1160

Источник стабилизированного напряжения по схеме однотактного прямоходового преобразователя с активным ограничение напряжения на базе ШИМ-контроллера UCС2897

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет однофазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром. Расчет элементов преобразователя. Расчет трансформатора. Расчет обвязки микросхемы. Выбор конденсатора и расчет дросселя.

Русский

2013-01-18

286 KB

148 чел.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Рязанский государственный радиотехнический университет

Курсовая работа на тему:

«Источник стабилизированного напряжения по схеме однотактного прямоходового преобразователя с активным ограничение напряжения на базе ШИМ-контроллера UCС2897»

Выполнил: ст. гр. 8111 Тремиля А.А.

Проверил: Бардин А. И.

Рязань 2011

Исходные данные к работе:

Входное напряжение: 187-242 В, 50 Гц.. Выходное напряжение: постоянное напряжение 12В3%, ток нагрузки 0-20А, размах пульсаций выходного напряжения 200мВ.

Структурная схема преобразователя 

  1.  Расчет однофазного мостового выпрямителя с емкостным фильтром.

В – изменение входного напряжения.

Гц – частота питающей сети.

смс – период входного напряжения.

, А – выходные параметры преобразователя.

Пусть коэффициент полезного действия преобразователя равен 80%

Определим мощность преобразователя

Вт

Вт – активная мощность преобразователя

Загрузка по току в диодах входного выпрямителя и в емкости фильтра С1 наибольшая при минимальном UВХ. В то же время выбор этих элементов по напряжению нужно проводить при максимальном UВХ.

При мин. UВХ определим минимальную амплитуду входного напряжения Ummin.

В

Заменим нагрузку эквивалентным источником тока нагрузки IH.

Для расчетов необходимо задаться величиной пульсаций напряжения на емкости .

Пусть 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 Е24  выбираем ближайшую к расчетной величину емкости конденсатора С1=470мкФ.

Момент времени t1:

 откуда  

мс

В

Момент времени t2:

   В

- уравнение разряда конденсатора С1.

Решив это трансцендентное уравнение, получим:

t2=13.6мс

В

В – размах пульсаций.

Найдем действующее значения тока в емкости Ic1.

Исходя из полученных данных выберем конденсатор фирмы Epcos B43540 A5477M00 на 470мкФ и напряжением 400В, а в качестве диодного моста возьмем готовый KBPC104 (BR34) (Imax=3A, Uобр=400В).

Для ограничения пускового тока выберем NTC термистор SCK – 083

Его сопротивление 8 Ом (при Токр=25С), максимальный ток 3А.

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

Во время импульса управления  открыт транзистор VT1, к первичной обмотке (12) приложено входное напряжение. Это приводит к тому, что на вторичной обмотке (34) возникает напряжение . Такая полярность на обмотке (34) приводит к открыванию диода VD1, а диод VD2 при этом закрыт приложенным обратным напряжением.

- напряжение на вторичной обмотке трансформатора

  - коэффициент трансформации.

К индуктивности L1 приложено положительное напряжение, равное:

что приводит к линейному увеличению тока  со скоростью:

Во время паузы  транзистор VT1 находится в закрытом состоянии, ток  замыкается через открытый диод VD2, диод VD1 при этом заперт.

К индуктивности L1 приложено обратное напряжение, равное:

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

Найдем коэффициент трансформации при минимальном входном напряжении В, т.е. при максимальном коэффициенте заполнения.

- коэффициент трансформации

Определим минимальный коэффициент заполнения .

В результате коэффициент заполнения изменяется в пределах

Рассчитаем минимальное время импульса .

мкс

В результате длительность импульса изменяется в пределах мкс

Обратное напряжение на диоде VD2 равно  В

Диоды VD1 и VD2 выберем быстродействующие SF301 с В, А ,В .

Найдем величину индуктивности L1.

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

Найдем величину емкости С выходного конденсатора.

Выходная емкость C нужна для фильтрации переменных составляющих тока дросселя.

Расчет величины емкости проводится при . Максимальные пульсации тока в емкости равны 4А.

Пульсации на емкости не должны превышать  200мВ.

мкФ

Теперь необходимо найти ESR.

 

тогда мОм

Найдем действующее значение тока в емкости.  Для этого аппроксимируем  график изменения тока в емкости за период.

В результате получим что, на интервале от 0 до T/2 функция тока имеет вид: , а на интервале от Т/2 до Т

Исходя из полученных данных выберем конденсатор на 40В марки Epcos B41696 С=220мкФ, ESRmax=40мОм.

Расчет трансформатора

Найдем действующее значение тока в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

На рисунке изображен график тока во вторичной обмотке трансформатора. Аппроксимируем график и найдем действующее значение тока.

Повторим расчет для первичной обмотки трансформатора.

Найдем сечение провода первичной и вторичной обмоток

мм2

мм2

где  – допустимая плотность тока в проводнике

Найдем суммарную площадь меди трансформатора:

Площадь окна для меди:

, где Кз=0.2- коэффициент заполнения

Так как перемагничивание сердечника трансформатора происходит по  частному циклу, то зададимся:

Тл

– площадь поперечного сечения сердечника

На интервале времени

Найдем произведение .

Исходя из полученных данных выберем кольцевой сердечник фирмы Epcos габаритами 40x24x16. В справочнике найдем площадь сечения сердечника и посчитаем площадь окна  для намотки меди.

м2

м2

м4

Так как полученное значение больше необходимого нам, то этот сердечник нам подходит.

Найдем число витков:

витков

витков

Найдем глубину проникновения тока в проводнике на частоте 100кГц:

, где f- частота, МГц; -удельная проводимость меди;

- магнитная проницаемость материала

мм

Выберем провод диаметром мм

Диаметр провода выберем из стандартных значений, провод ПЭТВ-2 диаметром 0.425 мм, и сечением 0.14мм2.

Найдем число проводов первичной и вторичной обмоток:

– число проводников 1-ой обмотки

– число проводников 2-ой обмотки

Расчет дросселя.

А .

мкГн

Тл

– число витков

Найдем произведение .

Выберем «Ш»-образный сердечник с зазором фирмы Epcos B66325 E42/21/20 и каркас для него.

мм2

мм2

мм4

Так как полученное значение больше необходимого нам, то этот сердечник нам подходит.

Определим число витков W и величину зазора δ:

витков

мм

Необходимый зазор получим путем соединения двух «Ш»-образных сердечников с зазорами 0.5мм и 0.15мм.

3.Расчет обвязки микросхемы.

Микросхема UCC2897 выглядит следующим образом:

Зададимся задержкой сигнала 190нс.

По формуле из описания микросхемы найдем величину резистора Rdel

Найдем величину частотозадающих резисторов RON и ROFF

Питание микросхемы происходит от напряжения питания +15В, которое подается на контакт Vdd.

На контакт CS подается сигнал с узла обратной связи для контроля выходного напряжения.

Рассчитаем цепь обратной связи.

Внутри микросхемы TV431 имеется встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт.

Из схемы видно, что на вход микросхемы TL431 включен делитель напряжения из резисторов R1 и R2, резистор R3 ограничивает ток светодиода.

На резисторе R2 нам необходимо иметь 2.5В, на R1 (12-2.5=9.5В). Зададимся R2=15кОм, тогда R1=3.8R1=57кОм.

Выберем оптрон SFH690BT. Ток через него не должен превышать 35мА, поэтому R3=9.5/0.035=270 Ом.

Контакт SS/SDустанавливает время плавного пуска и остановки(10мс).

Напряжение на закрытом силовом транзисторе равно 684В.

Для защиты транзистора от перенапряжения, вызванное индуктивностью рассеяния трансформатора, используем схему защиты (активный кламп). Она так же необходима для перемагничивания силивого трансформатора.

Максимально напряжение на емкости равно

Выберем конденсатор К50-35 имп. 470 мкФ х 450В.

В качестве VT1 и VT2 выберем n-канальные транзисторы IRFI840G на 500В и максимальным током 5А. Поставим драйвер управления транзисторами на микросхеме IR2110. Ее схема приведена ниже.

Найдем величину C

Выберем конденсатор К-10-17 0.22 мкФ, 25В; и диод КД629АС9.


Выпрямитель с емкостным фильтром

Силовые ключи

Выпрямитель

Обратная связь

икроконтроллер UCC2897

Оптическая

развязка

Вход 220В, 50 Гц

Выход 12В

2

-2

ic

10

5

t, мкс

T

i34

t

tи

Т

22

18

i12

t

tи

Т

2.4

1.8


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14320. Внутрішній фотоефект у напівпровідниках 58 KB
  Лабораторна робота № 12 Внутрішній фотоефект у напівпровідниках Мета роботи: експериментально встановити залежність опору напівпровідника від величини падаючого на нього потоку електромагнітного випромінювання та визначити чутливість фото резистора. Прилади та о...
14321. Визначення опору методом мостової схеми 63 KB
  Лабораторна робота №3 Визначення опору методом мостової схеми Мета роботи: Вивчити метод мостової схеми і визначити невідомі опори цим методом. Прилади і приналежності: відомий опір R=470 Ом невідомі опори Rx1 Rx2 Rx3; реохорд і гальванометр нульіндикатор; джерело по...
14323. Визначення магнітного поля колового струму і визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі 67 KB
  Лабораторна робота №7 Визначення магнітного поля колового струму і визначення горизонтальної складової напруженості магнітного поля Землі Мета роботи: Визначити залежність магнітного поля колового струму від сили струму радіуса кільцевого провідника і числ
14324. ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ 107.5 KB
  ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 9 ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТІ ОПОРУ НАПІВПРОВІДНИКІВ ВІД ТЕМПЕРАТУРИ Мета роботи: Дослідним шляхом встановити закон зміни опору напівпровідника при його нагріванні визначити ширину забороненої зони і концентрацію зарядів у напівпровідник
14325. ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ. Принцип роботи, типи, будова електровимірювальних приладів, похибки вимірювань. Техніка безпеки 203 KB
  Методичні рекомендації Для виконання лабораторних робіт з фізики ЕЛЕКТРИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ Принцип роботи типи будова електровимірювальних приладів похибки вимірювань. Техніка безпеки. для студентів спеціальностей 6.010100професійне навчання 6.091900 мех
14326. ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. ЗМІННИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. 2.08 MB
  Методичні рекомендації з дисципліни ФІЗИКА Модуль 5 Електромагнетизм. змінний електричний струм. Для студентів напряму підготовки: 6.010104 професійна освіта 6.100202 – процеси машини та обладнання в агропромисловому виробництві. 6.100101 енергетика
14327. ЕЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ 2.49 MB
  Методичні рекомендації з дисципліни ФІЗИКА Модуль 4 Електростатика. Постійний електричний струм Для студентів спеціальностей: 6.010100 – професійна освіта 6.091902 механізація сільського господарства 6.091901 енергетика сільськогосподарського виробницт...
14328. Вимірювання фізичних величин та обробка результатів 30 KB
  Лабораторна робота №1 Вимірювання фізичних величин та обробка результатів Мета даних методичних рекомендацій допомогти студентам у виконанні лабораторних робіт з фізики підвищити ефективність і зміст цих робіт сприяти кращому засвоєн...