Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 9

2. Выходная мощность 48 Отсюда коэффициент х р использования трансформатора йтр = Ргаб/Рвых = 1,11, что является хорошим показателем и важным достоинством схемы. Обратное напряжение на каждом диоде т.е. меньше, чем в схеме с выводом средней точки. Выпрямленный ток в мостовой схеме проходит через два последовательно включенных диода, что приводит к увеличенному падению напряжения. В связи с этим возрастает также сопротивление фазы выпрямителя где г р — активное сопротивление обмотки трансформатора; гугг— сопротивление диода.

Увеличение сопротивления фазы приводит к увеличению угла отсечки диода и выходного сопротивления выпрямителя. При низких выходных напряжениях падение напряжения на диодах оказывает существенное влияние на КПД выпрямителя. Пример расчета выпрямителя Необходимо рассчитать выпрямитель со следующими параметрами: входное напряжение 220 В однофазного тока частоты 50 Гц; выходное напряжение 24 В постоянного тока 1,6 А; емкость нагрузки С = ЗЗО мкф; козффициент !гв пульсаций выходного напряжения не более 0,05. Порядок расчета. 1. Сопротивление нагрузки Раых = Увых1вык = 24 ° 1,6 = 38,4 Вт. 3. Учитывая, что значение выходного напряжения более 10 В, выходная мощность сравнительно невысокая и требования к пульсациям выходного напряжения достаточно жесткие, выбираем мостовую схему выпрямления.

4. Определяем характер нагрузки выпрямителя. Для этого оценим минимальную емкость конденсатора, при которой пульсации выпрямленного напряжения не Будут превышать заданного значения. Для двухфазных схем выпрямления воспользуемся зависимостью, погрешность которой при значениях коэффициента к ( О,!2 не превышает 10 %: Сыы = 10 /1.Ив) = !О~/(50. 15) = 1333 мкф. Поскольку заданная в схеме емкость 330 мкФ меньше минимально необходимой для ограничения пульсаций, то необходимо применить БС-фильтр.

В этом случае нагрузка выпрямителя будет иметь индуктивный характер. 5. Выпрямленный ток, проходящий через один диод мостовой схемы, в 2 раза меньше тока нагрузки; Выбираем диод типа 2Д202В, который обеспечивает следующие характеристики: прямой ток до 1,25 А при Т = +65'С без теплоотвода; обратное напряжение до 100 В; порог выпрямления Увар — — 0,4 В; прямое падение напряжения Г/вр — — 0,55 В при Т = — 60'С и токе 1,25 А; обратный ток 0,3 мА при Т = +65аС и частоте выпрямленного тока 50 Гц !3]. Сопротивление диода (~'вр Г!вар)//вр = (0,55 — 0,4)/1,25 = 0,12 Ои 6.

Определяем ориентировочные значения индуктивности рассеяния Ьэ и активного сопротивления г р трансформатора, приведенные ко вторичной обмотке, а также выбираем активное сопротивление обмотки дросселя. Принимаем максимальное значение индукции в магнитопроводе трансформатора равным 0,9 Тл.

Тогда 5 1О-з вых а вых1вых Хвык/Вха /Вка 24 „24 1,6 16 50 1Ч50 09 ' ' гц х/аых, /Вы г,р— ' 1.ых/В Г/,.„1.„„= 3,5.24, 50 0,9 1,6 50 0,9 1/ 24 1,6 Активное сопротивление обмотки дросселя принимаем равным 3,5 Ом. 1 Ез —— т/21и р = 1„,х = 1,6 А. Уз = 33,1 1,11 = 36,74 В. 1кп = Я~«(пт)/2п/. Е кг — ж 15 0,332/(2тт50) = 0,0159 Гн. 1, = тУ(тл)/(2т/) С1сп. 1спт = — — = 0,666/13,5 = 0,0494 2 1 3 зсспп 50 51 7. Определяем входное сопротивление выпрямителя и напряжение Укх холостого ада Пвых = гтр12гттр + тп/Ез + гв — — 121+ 2 012+ +' 50. 1,6 10 з+ 3,6 = 5,21 Ом; Укк = Ув,х+ 2У„~+ Е~ы„Я „= 24+2 0,4+ 1,6 5,21 = 33,1 В. 8.

Определяем нпряжение на вторичной обмотке трансформатора: У2 = Уххсз где к коэффицивт, определяющий использование обмоток трансФоРматора и Разньзй1,11; 0,855 и 0,74 для числа фаэ тп выпрямителя, равного 2; 3 и 5 сопветственно. В рассматриваетсм случае гп = 2, поэтому 9. Определяем яитическое значение Екр индуктивности дросселя, при котором минимаьный выпрямленный ток равен нулю: Коэффициент 1(тп) определяется значениями 0,332; 0,083 и 0,01 длЯ числа фаз гп йвного 2; 3 и 5 соответственно. В нашем случае чя = 2 и коэффициезт «(тп) = 0,332.

С учетом сказанного имеем 10. Определяем вндуктивность дросселя, которая обеспечивает заданный уровень пулсаций выходного напряжения: функция ту(тп) этя числа фаэ тп = 2; 3 и 6 равна 0,169', 0,0284 и 0,00162. В нашем стучае для тп = 2 имеем Е = 0,16/(2т50)э 330 10 э 0,05 = 0,104 Гн. С учетом запасзпринимаем Е, = 0,16 Гн. Выбираем дроссель типа Д44 с номинальнып током 1,6 А. 11, Определяепкритический ток нагрузки 1хр для выбранной индуктивности дроссетл; з и т( зк ) зз,зт( ' зз,зз)= °,зпз. /2т/Ь 'т 12л50 0,16 «(тп) ~ ' ~, 0,332 12. Определяем действующее значение тока диода для значения выходного тока 1, х» Екр. Епр = 1вых/,/тп = 1,6/т/2 = 1,131 А. 13. Действующее значение тока вторичной обмотки 14.

Действующее значение рабочего тока первичной обмотки Ет = пЕз = УзЕз/Ут — — 36,74 1,6/220 = 0,267 А. 15. Определяем габаритную мощность трансформатора 1'звв = Уэ Ез = 36,74 1,6 = 58,78 В . А. 16. Определяем выходное напряжение при холостом ходе: Увык хх = ЯУз = т/2 36,74 = 51,96 В. Такое же значение имеет напряжение на конденсаторе фильтра и обратное напряжение на диоде.

17. Коэффициент снижения пульсаций фильтром ксп и — — (4т1) Е С вЂ” 1 = (4т50)г0,104 ° 330 . 10 е — 1 — Г3 5 18. Коэффициент пульсаций выходного напряжения на частоте первой гармоники достаточно близок к заданному значению 0,05. Особенности работы выпрямителей при прямоугольной форме входного напряжения Выпрямление прямоугольного напряжения имеет место в выходных каскадах источников электропитания на базе инверторов. При повышенной частоте преобразования инверторов (десятки килогерц) проявляются в значительной степени инерционные свойства диодов. В момент И~Я Н а! Рис.

г.в. Схема однополупериодного выпрямителя и диаграммы работы при входном напряжении прямоугольной формы Рис. г т. Схема двухполупериодного выпрямителя и диаграммы работы при входном напряжении прямоугольной формы коммутации напряжения диоды становятся проводящими в обоих направлениях в течение части раБочего полупериода. Такое явление не имеет места при напряжении синусоидальной формы. На рис.

2.6,а-д приведены схема однополупериодного выпрямителя с активной нагрузкой и диаграммы изменения токов и напряжений при входном напряжении прямоугольной формы. Если в момент 1 = 0 установилось скачком напряжение положительной полярности, то ток гуп через диод начинает нарастать с задержкой в течение времени 1э. В атом интервале времени к диоду приложено максимальное значение входного напряжения. В процессе увеличения тока через диод до значения тока нагрузки напряжение на нем уменьшается до прямого падения напряжения Упр.

Диод находится в открытом состоянии до момента, когда полярность входного напряжения изменится на обратную. После смены полярности входного напряжения ток через диод также изменит полярность на противоположную. При этом напряжение на диоде 77уп снижается до нуля и после завершения процесса рекомБинации неосновных носителей в диодной структуре увеличивается до значения входного напряжения. В течение времени восстановления обратного сопротивления диода в нем выделяется наибольшая мгновенная мощность (рис.

2.6,8). Инерционные свойства диодов являются причиной уменьшения выходного напряжения и увеличения действующего значения тока через диод. С повышением частоты переменного напряжения указанные изменения проявляются в большей степени. Кроме того, повышение частоты приводит к росту потерь Р, в выпрямителе и, следовательно, сн и жени ю его К ПД. Рассмотрим работу двухполупериодного выпрямителя на активно- индуктивную нагрузку при прямоугольной форме входного напряжения (рис. 2.7,а-д).

В этой схеме ток открытого диода изменяется незначительно в течение полупериода. После смены полярности входного напряжения закрывающийся диод в связи с инерционностью, определяемой временем рекомбинации неосновных носителей, остается в течение некоторого времени в открытом состоянии, Это приводит к прохождению большого обратного тока через закрывающийся диод. Независимо от характера нагрузки выпрямителя инерция диодов приводит к прохождению через них прямых и обратных коммутационных токов, в результате чего увеличиваются потери мощности в выпрямителе с повышением частоты выпрямляемого напряжения, В случае активно-емкостной нагрузки усиливается влияние инерции диодов на уровень пульсаций выходного напряжения выпрямителя.