222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234

Раздел 16 Импульсные источники питания

Пример проектирования инвертора «точной синусоиды»

Проектирование выходного преобразователя

Для выходного преобразователя подходит двухтактный режим работы, поскольку его входное напряжение относительно стабильно. Удвоенная частота коммутации позволяет использовать намного меньшие индуктивности дросселей и ёмкости конденсаторов. Превосходным вариантом для реализации подобной схемы является ИС LM5030 фирмы National. Она удовлетворяет всем нашим требованиям: имеет внешнюю синхронизацию, внутреннюю коррекцию крутизны и большой номинальный ток управления затвором. Максимальный коэффициент заполнения (на входе) установим в 40%, чтобы оставить запас для управления и исключить возможность одновременного отпирания (замыкания) ключей. Наименьшее входное напряжение равно напряжению батареи 35.1 В минус падение напряжения на коммутирующем диоде 0.7 В, т. е. 34.4 В. Максимальное входное напряжение равно напряжению предварительного стабилизатора 50 В минус падение напряжения на коммутирующем диоде 0.7 В, т. е. 49.3 В. Этим определяется минимальный коэффициент заполнения 28%. Коэффициент заполнения на выходе будет иметь удвоенное значение, т. е. находиться в диапазоне 56…80%.

Среднеквадратический переменный выходной ток равен 2.5 А. Однако средний ток для источника 170 В будет составлять 900 мА, а для источника 120 В — 1.25 А. Пиковые токи будут равны 3.5 и 2.5 А соответственно. Максимальное напряжение на выпрямительном диоде возникает при минимальном коэффициенте заполнения. Максимальным входным напряжением для источника 170 В будет напряжение 303 В плюс падение напряжения на выпрямителе. Максимальным для источника 120 В будет напряжение 214 В. Максимальное обратное напряжение для обоих источников будет равно удвоенному входному напряжению. Один из способов снизить негативное воздействие на диоды источника 170 В — включить вместо него источник напряжения 50 В последовательно с источником 120 В. В случае использования такой схемы необходимо при разводке печатной платы располагать два этих источника как можно ближе друг к другу. Увеличение максимального коэффициента заполнения до 45% и последовательное включение двух источников даёт значения максимального обратного напряжения 190 В и 79 В. Минимальный коэффициент заполнения возрастает до 63%. Для источника 120 В вполне подходит диод HFA08TA60, но диод HFA16TA60 дешевле и позволяет нам использовать один и тот же компонент в двух позициях. В источнике 50 В можно использовать диод MURD620CT. Для обоих типов диодов прямое падение напряжения при токе 1 А составляет 1.2 В, поэтому напряжения на обмотках трансформатора должны составлять 80 В и 191В. Схема преобразователя изображена на Рис. 10.5.

Схема выходного преобразователя 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10.5. Схема выходного преобразователя

Выходной ток мал даже при полной нагрузке, поэтому начнём с тока пульсаций 600 мА. Источник перейдёт в прерывистый режим работы при выходном токе 300 мА, что соответствует мощности нагрузки около 25 ВА. Индуктивность 50-вольтового дросселя должна равняться:

L = V х dt / di = (79 В — 50 В) х  (0.63 х 3.27 мкс) / 0.60 А = 100 мкГн.   (10.6)

Индуктивность 120-вольтового дросселя должна быть равной:

L = V х dt / di = (190 В — 120В) х (0.63×3.27 мкс) / 0.60 А = 240 мкГн.   (10.7)

Вследствие последовательного включения источников пиковый ток в них одинаков, поэтому оба дросселя должны обладать номинальным пиковым током 3.8 А.

Наименьшее входное напряжение равно 34.4 В. Импульсный ток составляет порядка 12 А, поэтому падение напряжения на IRFB33N15D составляет порядка 0.7 В. На токоизмерительном резисторе будет падать 0.5 В. Отсюда наименьшее напряжение трансформатора — 33.2 В. Соотношение витков в обмотках трансформатора равно 80 / 33.2 = 2.41 для источника 50 В и 191 / 33.2 = 5.75 для 120-вольтового источника.

Для первичной обмотки подойдут по четыре витка на плечо (всего восемь витков) провода № 10. Для вторичной обмотки 50 В возьмём по девять витков на плечо провода № 18, а для 120-вольтовой обмотки возьмём по 23 витка на плечо провода № 18.

И вновь наше первоначальное решение требует корректировки. Поскольку микросхема LM5030 имеет напряжение измерителя тока 500 мВ, резистор будет рассеивать почти 6 Вт. Это значит, что лучше применить здесь токоизмерительный трансформатор.

Транзистор IRFB33N15D обладает номинальным током стока 33 А при температуре 25°С. При 150°С он способен выдержать пиковый ток 12 А. Номинальное напряжение стока должно составлять не менее 150 В, так как максимальное напряжение на стоке будет равно удвоенному входному напряжению 50 В. 100-вольтовый МОП-транзистор не будет обладать достаточным запасом по напряжению стока.

Величина напряжения выходных пульсаций в этой схеме не имеет большого значения. Конденсатор EEU-EB2D101 фирмы Panasonic номиналом 100 мкФ / 200 В обладает достаточным предельно допустимым током пульсаций и низким тангенсом угла потерь. В источнике 50 В можно использовать конденсатор EEU-FC1J151 номиналом 150 мкФ / 63 В. В качестве диода D5 будет хорошо работать сборка MBR2080CT. Средний ток при полной нагрузке будет равен 11 А, и нам понадобится максимальное обратное напряжение 60 В, чтобы иметь достаточный запас. В любой момент времени только один диод в сборке будет проводить ток.

222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234