Источник стабилизированного напряжения по схеме двухтактного ассиметричного преобразователя на базе контроллера FSFA2100

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

" РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра ТОЭ Курсовая работа Источник стабилизированного напряжения по схеме двухтактного ассиметричного преобразователя на базе контроллера FSFA2100

Выполнил ст. гр. 8111

Кузьмин Г. А Проверил:

Бардин А. И.

Рязань 2011

1. Расчет элементов схемы

1.1 Расчет однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя с емкостным фильтром

В

— изменение действующего значения входного напряжения.

Гц — частота питающей сети.

смс — период входного напряжения.

А — выходные параметры преобразователя.

Зададимся

Определим мощность преобразователя

Вт Вт

— активная мощность преобразователя Загрузка по току в диодах входного выпрямителя и в емкости фильтра С1 наибольшая при min U_ВХ. В то же время выбор этих элементов по напряжению нужно проводить при max U_ВХ.

При min U_ВХ определим минимальную амплитуду входного напряжения Um_min.

В При первых приближенных расчетах преобразователь можно заменить эквивалентным источником тока нагрузки I_H.

Для расчетов необходимо задаться величиной пульсаций напряжения .

Рекомендуемые значения В. Зададимся В.

Рассчитаем максимальный ток нагрузки .

А Считаем, что разряд происходит за время равное половине периода, т. е. мс.

Определим необходимую величину емкости фильтра выпрямителя.

мкФ Из ряда Е6 выбираем ближайшую к расчетной величину емкости конденсатора С1=390мкФ.

Данные диаграммы токов и напряжений приведены для установившегося режима.

Для момента времени t1:

откуда

мс В

Для момента времени t2:

В

— описывает процесс разряда конденсатора С1.

Решая данное трансцендентное уравнение, получим:

t2=13.6мс В

В — размах пульсаций.

Расчет действующего значение напряжения на конденсаторе С1 при минимальном входном напряжении В.

Расчет действующего значения тока Ic1.

Из полученных данных в качестве фильтра входного выпрямителя выбираем конденсатор В43 540 фирмы Epcos с повышенной нагрузочной способностью, емкостью 390мкФ на напряжение 400 В.

Выбор диодов для входного выпрямителя проводится по двум критериям:

1) по среднему выпрямленному току

А — для готового диодного моста.

2) по максимальному обратному напряжению Максимальное обратное напряжение выбираем как двойное входное максимальное напряжение.

В Из полученных критериев в качестве входного выпрямителя выбираем готовый диодный мост KBP08M 3N251 фирмы Vishay.

В — максимальное обратное напряжение;

А — прямой средний ток;

В — прямое падение напряжения.

Определим действующее значение напряжения на конденсаторе C1 при максимальном входном напряжении В. При таком напряжении загрузка по току в диодах входного выпрямителя и в емкости фильтра С1 будет наименьшей.

А мс В

В

— уравнение процесса разряда конденсатора С1.

Решая данное уравнение, получим:

t2=13.9мс В

В — размах пульсаций.

Рассчитаем TNC ограничительный резистор

2. Расчет элементов преобразователя

В

А — выходные параметры преобразователя мВ — размах пульсаций выходного напряжения кГц — частота преобразования мкс

— максимальный коэффициент заполнения

мкс

— максимальное время импульса

2.1 Найдём коэффициент трансформации

1. Во время импульса управления:

— коэффициент трансформации.

2. Во время паузы:

Из равенства вольт-секундных площадей напряжения на индуктивности L1 внутри одного периода следует, что:

Расчет коэффициента трансформации проводится при минимальном входном напряжении В, а значит при максимальном коэффициенте заполнения.

Максимальная величина пульсаций тока не должны превышать .

А Определим минимальный коэффициент заполнения, при .

Рассчитаем минимальное время импульса .

мкс Т.о. мкс

2.2 Найдем величину индуктивности

Расчет величины индуктивности проводим при максимальном входном напряжении В и минимальном коэффициенте заполнения .

Максимальная величина пульсаций тока не должны превышать. Мы выберем 0.2.

А А

А А

мкГн Определим минимальную величину пульсаций тока. Пульсации минимальны при В и .

А А

А Расчет токов 1-ой и 2-ой обмоток трансформатора TV1.

2.3 Рассчитаем трансформатор нашей схемы

К_з— коэффициент заполнения медью =Sмеди/Sокна=(0.2—0.3), мы выберем 0.2.

Плотность тока j выберем равной 5 (А/мм²).

Площадь меди первичной полуобмотки S1=I1/j, где I1-максимальное действующее значение тока первичной полуобмотки.

— найдём как площадь квадрата тока в первичной полуобмотки за период Т.. S1=1.85/5=0.37 мм².

— найдём как площадь квадрата тока во вторичной полуобмотки за период Т.. S2=I2/j=7/5=1.4 мм² .

.

Выберем сердечник: R36*23*15, Sсер =97.5 мм² .

Sокна*Sсер=415.2*97.5=3.53*10⁴мм².

3.53*10⁴мм²>3.23*10⁴ мм², значит сердечник подходящий.

Число витков первичной полуобмотки:

витков

W21=W11/n=118/3.8=31 виток.

Увеличение сопротивления с ростом частоты обусловлен так называемым скин-эффектом: на высоких частотах протекающий ток вытесняется на наружную поверхность проводника.

— глубина скин-слоя для меди на частоте 100кГц.

Из стандартных значений для ПЭВ-1 выбираем медный проводник диаметром Наиболее заметно скин-эффект проявляется именно для толстых проводов, поэтому в качестве практической меры по борьбе с этим эффектом рекомендуется намотка провода в несколько проводников с меньшим диаметром.

— число проводников 1-ой обмотки

— число проводников 2-ой обмотки

2.4 Выбор сердечника и расчет числа витков W дросселя L1 (L2)

А — действующее значение тока через дроссель

— допустимая плотность тока

— допустимый коэффициент заполнения медью

— сечение провода

— площадь меди мкГн

— площадь поперечного сечения сердечника

— число витков Зададимся Тл По данному произведению из каталога фирмы Epcos выбираем Ш-образный ферритовый сердечник Е16/8/5 с готовым зазором:

— средняя длина магнитного пути;

— площадь поперечного сечения сердечника;

— площадь окна;

— данное значение удовлетворяет расчетному Определим число витков W и рассчитаем необходимую величину зазора д:

витков Для данного типа сердечника из каталога выбираем величину зазора, ближайшую к расчетному значению: — величина зазора из каталога

— площадь сечения провода

— диаметр провода Из стандартных значений для ПЭВ-1 выбираем медный проводник диаметром

2.5 Расчет емкости выходного конденсатора C_ВЫХ

Выходная емкость C_вых нужна для фильтрации переменных составляющих токов дросселей.

Расчет величины емкости выходного конденсатора проводится при максимальных пульсациях тока .

Коэффициент пульсаций максимален при минимальном рабочем цикле .

— максимальный коэффициент пульсаций.

А.

А Расчет максимально допустимого эквивалентного последовательного сопротивления для заданного размаха пульсаций выходного напряжения.

мВ Ом Минимальное значение емкости выходного конденсатора:

мкФ А

выпрямитель индуктивность дроссель конденсатор Исходя из полученных расчетов, для фильтрации выходного напряжения на высокой частоте из каталога фирмы Panasonic, выбираем алюминиевый электролитический конденсатор марки EEVTG1C331Q на 16 В со следующими параметрами:

С=330мкФ

ESR_max=0.03Ом

I_RMS=0.8A