Методика расчета силовой цепи (пример).

Исходные данные (таблица 2.1):

· U_ВХ (В) = 10В – входное напряжение;

· U_ВХ.Δ(%) =20% – отклонение U_ВХ ;

· U_ВЫХ (В) = 3,3В – выходное напряжение;

· I_ВЫХ (А) =3,5А – выходной ток.

1) Принимается ориентировочно КПД преобразователя (в диапазоне 0,85 ÷ 0,95): η=0,9 .

2) Допустимые пульсации выходного напряжения (В) – не более 2%:

ΔU_ВЫХ = U_ВЫХ ·0,02

3) Минимальное и максимальное значения относительной длительности (коэффициент заполнения) импульса напряжения на входе индуктивного фильтра:

(2 29)

(2 30)

4) Из условия сохранения режима непрерывности токов дросселя определяется его минимальная индуктивность:

(2 31)

Выбирается ближайшее большее значение L из стандартного ряда.

5) Вычисляется ёмкость конденсатора C по индуктивности и заданному значению пульсаций выходного напряжения:

(2 32)

Принимается к установке ближайшее большее значение C из стандартного ряда. В качестве фильтровых конденсаторов большой ёмкости выбираются электролитические (полярные) конденсаторы.

6) Амплитуда тока через конденсатор:

(2 33)

7) Среднее и амплитудное значения тока дросселя:

(2 34)

8) По значениям L, I_L.СР и I_L.M из справочной литературы выбирается типовой дроссель.

9) Ключевой элемент (транзистор) выбирается по максимальному току и допустимому напряжению с учётом частоты преобразования:

(2 35)

10) Блокировочный диод выбирается по максимальному прямому току и обратному напряжению с учётом частоты преобразования:

(2 36)

2.4.2 Повышающий импульсный преобразователь.

Схема (рис. 2.6) выполнена на тех же основных элементах, но имеет иное их сочетание: к источнику питания подключена последовательная цепочка из индуктивного накопителя энергии L1, диода VD1 и сопротивления нагрузки с параллельно подключенным конденсатором фильтра С1. Коммутатор S1 включен между точкой соединения накопителя энергии L1 с диодом VD1 и общей шиной.

При открытом ключе ток от источника питания протекает через катушку индуктивности, в которой запасается энергия. Диод VD1 при этом закрыт, цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии. Напряжение на сопротивлении нагрузки поддерживается благодаря запасенной на конденсаторе фильтра энергии. При размыкании ключа ЭДС самоиндукции суммируется с напряжением питания, запасенная энергия передается в нагрузку через открытый диод VD1. Полученное таким способом выходное напряжение превышает напряжение питания.

В отличие от схемы понижающего преобразователя, в «бустере» дроссель L1 не является элементом фильтра, а выходное напряжение становится больше входного на величину, определяемую величиной индуктивности L1 и значением коэффициента заполнения:

(2 37)

Методика расчета силовой цепи [1] (пример).

Исходные данные (таблица 2.1):

· U_ВХ (В) = 10В – входное напряжение;

· U_ВХ.Δ(%) =20% – отклонение U_ВХ ;

· U_ВЫХ (В) = 20В – выходное напряжение;

· I_ВЫХ (А) =3,5А – выходной ток.

1) Принимается ориентировочно КПД стабилизатора (в диапазоне 0,85 ÷ 0,95): η=0,9 (аналогично стр. 9).

2) Допустимые пульсации выходного напряжения – не более 2%:

ΔU_ВЫХ = U_ВЫХ ·0,02

3) Максимальное значение относительной длительности (коэффициент заполнения) импульса напряжения в силовой цепи:

(2 38)

4) Среднее значение входного тока преобразователя (ток дросселя):

(2 39)

5) Пульсации тока дросселя определяются, как часть (k_П = 0,3 ÷ 0,8) среднего тока:

(2 40)

6) Амплитудное значение тока дросселя определяется, как результат наложения тока пульсаций на средний ток:

(2 41)

7) Индуктивность дросселя:

(2 42)

8) По значениям L, I_L.СР и I_L.M из справочной литературы выбирается типовой дроссель.

(2 43)

(2 44)

11)Приблизительное значение максимального среднеквадратичного тока через конденсатор равно значению I_ВЫХ :

(2 45)

12)Минимальное значение ёмкости выходного конденсатора:

(2 46)

2.4.3 Инвертирующий преобразователь.

Схема содержит все то же сочетание основных элементов, но снова в ином их соединении (рис. 2.7): к источнику питания подключена последовательная цепочка из коммутатора S1, диода VD1 и сопротивления нагрузки Rн с конденсатором фильтра С1. Индуктивный накопитель энергии L1 включен между точкой соединения коммутатора S1 с диодом VD1 и общей шиной.

Работает преобразователь так: при замыкании ключа энергия запасается в индуктивном накопителе. Диод VD1 закрыт и не пропускает ток от источника питания в нагрузку. При отключении ключа ЭДС самоиндукции накопителя энергии оказывается приложенной к выпрямителю, содержащему диод VD1, сопротивление нагрузки Rн и конденсатор фильтра С1. Поскольку диод выпрямителя пропускает в нагрузку только импульсы отрицательного напряжения, на выходе устройства формируется напряжение отрицательного знака (инверсное, противоположное по знаку напряжению питания).