Примеры расчета

Пример № 1. Расчет ВИП

В качестве примера рассмотрим порядок расчета ВИП при следующих исходных данных: U_C = 600 В, f_C = 500 Гц, dU_C = 5 %, U = 6 В, dU = 0,2 %, K_П £ 1%, I _max = 1,2 A, I _min = 1,15 A.

РАСЧЕТ

1. Выбор структуры ВИП

Чтобы согласовать уровни сетевого и выходного напряжений ВИП, а также гальванически развязать нагрузку от сети, применим согласующий трансформатор, коэффициент трансформации которого рассчитаем далее.

Для получения постоянного напряжения из переменного используем мостовую схему выпрямителя на полупроводниковых диодах.

Чтобы снизить уровень пульсаций на выходе выпрямителя, используем емкостный фильтр.

Для поддержания выходного напряжения в заданных пределах применим стабилизатор напряжения.

Расчет ВИП будем вести с «конца», начиная со СН.

Рассчитаем требуемый коэффициент стабилизации выходного напряжения источника

К_СТ = dU_С /dU = 5/0,25 = 20 > 15,

следовательно, выбираем ИСН, выходное напряжение и максимальный ток нагрузки которого удовлетворяют исходным данным задания. Подходящим является ИСН типа КР142ЕН5Б со следующими параметрами:

- входное напряжение U_вх = 8,5…15 В;

- номинальное выходное напряжение U_вых = 6 В;

- максимальный выходной ток I_вых = 3 А;

- потребляемый ток I_пот = 10 мА;

- коэффициент нестабильности по напряжению К_нU = 0,05 %/В;

- коэффициент нестабильности по току К_нI = 2 %/A;

- коэффициент сглаживания пульсаций K_сг = 60 дБ.

Проверим возможность использования выбранного ИСН по критерию нестабильности выходного напряжения dU. Для этого рассчитаем:

а) нестабильность dU_U, обусловленную изменением входного напряжения, принимая номинальное входное напряжение 12 В (приблизительно середина 8,5…15 В):

dU_U = K_нU D U_вх = K_нU ×0,01 dU_C U_вх = 0,05×0,01×5×12 = 0,03 %.

б) нестабильность dU_I, обусловленную изменением тока нагрузки:

dU_I = K_нI D I = K_нI (I_max – I_min) = 2×(1,2 – 1,15) = 0,1 %.

в) нестабильность dU_T, обусловленную изменением температуры:

dU_U = a×D T = 0,

так как согласно заданию D T = 0.

Тогда dU = dU_U + dU_I + dU_T = 0,015 + 0,1 = 0,13 % < 0,2 % по заданию, следовательно, выбранный ИСН удовлетворяет критерию нестабильности выходного напряжения.

Схема подключения ИСН является типовой. На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема ВИП.

Рассчитаем емкость конденсатора фильтра C1. Для этого сначала найдем допустимый уровень пульсаций на входе ИСН

= 10^60/20 = 1000,

K_Пвх = K_ПK_СГ = 1×1000 = 1000 %.

Допустимый уровень пульсаций превышает 10 %, поэтому емкость фильтра определяется допустимым K_П1 = 10 %.

Определим минимальное мгновенное напряжение на входе ИСН

= (12–0,6/2)(1–0,1) = 10,53 В,

что является допустимой величиной, так как для ИСН КР142ЕН5Б область допустимых значений U_вх = 8,5…15 В.

Емкость конденсатора рассчитаем по формуле

,

принимаем С1 = 680 мкФ из стандартного ряда Е6.

Конденсатор С2 в схеме ВИП выполняет вспомогательную функцию, его емкость выбрана согласно рекомендациям по применению ИСН данного типа.

Рассчитаем требуемое напряжение вторичной обмотки трансформатора U ₂, предварительно выбирая из справочника подходящие диоды Д229Ж:

.

Проверяем правильность выбора диодов выпрямителя.

Паспортные данные диода Д226Ж:

- максимальное значение среднего тока I_пр.ср = 0,7 А;

- максимальное обратное напряжение U_{обр .max} = 100 B;

- среднее падение напряжения в прямом включении U_пр.ср = 1 В;

- максимальная частота тока f _max = 1 кГц.

Обратное напряжение для диодов

.

Максимальный средний ток через диод

I_ср = (I _max + I_П) / 2 = (1,2+0,01) / 2 = 0,605 А £ I_пр.ср.

Максимальная частота тока через диод

f_m = f_П = 2 f_C = 2×500 = 1000 Гц £ f _max.

Все условия соблюдаются, следовательно, выбранный тип диода подходит.