курсас - комаров (995097), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

тогда

Рассчитаем потери:

Вт

относительные потери мощности

(1.34)

Из расчета видно, что потери получаются очень большими – 42%. Чтобы их снизить необходимо, уменьшить время включения и выключения ключа. Для этого необходимо увеличить ток, подаваемый на затвор ключа, чего мы и добиваемся, используя драйвер.

Выбираем драйвер EL7158 фирмы “INTERSIL”

Технические данные драйвера:

максимальный пиковый ток – 12А

максимальное время задержки – 12нс

напряжение питания – 12В

максимальное входное напряжение – 12В

максимальное выходное напряжение – 12В

Временная диаграмма драйвера представлена на рис.1.5.

Рис. 1.5.

1.8. Выбор ключа

Для правильного выбора управляющего ключа необходимо рассчитать потери мощности на нем. Суммарные потери на ключе складываются из статических и динамических потерь.

Причинами динамических потерь являются:

а) относительно большая входная емкость полевого транзистора, которая оценивается минимальным зарядом Qgate, который необходимо сообщить транзистору для его включения.

б) выходная емкость транзистора Coss

в) потери при замыкании и размыкании ключа.

Причиной статических потерь является конечное сопротивление ключа в замкнутом состоянии (Rds_on).

Выберем силовой ключ IPW60R045CS фирмы “Infineon” со следующими характеристиками:

Vdss = 600 В – максимальное напряжение на ключе

Rds_on = 0.045 Ом – сопротивление в замкнутом состоянии

Id = 60 A – максимальный ток

Qgate = 190 нКл – минимальный заряд включения

C_o(er) = 310 пФ – эквивалентная выходная емкость по энергии

Расчёт динамических потерь:

а)

(1.35)

Qgate – минимальный заряд включения

Vgаte – напряжение на затворе ключа

fs – частота переключения полученная из (1.18)

Вт

б)

(1.36)

C_o(er) – эквивалентная выходная емкость по энергии

Voff – напряжение на ключе в разомкнутом состоянии

fs – частота переключения

Вт

в)

(1.37)

Ipk_max –максимальный ток через ключ

время включения, выключения ключа

Id_pk- максимальный пиковый ток драйвера

C

В

Из полученного результата видно, что потери при использовании драйвера намного меньше, нежели без него, которые были рассчитаны выше.

Расчёт статических потерь:

(1.38)

действующее значение тока Io_rms определим из рис. 1.2.

(1.39)

А²

определим статические потери

В т

Рассчитаем суммарные потери на ключе:

(1.40)

В т

Относительные потери на ключе:

(1.41)

%

1.9. Выбор выходного диода

Выходной диод должен обладать очень малым временем рассасывания. Если оно велико, то возникают большие потери в управляющем ключе. Они возникают в тот момент, когда управляющий ключ открыт, а выходной диод еще не успел закрыться, при этом через ключ протекает большой ток из-за малого омического сопротивления ключа.

Решением данной проблемы является диод Шоттки, который принципиально не имеет времени рассасывания.

Для данной схемы был выбран диод Шоттки SDT12S60 фирмы “Infineon”.

со следующими характеристиками:

trr = н/а – время рассасывания диода

I_RMS = 17 А – действующее значение тока через диод

Vr = 600 В – максимальное допустимое обратное напряжение на диоде

Расчёт потерь мощности в диоде

V_F = 2.1 В ( при I_F = 12A, T_J = 150 ºС )

где V_F – максимальное прямое падение напряжение на диоде при максимальном постоянном токе I_F и максимальной температуре кристалла T_J

мощность потерь на диоде находим по следующей формуле:

(1.42)

где:

Udo - напряжение отпирания полевого транзистора

icp - средний ток за период в диоде

Irms - действующий ток через диод

rd - сопротивление диода в проводящем состоянии

найдем напряжение Udo из вольтамперной характеристики диода, показана на рис. 1.6, предполагая, что температура кристалла 150°С.

Рис.1.6.

Udo ≈ 0.7 В

найдем сопротивление диода в проводящем состоянии

rd = (V_F – Udo)/ I_F (1.43)

rd = (2.1 – 0.7)/ 12 = 117 мОм

средний ток за период в диоде тождественно равен току нагрузки In,

сделаем допущение, что КПД = 100%, тогда

(1.44)

найдем действующий ток

по определению действующий ток определяется из выражения

(1.45)

решая для тока диода см. рис. 1.2, получаем

(1.46)

А²

Вт

относительные потери мощности на диоде

(1.47)

1.10. Подсчет КПД повышающего регулятора

Тогда КПД повышающего регулятора напряжения

η = 100-1.5 ≈ 98.4%

1.11. Тепловой расчет

Так как на полупроводниковых элементах схемы (ключевые транзисторы и диоды Шоттки) выделяется большая мощность, следовательно их необходимо охлаждать. Для этого используем пассивный способ охлаждения с помощью радиатора UE 6/200 фирмы “Semikron”.

Подробный расчет смотри Приложение 3.

1.12. Компараторы

В схеме присутствуют два компаратора: в цепи обратной связи по току (компаратор Ki) и в цепи обратной связи по напряжению (компаратор Ku), см. рис.1.4.

Схема триггера Шмидта реализована на компараторе LM311 фирмы

“National Semiconductor”.

Компаратор Ki отслеживает ток дросселя и, в зависимости от установленных нами порогов срабатывания и отпускания, управляет силовым ключом S (см. рис.1.4).

Схема компаратора приведена на рис. 1.7.

Рис. 1.7.

где:

LEM – бесконтактный датчик тока (далее LEM)

Uo – среднее значение напряжение, пропорциональное среднему току дросселя Io, который через LEM и токосъемный резистор R_L преобразуется в напряжение Uвх (см. рис.1.3.).

R_L – токосъемный резистор, который подсоединяется к LEM.

Uot – напряжение отпускания компаратора

Uop – напряжение срабатывания компаратора

Компаратор Ku отслеживает напряжение на нагрузке и, в зависимости от установленных нами порогов срабатывания и отпускания, запрещает или разрешает работу компаратора описанного выше. Схема компаратора приведена на рис. 1.8.

Рис. 1.8.

Подробный расчет компараторов смотри приложение 4.

Глава 2.

Понижающий регулятор напряжения

2.1. Принцип работы понижающего регулятора напряжения

Импульсный регулятор понижающего типа со свободной частотой (free fricuency) выполняется по структурной схеме на рис.2.1.

S

Рис.2.1.

Временные диаграммы, поясняющие работу регулятора в режиме непрерывных токов в дросселе в установившемся режиме, показаны на рис. 2.2.

Работа регулятора заключается в следующем. Когда регулирующий ключ S замкнут, энергия от источника питания E передается в нагрузку через дроссель L, в котором накапливается энергия. Диод VD при этом находится в закрытом состоянии. Ток на нагрузке в этот промежуток времени увеличивается, и напряжение на выходе Vout постепенно возрастает. На этом интервале времени (to≤ t≤ t1), см. Рис. 2.2, ток в дросселе продолжает нарастать до значения определенным верхним порогом срабатывания компаратора Кi (I=Io+Δi).

Как только ток превысит этот порог (Io+Δi), компаратор размыкает регулирующий ключ S (t=t1+dt), накопленная в дросселе L энергия через диод VD передается в нагрузку. При этом ток через дроссель уменьшается. см. Рис.2.2 (t1≤ t≤ t2), и напряжение на выходе Vout понижается. Ток через дроссель уменьшается до тех пор, пока не достигнет значения определенным нижним порогом срабатывания компаратора Кi (I=Io-Δi).

Как только ток уменьшится ниже (I=Io-Δi), компаратор замыкает регулирующий ключ S (t=t2+dt), и цикл повторяется.

2.2. Детальный анализ работы понижающего регулятора

Делаем допущения, как и для повышающего регулятора:

- источник входного напряжения имеет нулевое внутреннее сопротивление и представлен идеальной ЭДС, значение которой равно Е.

- время переключения ключей пренебрежимо мало по сравнению с временем их включенного состояния

- пульсации напряжения на выходе регулятора малы по сравнению со средним значением выходного напряжения

Рассмотрим промежуток времени to≤ t≤ t1 (ключ замкнут):

при допущении, что внутреннее сопротивление источника входного напряжения и активная составляющая сопротивления дросселя равны нулю, на этом интервале времени уравнение имеет следующий вид

(2.1)

решение для тока на интервале времени to≤ t≤ t1, учитывая начальные условия

(2.2)

где

Io - среднее значение тока

Δi – амплитуда пульсаций тока дросселя

имеет следующий вид

(2.3)

к концу интервала при t=t1

(2.4)

откуда находим время ключа в замкнутом состоянии

(2.5)

Характеристики

Список файлов учебной работы