Понижающий импульсный преобразователь напряжения. Выбор силового ключа - биполярного транзистора. Ограничение, защита от перегрузок, большого тока

Как сконструировать понижающий импульсный источник питания. Шаг 2. Как выбрать мощный биполярный транзистор. Как реализовать защиту от перегрузки по току (10+)

Понижающий импульсный преобразователь напряжения. Проектирование. Расчет - Шаг 2

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Электролитические конденсаторы обладают неприятным свойством. Они хорошо работают только на низких частотах. По мере роста частоты конденсатор перестает вести себя, как конденсатор, а больше начинает напоминать резистор. Для обычных оксидных конденсаторов эта частота - от 1 до 5 кГц, для танталовых - от 10 до 15 кГц. Эта частота приводится в справочниках, также в справочниках может быть приведено значение ESR - паразитного сопротивления, которое как бы подключено последовательно с конденсатором, то тогда граничную частоту можно вычислить по формуле:

[Граничная частота конденсатора C8, Гц] = 1 / (2 * ПИ * [ESR, Ом] * [Емкость конденсатора C8, Ф])

Если граничная частота составляет 4 - 5 кГц, это приемлемо для большинства приложений, тогда конденсатор C9 можно не ставить. Если же она ниже или требуется большая частота, то применяется следующий хитрый прием. Параллельно с C8 ставится C9 меньшей емкости, но с большей граничной частотой - обычно танталовый.

[Емкость конденсатора C9, Ф] = (1 / [Граничная частота конденсатора C8, Гц] / 2 / ПИ)^2 / [Индуктивность дросселя L1, Гн]

Тогда в расчете компенсации контура обратной связи в качестве граничной частоты выходного конденсатора используется граничная частота C9.

Для снижения импульсных помех на выходе источника питания параллельно электролитическим конденсаторам включается керамический емкостью около 0.1 мкФ (на схемах не показан).

Силовой транзистор

[Максимальное напряжение коллектор - эмиттер VT2, В] = [Максимальное входное напряжение, В] + [Напряжение насыщения диода VD2, В]

[Пиковый ток коллектора VT2, А] = 1.2 * ([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] + [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А])

Если в схеме реализована защита по току, то пиковый ток коллектора определяется током срабатывания этой защиты.

[Мощность, рассеиваемая VT2 в открытом состоянии, Вт] = [Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] * [Напряжение насыщения коллектор - эмиттер VT2, В] * [Максимальный коэффициент заполнения]

[Мощность, рассеиваемая VT2 в моменты переключения, Вт] = (([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] - [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А]) * [Время отпирания VT2, с] * [Максимальное напряжение коллектор - эмиттер VT2, В] / 2 + ([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] + [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А]) * [Время запирания VT2, с] * [Максимальное напряжение коллектор - эмиттер VT2, В] / 2) * [Частота работы контроллера D1, Гц]

Важные наблюдения:

• В режиме прерывного тока при отпирании мощность не рассеивается
• Мощность, рассеиваемая в моменты переключения, тем больше, чем больше выходной ток и входное напряжение. То есть использовать такой преобразователь в условиях, когда входное напряжение сильно выше выходного накладно.

Время отпирания и время запирания для некоторых транзисторов можно найти в справочниках. Характерным для многих силовых биполярных транзисторов является время отпирания около 100 нс, запирания - около 400 нс. Мощность транзистора и модель теплоотвода к нему следует выбирать, исходя из полученных данных с некоторым запасом.

Выбрав силовой транзистор, можно рассчитать сопротивление резистора R6. Мы всегда делаем двукратный запас по току, этим объясняется деление на два в конце формулы.

[Сопротивление резистора R6, Ом] = ([Минимальное входное напряжение, В] - [Напряжение насыщения база - эмиттер VT2, В]) * [Минимальный коэффициент передачи тока VT2] / [Пиковый ток коллектора VT2, А] / 2

Защита по току

Если максимальное и минимальное входные напряжения отличаются несильно, не более, чем на 20%, а мы решили применять режим прерывного тока, то потребности в схеме ограничения тока нет, так как сама схема имеет естественное ограничение максимальной силы тока. В этом случае элементы VT1, R7, R5, C6 можно исключить. Если же входное напряжение может меняться сильно, или мы используем режим непрерывного тока, то понадобится защита. Простейший вариант защиты по току на схеме 1.

Транзистор VT1 - транзистор средней мощности, рассчитанный на максимальное входное напряжение.

[Сопротивление резистора R7, Ом] = [Напряжение срабатывания защиты, В] / ([Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] + [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А]) / 1.2

Напряжение срабатывания защиты в этом случае равно напряжению насыщения база - эмиттер VT1.

[Мощность резистора R7, Вт] = [Напряжение срабатывания защиты, В] ^ 2 / [Сопротивление резистора R7, Ом]

Резистор R4 2 кОм.

[Сопротивление резистора R5, Ом] = ([Минимальное входное напряжение, В] - 1) / 5E-4

Срабатывание защиты происходит, когда напряжение на резисторе R7 превышает напряжение отпирания транзистора VT1. Ток через этот транзистор создает напряжение на R4. Как только это напряжение превышает 1 В. Контроллер запирает транзистор VT2.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи. [1] сообщений.

Перечитал множество статей работы с 1156ЕУ3, но так и не понял, как именно задается выходное напряжение. От каких элементов оно зависит? Также буду очень благодарен, если если подскажете, как правильно рассчитать параметры понижающего преобразователя 100в на 28в 1000 Ватт. Заранее огромное спасибо. Читать ответ...