www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31

10.2. Фильтр ИМПУЛЬСНОГО источника питаний

Рассмотрим работу сглаживающего LC - фильтра импульсного источника питания, схема которого приведена на рис. 10.4. В данной схеме ЭК выполняет две задачи:

1. Вместе с индуктивностью L1 он образует сглаживающий фильтр, обеспечивающий требуемое значение амплитуды пульсаций.

2. Он че позволяет выходному напряжению выходить из допуска при изменении сопротивления нагрузки.

Пример: выбрать и рассчитать параметры ЭК для схемы рис. 10.4, работающей при следующих условиях: Выходное напряжение -200В Выходной ток - 0.3...3А

Амплитуда пульсаций выходного напряженная - ЗВ Изменение напряжения при изменении тока на грузки - 0.5В Входное напряжение ~ 280 plusmn;2GB Частота переключений - 5кГц Диапазон рабочих температур - (?С - 40С Первый шаг при расчете подобной схемы - выбор индук-тивноаи. Эпюры тока индуктивности lind, тока конденсатора 1с и среднеквадратичное значение тока конденсатора Irmsc показаны на рис. 10.5. Использу? известное выражение U=Ldl/dT, получим:

i=(Vl - VO)*Dmaxr/At (Ю.З)

где V1 - входное напряжение; V0 - выходное напряжение;

Д1 - пиковый ток в индуктивности, его значение обычно ограничено характеристиками силового ключа, Д1,=20А; DT - длительность импульса включения Dmax - максимальная скважность, Dmax=0.2 Т - период, Т=200мкс Отсюда 1=0.2мГн.

Другой фактор, на который влияет величина индуктивности, это время Ц - время, в течение которого выходное напряжение остается в допуске при изменении выходного тока.

ts. oi 2.7-а2Ч0-

Vo(-I) 200(-1) №А)

Dmax 0.2



laquo;ntV

глея* т.гоп raquo; 71бпа тзапш

D. - это скважность, допустимая в течение време и tj, например D,=0.21.

Теперь можно определить минимальную величину емкости, исходя из соотношения:

О t,*AI,/AV = 50*Ю-*2.7/0.3 = 450*Ю (Ю.5)

Напряжение пульсаций имеет две основных составляющих. Первая - падение напряжения на паразитной индуктивности конденсатора V,.. Практически весь ток пульсаций индуктивности течет через конденсатор, что видно на рис. 10.5. Напряжение V , создаваемое на паразитной индуктивности ЭК - имеет прямоугольную форму. Оно максимально при минимальной скважности импульсов.

\4= L*ciiydl = L*AI. /DT (Ю.6)

Диапазон изменения скважности определяется диапазоном изменения входного напряжения. Поэ-ому минимальную скважность можно найти из соотношения:

= = 0.2*260/300 = 0.17 (Ю.7)

Вторая составляющая V - падение напряжения за счет омического сопротивления конденсатора R которое, в основном, определяется ESR.

V=AI*R, (Ю.8)

Для нашей схемы используем конденсатор 470мкФ -400В - 105С. Он имеет ESR=150mOm (ЮОГц, 20=С) и Ц.-8нГн.



Определим составляЮ11.ие напряжения пульсац/й: 1/ , = 20*0.75 = 38, \/= 8*W*20/34 10= 0.005В.

Форма напряжения за счет индуктивной составляющей V, показана на рис. 10.б. Как зидьо, ей можно пренебречь.

Т.о. основной составляющей напряжения пульсаций является активная составляющая. Если мы введем поправку ESR по температуре (к =2 при 0 С) то при ESR=0.3 Ом, V =20*0,3 = 4.8В. Для уменьшения уровня пульсаций можно увеличить частоту. Однако это не всегда возможно, т.е. приводит к дополнительным динa/ичecким потерям на силовом ключе. В этом случае для снижения уровня пульсаций можно увеличить емкость или установить два ЭК в параллель.

В заключение произведем расчет срока службы ЭК для данной схемы по методике, описанной в 10.2.

1. Из справочных данных берется ESR для 20С и 100Гц и пересчитывается с учетом частотного коэффициента к (график 3 фиг.4) В нашем случае к,=0.5 ESR=75mOm

2. С помощью моделирования получаем lrmsc=7A. Рассчитаем мощность потерь и температуру перегрева. Pc=lrmsc*ESR = 49*0.075 = бВт AT=Pc*R,= 6*10.6 = 63 deg;С

3. Найденное значение ESR изменяется с учетом температурного коэффициента кграфик фиг.5, кривая 4) при температуре перегрева для нового конденсатора Т = Та + ЛТ = 100=С, к =0.4

ESR=75*0.4 = ЗОмОм Теперь можно откорректировать значение температуры перегрева Т,=Та -1-ДТ=40 deg;-I- Pc*Rj = 40 + 49*0.03*10.6 = 56 deg;С. Обратите внимание, что коэффициент к практически не изменяется в диапазоне 60-100 deg;, поэтому ошибка расчета из-за снижения температуры со 100 deg; до 56* невелика.

4. По графику фиг.б определяется срок службы L,p при температуре Т, = 80 С

I = 50000.

Литература:

1. HITACHI AlC Compact Aluminium-Electrolytic Capacitors 1998/1999

2. По материалам Rl FA Electrolytic Capacitors. Theory and Application



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31