Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



жайшим к желаемому меньшим значением р. Рассчитывается индуктивность дросселя

с.ср

где ло - магнитная постоянная. Полученное значение L сравнивается с индуктивностью дросселя, требуемой из условия обеспечения безразрывности тока при номинальной нагрузке. Если выбранный сердечник не обеспечивает необходимого значения L, что может случиться из-за дискретности Цг, то следует перейти на больший типоразмер сердечника и повторить расчет. После того как найден подходящий сердечник и рассчитанно значение L, определяются габаритные размеры, объем и масса дросселя.

Для определения габаритных размеров в соответствии с базисными размерами используются формулы

С = 2а + с; +

Рассчитанный дроссель принимается за исходный Дроссель меньших габаритов из имеющегося ряда применить нельзя, поэтому улучшение параметров устройства может быть достигнуто только за счет увеличения индуктивности и габаритной мощности силового дросселя.

Электролитические конденсаторы. Параметры электролитических конденсаторов, часто используемых в сглаживающих фильтрах, в значительной степени зависят от рабочей частоты и температуры окружающей среды. Достаточно хорошее совпадение с опытными данными можно получить на основе использования последовательной схемы замещения электролитического конденсатора [39] с описанием ее параметров эмпирическими формулами. При расчетах могут быть использованы следующие аналитические зависимости, обеспечивающие хорошее приближение в области рабочих частот и температур:

C = ChO,77(/-10-V.5 или Сн = 1,ЗС] -10-3; tgб-Лб

(3.68)

где Лб - коэффициент, зависящий от температуры; С» - номинальная емкость конденсатора.

Емкости конденсаторов входного и выходного фильтров должны выбираться нз условий обеспечения требуемых уровней пульсаций входного и выходного напряжений. Так как эти уровни определены заданием на проектирование, то условия выбора можно записать в виде неравенств

СОр Се

(3.69)

Umn 2nfr

(3.70)

где Umn, Umn - заданные уровни пульсаций соответствующих напряжений.

Важными параметрами, определяющими надежность конденсатора, являются допустимый перегрев и соответствующая ему мощность, рассеиваемая в конденсаторе. Техническими условиями определены допустимые пульсации для ряда частот переменной составляющей рабочего напрял<ения, а также предельно допустимое постоянное напряжение.

Для определения мощности, рассеиваемой в конденсаторе. мол<но использовать следующее выражение:

Pcoi=/oo + co,C,,tg6,i2,„ (3.71)

где Uo - постоянная составляющая напряжения иа конденсаторе; /о - ток утечки конденсатора; coi - частота переменной составляющей напряжения на конденсаторе; Cj -емкость конденсатора на частоте coi; tg6(oi. - тангенс угла потерь на частоте соь - амплитуда напряжения переменной составляющей.

Если известно Uна частоте coi, то для любой другой частоты С02 значение а мол<но определить, приравнивая рассеиваемые мощности в двух режимах: РацРч

со, с,, tg б,, Ul = tg 6,2 fLo- (3-72)

Токи утечки /о и значения Uo считаем одинаковыми для рассматриваемых режимов.

Из выражения (3.72) следует

и2 = (01V«1 tg 6,1 Ci/co, tg 62 Сща. В обобщенную модель преобразователя войдет представление электролитического конденсатора в виде последовательной эквивалентной схемы. Сопротивление в такой схеме определяется из выражения

Rc =ig6 JioC. (3.73)

Потери в конденсаторе составят

Pc=Il,Rc=Pc,ie\JC-

(3.74)

Масса конденсатора пропорциональна емкости С или Gc=ycC, где Ус - отношение массы к емкости конденсатора. Такое представление правомерно, если значение ус определено в точке, близкой к оптимальной так как для данного рабочего напряжения эта характеристика изменяется довольно медленно при вариациях параметров, а рабочее напрял<ение достаточно жестко определяется требованиями технического задания.

Другим существенным обстоятельством является необходимость обеспечивать требуемую емкость с помощью параллельного включения одинаковых конденсаторов. Тогда ус, естественно, определяется как масса одного конденсатора, отнесенная к его номинальной емкости.



.п.. JnS ToSS™" фильтры. При условии получения высокого кпд в ИВЭП могут применяться только индуктивно-емкостные сглаживающие фильтры. Наибольщее распространение получили Г-образные LC фильтры (см. рис. 3.21). Коэффициент сглаживания такого фильтра определяется из приближенного выражения

где К - коэффициент передачи фильтра.

Для получения больших коэффициентов сглаживания применяются многозвенные сглаживающие фильтры [6]. При одинаковых звеньях фильтра коэффициент сглаживания будет определяться из выражения

где п - число звеньев фильтра; L - индуктивность звена фильтра; С-емкость звена фильтра.

Если задан необходимый коэффициент сглаживания q на частоте первой гармоники подаваемого на фильтр напряжения, то можно определить необходимое значение произведения LC:

для однозвенных Г-образных фильтров

LC = 9/o)J;

для многозвенных фильтров, состоящих из Г-образных звень-

LC = W/coJ; для оптимальных многозвенных фильтров

Оптимальное п, при котором достигается минимум LC , определяется по формуле

«опт »0,51П9« l,151g«7.

Анализ показывает, что однозвенные фильтры близки к оптимальным (по затратам индуктивностей и емкостей) при коэффициентах сглаживания меньше 30; при коэффициентах сглаживания 30-300 оптимален двухзвенный фильтр, при больших коэффициентах сглаживания оптимален трехзвенный фильтр. Приведенные выражения позволяют определить произведение LC, но не позволяют определить индуктивности и емкости в отдельности. Для определения индуктивностей и емкостей необходимо ввести дополнительные требования, характеризующие сглаживающий фильтр. Такими требованиями могут быть получение минимальной массы фильтра, минимального объема или стоимости, получение определенного качества переходного процесса. 118

3.6. Статическая точность импульсных преобразователей

напряжения

Статическая точность компенсационных ИСН задается в виде требований к предельным отклонениям выходного напряжения от номинального значения и определяется как относительная величина 6/н=А/н/н, где Д(/н - абсолютная величина отклонения. Для расчета максимальной относительной ошибки может быть использована структурная схема ИСН, справедливая для квазистатического режима (рис. 3.59).


Рис. 3.59. Структурная схема импульсного преобразователя напряжения для

квазистатического режима

Цепь прямой передачи в изображенной системе автоматичес кого регулирования состоит из усилителя сигнала рассогласования Ур, широтно-импульсного модулятора и линейной части силовой цепи, в которую входят приведенное активное сопротивление выходной цепи импульсного усилителя г и сопротивление нагрузки. Коэффициент усиления Ур равен Кур- Широтно-импуль-сный модулятор преобразует постоянное напряжение источника питания в напряжение, равное постоянной составляющей последовательности импульсов в соответствии с управляющим сигналом. В статическом режиме коэффициент передачи ШИМ определяется из выражения Кщм = (/n/f/m, где Um-амплитуда пилообразного напряжения. Коэффициент передачи линейной части силовой цепи определяется значениями г и Rh.

Rh

Цепь обратной связи, как правило, состоит из резистивного делителя и схемы сравнения, общий коэффициент передачи цепей обратной связи Лос Источник опорного напряжения Uon и источник сигнала пилообразной формы Um обеспечивают необходимый уровень напряжения на нагрузке и коэффициент передачи ШИМ.



Коэффициент передачи системы для постоянной составляющей определяется в соответствии со структурной схемой на рис.

Utn 1 + /сур f<unm нл.ч ОС

Стабильность выходного напряжения зависит от стабильности характеристик источника опорного напряжения и коэффициента передачи замкнутой системы регулирования. Степень влияния дестабилизирующих факторов, воздействующих на различные звенья замкнутой системы регулирования, определяется с помощью понятия чувствительности коэффициента передачи системы относительно любого параметра системы (5».vi).

Поскольку наиболее существенным возмущением является изменение напряжения источника питания, принято оценивать качество работы стабилизированного источника напряжения с помощью коэффициента, значение которого противоположно чувствительности коэффициента передачи замкнутой системы относительно питающего напряжения. Этот коэффициент называют коэффициентом стабилизации по напряжению: Kc-T=\.ISun = = bUJbUH. Количественно чувствительность определяется из выражения

оКо dKo I dxi

Ко / xi

где Xi - любой параметр системы.

Чувствительность коэффициента передачи замкнутой системы относительно коэффициента передачи разомкнутой системы может быть определена непосредственным дифференцированием:

Чувствительность Ко относительно Кос численно равна КоКос

"ос \+К.К

С помощью понятия чувствительности легко определяется вклад любого дестабилизирующего фактора в суммарное относительное отклонение выходного напряжения

6t/„ = I б t/„, V 5,» = V 5,»б Xi. Поскольку Кр =/Сур/сШИМнл.ч, то для б(/н можно записать

5Й (б /С,р + б /Сшим + б /Снл.ч) + б /Сое + б оа 4- . (3.75)

где bVon - относительное отклонение опорного напряжения; Ujp/Uh - относительная амплитуда пульсаций на выходе стабилизатора. Относительная нестабильность усилителя сигнала рас-120

согласования б/Сур, выполненного на основе операционного усилителя и охваченного местной ООС по напряжению, может быт1» меньше 1%. Коэффициент передачи ШИМ зависит от амплитуды пилообразного напряжения и напряжения питания, поэтому

Если относительные отклонения bUu = AU„(U„ и 6Um = AUm/Um одинаковы по знаку и величине, то б/(шим Это свойство-Кшим. иногда используют для уменьшения влияния изменений Un на выходное напряжение, выполняя источник пилообразного напряжения амплитудно-зависимым от Un. Коэффициент передачи приведенной линейной части силовой цепи зависит от г и /\ц, поэтому, учитывая свойства делителя, можно записать

б/(„л.ч 6Rn--~ б г.

"н Ки

При расчетах статической точности можно принять, что {Rn- -г)Щиц, тогда

r={\~ri)R,

(3.76>

бКпп.ч «=(1 -Т1) 6i?„-(1 -ti) бг-(1 -Т1) (б -б/•). (3.77> Поскольку реальное значение г будет всегда меньше вычисленного по формуле (3.76) в которую входит полный КПД ИСН, использование вырал<ения (3.77) в качестве расчетного гарантирует меньшее влияние нестабильностей г и R„ пя выходное напряжение по сравнению с вычисленным. Нестабильность цепей обратной связи удобно рассмотреть путем преобразования произ-

ведения SKqq бКос:

Кр Лос

• б/Сос б /<ос.

1 + /<р/Сос

т. е. нестабильность цепей обратной связи входит в общую нестабильность выходного напряжения. Точно так же учитываются пульсации выходного напряжения на частоте ШИМ. В зависимости от фазовых соотношений относительная погрешность, выз ванная этой помехой, может изменяться от нуля до Uff/U„, поэтому для гарантии заданной стабильности выходного напряжения принимается максимальное из возможных отклонений. Нестабильность источника опорного напряжения должна быть полностью учтена.

Таким образом, для расчетов может быть использовано вы-рал<ение (3.75) в виде

""1 + /р/ог.

(6X,p + 6f/n-6f/.+ -6/?„ + -6r)-f

+ 6/(oc + ffpM. + 6f/.„. (3.78)

Так как все относительные отклонения известны из (3.78), можно определить необходимое значение /Ср, если принять /Ср/Сос>1-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [19] 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0106