International Rectifier. Драйвер представляет собой микросхему в стандартном корпусе (например, DIP-14). Входным сигналом служит сигнал микросхемы управления стандартной амплитуды логического уровня. На выходе драйвера имеются напряжения управления верхним силовыми транзистором. В драйвере приняты меры по обеспечению необходимых управляющих уровней, создан эквивалент гальванической развязки, имеются дополнительные функции — вход отключения, защита от пониженного напряжения питания, фильтр коротких управляющих импульсов.

 

Рисунок 4. Расположение выводов  драйверной микросхемы IR2125

Рисунок 5. Функциональная схема  драйверной микросхемы IR2125

Рисунок 6. Типовая схема включения драйверной микросхемы IR2125

 

Краткие технические  характеристики драйверной микросхемы IR2125:

 

• Выходные каналы разработаны для нагруженного функционирования
• Работоспособность до +600В
• Нечувствительность к отрицательному переходному напряжению
• Нечувствительность к dV/dt
• Напряжение питание драйверов 10…20В
• Блокировка при снижении напряжения
• 5В КМОП триггеры Шмита на входах с привязочными резисторами к общему проводу
• Обратная связь по контролю и ограничению тока для управления токопотреблением силового транзистора
• Вывод Error сигнализирует об аварийном выключении и программирует время выявления отказа
• Выход в фазе с входом
• VOFFSET не более 600В
• IO± 1 А / 2 А
• VOUT 12 – 18В
• VCS 230 мВ
• ton/off (тип.) 150 / 150 нс

 

Величина бутстрепной емкости должна быть выбрана расчетным путем. Слишком маленькая емкость может разрядиться раньше времени и закрыть транзистор верхнего плеча. Слишком большая может не успевать заряжаться. При выборе С_Б руководствуются следующими рекомендациями.

 

Основные факторы, влияющие на разряд бутстрепной емкости:

• величина заряда затвора Q_g;
• ток потребления выходного каскада микросхемы в статическом режиме I_qbs;
• циклическое изменение заряда драйвера Q_ls (5 нКл для 500/600-вольтовых драйверов и 20 нКл для 1200-вольтовых);
• ток утечки затвора I_gss;
• ток утечки бутстрепного конденсатора С_ь.

 

Минимальный заряд бутстрепного конденсатора определяется из выражения:

(9.1)

 

Разработчики рекомендуют  применять в бутстрепных схемах конденсаторы с возможно малым током утечки (в идеале — танталовые). Кроме того, величина тока утечки затвора мала, поэтому перечисленные факторы учитывать нет смысла.

 

(9.2)

 

где   V_cc — напряжение питания схемы управления;

   V_f— падение напряжения на бутстрепном диоде (0,8... 1,0 В).

 

Полученное значение бутстрепной емкости является минимальным. Чтобы минимизировать риск от ненадежной работы схемы, разработчики рекомендуют умножить полученный результат на коэффициент 15.

 

 

Бутстрепный диод должен выдерживать обратное напряжение не менее, чем (U_H + V_cc). Кроме того, он должен иметь возможно малый обратный ток и хорошие характеристики обратного восстановления. Рекомендуемое время обратного восстановления не должно превышать 100 нсек.

 

Вид итоговой схемы силового ключа на полевом транзисторе  со схемой управления, основанной на драйверной микросхеме IR2125 представлен на рис. 7

 

Рисунок 7. Схема силового ключа ИСН

 

Выбраны следующие элементы:

• В качестве транзистора силового ключа (VT1): сильноточный полевой MOSFET транзистор IRFP 260 (International Rectifier)
• В качестве бутстрепного диода (VD2): кремниевый импульсный диод КД522
• В качестве бутстрепного конденсатора (C1): конденсатор электролитический танталовый серии СА-42с - 15 мкФ ± 5%
• В качестве резистора R1: резистор P1-12 - 0.062 Вт - 24 Ом ± 5%

 

В качестве замыкающего диода: эпитаксиально-диффузионный кремниевый диод КД2999А

10. СТРУКТУРА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ  ИСН

 

Структура схемы управления (СУ) большинства ИСН, работающих в  ре-

жиме ШИМ, соответствует  приведенной на рис. 8. В ее состав входят источник

опорного напряжения (ИОН), делитель напряжения (ДН), усилитель  сигнала

рассогласования по напряжению (УР), широтно-импульсный модулятор

(ШИМ). Кроме того, на рис. 8 показано устройство питания  схемы управления

(УПСУ). С выхода схемы  управления сигнал поступает  на вход усилителя сиг-

нала управления (УСУ) силовым  ключом.

При общей структуре СУ схемотехнические решения отдельных

устройств, входящих в СУ, очень разнообразны. Это зависит от критериев (минимизация собственного энергопотребления или количества электронных компонентов, повышение надежности и т.п.), выбранных разработчиком при проектировании СУ, элементной базы, использованной в СУ, а также опыта и квалификации разработчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8. Структура схемы  управления ИСН