Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



2, По максимальному значению частоты пульсаций (сорупьс = 6,28-10 1/с) вычисляется Г1=1/Л(йпульс {Л = 2-4-10). Выбирая Л=10 (чем больше Л, тем ближе коэффициент передачи разомкнутого контура на частоте пульсации к требуемому значению ЛРос=150), получаем Г1 = 1,6-10- с.

3. При линейном представлении НКСН, используя для описания ОУ макромодель вида Аоу=/Соуо+

где оу - грОУ Рассчитываются остальные регламентпрованные постоянные времени контура регулирования:

где 9=tg0,5(94-93an-fn/2); Ф=Фщр-л;

а>ср -Фазовый сдвиг разомкнутого контура на частоте среза (оз.ср = со, на которой 7(Рос=1; фд = ф/(Т-2); у=п-1); п - порядок системы,* определяемый числом транзисторов РЭ и ОУ (звеном первого порядка).

При наклоне ЛАХ в интервале частот сог-©4, равном -20 дБ/декада, предельное уменьшение фазового сдвига (ф4-фзап) на частоте среза составляет . 90°, а практически реализуемое - 55-65°. -Поэтому малые постоянные времени {Ti<T4) не, должны вызывать увеличение фазового сдвига на частоте Мср на величину, большую ф» (5565)-<рзап. Для фзап = 20°; ф = 30°; y = 4-1 = 3; Ф + фзз„ = 50° получаем: /=2,747; Г2=2,16-10- Гз=2,88-10-5 с; Г4=1,37х Х]0-« с;

Для варианта расчета НКСН при заданном Ua напряжение на РЭ практически всепда больше рэмин • случае НКСН обладает достаточно линейными свойствами, что позволяет прп расчете устойчивости ограничиться его линейной моделью, т. е. принять в качестве параметров контура регулирования, обеспечивающих устойчивость стабилизатора, полученные значения постоянных времени Ti-Г4.

4. Выбор режима работы силового транзистора РЭ вблизи границы активной области, приводит к заметному усилению нелинейных свойств силовой части НКСН. В этом случае структура стабилизатора может быть представлена в виде двух звеньев: линейного" (несиловая часть) и нелинейного (транзисторы РЭ). При расчете устойчивости его следует рассматривать как замкнутую нелинейную систему высокого порядка (учитывая наличие инерционных элементов и узлов ОУ, транзисторов РЭ). Для оценки устойчивости нелинейных систем удобно использовать круговой критерий (частотным случаем этого критерия является критерий Найк-виста). Нелинейная система будет сохранять устойчивость,- если годограф амплитудно-фазовой характеристики линейного звена (I л.з (Jm ) не будет пересекать или охватывать зону неустойчивости (рис. 2.7), представляющую собой окружность, радиус Raan

которой зависит от минимального (а) и максимального (Р) дифференциальных коэффициентов передачи нелинейного звена (/?зап= (Р-а)/2ар). Для ф = .п-arcsin а)/(Р + а) граничное значение модуля Wrp(j(o) = #гр(со) определяется из выражения

Р-а 2аР sin ф

(В -f- а) sin ф ,

arcsin ----л+ ф

(2.32)

Для логарифмических осей координат (рис. 2.8) ЛАХ коэффициента Передачи несиловой части \G {(л) =20\gW{ti)) \ не должна пересекаться с граничной областью, описываемой выражением Grp(co) =201g Wrp((o). Устойчивость будет гарантирована во всех условиях пережимах работы, если соблюдается равенство Grp(co) =



Рис. 2.7. Амплитудно-фазовая характеристика нелинейной системы

Рис. 2.8. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика нелинейной системы

= G((o)+/1зап. Расчет параметров контура регулирования, позволяющих обеспечить это равенство, целесообразно проводить по программе (рис. 2.9), алгоритм которой имеет вид: а= ЛззЛ 1 -f 0,092-ехр (-0,4)]; Рэп„-п + п-(п-1)с..

к.б.гр

Р = 21 э{1 + 0.092 Шр-ехр [ -0,2 (1 -f Шр)]};

Т = arcsin (р-а)/(р +а); (02 = C0i1/A:Poc/; созсоаз. (О4 = (Oil ( Рос Ag Фд;

Ф = - 2 arctg - -f arctg

-arctg

G = 20 Ig-

К Рос Vr=H№

-(Y-2) arctg

(1 + coVcoi) yi -f C02/C02., (1 -f (oVco)

Grp = 201g;

sin

. (P -b a) sin Ф ,

arcsin -- - л -f Ф

p -a

2ap sin Ф

A((o)=G,p((o)-G((o).

Поскольку обеспечение устойчивости нелинейной системы гарантирует устойчивость линеаризованной системы, то для дальнейших расчетов принимаются значения постоянных времени, полученные с учетом нелинейных свойств НКСН.

Для i(poc=150, 7i=l,6-10-s с; /гзап = 6 дБ и принятых ранее значений параметров транзисторов РЭ по приведенной программе расчета получены следующие значения: 72 = 2,3-10~ с; Тз = 2,4Х. xi0-« с; 74= 1,29-10- с, которые и принимаются для расчетов.



5. В соответствии с заданием необходимо оценить переходный процесс, вызванный ступенчатым изменением тока нагрузки. В первом приближении наи.большее отклонение и длительность переход-ного процесса {AU„, tp) без учета области насыщения ОУ будут соответствовать минимальному значению /СРос=150. В этом слу-


Рис. 2.9. Структурная схема программы расчета устойчивости нелинейной системы

чае можно использовать обратное преобразование Лапласа (более полный анализ переходного процесса можно провести по методике, изложенной в [3]):

1 ГД/нГ

В {01

B{Pi)

где WM =

\ {ТиР +

(0) . ,=1 Pi iPl)

-; 7н = РэнС„/(/?„ + грэ);

Wn(p) В[р) . 1 + «ж(р) А{р)

А{р)-{А{р))-

pi - корни уравнения А{р) =0.

Для этого расчета целесообразно использовать ЭВМ; струк-турнаясхема программы приведена на рис. 2.10. Если параметры переходного процесса (Д(7н и р) превосходят заданные, то следует увеличивать значения Кос, Т2 и уменьшить Т.

"Для полученных ранее значений параметров контура регулирования при Сн = 0,1 мкФ и А/н= 1,2 А получаем А[/н«91 мВ;

ввод IT"

Расчет коэффициентов A(pJ

t+.At

Расчет коэффициентов В [pi I

Определение корней Alp I

t = t.

Вычисление AUh


Вычисление tp


Вывод A-/3oc,7i,r,/lH,p

Рис. 2.10. Структурная схема программы расчета переходного процесса



»87 мкс, что не превосходит требований ТЗ. Поэтому окончательно принимаются следующие значения параметров контура регулирования: iCPoc=150; 71=1,6-10-6 с; 72 = 2,3-10-7 с; 7з = 2,4-10-8 с; 74=1,29-10-8 с, откуда /

150 (2,3-10-7 p-f 1)

(1,6-10-6 р-i- 1)М2,4-10-%-f 1) (1,29-10-%-!- 1)

Соответствующая этому выражению ЛАХ показана на рис. 2.11.

Если расчет устойчивости был ограничен линейной моделью НКСН и на этапе оценки переходного процесса изменение постоянных времени Т\-74 не производилось, то в выражение W{p) должны войти значения этих постоянных времени, полученные в п. 4.

Еслиприменение ЭВМ по каким-либо причинам не представля-«ется возможным, то, оценку максимального отклонения выходного .напряжения в переходном режиме (при сбросе и набросе нагруз-!ки) можно оценить по выражениям, приведенным в этапе 11 после структурного и параметрического синтезов несиловой части НКСН.

Этап 8. Составление описания несиловой частотно-зависимой части НКСН. Созданной на предыдущем этапе ММ соответствуют желаемые передаточная функция и частотная характеристика разомкнутого контура НКСН,

а выбранной принципиальной схеме ФНЧ - ее передаточная функция и частотная характеристика. Сопоставление этих передаточных функции или соответствующих им частотных характеристик позволяет полу-чить передаточную функцию или частотную характеристику несиловых цепей и узлов, которыми должна быть дополнена ФНЧ устройства для реализации необхо-


" димых функции и выполнения всех требо-

Рис. 2.М. Логарифмическая амплитудно-частотная характеристика

а - желаемая; б - функционально-необходимой части; в - несн-ловой части; г - отдельных корректирующих цепей

ваний ТЗ. Этот этап проектирования необходим для определения параметров контура регулирования, обеспечивающих предельный минимум объема конструкции НКСН.

Поскольку ФНЧ используется только для обеспечения функций силового преобразования электрической энергии, то для реализации всей совокупности •функций и выполнения требований задания к параметрам НКСН необходимо .синтезировать структуру несиловой частотно-зависимой части устройства. Для Лрос = 200, /Срэв Рос = 0,80, принимая /гр = 10 МГц для транзистора 2Т908, /гр = 50 МГц для транзисторов 2Т608 и КТ369Б и представляя транзи-

(2,3-10-

сторы Э и ОУ звеньями первого порядка, получаем передаточную функцию ФНЧ

ФНч(Р) = «рэ(Р)«0у(Р) = 200-0,8

(1,6-1о-8.р-1-1) (3-10-%-f 1)2(1,6.10-%-!-1)

Соответствующая этому выражению ЛАХ приведена на рис. 2.11. Сопоставление W{p) и фнц(р) Д-тя интервала частот (Oi-(04 (отбрасывая звенья с постоянными времени, меньшими Г4, поскольку в интервале частот coi-©4 формирование частотных свойств разомкнутого контура не производится) дает передаточную функцию несиловой части

-7p + l)(l,6-10-%-f 1) p-f 1)(2,4-10-%-!-1) Соответствующая этой передаточной функции ЛАХ несиловой частотио-зависи-мой части, обеспечивающей формирование требуемых динамических характеристик, приведена на рис. 2.11,8.

Этап 9. Выбор структуры несиловых частотно-зависимых цепей. Структура несиловых частотно-зависимых цепей определяется либо непосредственно по передаточной функции, либо по ЛАХ (аппроксимируя плавную ЛАХ асимптотами).

Полученная Wa4[p) реализуется двумя апериодическими цепями, обеспечивающими изменение частотной характеристики ФНЧ в диапазонах частот 1/2,3-10--1/1,6-10-8 с; 1/1,6-10-*-1/2,4-,10-8 с. Поскольку исходное значение коэффициента усиления ОУ Ку =2500, а необходимый по расчету коэффициент должен составлять 200,.то следует предусмотреть ослабление коэффициента передачи разомкнутого контура резистивными делителями или схемотехническими изменениями усилительной части НКСН, позволяющими ввести местную обратную связь. Если эти меры не предпринимаются, то необходимо увеличить постоянную времени Г] в соответствии с выражением

7i изм - Ti у/Соу о/оу, где Г,изм -новое значение Т\. При /<оуц=2500 и /Соу=200 получим

7i изм = 1,6.10- 1/2500/200 » 5,7-10-%. В этом случае расчет элементов полученных цепей коррекции (нх число и характер корректирующего воздействия при этом не изменяются) следует ввести для диапазонов частот 1/2,3-10--1/5,7-10-« с; 1/1,6-10--1/2,4-10"* с. Кроме того, потребуется еще одно апериодическое, звено с интервалом коррекции 5,7- 10"-1,6-10- с. Второе апериодическое звено (с диапазоном коррекции 1/1,6-10--1/2,4-10-*) можно не включать в контур регулирования из-за малого диапазона корректирующих частот. Допускаемое при- этом отклонение параметров разомкнутого контура от желаемых увеличивает запас устойчивости.

Этап 10. Расчет элементов несиловых частотно-зависимых цепей. На этом этапе необходимо выбрать места выключения в ФНЧ несиловых цепей, формирующих требуемые параметры разомкнутого контура, и рассчитать параметры.их элементов.



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


0.0135