Прямоходовый импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Выбор частоты контроллера, коэффициента заполнения. Прерывный, непрерывный ток. Выходной конденсатор фильтра

Как выбрать частоту работы контроллера и скважность для однотактного прямоходового преобразователя, режим тока через индуктор, емкость конденсатора выходного фильтра (10+)

Прямоходовый однотактный импульсный преобразователь напряжения. Расчет. Примеры схем - Шаг 2

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Конденсатор C5 0.1 мкФ. Этот конденсатор задает скорость мягкого старта. Он заряжается током 1 мкА от контроллера. По мере роста напряжения на нем, растет максимально возможный коэффициент заполнения. Этот процесс продолжается, пока напряжение не будет ограничено диодом VD1 и подстроечным резистором R1.

Конденсатор C6 22 пФ для фильтрации высокочастотных помех, чтобы защита по току не срабатывала от помех.

Резистор R15 1 кОм. Он также, как и C5, нужен для фильтрации высокочастотных помех.

Резистор R16 10 - 20 Ом. Он выбирается согласно рекомендациям производителя микросхемы D1.

Диоды VD14, VD6, VD8 HER308.

Оптрон VD7 - VT8 TLP521.

Выбор частоты работы контроллера

При выборе частоты мы руководствуемся такими же соображениями, что и для понижающего преобразователя, а именно: Увеличение частоты работы контроллера позволяет уменьшить габариты преобразователя (в частности индуктивность, а значит размер дросселя L1, емкость, а значит размер конденсатора C8, габариты трансформатора) и уменьшить время протекания переходных процессов (ускорить установление выходного напряжения при скачках входного или тока нагрузки). Но при этом растут коммутационные потери и нагрев транзистора VT2, диодов VD2, VD6. А при для частот от 100 кГц требуется использовать специализированные ферриты и закладывать меньшее намагничивание сердечника.

В итоге частота выше 75 кГц без особой надобности не используется. Если нам нужен малогабаритный относительно маломощный (до 50 Вт) источник питания, то выбираем частоту 30 - 70 кГц. Если требуется мощный источник, то выбираем 10 - 30 кГц.

[Емкость конденсатора C4, Ф] = 3 / [Сопротивление резистора R3, Ом] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / 2

Сопротивление резистора R3 обычно выбирается около 50 кОм.

Непрерывный / прерывный ток

Выберем режим тока через дроссель. Подробный анализ достоинств и недостатков режима прерывного и режима непрерывного тока. В режиме прерывного тока устройство работает более устойчиво и надежно, мы обычно применяем его. Исключение - случаи, когда нужна очень большая мощность или низкий уровень помех. Для режима непрерывного тока характерны более равномерная нагрузка на силовой ключ и меньшие высокочастотные электромагнитные помехи. Ведь высокочастотные помехи как раз и возникают в моменты, когда сила тока в дросселе приближается к нулю. В этот момент один вывод дросселя оказывается подвешенным (ключ закрыт, диод закрывается). Именно на этом подвешенном выводе и формируются высокочастотные колебания.

Максимально допустимый коэффициент заполнения, индуктивность дросселя, импульсный трансформатор

Ограничение коэффициента заполнения задается с помощью резистора R1.

[Максимальная средняя сила тока через дроссель L1, А] = [Максимальная сила тока нагрузки, А] * 1.2

Коэффициент 1.2 нужен для учета переходных процессов. В установившемся режиме средняя сила тока через дроссель может быть вычислена по той же формуле, но без коэффициента 1.2

Режим прерывного тока

[Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] = [Выходное напряжение, В] / [Максимальный коэффициент заполнения]

Индуктивность дросселя выбираем максимально возможной, но такой, чтобы получить прерывный режим. При таком выборе мы будем иметь минимально возможный для прерывного режима максимальный ток через ключ, что сделает коммутационные потери меньшими.

[Индуктивность дросселя L1, Гн] = ([Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] - [Выходное напряжение, В]) * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная сила тока нагрузки, А] / 2.4

Коэффициент 2.4 образуется из коэффициента 2 и 20% запаса.

[Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] = [Максимальная сила тока нагрузки, А] * 1.2

Режим непрерывного тока

Для режима непрерывного тока мы можем выбрать желаемую максимальную амплитуду пульсации тока через дроссель, тогда

[Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] = [Выходное напряжение, В] / [Максимальный коэффициент заполнения] * 1.3

Мы обычно выбираем напряжение на вторичной обмотке для режима непрерывного тока на 30% больше, чем для режима прерывного. Этот выбор довольно произвольный.

[Индуктивность дросселя L1, Гн] = ([Максимальное входное напряжение, В] * [Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] / [Минимальное входное напряжение, В] - [Выходное напряжение, В]) * [Максимальный коэффициент заполнения] / [Частота работы контроллера D1, Гц] / [Максимальная амплитуда пульсации тока через дроссель L1, А] / 2

По полученным данным проектируем индуктор. Подробнее о расчете и проектировании индуктора.

[Коэффициент трансформации] = [Минимальная амплитуда напряжения на вторичной обмотке, В] / [Минимальное входное напряжение, В]

Полученный коэффициент трансформации и максимальное входное напряжение дают нам возможность рассчитать импульсный трансформатор. Подробнее о расчете и проектировании импульсного трансформатора.

Емкость выходного конденсатора

Расчет емкости выходных конденсаторов аналогичен расчету для понижающей топологии.

(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. [2] сообщений.

Уважаемый Автор, спасибо за очень интересные, подробные и написанные простым понятным языком статьи по импульсным преобразователям. Многое в голове разложилось по полочкам, тем не менее остались некоторые вопросы. (1) Все схемы в Ваших конструкциях основаны на ШИМ преобразователе с постоянной частотой следования импульсов. Чем такой подход выгоднее релейного регулирова Читать ответ...