Система импульсно-фазового управления полупроводниковым преобразователем

Размещено на http://allbest.ru

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА, ГЕОЛОГИИ И ГЕОТЕХНОЛОГИЙ

Курсовой проект по дисциплине

«Преобразовательная техника»

Система импульсно-фазового управления полупроводниковым преобразователем

Студент 120908138 А.С. Миненко

Преподаватель

Красноярск 2012



Содержание

1. Расчет силовой части

1.1 Выбор силовой схемы преобразователя

1.2 Выбор тиристоров

1.3 Построение временной диаграммы

2. Структурная схема СИФУ

3. Диаграммы закона регулирования

4. Синхронизирующее устройство

4.1 Расчет делителя для синхронизирующего устройства

5. Расчет формирователя опорного напряжения и фазосдвигающего устройства

5.1 Расчет интегратора

5.2 Расчет сумматора

5.3 Расчет инвертора

5.4 Расчет компаратора

6. Расчет формирователя импульсов и выходного устройства

6.1 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для тиристора

управляемого относительно катода

6.2 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для оптронного тиристора

7. Расчет блока питания



1. Расчет силовой части

1.1 Выбор силовой схемы преобразователя

Исходные данные (согласно таблице вариантов): Число фаз: 3

Схема выпрямления: с нулевой точкой

Тип выпрямителя: нереверсивный

Номинальное выпрямленное напряжение, U0: 460 В

Номинальный ток нагрузки, Iн: 22 А ¦Uу макс¦ 6,5 В

Рисунок 1 - Силовая схема преобразователя.

1.2 Выбор тиристоров

Для силовой части схемы выпрямления выбираются по справочнику тиристорные ключи. Для данной схемы выпрямления принимаются оптроны, ток отпирания которых фактически соответствует выходному току схемы управления.

Все коэффициенты в формулах принимаются для заданной схемы управления из таблицы 1.



Таблица 1.

Схема
Однофазная	0,9	1,11	1,23	1,23	1,23	1,57	0,5	0,471
Трехфазная с нулевой точкой	1,17	0,577	1,48	1,21	1,35	2,09	0,33	0,177
Трехфазная мостовая	2,34	0,817	1,05	1,05	1,05	1,045	0,33	0,0404

Условные обозначения в таблице:

,

U₀ - среднее значение выпрямленного напряжения;

U_2ф - фазное напряжение вторичной обмотки трансформатора;

I₂ - ток вторичной обмотки трансформатора;

I₀ - среднее значение выпрямленного тока;

Р₀ - мощность на выходе выпрямителя;

S₂ - полная мощность на вторичной обмотке трансформатора;

S₁ - полная мощность на первичной обмотке трансформатора;

St - полная мощность трансформатора (габаритная);

U_vs max - максимальное обратное напряжение на тиристоре;

I_vs - среднее значение тока через тиристор;

Kп₍₂₎ - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения, рассчитанный для 2-й гармоники. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора (на входе схемы):

Из таблицы 1:



откуда следует:

Максимальное обратное напряжение на тиристоре:

Из таблицы 1:

откуда следует:

Среднее значение выпрямленного тока должно соответствовать номинальному току нагрузки, поэтому:

Среднее значение тока через тиристор:

Из таблицы 1:

откуда следует:

Выбирается тиристор по следующими условиями:

На основании полученных данных по справочнику принимается тиристор, и выписываются его основные параметры. Тиристор может быть обычный (управляемый относительно катода), либо оптронный.

Допустим, выбран оптронный тиристор ТО 132-25-12.

Основные параметры тиристора сведены в таблицы 2 и 3:

Таблица 2.

Тип прибора

Предельные эксплуатационные данные

ТО 132- 25-12

При Тп.max

Iу.пр.и, А

Uу.пр и max, В

Iос.ср.max, А

Тк, єС

Uзс.п, В

Uобр.п, В

Iос.удр, А при tи=10мс Uобр=0

(duзс/dt)кр В/мкс

(diзс/dt)кр А/мкс

Тп.max,єC

min

max

25

70

1200

1200

600

20…320

40

100

0,15

0,55

4,5

Таблица 3.

Тип прибора

Электрические параметры

ТО 132-25-12

При Тп=25єС

При Тп.max

RТп-к, єС/Вт

Uос.и, В

Iос.и, А

При Uзс=12 В

Uразв, кВ (Rразв, Мом)

tвкл, мкс

tзд. мкс

tвыкл, мкс

Iзс.п, мА

Iобр.п, мА

Iу.от, мА

Uу.от, В

1,85

78,5

150

2,5

2,8

10

5

160

3

3

0,7

где Iос.ср.max, А - средний максимальный ток в открытом состоянии;

Тк, єС - температура корпуса;

Uзс п, В - повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии;

Uобр.п, В - повторяющееся импульсное обратное напряжение;

Iос.удр, А при tи=10мс, Uобр=0 - ударный неповторяющийся ток в открытом состоянии при tи = 10мс длительность импульсного тока в открытом состоянии;

(duзс./dt)кр, В/мкс - критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии;

(diос./dt)кр, А/мкс -критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии;

Тп. max, єC - максимально допустимая температура перехода;

Iу.пр.и, А - прямой импульсный ток управления;

Uу.пр.и max, В - максимальное прямое импульсное напряжение управления;

Uос. и, В - импульсное напряжение в открытом состоянии;

Iос. и, А - импульсный ток в открытом состоянии;

Iу.от, мА - отпирающий постоянный ток управления;

Uу.от, В - отпирающее постоянное напряжение управления;

tвкл, мкс - время включения;

tзд, мкс - время задержки;

tвыкл, мкс - время выключения;

Iзс.п,мА - повторяющий импульсный ток в закрытом состоянии;

Iобр.п,мА - повторяющий импульсный обратный ток;

RТп-к, єС/Вт - тепловое сопротивление переход-корпус.

Рисунок 2 - Тиристор типа ТО 132-25-12.

преобразователь тиристор синхронизирующий



1.3 Построение временной диаграммы

Строятся диаграммы мгновенного значения напряжения на нагрузке для заданного угла управления:

Рисунок 3 - Временная диаграмма работы преобразователя.

Находится среднее значение выпрямленного напряжения, среднее значение выпрямленного тока и среднее значение тока, протекающего через тиристор, при угле управления б = 30?:



Рисунок 4 - Регулировочная характеристика U_d = f(б).

1 - При активной нагрузке.

2 - При активно индуктивной нагрузке.



2. Структурная схема СИФУ

Рисунок 5 - Структурная схема СИФУ

СУ - синхронизирующее устройство, предназначено для синхронизации управляющих импульсов с силовой сетью (для временной “привязки” управляющих импульсов к моментам естественной коммутации).

ФОН - формирователь опорного напряжения, предназначен для получения опорного напряжения Uоп, изменяющегося по косинусойде в диапазоне регулирования тиристора.

При этом в начале диапазона оно равно Uy max, а в конце диапазона равно нулю (рисунок 6).

Не путать напряжение управления Uу (рисунок 5) СИФУ (его максимальное значение Uy max дано в исходных данных) с напряжением, включающим тиристор Uу (рисунок 1,2). Это разные напряжения, которые обозначаются одинаково.

ФСУ - фазосдвигающее устройство, предназначено для получения сдвига фаз между синхронизирующим напряжением и управляющим импульсом на угол управления б в зависимости от величины напряжения управления.

ФИ - формирователь импульсов, формирует импульсы заданной длительности и амплитуды в моменты включения тиристоров.

ВУ - выходное устройство, передает сформированный импульс на тиристор, предварительно усиливая его.

Расчет фазосдвигающего устройства проводится для одного канала управления, т.к. остальные каналы одинаковы.



3. Диаграммы закона регулирования

Для аналоговой системы управления принимаем косинусоидальный закон управления, при котором опорное напряжение U_оп изменяется по косинусоиде в диапазоне регулирования тиристора.

Строится диаграмма закона регулирования для заданной схемы выпрямления.

1) Для однофазной двухполупериодной и однофазной мостовой схем:

Рисунок 6 - Диаграмма закона регулирования для однофазной схемы выпрямления.

На диаграмме U_y текущее значение напряжения управления и соответствующий ему угол управления б.

Рассчитываются напряжение синхронизации, U_с и добавочное напряжение, U_доб. Для приведенной диаграммы

U_с=U_доб =, U_on=U_{y max.}



2) Для трехфазной схемы выпрямления с нулевой точкой:

Рисунок 7 - Диаграмма закона регулирования для трехфазной схемы выпрямления с нулевой точкой

Для приведенной диаграммы

U_с=U_доб =, U_on =U_с+U_доб.

3) Для трехфазной мостовой схемы выпрямления:

Рисунок 8 - Диаграмма закона регулирования для трехфазной мостовой схемы выпрямления



Для приведенной диаграммы

, , U_on =U_с+U_доб.

Таким образом, для получения опорного напряжения, изменяющегося по закону регулирования (косинусоиде) в заданном диапазоне, необходимо получить косинусоиду с амплитудой Uс, и сместить ее вверх (добавить постоянное напряжение) на величину Uдоб.

Для трехфазной схемы выпрямления с нулевой точкой амплитуда косинусоиды:



4. Синхронизирующее устройство

Схема синхронизирующего устройства формирует напряжения, совпадающие по фазе с силовым напряжением на тиристорах, и изолирует СИФУ от сети. Напряжения получают с помощью трансформаторов, схема соединения которых обеспечивает получения необходимых U_с.

Рисунок 9 - Синхронизирующее устройство для однофазной схемы выпрямления.

Рисунок 10 - Синхронизирующее устройство для трехфазной схемы выпрямления с нулевой точкой



Рисунок 11 - Синхронизирующее устройство для трехфазной мостовой схемы выпрямления.

Для синхронизирующего устройства выбирается трансформатор из условия:

1) U_2ф>U_с, U_2ф>3,47 В - для трехфазной схемы с нулевой точкой;

2) U_2ф>2·U_с, U_2ф>2·3,47=6,9 В -для однофазных схем и трехфазной мостовой;

Выбираем трансформатор марки ТАН1-127/220-50, стержневой U₁ = 220В, I₁ = 0,215 А.



Рисунок 12 - Схема выбранного трансформатора

Напряжение на отводах первичных обмоток трансформаторов ТAН1 на 127/220 В:

- между выводами 1 и 2, 4 и 5 - 110 В;

-между выводами 2 и 3, 5 и 6 - 7 В.

При использовании трансформаторов ТAН1-127/220 на 127 В необходимо:

- соединить выводы 1 и 4, 3 и 6, при этом первичные обмотки 1-3 и 4-6 соединяются параллельно;

-подать напряжение 127 В на выводы 1 и 3 или 4 и 6.

При использовании трансформаторов ТAН1-127/220 на 220 В необходимо:

-соединить выводы 2 и 4;

подать напряжение 220 В на выводы 1 и 5.

Таблица 4 - Номера вторичных обмоток трансформатора и соответствующие напряжение.

Номер обмоток	7 - 8 9 - 10	11 - 12 13 - 14	15 - 16 17 - 18	19 - 20 (21) 22 - 23 (24)
Напряжение U2ф	28 В	5 (6,3) В
Ток I2ф	0,24 А	0,19 А	0,24 А	0,8 А

Для получения необходимого напряжения используем три трансформатора ТAН1-127/220, а именно выводы 19 - 21 этих трансформаторов (см. рис. 10).

U_2ф>U_с; 6,3 >3,47 B.

Для однофазных схем и трехфазной мостовой используем выводы 19-20(21) и

22-23(24) соединенные последовательно (см. рис. 8, 9).

4.1 Расчет делителя для синхронизирующего устройства

Рисунок 13 - Делитель синхронизирующего устройства

Напряжение на выходе делителя должно удовлетворять следующему условию:

U_вых=1,2·U_с,

U_вых=1,2·U_с=1,2·3,47=4,16 B;

Для большинства операционных усилителей (ОУ) можно принять

I_1вхоу=1мА, также можно определить входной ток ОУ по справочнику для конкретного типа ОУ (см. далее).

Для правильного подбора сопротивлений делителя должно выполняться условие:

I_R2=10·I_вхоу ;

I_R2=10·I_вхоу =10·0,001=0,01 A;

По первому закону Кирхгофа:

I_R1=I_R2+I_вхоу =0,01·0,001=0,011 A;

Находим сопротивления делителя, принимая:

,

Где

Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления,

??₂ = ??₃ = 300 Ом;

Резистор R₃ выбирается подстроечным и для создания U_вых=4,16 В настраивается таким образом, чтобы сопротивление было равно R_д-R₂.

Напряжение на выходе трансформатора равно 6,3 В, поэтому

??_??1 = ??_2ф ???_вых = 6,3 ?4,16 = 2,14 В;

Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления,

??₁ =200 Ом;

P_R2=P_R3=0,015 Вт;

Выбираем резисторы:

??₁ ?МЛТ 0,125 200 Ом±5%;

??₂ ?МЛТ 0,125 300 Ом±5%;

R₃ - МЛТ 0,125 300 Ом±5%.



5. Расчет формирователя опорного напряжения и фазосдвигающего устройства

Формирователь опорного напряжения, предназначен для получения опорного напряжения U_оп, изменяющегося по косинусойде в диапазоне регулирования тиристора. Он состоит из интегратора, сумматора и инвертора.

ФСУ - фазосдвигающее устройство, предназначено для получения сдвига фаз между синхронизирующим напряжением и управляющим импульсом на угол управления б в зависимости от величины напряжения управления. Оно выполняется на основе компаратора напряжений.

Коэффициенты передачи первых трех блоков должны быть такими, чтобы из напряжения U_вых получилось напряжение U_оп.

Рисунок 14 - Структурная схема формирователя опорного напряжения и фазосдвигающего устройства.

Интегратор, сумматор, инвертор и компаратор напряжения выполняются на основе операционного усилителя и имеют различные схемы включения. Марка операционного усилителя для различных схем включения может быть одна, поэтому для интегратора, сумматора, инвертора и компаратора выбираем операционный усилитель К153УД1 из условий:



U_сф > U_уmax = 6,5 В;

U_вых ? 2·U_уmax = 2·6,5 = 13 В.

Таблица 5 - Номинальные данные операционного усилителя.

Тип	Uсф, В	Uп, В	Iпот, мА	Uвых, В	Iвх, нА	Есм, В
К1040УД2	20	±24	12	±22,5	2500	50·10-3

Рисунок 15 - Схема включения операционного усилителя.

5.1 Расчет интегратора

Рисунок 16 - Схема интегратора.



Оптимальное входное сопротивление интегратора из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи можно найти по формуле:

где ??_вх? входное напряжение блока этой схемы равно U_вых делителя; I_вх входной ток ОУ (из справочника), если нет в справочнике, то ток находится как , где U_вх -максимальное входное напряжение ОУ, обычно оно равно синфазному входному напряжению (из справочника).

Для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия:

U_оп =К·U_вых,

где К= К_и·К_с·К_ин.

Допустим из структурной схемы ФОН и ФСУ

Для схемы интегратора K_и всегда находиться по формуле:

Так как для этой схемы R₄=??_вх? , то R₄=1664 Ом. Из ряда стандартных принимаем ближайшее значение сопротивления R₄=1,8 кОм. Сопротивление R₅ принимается равным сопротивлению R₄, поэтому R₅=1,8 кОм.

Из формулы для коэффициента передачи интегратора находим емкость конденсатора С₁:

Принимаем С₁ = 670 мкФ;

Так как токи очень малы, то потери мощности на резисторах в ФСУ очень малы.

По справочнику выбираем резисторы и емкость:

??₄ ?МЛТ 0,125 1,8 КОм±5%;

??₅ ?МЛТ 0,125 1,8 КОм±5%;

??₁ ?К50 ?16 670 мкФ 25 В.

5.2 Расчет сумматора

Рисунок 17 - Схема сумматора.

Оптимальное входное сопротивление сумматора из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи можно найти по формуле:



где ??_вх? входное напряжение блока этой схемы равно U_с; I_вх входной ток ОУ (из справоч-

ника), если нет в справочнике, то ток находится как

,

где U_вх максимальное входное напряжение ОУ, обычно оно равно синфазному входному напряжению (из справочника).

При условии, что ??_и = 0,8341, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия: К_с=1 Для данной схемы:

, тогда

Так как сопротивления подключены по отношению ко входу параллельно, то:

При условии, что K_с = 1, все сопротивления равны между собой: ??₆ = ??₇ = ??₈ , откуда



следовательно:

??₆ = ??₇ = ??₈ = ??_вх? •3 = 1388 •3 = 4164 Ом;

Принимаем ??₆ = ??₇ = ??₈ = 4,2 кОм;

Сопротивление ??₉ для сумматора равно входному, поэтому

??₉ = ??_вх? = 1388 Ом;

Принимаем ??₉ = 1,4 кОм;

??₆ ?МЛТ 0,125 4,2 кОм±5%;

??₇ ?МЛТ 0,125 4,2 кОм±5%;

??₈ ?МЛТ 0,125 4,2 кОм±5%;

??₉ ?МЛТ 0,125 1,4 кОм±5%.

Выходное напряжение сумматора _оп рассчитывается по формуле:

_оп = • В,

_оп = ?К_с • (U_с + R_доб) = ?1 • (3,47 + 3,47) = ?6,94 В.

5.3 Расчет инвертора

Рисунок 18 - Схема инвертора



Оптимальное входное сопротивление инвертора из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи можно найти по формуле:

где U_вх? входное напряжение блока этой схемы равно _оп; I_вх входной ток ОУ (из справочника). При условии, что K_и = 0,8341, К_с=1, то для того чтобы из напряжения на выходе делителя получить опорное напряжения необходимо выполнение следующего условия:

К_ин=1.

Для данной схемы:

, тогда

Так как сопротивления включены по отношению ко входу параллельно, то:

т.к. K_ин = 1, то R₁₀ = R₁₁ , соответственно

Откуда следует, что R₁₀ = R₁₁ = R_вх? •2 = 2776 •2 = 5552 Ом,

Принимаем R₁₀ = R₁₁ = 5,6 кОм;

Сопротивление R₁₂ для инвертора равно входному, поэтому

R₁₂ = R_вх? = 2776 Ом;

Принимаем R₁₂ = 2,8 кОм;

В результате расчета выбираем резисторы:

R₁₀ ?МЛТ 0,125 5,6 КОм±5%;

R₁₁ ?МЛТ 0,125 5,6 КОм±5%;

R₁₂ ?МЛТ 0,125 2,8 КОм±5%.

Выходное напряжение инвертора R_оп рассчитывается по формуле:

U_оп = ?_оп •

U_оп = ?_оп •K_с = ?(?6,94) •1 = 6,94 В

5.4 Расчет компаратора

Принимаем произвольное опорное напряжение компаратора из диапазона изменения напряжения управления U_{у max}, например, U_оп.к = 5,3 В (на рисунках 5 и 14 U_оп.к - это U_у)

Рисунок 19 - Схема компаратора.

Рассчитывается цепь обратной связи:



U_вых •в= 1,1 •U_пом,

где U_вых - максимальное напряжение на выходе операционного усилителя (из справочника); U_пом - напряжение помехи, равно 2% от амплитуды входного напряжения; в - коэффициент обратной связи компаратора.

Напряжение помехи:

Коэффициент обратной связи компаратора:

Оптимальное входное сопротивление из условия независимости работы входной цепи ОУ и внешней подключаемой цепи:

где U_вх? входное напряжение блока этой схемы равно U_оп;

Для данной схемы:

Коэффициент обратной связи компаратора можно также определить по формуле:



откуда:

R_вх? = в•R₁₄ ,

таким образом, сопротивление R₁₄ из можно определить следующим образом:

Принимаем R₁₄ = 300 кОм.

Из формулы для коэффициента обратной связи компаратора:

Принимаем R₁₃ = 2,9 кОм.

Напряжения срабатывания компаратора:

U_г = U_г1 ?U_г2 = 5,45 ?5,03 = 0,42 В;

Проверка по напряжению помехи:

0,21 > 0,21.

Условие не выполняется, значит необходимо принять ближайшее большее сопротивление

R₁₃ = 3,3 кОм, тогда:

U_г1 = 5,48 В, U_г2 = 4,99 В;

U_г = U_г1 ?U_г2 = 5,48 ?4,99 = 0,49 В;

Проверка по напряжению помехи:

0,245 > 0,21.

Условие выполняется.

В результате расчета выбираем резисторы:

R₁₃ ?МЛТ 0,125 3,3 кОм±5%;

R₁₄ ?МЛТ 0,125 300 кОм±5%.



6. Расчет формирователя импульсов и выходного устройства

Формирователь импульсов и выходное устройство предназначены для формирования импульсов заданной амплитуды и длительности из прямоугольного выходного сигнала компаратора (сигнал 1, рис. 22). Амплитуда импульса (сигнал 2, рис. 22) должна быть не менее U_у тиристора в течении 3·t_вкл (прямоугольник 3, рис. 22). Импульс с требуемыми временными характеристиками получают на выходе дифференцирующего звена, заданная амплитуда импульса обеспечивается усилительным каскадом на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Отрицательный выброс на входе дифференцирующего звена (сигнал 4, рис. 21) должен быть погашен.

6.1 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для тиристора управляемого относительно катода

Для расчета формирователя импульсов и выходного устройства необходимо знать следующие параметры выбранного тиристора: U_у.от = 2,5 В; I_у.от = 0,150 А; t_вкл = 10 мкс;

Рисунок 20 - Формирователь импульсов и выходное устройство для тиристора управляемого относительно катода.



Выходное устройство состоит из транзистора VT₁ резистора R₁₆, импульсного трансформатора Т₁ и диодов VD₂ и VD₃.

Для выходного устройства принимается стандартный импульсный трансформатор Т₁ марки ММТИ-20 с параметрами:

Амплитуда импульса в первичной обмотке U₁ до 30 В.

Ток первичной обмотки не более I₁ = 300 мА.

Коэффициент трансформации К=1.

Выбирается транзистор VT₁ из условий:

I_к.max ?1,2 •I_у.от = 1,2 •0,150 = 0,18 А,

где I_к.max - максимальный ток коллектора транзистора.

U_кэ.max ?1,2 •U_п = 1,2 •24 = 28,8 В;

где U_кэ.max - максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора, U_п - напряжение источника питания, равное напряжению питания операционного усилителя.

Выбирается транзистор 2Т922Б либо КТ922Б:

Таблица 6 - Номинальные данные транзистора.

Электрические параметры
Выходная мощность при UКЭ = 28 В; f = 175 МГц	20 Вт
Коэффициент усиления по мощности при UКЭ = 28 В; f = 175 МГц;	Pвых = 20 Вт не менее 5,5 типовое значение 10*
Коэффициент полезного действия коллектора	2Т922Б не менее 55% типовое значение 65*% КТ922Б не менее 50 %
Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при UКЭ = 5 В; IК = 0,25 А;	Не менее 10 типовое значение 50
Напряжение насыщения коллектор - эмиттер, типовое значение при IК = 250 мА; IБ = 50 мА;	0,35* В
Модуль коэффициента передачи тока при f = 100 МГц; UКЭ = 10 В; IК = 1,5 А	Не менее 3 типовое значение 6,5*
Критический ток коллектора при UКЭ = 10 В; f = 100 МГц;	Не менее 2 А типовое значение 3*А
Постоянная времени цепи обратной связи при UКЭ = 10 В; f = 5 МГц; IЭ = 150 мА	Не более 20 пс типовое значение 8* пс
Емкость коллекторного перехода при UКБ = 28 В; f = 5 МГц;	Не более 35 пФ типовое значение 20* пФ
Емкость эмиттерного перехода* при UЭБ = 0 В; f = 5 МГц;	200 пФ
Обратный ток коллектор - эмиттер при UКЭ = 65 В; RЭБ = 100 Ом не более;	При T = 298 К 10 мА
	При T = 358 К 20 мА
	При T = 398 К 20 мА
Обратный ток эмиттера при UЭБ = 4 В не более;	При T = 298 К 1,0 мА
	При T = 358 К 10 мА
	При T = 398 К 2 мА
Индуктивность выводов при l = 1мм;	эмиттерного 1,1 нГн
	коллекторного 2,4 нГн
	базового 2,5 нГн
Емкость электродов относительно корпуса	эмиттер - корпус 1,84 пФ
	коллектор - корпус 1,53 пФ
	база - корпус 0,96 пФ
Предельные эксплуатационные данные
Постоянное напряжение коллектор - эмиттер при RБЭ ? 100 Ом	при Тп = 298 - 433 К 65 В при Т = Тмин 55 В
Постоянное напряжение эмиттер - база	4 В
Постоянный ток коллектора	1,5 А
Импульсный ток коллектора при фи ? 20 мкс, Q ? 50	4,5 А
Средняя рассеиваемая мощность в динамическом режиме	при Тк ? 313 К 20 Вт
	при Тк = 398 К 5,8 Вт
Тепловое сопротивление переход - корпус	6 К/Вт
Температура перехода	433 К
Температура окружающей среды	От 213 до Тк = 398 К
Напряжение насыщения база - эмиттер при IК = 250 мА; IБ = 50 мА	Не более 2 В

Проверяем выбранный транзистор:

I_к.max ?1,2 •_Iу.от

1,5 А?0,18 А;

U_{кэ. max} ?1,2 •U_п,

65 В?28,8 В;

Находится сопротивление R₁₆:

где U_у.от, В - отпирающее постоянное напряжение управления тиристора; I_у.от, мА - отпирающий постоянный ток управления тиристора; U_кэ.нас - напряжение насыщения коллектор - эмиттер.

Принимаем R₁₆ = 150 Ом.

Проверка:

1,5 А?0,158 А;

Находится ток коллектора I_к:

Падение напряжения на сопротивлении:

U_R16 = I_к •R₁₆ = 0,141 •150 = 21,15 В.

Рассеиваемая мощность на сопротивлении R₁₆:

Выбирается резистор:

R₁₆ ?ТВО 5 150 Ом±5%.

Выбираются диоды VD₂ и VD₃ по условию:

U_обр ?1,2 •U_п = 1,2 •24 = 28,8 В;

I_пр ?1,2 •I_у.от = 1,2 •0,150 = 0,18 А,

Принимаются диоды:

VD₂ и VD₃ - КД106А

Таблица 7 - Номинальные данные диода.

Тип прибора	Предельные значения параметров режима при Т=25єС
КД106А	Iпр. ср. max, мА	Т, єС	f, кГц	Uобр, и, п max, В	Uобр max, В	Iпрг, А	tи(tпрг), мс	fmax, МГц
	300	70	30	100	100	3	1	0,05

где I_{пр. ср. max}, мА - максимальный средний прямой ток диода;

Т, єС - температура окружающей среды;

f, кГц - частота;

U_{обр, и, п max}, В - максимальное повторяющееся импульсное обратное напряжение выпрямительного диода;

U_{обр max}, В - максимальное постоянное обратное напряжение диода;

I_прг, А - ток перегрузки выпрямительного диода;

t_и(t_прг), мс - длительность одноразового импульса тока перегрузки (время перегрузки в течении переходного процесса);

f_max, МГц - максимально допустимая частота;

Проверка:

U_обр ?1,2 •U_п

100 В?28,8 В;

I_пр ?1,2 •I_вх.max

0,3 А?0,18 А;

Формирователь импульсов состоит из резистора R₁₅, диода VD₁ и конденсатора С₂

Принимается:

I_диф = 10 • I_Б = 10 •0,0047 = 0,047 А;

где I_б - ток базы транзистора:

где h_21эср - средний статический коэффициент передачи тока:

Находится сопротивление R₁₅ :

где U_к - напряжение на выходе компаратора и на входе формирователя импульсов, равное напряжению на выходе операционного усилителя (из справочника), U_к = 22,5 В.

Принимается R₁₅ = 470 Ом.

Рассчитывается мощность на сопротивлении R₁₅:

Выбирается резистор:

R₁₅ ?МЛТ 2 470 Ом±5%;

Находится емкость С₂:

Уравнение для напряжения на сопротивлении, через которое протекает ток перезаряда конденсатора:



Для последовательной RC цепи ф = R₁₅· C₂ из рисунка 20 U_диф = U_бэ нас при t = 3·t_вкл, тогда:

где U_{бэ нас} - напряжение насыщения база-эмиттер из таблицы 6.

Принимается конденсатор С₂= 0,027 мкФ;

Выбирается конденсатор:

С₂ - БМТ - 2 0,027 мкФ 400 В

Таблица 8 - Номинальные данные конденсатора.

Тип прибора	Номинальное напряжение, В	Номинальная емкость, пФ	Допускаемое отклонение, % ряд емкостей	Размер, мм
				D(H)	L	B
БМТ - 2	400	4,7·102ч2,2·105	±5; ±10; ±20	6 ч 16	24 ч 47	-

Выбирается диод VD₁ из условий:

U_обр ?1,2 •U_к = 1,2 •22,5 = 27 В;

I_пр ?1,2 •I_{вх max} = 1,2 •0,0478 = 0,0574 А;

где

Принимается диод:

VD₁ - КД106А



Таблица 9 - Номинальные данные диода.

Тип прибора	Предельные значения параметров режима при Т=25єС
	Iпр. ср. max, мА	Т, єС	f, кГц	Uобр, и, пmax, В	Uобр max, В	Iпрг, А	tи(tпрг),мс	fmax,МГц
КД106А	300	70	30	100	100	3	1	0,05

Проверка:

U_обр ?1,2 •U_п

100 В?27 В;

I_пр ?1,2 •I_{вх max}

0,3 А?0,0574 А.

6.2 Расчет формирователя импульсов и выходного устройства для оптронного тиристора

Для расчета формирователя импульсов и выходного устройства необходимо знать следующие параметры выбранного тиристора: U_у.от = 2,5 В; I_у.от = 0,150 А; t_вкл = 10 мкс;

Рисунок 21 - Формирователь импульсов и выходное устройство для оптронного тиристора.



Выходное устройство состоит из транзистора VT₁ резистора R₁₆.

Выбирается транзистор VT₁ из условий:

I_к.max ?1,2 •I_у.от = 1,2 •0,150 = 0,18 А,

где I_к.max - максимальный ток коллектора транзистора.

U_{кэ max} ?1,2 •U_п = 1,2 •24 = 28,8 В;

где U_кэ.max - максимальное напряжение коллектор-эмиттер транзистора, U_п - напряжение источника питания, равное напряжению питания операционного усилителя.

Выбирается транзистор 2Т922Б либо КТ922Б (номинальные данные приведены в таблице

6) Проверяется выбранный транзистор:

I_к.max ?1,2 •I_у.от

1,5 А?0,18 А;

U_{кэ max} ?1,2 •U_п,

65 В?28,8 В;

Находится сопротивление R₁₆:

где U_у.от, В - отпирающее постоянное напряжение управления тиристора; I_у.от, мА - отпирающий постоянный ток управления тиристора; U_кэ.нас - напряжение насыщения коллектор - эмиттер.

Принимается R₁₆ = 150 Ом.



Проверка:

1,5 А?0,158 А;

Находится ток коллектора I_к:

Падение напряжения на сопротивлении:

U_R16 = I_к •R₁₆ = 0,141 •150 = 21,15 В.

Рассеиваемая мощность на сопротивлении R₁₆:

Выбирается резистор:

R₁₆ ?ТВО 5 150 Ом±5%.

Формирователь импульсов состоит из резистора R₁₅, диода VD₁ и конденсатора С₂

Принимается:

I_диф = 10 • I_Б = 10 •0,0047 = 0,047 А;

где I_б - ток базы транзистора:



где h_21эср - средний статический коэффициент передачи тока:

Находится сопротивление R₁₅ :

где U_к - напряжение на выходе компаратора и на входе формирователя импульсов, равное напряжению на выходе операционного усилителя (из справочника), U_к = 22,5 В.

Принимается R₁₅ = 470 Ом.

Рассчитывается мощность на сопротивлении R₁₅:

Выбирается резистор:

R₁₅ ?МЛТ 2 470 Ом±5%;

Находится емкость С₂:

Уравнение для напряжения на сопротивлении, через которое протекает ток перезаряда конденсатора:

Для последовательной RC цепи ф = R₁₅· C2 из рисунка 20 U_диф = U_бэ нас при t = 3·t_вкл, тогда:



где U_{бэ нас} - напряжение насыщения база-эмиттер из таблицы 6.

Принимается конденсатор С₂= 0,027 мкФ;

Выбирается конденсатор (номинальные данные приведены в таблице 8): С₂ - БМТ - 2 0,027 мкФ 400 В

Выбирается диод VD₁ из условий:

U_обр ?1,2 •U_к = 1,2 •22,5 = 27 В;

I_пр ?1,2 •I_{вх max} = 1,2 •0,0478 = 0,0574 А;

где

Принимается диод (номинальные данные приведены в таблице 9):

VD₁ - КД106А

Проверка:

U_обр ?1,2 •U_п

100 В?27 В;

I_пр ?1,2 •I_{вх max}

0,3 А?0,0574 А.



Рисунок 22 - Осциллограммы СИФУ.



7. Расчет блока питания

Блок питания должен вырабатывать напряжение + 24 В для питания операционного усилителя и ± 3,47 В для сумматоров.

Для блока питания выбирается схема:

Рисунок 23 - Блок питания.

Выбираются стабилизаторы напряжения:

Для DA₅:

U_вых = - 24 В.

I_н = 24 · I_{пот оу} + I_д = 24 · 0,012 + 0,000025= 0,288025 А;

где U_вых -напряжение необходимое для питания операционных усилителей равное U_п;

I_н -ток нагрузки стабилизатора напряжения, определяемый количеством подключаемых операционных усилителей;

I_{пот оу} - потребляемый операционным усилителем ток (из справочника); значение «24» зависит от количества каналов управления: 2 канала -16, 3 канала - 24, 4 канала - 32, 6 каналов - 48.

Для DA₆:

U_вых = + 24 В.

I_н = 24 · I_{пот оу} + I_д = 24 · 0,012 + 0,000025= 0,288025 А;

Выбираются стабилизаторы:

DA₅ - КР1179ЕН24: U_вых = - 24 В; I_н.max = 1,5 А; I_пот = 50 ч 100 мкА.

Корпус ТО - 220 (-)

DA₆ - КР1180ЕН24А: U_вых = + 24 В; I_н.max = 1,5 А; I_пот = 50 ч 100 мкА;

Корпус КТ - 28 - 2 (+)

Выбирается трансформатор блока питания из условий:

1) Выпрямленное напряжение на входе стабилизатора должно быть не менее 27 В, так как минимальное необходимое напряжение между входом и выходом стабилизатора должно быть не менее 2ч3 В.

2) I_2ф ?1,2 •I_{пот оу} = 1,2 •0,012 = 0,0144 А;

Используются обмотки 7-8, 9-10 трансформатора ТАН1-127/220-50 (таблица 4), напряжение и ток которых соответственно равны U_2ф = 28 В; I_2ф = 0,24 А.

Выбирается диодный блок из условий:

U_обр ?1,2 •U_2ф = 1,2 •28 = 33,6 В;

I_пр ?1,2 •I_{пот оу} = 1,2 •0,012 = 0,0144 А.



Принимается диодный блок типа КЦ409И:

Таблица 10 - номинальные данные диодного блока.

Тип прибора		Предельные значения параметров режима при Т=25єС
	Iпр. ср. max , А	Т, єС	f, кГц	Uобр, и, п max, В	Uобр max, В	Iпрг, А	tи(tпрг), мс	fmax, кГц
КЦ402D	1	60	1	200	200	85	2,5	6

Тип прибора	Тmax, єС	Значения параметров при Т=25єС
		Uкз(Uпр,ср), В	Iкз(Iпр,ср), А	Iхх(Iобр,ср), мкА
КЦ402D	85	2,5	1	3

где I_{пр. ср. max}, мА - максимальный средний прямой ток диода;

Т, єС - температура окружающей среды;

f, кГц - частота;

U_{обр, и, п max}, В - максимальное повторяющееся импульсное обратное напряжение выпрямительного диода;

U_{обр max}, В - максимальное постоянное обратное напряжение диода;

I_прг, А - ток перегрузки выпрямительного диода;

t_и(t_прг), мс - длительность одноразового импульса тока перегрузки (время перегрузки в течении переходного процесса);

f_max, МГц - максимально допустимая частота;

T_max, єC - максимально рабочая температура;

U_кз (U_{пр, ср} ), В - напряжение короткого замыкания (среднее прямое напряжение диода);

I_кз (I_{пр, ср} ), мА - ток короткого замыкания (средний прямой ток диода);

I_хх (I_{обр, ср} ), мкА - ток холостого хода (средний обратный ток выпрямительного диода);



Проверка по условию:

U_обр ?1,2 •U_2ф = 1,2 •28 = 33,6 В;

100 В?33,6 В;

I_пр ?1,2 •I_{пот оу} = 1,2 •0,012 = 0,0144 А.

1 А?0,0144 А;

В соответствии с рекомендациями по применению стабилизаторов напряжения, выбираются конденсаторы: С₃ ? С₆ ?К50 ?3 200 мкФ 100 В.

Рисунок 24 - Делитель для получения напряжения UУ

Принимаем входной ток ОУ равным 2500•10^-9 А.

I_R18 = 10 •I_{вх оу} = 10 •2500 •10^?9 = 0,000025 А;

I_R17 = IR18 + I_{вх оу} = 0,000025 + 0,0000025 = 0,0000275 А;

Находим сопротивления делителя, принимая:

где



где U_вых = U_доб = 3,17 В.

Принимаем R₁₈ = R₁₉ = 100 кОм.

Принимаем R₁₇ = 760 кОм.

Рассчитываем мощность на сопротивлениях:

Выбираем резисторы:

R₁₇ ?МЛТ 0,125 760 кОм±5%;

R₁₈ ?МЛТ 0,125 100 кОм±5%;

R₁₉ ?МЛТ 0,125 100 кОм±5%.



Список используемых источников

1. Резисторы: Справочник/В. В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.: ил.

2. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник/В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, В.М. Петухов. - М.: Радио и связь, 1987. - 576 с.: ил.

3. Массовая радиобиблиотека основана в 1947 году выпуск 1155. Тиристоры справочник, Москва.: Радио и связь, 1990. - 269 с.: ил.

4. Горячева Г. А., Добромысова Е. Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984. - 88 с., ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1079).

5. Диоды: Справочник/О. П. Григорьев, В. Я. Замятин, Б. В. Кондратьев, С. Л. Пожидаев. - М.: Радио и связь, 1990. - 336 с.: ил. - (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1158).

6. Полупроводниковые приборы: транзисторы Справочник, под общей редакцией Н.Н. Горюнова издание второе переработанное Москва энергоатомиздат 1985 - 897 с.: ил.

7. Справочные материалы приложенные к методическому указанию.

Размещено на Allbest.ru