Курсовая работа (т): Система импульсно-фазового управления полупроводниковым преобразователем

Допустим из структурной схемы ФОН и ФСУ Ки=Uc/Uвых=3,48/4,18=0,8325.

Для схемы интегратора Ки всегда находится по формуле:

Так как для этой схемы R4= R'вх, то R4=2787Ом. Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления R4=2,7кОм. Сопротивление R5 принимаем равным сопротивлению R4, поэтому R5=2,7кОм.

Из формулы для коэффициента передачи интегратора находим емкость конденсатора С1:

С1=1/( R4* Ки)=1/(2700*0,8325)=0,0004449 Ф;

Принимаем С1=470 мкФ;

Так как токи очень малы, то потери мощности на резисторах в ФСУ очень малы.

По справочнику выбираем резисторы и емкость:- МЛТ - 0,125 75Ом+5%;

R5 - МЛТ - 0,125 75Ом+5%;

С1 - К50-6 470мкФ 25В.

.2 Расчет сумматора

Рисунок 13 - Схема сумматора

Оптимальное входное сопротивление сумматора из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи можно найти по формуле:

R'вх=U 'вх/(Iвх*103)=6,96/(1500*10-9*103)=4640Ом;

где U 'вх входное напряжение блока этой схемы равно Uоп; Iвх входной ток ОУ (из справочника).

При условии, что Ки=0,8325, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжение, необходимо выполнение следующего условия: Кс=1.

Для данной схемы:

Так как сопротивления подключены по отношению ко входу параллельно, то:

При условии, что Кс=1, все сопротивления равны между собой: R6= R7= R8, откуда

следовательно: R6= R7= R8= R'вх*3=4640*3=13920Ом;

принимаем R6= R7= R8=13кОм;

Сопротивление R9 для сумматора равно входному, поэтому:

= R'вх=4640Ом

принимаем R9=4,7кОм;- МЛТ - 0,125 13кОм+5%;

R7 - МЛТ - 0,125 13кОм+5%;

R8 - МЛТ - 0,125 13кОм+5%;

R9 - МЛТ - 0,125 4,7кОм+5%;

Выходное напряжение сумматора Uоп рассчитываем по формуле:

Uоп= - R8*(Uc/R6+Uдоб/ R7)= - 13000*(3,48/13000+3,48/13000)=

6,96 В,

Uоп= - Кс*(Uc+ Uдоб)= - 1*(3,48+3,48)= - 6,96 В.

.3 Расчет инвертора

Рисунок 14 - Схема инвертора

Оптимальное входное сопротивление инвертора из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи находим по формуле:

R'вх=U 'вх/(Iвх*103)=6,96/(1500*10-9*103)=4640Ом;

При условии, что Ки=0,8325, Кс=1, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжение, необходимо выполнение следующего условия: Кин=1.

Для данной схемы:

Так как сопротивления подключены по отношению ко входу параллельно, то:

откуда следует,что: R10= R11= R'вх*2=4640*2=9280Ом,

принимаем R10= R11=9,1кОм;

Сопротивление R12 для инвертора равно входному, поэтому:= R'вх=4640Ом

принимаем R12=4,7кОм.

В результате расчета выбираем резисторы:

R10 - МЛТ - 0,125 9,1кОм+5%;

R11 - МЛТ - 0,125 9,1кОм+5%;

R12 - МЛТ - 0,125 4,7кОм+5%;

Выходное напряжение сумматора Uоп рассчитываем по формуле:

Uоп= - Uоп*(R10/R11)= - (-6,96)*(9,1/9,1)=6,96 В,

Uоп= - Uоп*Кс= - (-6,96)*1=6,96 В.

.4 Расчет компаратора

Принимаем произвольное опорное напряжение компаратора из диапазона измерения напряжения управления Uу max, например, Uоп.к=7,3 В (на рисунках 5 и 10 Uоп.к - это Uу.

Рисунок 15 - Схема компаратора

Рассчитываем цепь обратной связи:

где Uвых - максимальное напряжение на выходе ОУ (из справочника); Uпом - напряжение помехи, равное 2% от амплитуды входного напряжения; β - коэффициент обратной связи компаратора.

Напряжение помехи:

Uпом =(2* Uоп*√2)/100=(2*6,96*√2)/100=0,197 В;

коэффициент обратной связи компаратора:

β=(1,1* Uпом)/ Uвых=(1,1*0,197)/10=0,0217 В;

Оптимальное входное сопротивление из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи:

R'вх= U 'вх/( Iвх*103)=6,96/(1500*10-9*103)=4640Ом;

где U 'вх входное напряжение блока этой схемы равно Uоп;

Для данной схемы:

Коэффициент обратной связи компаратора определяем по формуле:

откуда:

таким образом, сопротивление R14 определяем следующим образом:= Rвх /β=4640/0,0217=213825Ом;

принимаем R14=220кОм.

Из формулы для коэффициента обратной связи компаратора:

13=(β* R14)/(1-β)=(0,0217*220000)/(1-0,0217)=4879,9Ом;

принимаем R13=4,7кОм.

Напряжения срабатывания компаратора:

=((10*4700)/(4700+220000))+((7,3*220000)/(4700+220000))=7,356 В;=((-10*4700)/(4700+220000))+((7,3*220000)/(4700+220000))=6,938В;= Ur1 - Ur2=7,356 - 6,938=0,418 В.

Проверка по напряжению помехи:

,418/2>1,1*0,197

,209>0,217.

Условие не выполняется, значит необходимо принять ближайшее большее сопротивление R13=5,1кОм, тогда:

Ur1=7,361 В; Ur1=6,908 В= Ur1 - Ur2=7,361 - 6,908=0,453 В.

Проверка по напряжению помехи:

,453/2>1,1*0,197

,227>0,217.

Условие выполняется.

В результате расчета выбираем резисторы:

R13 - МЛТ - 0,125 5,1кОм+5%;

R14 - МЛТ - 0,125 220кОм+5%;

7. Расчет формирователя импульсов и выходного устройства

Формирователь импульсов и выходное устройство предназначены для формирования импульсов заданной амплитуды и длительности из прямоугольного выходного сигнала компаратора (сигнал 1, рис. 18). Амплитуда импульса (сигнал 12, рис. 18) должна быть не менее Uу тиристора в течении 3*tвкл (прямоугольник 3, рис. 18). Импульс с требуемыми временными характеристиками получаем на выходе дифференцирующего звена, заданная амплитуда импульса обеспечивается усилительным каскадом на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Отрицательный выброс на входе дифференцирующего звена (сигнал 4, рис. 18) должен быть погашен.

.1 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для тиристора управляемого относительно катода

Для расчета формирователя импульсов и выходного устройства необходимо знать следующие параметры выбранного тиристора: Uу.от=2,5 В; Iу. от=0,08 А; tвкл,=10 мкс.

Рисунок 16 - Формирователь импульсов и выходного устройства для тиристора управляемого относительно катода

Выходное устройство состоит из транзистора VT1, резистора R16, импульсного трансформатора Т1 и диодов VD2 и VD3.

Для выходного устройства принимаем стандартный импульсный трансформатор Т1 марки ММТИ-20 с параметрами:

Амплитуда импульса в первичной обмотке U1 до 30 В.

Ток первичной обмотки не более I1=300 мА.

Коэффициент трансформации К=1.

Выбирается транзистор VT1из условий:

Iк.max ≥1,2* Iу.от=1,2*0,080=0,096 А,

где Iк.max - максимальный ток коллектора транзистора.

Uкэ.max ≥1,2* Uп=1,2*15=18 В;

где Uкэ.max - максимальное напряжение коллектор - эмиттер транзистора, Uп - напряжение источника питания, равное напряжению питания операционного усилителя.

Выбираем транзистор КТ817А

Таблица 6 - Номинальные данные транзистора

Проверяем выбранный транзистор:

А ≥ 0,096 А;

В ≥ 18 В

Находим сопротивление R16:

R16 ≥ (Uп - Uкэ.нас - Uу.от)/Iу.от=(15 - 0,6 - 2,5)/0,08=149Ом;

где Uу.от,В - отпирающее постоянное напряжение управления тиристора; Iу.от,мА - отпирающий постоянный ток управления тиристора; Uкэ.нас - напряжение насыщения коллектор - эмиттер.

Принимаем R16=150Ом.

Проверка:

Iк.max > Iк.max расч.= (Uп - Uкэ.нас)/ R16=(15 - 0,6)/150=0,96 А;

А ≥ 0,96 А.

Находим ток коллектора Iк:

Iк=(Uп - Uкэ.нас - Uу.от)/ R16=(15 - 0,6 - 2,5)/150=0,079 А.

Падение напряжения на сопротивлении:

UR16= Iк* R16=0,079*150=11,85 В

Рассеиваемая мощность на сопротивлении R16:

PR16=UR16 2/ R16=11,852/150=0,94 Вт;

Выбираем резистор:

- МЛТ - 2 150Ом+5%.

Выбираем диоды VD2 и VD3 по условию:

Uобр ≥1,2* Uп=1,2*15=18 В;

Iпр ≥1,2* Iу.от=1,2*0,080=0,096 А,

Принимаем диоды:

VD2 и VD3 - КД106А

Таблица 7 - Номинальные данные диода

где: Iпр.ср.max, мА - максимальный средний прямой ток диода;

Т оС - температура окружающей среды;

f, кГц - частота;

Uобр.и.пmax, В - максимальное повторяющееся импульсное напряжение выпрямительного диода;

Uобр.пmax, В - максимальное постоянное напряжение диода;

Iпрг, А - ток перегрузки выпрямительного диода;

tи(tпрг), мс - длительность одноразового импульса тока перегрузки (время перегрузки в течении переходного процесса);

fmax, МГц - максимально допустимая частота.

Проверка:

Uобр ≥1,2* Uп

В ≥ 18 В;

Iпр ≥1,2* Iвх.max

,3 А ≥ 0,096 А.

Формирователь импульсов состоит из резистора R15, диода VD1 и конденсатора С2.

Принимаем:

Iдиф=10* Iб=10*0,0032=0,032 А,

где Iб - ток базы транзистора:

Iб= Iк/h21эср=0,079/25=0,0032 А,

где h21эср - средний статистический коэффициент передачи тока:

h21эср=(h21эmin+ h21эmax)/2=(30+20)/2=25.

Находим сопротивление R15:

R15=Uк/Iдиф=10/0,032=312,5Ом;

где Uк - напряжение на выходе компаратора и на входе формирователя импульсов, равное напряжнию на выходе операционного усилителя (из справочника), Uк=10 В.

Принимаем R15 = 300Ом.

Расчитываем мощность на сопротивлении R15:

PR15=Uк 2/ R15=102/300=0,333 Вт;

Выбираем резистор:

R15 - МЛТ - 0,5 300Ом+5%.

Находим емкость С2:

Уравнение для напряжения на сопротивлении, через которое протекает ток перезаряда конденсатора:

Для последовательной RC цепи τ = R15*С2 из рисунка 16 Uдиф=Uбэ нас при t=3*tвкл, тогда:

С2=(3*10*10-6)/(300*ln*(10/0,6))=0,0355*10-6 Ф,

где Uбэ нас - напряжение насыщения база - эмиттер из таблицы 6.

Принимаем конденсатор С2=К74-5 36нФ50В±10%

Таблица 8 - Номинальные данные конденсатора

Выбираем диод VD1 из условий:

Uобр ≥1,2* Uк=1,2*10=12 В;

Iпр ≥1,2* Iвх max=1,2*0,0333=0,04 А,

Iвх max= Uк/ R15=10/300=0,0333 A,

Принимаем диод:

VD1 - КД106А

Таблица 9 - Номинальные данные диода

Проверка:

Uобр ≥1,2* Uп

В ≥ 12 В;

Iпр ≥1,2* Iвх.max

,3 А ≥ 0,04 А.

7.2 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для оптронного тиристора

Для расчета формирователя импульсов и выходного устройства необходимо знать следующие параметры выбранного тиристора: Uу.от=2,5 В; Iу. от=0,08 А; tвкл,=10 мкс.

Рисунок 17 - Формирователь импульсов и выходное устройство для оптронного тиристора

Выходное устройство состоит из транзистора VT1, резистора R16.

Выбирается транзистор VT1из условий:

Iк.max ≥1,2* Iу.от=1,2*0,080=0,096 А,

где Iк.max - максимальный ток коллектора транзистора.

Uкэ.max ≥1,2* Uп=1,2*15=18 В;

где Uкэ.max - максимальное напряжение коллектор - эмиттер транзистора, Uп - напряжение источника питания, равное напряжению питания операционного усилителя.

Выбираем транзистор КТ817А (номинальные данные приведены в таблице 6)

Проверяем выбранный транзистор:

А ≥ 0,096 А;

В ≥ 18 В

Находим сопротивление R16:

R16 ≥ (Uп - Uкэ.нас - Uу.от)/Iу.от=(15 - 0,6 - 2,5)/0,08=149Ом;

где Uу.от,В - отпирающее постоянное напряжение управления тиристора; Iу.от,мА - отпирающий постоянный ток управления тиристора; Uкэ.нас - напряжение насыщения коллектор - эмиттер.