Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



Суммарные потери мощности в магнитопроводе всех трансформаторов

Кр ф Ку Кст Уст PcTi {Вт/Вто)

Рсг=К

тф YistcBmlTP Цтр КстКт/Пфий)

(6.37)

где Крв - коэффициент потерь мощности, зависящий от схемы выпрямителя; Крф - коэффициент, учитывающий увеличение потерь мощности в ленточных магнитопроводах трехфазных трансформаторов (для однофазных трансформаторов Крф~\; для трехфазных трансформаторов, собранных на шихтованном магнитопроводе, Крф=1, а на ленточном магнитопроводе типа ТЛ /(рф= 1,2-ь1,3); Kv - коэффициент, учитывающий зависимость объема магнитопровода от его типа, при базовых размерах (для однофазных броневых магнитопрово-дов /Су=:1, для стержневых 7(=1,45, для трехфазных Kv = = 2,4); Уст - удельная масса материала магнитопровода (для стали марок 3411, 3421 7ст = 7,65-10 кг/м); Рст i - удельные потери мощности в магнитопроводе при индукции 50=17" (для ленточных магнитопроводов из стали марок 3411, 3421 при частоте 400 Гц Рст 1 = 13 Вт/кг).

Формула для расчета коэффициента Крв для всех рассматриваемых многофазных выпрямителей с несколькими независимыми дросселями фильтра имеет вид

7Cp,=:2,3mi/W;\ (6.38)

Вычисленные значения Крв приведены в табл. 6.1 -6.4.

Отметим, что при р=\ и увеличении числа фаз выпрямления коэффициент Крв увеличивается, а при одинаковом т имеет минимальное значение при оптимальном отношении т/р = 3.

Суммарные потери мощности в р дросселях фильтра

PtrLlV (6.39)

Потери мощности в монтажных проводах

p.,=r,I. (6.40)

Коэффициент полезного действия выпрямителей представляет собой отношение мощности в нагрузке к активной мощности, потребляемой из питающей сети:

г, - 0--0 (64П

где Po=f/o/o - мощность в нагрузке; 2ДР - суммарные потери мощности во всех элементах выпрямителя.

Анализ показывает, что при постоянном числе фаз выпрямления и увеличении количества дросселей фильтра КПД выпрямителей повышается и имеет максимальное значение при оптимальном отношении т/р = 3 или при максимальном количестве дросселей фильтра, т. е. в шестифазиых выпрямителях при р=2 или р= = 3; в двенадцатифазных выпрямителях при р=А или р =

= 6; в восемнадцатифазных выпрямителях при р = Ь или р=9 и в двадцатичетырехфазйых выпрямителях при р = 8 или р=12. КПД многофазных выпрямителей с несколькими независимыми дросселями фильтра при оптимальном отношении т/р = 3 имеет примерно равное значение при различном числе фаз выпрямления, тогда как КПД выпрямителей с одним дросселем фильтра уменьшается при увеличении т.

6.6. Примеры расчета многофазных низковольтных выпрямителей

На этапе проектирования многофазных низковольтных выпрямителей на основании исходных данных необходимо выбрать схему выпрямителя,- т. е. число фаз выпрямления, количество дросселей фильтра, тип трансформаторов (однофазные или трехфазные), и схему соединения их обмоток, а также тип диодов и количество параллельно соединенных диодов в кал<;дой фазе выпрямления, тип дросселей и конденсаторов фильтра. При этом необходимо учитывать, что лри больших токах нагрузки и низком уровне пульсаций выходного напряжения выбирается выпрямитель с большим числом фаз, а при больших токах нагрузки и пониженных требованиях к уровню пульсаций целесообразно использовать секционированные выпрямители. Затем производится расчет параметров всех элементов выпрямителя.

Расчет переходных процессов в выпрямителях производится по методике, изложенной в ГОСТ 21703-76.

Пример 1. Исходные данные для расчета следующие: выпрямленное напряжение на нагрузке Ua=5 В; ток нагрузки /о=10-7-30 А; коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на нагрузке ТСпульс ih = 0,01; температура окружающей среды ±60° С; питание от сети трехфазного переменного тока 200 В 400 Гц.

1. Выбираем двенадцатифазпый выпрямитель с четырьмя дросселями фильтра (т = 12, р-4) и двумя трехфазными трансформаторами (см. рис. 6.13,г).

2. Предварительно выбираем диоды типа КД213А, у которых ДС/о=0,74В и Гд = 0,023 Ом, по одному диоду в каждой фазе выпрямления, и конденсаторы К53-1А.

3. По формулам (6.6) - (6.9) рассчитываем токи, протекающие через элементы выпрямителя:

/« = 30/4=7,5 А; /ср = 30/12 =2,5 А;

=30/4 = 7,5 А; / = 30/1/12:4 = 4,33 А.

4. По формулам (6.17) и (6.18) рассчитываем:

LCф =

мин =

122(122-1) 25002.0,01 2.42.6,5

= 0,62.10-" Гн.Ф;

[(12/4)2-1].12.2500.10

Предварительно принимаем Уо х.х= 1,3-5=6,5 В.

я; 8,7-10-5 Гн.



5. Принимаем L = 0,l мГн и вычисляем емкость конденсаторов фильтра, учитывая уменьшение емкости конденсаторов при пониженной температуре окружающей среды на 12% и повышенной частоте переменной составляющей напряжения на 10%, а также увеличение амплитуды пульсаций на входе фильтра вследствие влияния индуктивности рассеяния обмоток трансформаторов и неидентичности параметров элементов и несимметричности питающего напряжения в 5-6 раз.

Принимаем емкость конденсаторов Сф = 1200 мкФ и берем 12 конденсаторов типа К53-1А-6,3 В-100 мкФ.

6. Проверяем, что lUfmm при всех условиях не превышает предельно допустимого значения амплитуды переменной составляющей напряжения на конденсаторах выбранного типа, равного 79 мВ.

7. По формулам (6.26), (6.27), (6.31) и (6.33) рассчитываем:

/•хр= 0,012 Ом; Is = 1,07-10- Гн, г =0,0054 Ом и /-пр= 0,0012 Ом.

8. По формулам (6.24), (6.25), (6.30) и (6.32) вычисляем падение напряжения:

Д {/д = 0,74-f 0,023-30/4 = 0,91 В; Д(/р= (0,012-f 12-400.1,07-10-6 /4)-30=0,4 В; AU =0,0054-30 = 0,16 В; Д Уцр = 0,0012-30 = 0,036 В.

9. По формулам (6.23) и (6.5) рассчитываем:

f/p = 5-1-0,91 -f 0,4-f 0,16-1-0,036= 6,51 В; и=0,855-6,51 = 5,57 В.

10. По формулам (6.10) н (6.14) находим параметры трехфазных трансформаторов: /Стр = 200/5,57=35,91; /,= )/2-30/35,9I j/ 12-4 = 0,17 А; Ргаб = = 6,51-30/0,757=258 В-А.

Ч1. По найденным параметрам трансформаторов t/i = 200 В; /i = 0,17 А (без учета тока холостого хода); iL2x.x = 5,57 В; /2 = 4,33 А и габаритной мощности одного трансформатора /габ(1) = Ягаб/2= 129 В-А выбираем трехфазный ленточный магнитопровод типа ТЛ 10X16-26 и по известной методике [22] рассчитываем его намоточные данные.

12. По формулам (6.20) и (6.34) определяем остальные параметры диодов: г/т обр=(2я/3)-6,51 = 13,6 В; AP3 = 0,74-30-f0,023-30V4=27,4 Вт. По вычисленным параметрам окончательно берем 12 диодов типа 2Д213А, расположенных на общем теплоотводящем радиаторе с мощностью рассеяния не менее 27,4 Вт.

13. По формулам (6.21) и (6.22) находим 11= (i2/4)2 i =1.12 В

и /,ь= 12-400/4= 1200 Гц.

14. По вычисленным параметрам дросселя L = 0,1 мГн; /г = 7,5 А; Ujil = = 1,12 В и /iL = 1200 Гц известными методами {22] выбираем магнитопровод и рассчитываем намоточные данные.

15. После расчета трансформатора и дросселя фильтра и конструирования блока выпрямителя повторно вычисляем Д/тр, AUl и Д(/пр « при необходимости уточняем i/ox.x и l/jx.x-244

16. По формулам (6.34) - (6.41) рассчитываем ДРд, ДРтр, ДРь, АРпр и КПД выпрямителя.

Электрическая принципиальная схема разработанного выпрямителя приведена на рис. 6.19. Масса элементов выпрямителя составляет 1,2 кг, объем выпрямителя (по габаритным размерам элементов) 0,8 дм т. е. удельная мощность выпрямителя по массе составляет 125 Вт/кг и по объему 187 Вт/дм; КПД выпрямителя равен 0,73.

Пример 2. По излолсениой ме- <А сВ сС Тр,

тодике разработан секционированный однофазный двухполупериодный выпрямитель со средней точкой, рассчитанный на . выходное напряжение 6 В и ток нагрузки 10 А, прп питании его от сети переменного тока 115 В, 400 Гц. Принципиальная схема выпрямителя приведена па рис. 6.20. В кал<дой фазе выпрямления использовано по четыре диода типа КД213А без теплоотводящего радиатора. Трансформатор собран на стержневом ленточном магни-топроводе типа ПЛ 12,5 ХД 6X25 н:5 стали 3421 и выполнен с четырьмя вторичными обмотками, каждая со средней точкой. Число витков первичной обмотки 240, провод ПЭВ-2 диаметром 0,51 мм; число витков каждой вторичной полуобмотки 17, провод ПЭВ-2 диаметром 0,86 мм.

Дроссель фильтра выполнен на броневом ленточном магнито-проводе типа ШЛ12X16 с четырьмя обмотками по 50 витков, провод ПЭВ-2 диаметром 0,96 мм.

В фильтре использовалось 10 конденсаторов типа К52-1-15В-220 мкФ. Выпрямитель с фильтром имеет коэффициент пульсаций выходного напряжения не более 2% и КПД около 0,75. Масса элементов блока с элементами конструкции 0,8 кг, объем блока 0,3 дм. Разработанный выпрями-


Рис. 6.19. Схема двенадцатнфазного выпрямителя 5 В, 30 А

-115В. ШГц j

Рис. 6.20. Схема секционированного двухполупериодного выпрямителя 6 В, 10 А

L, О, 75мГн

А, As

АгДв 2дгт



тель с фильтром имеет удельную мош,ность ио массе 75 Вт/кг и удельную мощность по объему 200 Вт/дм.

Схемы секционированных двенадцатифазного выпрямителя с четырьмя дросселями фильтра и шестифазного выпрямителя с двумя дросселями фильтра были использованы при разработке блока низковольтных стабилизированных ИВЭП с выходными параметрами 2 В, 500 А и 6 В, 50 А (рис. 6.21). Объем и масса блока питания уменьшены в 1,5 раза по сравнению с существующими аналогами.


Рис. 6.21. Внешний вид блока стабилизированных ИВЭП 2 В, 500 А и 6 В,

50 А

ГЛАВА 7

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ИВЭП

7.1. Алгоритм разработки микроэлектронной конструкции устройств вторичного электропитания

Любое схемотехническое решение в итоге должно воплотиться в определенную конструкцию. Процесс разработки конструкцни микроэлектронных источников вторичного электропитания несколько отличается от конструирования этих устройств с использованием дискретных приборов.

Структурную схему алгоритма процесса разработки мнкроэлектроииой конструкции ИВЭП можно представить в впде рис. 7.1. Каждый нз блоков характеризует один из этапов разработки или конструирования, а линии связи - очередность нх выполнения. Возврат к ранее пройденным этапа.м разработки в процессе проектирования микроэлектроиных конструкций подчеркивает взаимное влияние и связь работ схемотехника, конструктора и технолога.

Разрабатываемый источник вторичного электропитания должен отвечать вполне определенным техническим, конструкторско-технологичеоким, эксплуатационным, надежностным и стоимостным требованием. В техническом задании всегда указаны уровни питающих напряжений и токов, нестабильность, пульсации КПД или иопустимая мощность потребления от сети и т. д. Эти требования реализуются на ранних этапах разработки соответствующим выбором структурной, функциональной и электрической схем.

Вы/fop функциональных узлов

Разработка структурной схемы

Разработка электрической схемы

Разбивка электри ческой, схемы на Sol

микросборки

Топологический

расчет микросборок

Разработка топологий общего вида.


Разработка, элементов собственного изготовления {трансформаторы,

Тепловые расчеты устройств

Вьшуск топологических чертежей микросборок а конструкторской документации, устройства.

Рис. 7.1 Структурная схема алгоритма для разработки микроэлектронной конструкции устройства вторичного электропитания

Важность или значимость названных выше требований зависит от назначения аппаратуры, для которой разрабатывается источник.

Последующие этапы алгоритма выполняются с учетом конструктороко-тех-нологичеоких требований, которые определяются как принципом конструирования (обычно фyнкциoнaльнoyзлoвым), так и выбором базовой технологии изготовления, габаритами, массой, мерами защиты от воздействия климатических и механических факторов и, наконец, ремонтоспособностью. Смысл функционально-узлового принципа состоит в том, что принципиальная схема разбивается на законченные функциональные узлы, выполненные в виде идентичных конструктороко-технологичеоких единиц (микросборок).



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


0.0205