Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Табл и ца 3. 9 Основные параметры диодон Шотки Тип диода (шифр темы) Прямои ток, А Обратное напряжение, В Прямое нап- ряжение, В Тип корпуса 2Д255(А-5, Б-5, В-5) (Барьер-24) 60...100 0,9 Бескорпусной Барье -28 П-1) 10 40... 60 0,7 КТ-28 (Барьер-27 П-1) 10 80...100 0,85 КТ-28 (Барьер-36) 20 40...60 0,75 КТ-28 2Д252(А,Б,В) (Барьер-20К) 30 80...120 0,95 2Д252(А-5, Б-5, В-5) 30 80...120 0,95 Бескорпусной По мере повышения рабочей частоты преобразователей повышаются требования к частотным свойствам диодов выпрямителей.
Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют диоды Шотки (табл. 3.9). При выпрямлении токов до 30 А в цепях электропитания с напряжением 5 В широкое применение находят диоды типа 2Д2998 (табл. 3.10). Они отличаются малым падением напряжения при прямом токе (17пр < 0,68 В) и сравнительно широким диапазоном рабочих частот (до 200 кГц).
Эти диоды допускают параллельную работу, поэтому выпрямленный ток может быть увеличен параллельным включением любого числа диодов без применения выравнивающих компонентов. При этом суммарный средний прямой ток через диоды не должен превышать 0,7 от суммы максимально допустимых значений средних прямых токов для соответствующей температуры корпуса. Диоды 2Д2995 применяются при обратном напряжении от 50 до 200 В в зависимости от исполнения при токе до 25 А. Предельная Рабочая частота составляет 200 кГц. Таким образом, диоды 2Д2995 и 2Д2998 могут быть использованы в схемах выходных выпрямителей при рабочей частоте инвертора до 100 кГц.
В табл. 3.10 приведены также характеристики диодов типа 2ДЧ103. Зарубежные аналоги этих диодов в литературе называют Н18п еП1с1епсу п11га Газе или Еосе-1озц т.е. высокоэффективными сверхбыстродействующими или с низкими потерями. При токах 100 и 125 А импульсное прямое напряжение нормируется значением 1,2 В (фактически это напряжение не превышает 0,9 В). В схемах выпрямления источников электропитания на базе инверторов часто применяется электрическое соединение диодов со сторо ны катодов, поэтому в качестве выходных выпрямителей используют 140 Средняя мощность тепловых потерь Р,р за промежуток времени Хдхвасабр ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ Иэ УРаВНЕНИЯ Рср = — 1прнУл (г/гф) Й = 7прдУл/ ' '" ' '", (3.3) ср — Т прн л 21ф где Т вЂ” период следования импульсов тока через диод.
Число диодов, перешедших в режим лавинного пробоя, определяется напряжением У, приложенным к столбу, При У = У мощность тепловых потерь последовательно соединенных диодов вос абр пэвх вас обр пнп э~ 1г (3.4) гф С учетом зависимостей свосабрп|вх свособрпнн = ххэвособр~ (свасобр тех + свасабр пнп)/2 гвосабрср| ГДЕ 1,о„,бр,р — СРЕДНЕЕ ВРЕМЯ ВОССтаНОВЛЕНИЯ, ПОЛУЧИМ р у у/ вас абрср вас абр схг (3.5) 1ф После окончания первой фазы восстановления при переключении диода из прямого направления на обратное он переходит в режим лавинного пробоя, поэтому максимальное значение времени восстановле- ниЯ 1васобр мвх можно пРинЯть Равным длительности его пеРвой фазы: твосабр! = [0,5 О,ззехр( тфд/гэф)]тэф, (3.6) где гфд — длительность фронта, отнесенная к одному диоду; т,ф— эффективное значение времени жизни неосновных носителей.
С учетом уравнения (3.6) зависимость (3.5) принимает вид Рср [0,5 0,33 ехр( гфд/тэф п1вх)]гэф п1вх х /прнУ/ 1ф х 0,5г1тэф О,ЗЗ[тэф твхехр( — гфд/гэф пэвх) (3.7) — т,ф пбп еХР(-1ф„/г,ф „„„)! В режиме переключения номинального тока значение г,ф можно ПРИНЯТЬ РаВНЫМ ЗНаЧЕНИЮ гвас бр. В ЭТОМ СЛУЧаЕ ПРИ ДЛИтЕЛЬНОСтИ фронта 1ф де гэф = 0,3 мкс (характерной для диодов типа 2Д226) выделяемая в столбе мощность Рср = 5 10 1прнУ/~1вособр ' (3 8) Таким образом, по известной разности промежутков времени восстановления можно определить мощность тепловых потерь. Выражение (3.8) позволяет также решить обратную задачу: по заданному значению Рср опРеделить г.'хсвас бр и осУществить выбоР типа диодов. 144 В.4.
Дроссели При невысокой частоте переменного тока дроссели выполняются с магнитопроводом из трансформаторной стали. Для предотвращения насыщения магнитопровода в нем предусматривают немагнитный зазор, оптимизация которого позволяет получить минимальные массу и размеры дросселя.
Подобный дроссель можно приближенно считать индуктивностью с линейной характеристикой в широком диапазоне изменений максимального значения переменного напряжения, Такое допущение нередко принимают при расчетах дросселей с магнитопроводами без зазора из Мо-пермаллоя или феррита. Однако при отсутствии зазора индуктивность дросселя существенно зависит от тока подмагничивания и максимального значения переменного напряжения.
Поэтому при работе дросселя без зазора получается завышенная ошибка в оценке переменной составляющей тока и диапазона непрерывных токов дросселя. Рассмотрим методику расчета дросселя [6], обеспечивающую приемлемую точность оценки его параметров. При расчете принимается условие, что дроссель включен в цепь высокочастотного источника электропитания и к нему приложено переменное напряжение прямоугольной формы. По обмотке дросселя проходит также постоянный ток (ток подмагничивания). Выходной вывод дросселя подключен к конденсатору настолько большой емкости, что переменным напряжением на нем можно пренебречь.
Следовательно, включение дросселя в цепь должно ограничить пульсации тока до заданного уровня, а также обеспечить необходимый диапазон изменений тока подмагничивания, не приводящий к появлению разрывного тока в дросселе. При этом масса и объем дросселя должны быть возможно минимальными. С целью упрощения аналйза свойства магнитопровода описывают кривой намагничивания. При этом удобнее аппроксимировать не кривую намагничивания, а обратную ей зависимость напряженности поля от индукции.
Прямолинейный участок зависимости Н от В можно представить следующим образом: Н = Н„(В/В,), (з.9) где ̈́— нормирующее значение напряженности поля; Вс — индукция насыщения, а дальнейший изгиб и стремление к Бесконечности при В э Вз учитывается введением в формулу (3.9) так называемой формирующей функции р(В/Вз): Н = Н„(В/Вз)р(В/Вз).
(3.10) Для магнитодиэлектриков типа Мо-пермаллоев может быть использована формирующая, функция у„в гэ(В/Вз) = 1/ соз [ — — г), 145 бааз Вл бллл (3.11) и в отрицательной части периода' В(1) = В, — В„~ 12(Ю вЂ” т) т <1 < г+в. Н- = ТвИ'/1, У+ 2г У 23 4ЯИг Т 4Н~Иг Т ' (3.13) В,в „= Вв+ Ви а Вввв = Вз Вм г' 21 В(1) = В.+ В„~ — — 1 г (3.12) 146 147 Таблица 3.12 Значения коэффициентов аппроксимации магнитопроводов дроссепей с учетом которой аппроксимирующая зависимость (3.10) принимает вид Значения коэффициентов аппроксимации Н„и Вл некоторых магнитодиэлектриков приведены в табл. 3.12.
Рабочий режим дросселя задается максимальным значением и частотой приложенного к дросселю переменного напряжения, а также максимальным значением тока подмагничивания. В качестве показателей качества дросселя принимаются его масса, объем, пульсации тока, диапазон изменения тока подмагничивания, не приводящий к разрывности полного тока, омическое сопротивление обмотки дросселя.
Рассмотрим работу дросселя, когда к нему приложено переменное напряжение прямоугольной формы с частотой 7, длительностью положительной части периода г и отрицательной части периода в'. Пусть У+ и У вЂ” максимальные значения напряжения положительной и отрицательной частей периода. Изменению напряжения от У+ и У соответствует изменение индукции в магнитопроводе по линейному закону. В положительную часть периода индукция увеличивается от Вмьт до Вмьх, в отрицательную часть периода снижается от Вю „до В„;;„ (рис. 3.24,а). Если Вз — постоянная составляющая магнитной индукции, а В„ — максимальное значение переменной составляющей, то В соответствии с рис. 3.24,а нарастание и спадание магнитной индукции описывается выражениями в положительной части периода: Рвс. З.24. Кривые изменения магнитной индукции (а), намагничивания (6) и напряженности мзгнитного поля в магнитопроводе дросселя (в) В отличие от индукции напряженность магнитного поля нарастает и спадает,по нелинейному закону в связи с формой кривой намагничивания, показанной на рис.
3.24,б. Поэтому напряженность магнитного поля Нв, соответствующая индукции Вз, меньще напряженности Н-, создаваемой постоянной составляющей тока дросселя 1, и равной где Иг — число витков обмотки дросселя; ! — длина средней магнитной линии. Максимальное значение переменной составляющей индукции определяется зависимостью где Т вЂ” длительность периода, 1/Гц; Я вЂ” площадь сечения магнитопровода, м; И' — число витков обмотки дросселя.
3. Отсюда У+ 2т 47ЯВ„Т ' 1»в 1сГ+(2г/Т) 1 /Нн Вс (3.18) гг — =-1 Н(!)(!. о 1дУЧ 1 <~~ ! гИВ.!л ь НнВ, /! -1д» В/В, И 2Вн»В;.1В» ( в») ° В соз ~--т) 2 В» !гп — (!/210!У)(%пах Нппп). (3.19) (3.15) И' = Г+(2г/Т)/2ЯВз(х — у). (3.22) х = Выпи/Вя у=В гп/В,~ !т' = гп/(х — у)з, (3,23) 149 148 В соответствии с рис.
3.24,в постоянная составляющая напряженности магнитного поля Заменим переменную интегрирования Н(!) на В(!). Из выражения (3.12) определим производную ИВ/й и соответственно пределы интегрирования. Тогда с учетом аппроксимации (3.11) получим Эллиптический интеграл (3.15) может быть вычислен по таблицам [7). В нормальной форме он имеет вид 1 ~а~ н ~ в(а — ) — у(аппп,у), ( 1 ) где Р(а, 1/~/2) — эллиптический интеграл первого рода от аргумента а кхз~ с модулем 1/т/2; а „= агсьбп т/2з1п~~хТ( — аргумент при максимальной магнитной индукции; а Ы = вгсьбп -„12з(п ~~2- р у — а г мент при минимальной магнитной индукции; — относительные значения максимальной и минимальной индукций. Определим объем магнитопровода Щ = У из уравнения (3, ) (3,15) с учетом зависимости (3.14): УН»Вз Т 2т/2[У(агпн», 1/ъГ2) Р(аппп 1/~/2)) Таким образом, объем магнитопровода дросселя зависит от условий его работы, материала магнитопровода и режима намагничивания.
С целью упрощения анализа работы дросселя вводится так называемый параметр режима работы гп = 2тГ2[Р(а„,нн, 1/Я) — Г(анин, 1/тГ2))/х, в результате чего упрощается выражение для объема магнитопровода: Пульсации тока дросселя определяются коэффициентом Йп: 1п = (1пнх 1ппп)/21а. Коэффициент пульсаций можно также найти по протяженности рабочего участка на кривой намагничивания: С учетом зависимости (3.13) уравнение (3,19) приводится к виду 2/В,„Н„н' ~ х »,»пни <„снн),г;.нгру После подстановки в уравнение (3.20) зависимости (3.18) получим соотношение для оценки коэффициента пульсаций: х у 1и = (х — у) — — (3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
