Методика расчета силовой цепи импульсного стабилизатора

 

Исходными данными для расчета ИСН являются:

Напряжение U _пи пределы его изменения D U _п;

номинальное выходное напряжение U_H и допустимые пределы его регулировки D U _H;

максимальный I _нmax и минимальный I _нmin токи нагрузки;

допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения U _H~;

коэффициент стабилизации К _ст;

частота преобразования f.

 

1) Принимаем ориентировочно КПД стабилизатора

2) Минимальное и максимальное значения относительной длительности (коэффициента заполнения) импульса напряжения на входе
фильтра

 

 

D U _н определяем по заданному К _ст.

3) Из условия сохранения режима непрерывности токов дросселя определяем его минимальную индуктивность:

 

 

4) Вычисляем произведение LC по заданному значению напряжения пульсации:

 

 

 

5) Амплитуда тока через конденсатор

 

 

 

6) Среднее и предельные значения тока дросселя

 

 

Выбираем типовой дроссель по условиям L > L _min; I _п> I_{н max} по таблицам П1.1 и П1.2 Приложения 1.

7) Принимаем и с учетом частоты преобразования по таблице П2.2 выбираем регулирующий транзистор по току и напряжению I_{к max}> I_km или I_{к max}> I_{L max};

8) Выбор импульсного диода производится с учетом частоты преобразования по прямому току I _прmax и обратному напряжению U _{обр max}:

 

I _прmax> I_{L max,} .

 

Справочные данные о некоторых импульсных диодах приведены в таблице П2.1 Приложения 2.

9) Потери мощности на транзисторе Р_к определяются в основном потерями в режиме насыщения P_кнаси динамическими P_кдин (в моменты переключения):

 

;

;

.

 

10) Потери мощности на диоде определяются потерями в прямом направлении и динамическими потерями при его выключении

 

.

 

11) Потери мощности в дросселе

 

 

12) КПД силовой цепи стабилизатора

 

 

13) Коэффициент передачи схемы управления, устанавливающий связь между изменениями относительной длительности импульсов на входе сглаживающего фильтра и напряжения на нагрузке.

.

 

Домашнее задание к лабораторной работе №7 «Импульсные стабилизаторы напряжения»

1. Начертите принципиальные схемы силовых цепей понижающего, повышающего и инвертирующего ИСН. Изучите принципы их работы.

2. Приведите диаграммы изменений напряжений и токов в ИСН понижающего типа при повышении (понижении) входного напряжения U_п или тока нагрузки I_н. Тип стабилизатора, характер внешнего воздействия и виды временных диаграмм приведены в табл. 7.1.

 

Таблица 7.1

 

Номер варианта	Тип системы регулирования	Характер внешнего воздействия	Временные диаграммы
	Шим	повышение UН	u у, i k, i L, u д
	Шим	понижение UП	u y, u КЭ, i д, uН
	Шим	повышение IН	u y, i L, u КЭ, i д
	Шим	понижение IН	u y, i k, i д, uН
	Релейный	повышение UП	u y, i k, i L, i д
	Релейный	понижение UП	u y, i k, u д, uН
	Релейный	повышение IН	u y, i L, u КЭ, u д
	Чим	понижение IН	u y, i д, u КЭ, iL
	Чим	повышение IН	u y, i k, u д, u КЭ
	Чим	понижение UП	u y, i k, i д, uН
	ШИМ	понижение UП	u y, i д, i L, uН
	ШИМ	понижение Iн	u y, i k, i L, u КЭ
	релейный	понижение IН	u y, iL, u КЭ, u д
	релейный	повышение IН	u y, i L, i k, uН
	релейный	понижение UП	u y, i д, i k, u д
	релейный	повышение IН	u y, i д, u КЭ, u д
	ЧИМ	повышение IН	u y, i k, i д, uН
	ЧИМ	повышение IН	u y, i L, i k, u д
	ЧИМ	понижение UП	u y, i k, i L, i д
	ЧИМ	повышение IН	u y, i k, u КЭ, uН

Индексы означают:

y - выход схемы управления;

k - коллектор силового транзистора;

д - диод.

Для того чтобы отразить динамику процесса регулирования, следует привести не менее трех импульсов u _У.

3. Рассчитайте силовую цепь ИСН. Выберите транзистор и блокирующий диод. Втабл. 7.2 приведены данные для расчета: входное напряжение U _п и пределы его изменения ; номинальное выходное напряжение U_н; максимальный I_{н max} и минимальный I_{н min}токи нагрузки; допустимая амплитуда пульсации выходного напряжения стабилизатора U_{H ~}; коэффициент стабилизации К_ст; частота коммутации f.

4. Сформулируйте требования к быстродействию регулирующего транзистора и блокирующего диода.

5. Укажите элементы принципиальных схем ИСН, включенные для
уменьшения коммутационных помех.

6. Приведите формулы для расчета КПД, внутреннего сопротивления и коэффициента стабилизации ИСН по экспериментальным данным.

 

Таблица 7.2

Номер варианта	В	U н, В	Iн min– Iн max А	UH ~, мВ	К ст	f, кГц
	10±3		0,2 – 1
	10±2		0,5 – 1
	10±3		0,5 – 1
	10±3		0,2 – 1
	16±4		0,2 – 1
	14±4		0,5 – 1
	15±3		0,5 – 1
	15±3		0,2 – 0,5
	15±5		0,2 – 0,5
	17±3		0,3 – 0,5
	10±2		0,2 – 1
	10±3		0,5 – 1
	16±3		0,3 – 1
	14±3		0,5 – 1
	15±3		0,3 – 1
	15±3		0,5 – 1
	15±3		0,3 – 0,5
	15±3		0,2 – 0,5
	15±5		0,3 – 0,5
	15±3		0,2 – 0,5