Түзеткіш құрылғылар

f_ez1 = f_ez2 =980 Гц.

 

2.2 – 2.3- сурет. Боде  күшейтуінің графиктері: а-күшейту диаграммасы; б – фазалық диаграмма;

Бірінші компенсациялық полюс  тек күшейтуді басу жолымен жоғары жиілікті тұрақтылыққа қол жеткізу  үшін қолданады:

f_ep2 = 1,5 f_xo = 22,5 кГц.

Енді қателік күшейткішінің  ішіндегі компоненттердің шамаларын  есептеуді бастауға болады:

 

C₁₃=; (2.8)

 

R₁₀ = A₁ R₁₁ = 0,152,59 кОм = 373 (360Ом деп қабылдаймыз);

 

C₁₂ 0,042 мкФ(0,05мкФ деп қабылдаймыз)

 

R₁₂ = R₁₀ / A₂ = 360Ом / 1,6 = 225Ом (220Ом деп қабылдаймыз);

 

 

C₁₀ 0,31 мкФ(0,33мкФ деп қабылдаймыз).

 

2.6 Тоқ бойынша  басқарылатын және нолдік кернеу  жағдайында қайта қосылатын квазирезонансты  жобалау

Бұл жоба арқылы біз дәстүрлі кернеумен басқарылатын және нольдік  кернеу жағдайында қайта қосылатын  квазирезонансты түрлендіргіштерге (ПНН) қайта ораламыз. Жұмыс циклының шектемесіз стандартты басқару сұлбасын модификациялай отырып, ПНН – ны бар топологияны құруға болады. Бұл кездегі қосымша артықшылықтар тоқ бойынша жүктемеден қорғау болып табылады. ПНН – ды топологиядағы жұмыс жиілігі 1МГц – тан аспауы тиіс, оның мынадай артықшылықтарға ие: қайта қосу кезінде жоғалтулардың болмау және электромагниттік бөгеулердің аз шамада бөлінуі.

Мұнда қарастырылатын түрлендіргіштің сұлбасы 2.4-суретте көрсетілген.

2.6.1 Жобалық спецификафия

Кіріс кернеудің диапазоны: 18-32VDC;+24VDC (номинал)

Шығыс кернеуі:  0,5 – 1,0 А  болғанда +15 VDC

«Бастапқы емес» кернеудің  төменгі деңгейі: 8В±1В.

«Қара қорапшаны» алдын – ала жобалауды бағалау

Шығыс тогы: V_outIout = 15В 1А = 15Вт

Максималды тоқ:

I_pk = 5,5 P_out / V_in(min) = 5,5 ₁₅Вт / 18В = 4,6 А

 

Орташа кіріс тоқтары:

I_in(av) = P_out (КПД V_in(nom)) = 15Вт/(0,9 24В) = 0,694 А;

I_in(av-hi) = P_out / (КПД V_in(nom)) = 15Вт/(0,9 18В) = 0,926 А.

Трансформатордың біріншілік орамына қажетті өткізгіш диаметрі кернеу 18В болғандағы жүктеменің номиналды  тогы кезінде жұмыс жасайтын қорек  көзі арқылы анықталады. Осылайша, өткізгіш сым AWG бойынша алынған #20 өткізгіш сымына эквивалентті болуы тиіс.

 

Кері жүрісті  трансформаторды жобалау

Қорек көзі ішіндегі трансформатор  беттік монтажға арналмаған жалғыз компанент  болып табылады. Өйткені 15Вт қуатты ұстап тұратын берілген тип трансформаторларына  арналған өзекшелер болмайды. Берілген жағдайда сақиналы өзекшені таңдап алуға  да болады, бірақ біз төменгі профильді  TDK компаниясының «Ш-Ш» типті өзекшесін қолданамыз.

 

Өзекше материалын анықтау

Біздің қорек көзіміз 150-500 Кгц жиіліктік диапазоны  жұмыс жасайтын болады, бұл өзекше материалының екі түрін қолдануды  ұсынады. 800 КГц- ке дейінгі жиіліктерде  «F», «3C8» және «Н₇Р₄» немесе соларға ұқсас материалдарды қолданамыз. мГц-тік аймақ үшін «N», «3С85» және «Н₇Р₄₀» материалды қолданады. Олар берілген жиіліктік диапазонның өзекшесінде аз мөлшердегі жоғалтуға ие болады. ТДК компаниясының Н₇Р₄₀ материалын қолданамыз.

 

 

 

Өзекшені өлшемін  анықтау

ТДК компаниясы өз өзекшелерін  қуаттың мәні бойынша ранжирлейді. Ол бір резисторлы тура жүрісті түрлендіргіштегі өзекшемен қайта өңделеді. Кернеу бойынша қойылатын талаптар, кері жүрісті түрлендіргішке қойылатын  талаптарға ұқсас болып келеді. 15Вт және одан да жоғары номиналды қуаты  бар ЕРС өзекшенің өлшемі ЕРС 17 болады. Жинаққа арналған компаненттердің номерлері: өзекше РС40РС17-Z, кассета BER17-1111CPH және фиксатор FEPC17-A.

 

Біріншілік орамның  индуктивтілігін анықтау

Минималды кіріс кернеуі  кезінде туындайтын максималды қосылу уақытын 7 мкс деп аламыз. Онда біріншілік орамның индуктивтілігі мына түрде  болады.

L_pri = V_in(min) / I_pk = 18В 7мкс / 4,6А = 27,3 мкГн

Әуе саңылауының ұзындығы шамамен мынадай болады:

l_gap = = 0,101см. (2.9)

Әуе саңылауы мұндай болғанда А_L өзекшесінің шамасы жуық шамамен 5,5нГн/N² – құрайды. Бұл шама ТДК компаниясы қолданатын нұсқаға сәйкес келеді және орамдар санын анықтау үшін келесі формуланы қолданамыз.

 

N_pri = = 22,2 орам (22орам деп қабылдаймыз).  (2.10)

Екіншілік орамның индуктивтілігі өзекшенің үзілістегі режимдегі  жұмысқа арналған энергиядан қаншалықты жылдам арылатындығын бақылайды. Кіріс  және шығыс кернеулері өз шамалары бойынша бір-біріне жақын болғандықтан, трансформация коэффицентін 1:1-ге тең  деп алуға болады. Бұл ШИМ салыстырмалы жүйедегі 3мкс ажырау уақытын береді. Трансформация коэффициенті 1:1 болады. Бұл орамдардың өзара тығыз байланысын қамтамасыз етуге арналған бифилярлы  орам деп аталады.

N_sec = 22орам

AWS бойынша алынған өткізгіш сымдардың калибрлері:

• Біріншілік орам: #20 немесе эквивалентті -3 желі #24;
• Екіншілік орам: # 20 немесе эквивалентті -3 желі #24;

Шатаспас үшін түсі әр түрлі екі сым қолданамыз.

Трансформаторды орау әдістері

Катушкаға орамас бұрын, біріншілік және екіншлік орамдарды біріктіріп еседі (ширатады). Орамдар әрбір ұшта бөлінеді және белгіленген контактыларға  бекітіледі. Сыртқы беттің әсемдігі мен  қорғанысы үшін майдалары пленка қабаты жағылады.

 

  2.6.2 Резонанстық тербелмелі контурды жобалау

Бұл тек тербелемелі контур шамасына арналған бірінішілік бағалау  болып табылады, өйткені фикалық  тізбекте пайда болатын барлық паразитті  элементтердің әсерін алдын-ала  болжау мүмкін емес. Пішімдеу сатысында  тербелмелі контурдың есептелген шамалары және бақылау микросхемасындағы  ажырау уақытын орнатуды түзету қажет  болады. Ең алдымен тербелмелі LC-контурдың ішінде сақталатын қуатты пропорционалды түрде бөлінген деп аламыз, яғни:

 

.    (2.11)

Бұл қатыстарды резонанстық  конденсатордың сыйымдылығына қатысты  есептеп, келесіні аламыз:

C_k = .     (2.12)

Резонанстық конденсатордағы (С7) максималды кернеуді 100Вт-тан төменгі  мәнге дейін шектейміз (70В). Сол  кезде алатынымыз:

 

C_r = 0,024мкФ (0,2 мкФ деп қабылдаймыз).

Қорек көзінің максималды жұмыс жиілігі 250-кГц – ке тең  деп алынған. Аз шамадағы жүктемелер кезіндегі максималды қосылу уақыты 10-15% - ті құрауы тиіс. Осылайша резонанс жиілігі де шамамен 150 кГц – ті құрайды. Енді резонанстық индукторды есептейік:

L_r = .       (2.13)

Шығыс түзеткіштің / фильтрінің каскадын жобалау

Шығыс түзеткішін таңдау

V_r = V_out + (N_sec / N_pri)V_in(max) = 15B +32B = 47B.   (2.14)

D4 диоды ретінде MBR 360 номерлі компанентін алайық.

 

Шығыс фильтірінің  қажетті конденсаторын есептеу 

C_o = I_out(max) T_off / V_ripple = 1A 2мкс/50мВ = 40мкФ.

C8 сыйымдылығын 25VDC болғанда, 47мкФ-қа тең етіп аламыз. Өте жоғары классты танталды қолдана отырып, оны сыйымдылығы 0,5 мкФ-қа тең керамикалық конденсаторға параллельді етіп қосамыз.

 

 

Іске қосу секциясын  жобалау

Тоқ бойынша шектелген  сызықты стабилизатор стиліндегі іске қосу схемасын пайдаланыйық. R1 үшін мынаған тең:

R1 = (18-12)В/0,5мА = 12кОм.

R2 кедергісі:

R2 = (18-12)В/10мА = 500Ом (510 деп қабылдаймыз).

 

Бақылаушы секциясын  жобалау

Басқару микросхемасы ретінде, тоқ режимінде басқарылатын UC3842 «жылулық» нұсқасын қолданамыз. Бұл микросхеманың ерекшелігі, ол жұмыс циклының 50%-қ шектемесін қолданабайды. Осциллятор фиксацияланған ажырау уақыты бар бір вибратор сияқты жұмыс жасайды, бұл тактылық конденсаторды жерге жақындатады дегенді білдіреді және осыдан кейін қосылу уақыты тек тоқты санаудың кіріс контактысы арқылы бақыланады. Сәйкес тоқ күшіне жеткен кезде тактылық конденсатор босайды, және осциллятор ажырау уақытын анықтауға және қосылудың келесі циклын іске қосуға арналған, бір жүрісті таймерге ұқсас жұмыс жасайды.

 

Фиксацияланған  ажырау уақытына арналған бақылаушыны  модификациялау

Бұл тактылық конденсаторға  кіші сигналды n-типті өрістік МОП-транзисторды қосу долымен орындалады. Оның жаппасы негізгі қуатты МОП-транзистордың жаппасымен байланыстырылады. Сигналдық МОП-транзистор ретінде, мысалы, DS170 немесе 2N7002 таңдап алуға болады. Тактілеуші элементтердің спецификациясына назар аудара отырып және шамамен 2мкс-қа тең, ажыратудың уақыт бойынша алынған қажеттілігін ескере отырып, тактылық резистор кедергісі 15кОм және тактылық конденсатордың 200пФ болатын сыйымдылығын аламыз. Пішімдеу сатысында бұл шамалар тербелмелі контур резонансының жарты периодын алу үшін түзетіледі.

 

Кернеу бойынша  алынған кері байланыс контурын жобалау

Санау тогын 1мА-ге тең деп  аламыз. Нәтижесінде, кернеуді санайтын резисторлық бөлгіштегі төменгі  резистордың (R9) кедергісі 2,49 кОМ-ға тең болады. Жоғарғы резистордың (R8) кедергісі төмендегіше болады:

R8 = (15 – 2,5)В / 1мА = 12,5 кОм (12,4 кОм деп қабылдаймыз).

 

Кері байланыс контурының компенсациясын жобалау

Нольдік кернеу кезінде қайта  қосылатын квазирезонансты қорек  көздері, әдетте, кіріс желісіндегі  және жүктемесіндегі өзгерістерге байланысты, 4:1 қатынасындай жиілік бойынша реттейді. Бұл реттеу 80кГц қайта қосылудың минималды жиілігінің бағасын береді. Біз бұл шаманы компенсациялау үшін анықтауымыз қажет. Тоқ бойынша басқарылатын кері жүрісті түрлендірігішке арналған «басқару сұлбасы - шығыс» сипаттамаларының, ол айнымалы жиілікте жұмыс істейтіндігіне қарамастан, табиғаты бір полюсті болады. Сондықтан бір полюсты және «нольдік» компенсациялау әдісін қолданамыз. Фильтр полюсінің және ESR нольінің орны, сонымен бірге тұрақты тоқтың күшейтілуі келесі формулалармен анықталады:

A_DC =

 

G_DC = 20log(2,41) = 7,7дБ;

 

f_fp(hi) = = 225Гц (1А номиналды жүктеме кезінде);

 

f_fp(low) = = 112Гц (0,5А кіші жүктеме кезінде);

«Шығыс – басқару сұлбасының»  қисық сипаттамалары 4.22-суретте  көрсетілген. Күшейтуге өту жиілігі f_SW/5-ке қарағанда төмен болуы тиіс немесе:

f_xo < 80 кГц/5=16кГц.

f_xo = 10кГц жиілігіне тоқталайық. Жабық контурдың функциясын жоғарылатуға қажетті күшейтілу мәнін анықтау үшін келесі формулаларды қолданамыз:

G_xo = 20lg(f_xo/ f_fp(hi)) - G_DC = 20log(10000/225) – 7,7дБ = 25,2дБ (бұл тек Боде графигі үшін қажет болады)

А = 18,3 (күшейтудің масштабталу коэффиценті – кейінірек қажет болады).

Қателік күшейткіштің «нольін» фильтр полюсінің ең аз пайда болатын  жағдайына келтіреміз, немесе:

f_ez = f_fp(low) = 112Гц.

2.5-сурет (а,б) Күшейтуге  және фазаға арналған Боде  графиктері: а) күшейту диаграммасы; б) фазалық диаграмма.

Кернеуді санау бөлгішіндегі жоғарғы резистор кедергісінің +5В (R1 = 12,4 кОм) мәнін анықтай отырып келесіні аламыз:

C₃ 70 пФ (68пФ деп қабылдаймыз).

R₃ = = 18,3(12,4кОм) = 227кОм (220кОм – ға дейін дөңгелетеміз);

 

C₄ 0,065 мкФ (0,06 мкФ – қа дейін дөңгелетеміз).

 

Автономды квазирезонанстық ПНН жарты көпірлі түрлендіргіші

Бұл түрлендіргіш таратылған жүйелердегі қорек көзін төмендеткіш  ретінде функциялауға арналған. Оның тек +28VDC, 10А болатын бір шығысы бар. Бұл ПНН-ді классикалық квазирезонанстық жарты көпірлі түрлендіргіші болып табылады: айнымалы жиілік, тоқ арқылы жүктемеленуден орташа қорғануды басқару – қазіргі замаңғы нарықтағы қол жеткізуге болатын басқару микросхемаларын қолданатын жобалардың түрін ұсынады. Берілген мысал – бұл ШИМ-і бар квазирезонанстық топология бойынша модификацияланады. Оның ақырғы сұлбасы 4.25-суретте көрсетілген.

 

Жобалық спецификация

Шығыс кернеуі: +28 VDC±0,5

Шығыстағы номиналды ток: 10А, минималды жүктеме – 1А.

Кіріс кернеуінің диапазоны: 105 – 107 VАC; 208-240 VАC.

Шығыстағы пульсация кернеуі: 50мВ (екілік амплитуда).

Шығыстағы тұрақтандыру: ±2%

Алдын – ала  жобалауды есептеу

Номиналды шығыс қуаты: Р_out = 28В*10А = 280Вт

Кіріс қуатын бағалау: Р_in(est) = 280 Вт / 0,8 =350Вт

 

 

Тұрақты кіріс керенеулері (110VAC кернеуі үшін екі еселегіш қолданылады):

• 110 VAC: V_in(low) = 21,41490VAC = 254VDC;

V_in(hi) = 21,414130VAC = 368VDC;