Проектирование дросселя чопперной схемы DC - DC преобразователя

 

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

    Российской  Федерации 

Воронежский государственный  технический университет 
 
 

    Кафедра радиоэлектронных устройств и систем 
 
 
 
 

    КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ  

    по  дисциплине «элементы РЭС» 

Тема    ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДРОССЕЛЯ ЧОППЕРНОЙ СХЕМЫ

DC - DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ. 
 
 
 
 
 

    Разработал  студентка _______________________________________

                                             (группа, подпись, дата, инициалы, фамилия)

    Руководитель _______________________________________________

                                                   (подпись, дата, инициалы, фамилия)

    Члены  комиссии ___________________________________

                                      (подпись, дата, инициалы, фамилия) 

    Нормоконтролер ___________________________________

                                     (подпись, дата, инициалы, фамилия) 

    Проект  защищен______________                     Оценка _____________ 
 
 
 
 
 

    Воронеж 2009

 

Воронежский государственный  технический университет 
 
 

    Кафедра радиоэлектронных устройств и систем 
 

Задание 
 

на курсовое проектирование по курсу «Элементная база РЭС»

студентке Козловой В.В. группы РК-061 

  1.Объект проектирования: дроссель фильтра чопперной схемы

    преобразователя  DC – DC.

  2.Исходные данные к проекту:

  2.1 Электрические параметры: 

Входное напряжение – 30 В

Выходное  напряжение – 10 В

Ток нагрузки - 0,5 А

Частота преобразования – 100 кГц

Ослабление  первой гармоники    q = 200

2.2 Конструктивные: минимальные габаритные размеры

2.3 Технические  требования

2.4 Условия  эксплуатации: группа 3 ГОСТ 16019

2.5 Производство: серийное

Ослабление  первой гармоники – 200 раз 
 
 

Срок  выполнения этапов и срок защиты курсового  проекта – по плану

руководителя. 
 
 
 

Руководитель                                 Худяков Ю. В.

 

Задания принял студентка                Козлова В.В. 

 
 
 

Оглавление:

    Введение                                                                                                   4

1. Анализ технического задания                                                                       5
2. Расчет электрических параметров                                                                 6
1. Расчет индуктивности                                                                               6
2. Определение емкости конденсатора фильтра                                               6

3 Выбор эскиза                                                                                              8

4 Конструктивный расчет дросселя                                                                   9

1. Определение минимального объема магнитопровода                                    9
2. Определение числа витков на обмотки дросселя                                         10
1. Проверка сердечника по условию максимальной магнитной индукции       .10
2. Проверка на вместимость меди в окно сердечника                                      11

5 Выбор материалов и покрытий                                                                    12

6 Метрологическое обеспечение разработки и изготовления дросселя

фильтра чопперной схемы                                                                            13

Заключение                                                                                                14

Приложение А                                                                                           15

Список  литературы                                                                                      16

 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Целью курсового проектирования является разработка дросселя фильтра  чопперной схемы преобразователя DC-DC.

     В общем, известно три способа понижения  величины постоянного напряжения. А именно:

     понижение при помощи гасящего резистора R с очень большими

       потерями на R;

- чопперная схема с использованием ШИМ;

- с помощью преобразования постоянного напряжения в переменное и с использованием понижающего трансформатора.

     Чопперная схема - это наиболее распространенная схема в семействе импульсных    преобразователей. Она используется во всех вторичных источниках питания, где не требуется гальваническая развязка. Пример чопперной схемы приведен на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Чопперная схема с использованием ШИМ.

 
 
 
 
 

1. Анализ  технического задания

Катушки индуктивности  в отличие от резисторов и конденсаторов являются недостаточно стандартизированы и изготавливаются для конкретных целей. Одним из таких конструктивных элементов приведен на рисунке 1 - это дроссель. Его электрические и, следовательно, конструктивные параметры зависят от других элементов приведенной схемы, а именно: U_BX, U_H, I_н, f, q и γ. Кроме указанных выше электрических параметров, конструктивные характеристики дросселя будут также зависеть от условий эксплуатации (в нашем случае группы III) и типа производства.

     Анализ  литературных источников в [1] показывает, что заданный в техническом задании  интервал входных и выходных построений и токов, возможно, рассматривать с использованием известных технических

     решений в частности в диапазоне от 10 до 200КГц.

U_вх = 30 B,   U_вых= 10 B,  I_н = 0,5 A .

Необходимо передать мощность Р=U_выхI_н= 5Вт.

Коэффициент заполнения γ = 0,125.

Рисунок 2. Импульсы напряжения.

      Данные  условия  можно реализовать  с  использованием  известных

        технических решений.

 
 
 
 

2 Электрические  расчеты

2.1  Расчет индуктивности

     Для начала произведем расчет минимального значения индуктивности Lкр, (мкГн) 

по  формуле: (2.1)

                 (2.1)

Где:     Uн – напряжение нагрузки  [В]

             Ιн – ток нагрузки   [А]

             γ – коэффициент заполнения

          ƒ – частота преобразования  [Гц]

 

    Итак,       

                                                                          

Так как группа эксплуатации -3 (оборудование, находящееся в

помещении), то увеличим индуктивность в 4 раза.

           

2.2 Определение емкости конденсатора фильтра

 
Емкость конденсатора фильтра можно найти  из соотношения  (2.2)

 

 

То  есть:

Рассчитаем емкость по выведенной формуле:

 
 

      Выбираем  конденсатор типа К53-14: С = 47мкФ, U_H0M =16B.

      Теперь, необходимо провести проверку данного  фильтра на устойчивость колебаний к паразитным колебаниям, исходя из условия: ρ > 2R_H , где ρ - это волновое сопротивление, которое находится по формуле:

Подставив в формулу данные, получим:                  

 

A R_н находится по формуле , а значит R_н = = 20 0м   

 

      Итак, 20 0м >  6 0м, а, следовательно, условие соблюдается и фильтр устойчив к паразитным колебаниям.

 
 
 
 
 
 
 
 

3 Выбор эскиза

     Реализовать дроссель можно разными конструктивными  приемами с использованием:

- катушки индуктивности без сердечника;

      - катушки индуктивности с кольцевым сердечником;

      - катушки индуктивности с броневым сердечником; и т.д.

     Реализовать конструкцию катушки индуктивность порядка 1мГн без сердечника возможно. Но она будет велика по массогабаритным параметрам [1].

     Получить  дроссель с использованием кольцевого сердечника с индуктивность порядка 1мГн также возможно. Но должно выполняться условие H=WI > 100 (А/м). Если это соотношение не выполняется, то сердечник перенасыщается.

     Самые лучшие дроссели те, которые изготовлены на сердечниках с магнитным зазором (броневой, стержневой).

     

     Из  броневых сердечников наиболее распространенными  являются Ш - образные сердечники. И поэтому свой выбор мы останавливаем на нем. Типовая конструкция с использованием сердечника представлена на рисунке 2.

     1-магнитопровод,  2- каркас, 3 - обмотка, 4 -немагнитный зазор .

Рисунок 3 - Эскиз дросселя фильтра чопперной схемы..

 

4. Конструктивный  расчет дросселя .

4.1 Определение  минимального объема магнитопровода.

Для расчета  минимального возможного объёма магнитопровода, определяемого тепловым режимом, вводится понятие энергоёмкости дросселя.

Получим, что

      

    

Энергоёмкость дросселя связана с объёмом, занимаемым ферромагнетиком, следующим соотношением: