Технически университет – Габрово

Катедра: Електроника

Дисциплина: “Преобразувателна техника”

КУРСОВА РАБОТАТема: “Повишаващ импулсен преобразувател на постоянно

напрежение”

Студент: Свилен Тодоров ПоповСпец: “Е”, курс: III, група: Iб, фак.№ 20507139

Изработил: …………… Ръководител:…………........ /С. Попов/ /доц. Н. Маджаров/

I. Теоретична обосновка

Схемата на повишаващ импулсен преобразувател на постоянно напрежение и времедиаграмите илюстриращи принципа на работа са представени на фиг.1 и фиг.2

Фиг.1

1. Работа в режим на непрекъснат ток

При отпушване на транзистора VT в началото на първия интервал, диодът VD е запушен и цялото захранващо напрежение се прилага върху дросела L. Входният ток нараства до своята максимална стойност от нула при РПТ и от ненулева стойност при РНТ. Когато транзисторът се запуши, напрежението на дросела сменя своя поляритет и през отпушения диод върху товара се прилага повишено напрежение, равно на сумата от захранващото напрежение и това на дросела L, т.е. в товара и филтриращия кондензатор се прилага енергията директно от захранващия източник и тази, натрупана в дросела L. Следователно, изходното напрежение е винаги по – голямо от входното, което обстоятелство определя вида на този преобразувател – повишаващ. Напреженията върху транзистора и товара са равни – UVT = UT.Връзката между входното и изходното напрежение и коефицента на регулиране за РНТ се дава с израза:

, т.е. изходното напрежение зависи само от стойността на входното и коефицента на регулиране К. Като регулиращ фактор се използва само К.В първия интервал при отпушен транзистор, дроселът L е свързан към входното напрежение, т.е. UL = E, а токът на кондензатора е IC = -UT/RT. През втория интервал, когато транзисторът е запушен, напрежението на дросела и токът на кондензатора са съответно равни

UL = E – UT IC = IL – UT/RT

За зависимостта между изходното напрежение и коефицента на регулиране се получава:

Фиг.2

Графичната зависимост UT/E = f(K) е представена на фиг.3. Вижда се, че с увеличаване на К, се увеличава стойността на изходното напрежение, като при К = 1 тя е най – голяма и зависи от стойността на схемните елементи.

Фиг.3

Tокът през дросела може да се получи чрез използване на изразите за баланса на енергията във филтровия кондензатор CФ. През първия интервал, когато работи трансисторът, кондензаторът захранва товара с енергия, при което той се разрежда. През втория интервал, когато транзисторът е запушен, през дросела се подава енергия към товара от една страна и от друга – към кондензатора, при което той се зарежда.За средния ток на дросела се получава:

IL = UT/(KI.RT)

Токът през индуктивността, който съвпада с входния ток на ИППН, е по – голям от товарния ток. При К ≈ 1 (КI ≈ 0) токът през дросела и транзистора придобива доста голяма стойност и се създава предпоставка за значително увеличаване на загубите в тях. Това е съпроводено със силно намаляване коефицента на полезно действие на преобразувателя и затова е препоръчително да се избягват режимите при К ≈ 1.Загубите в транзисота се определят по следния начин:

PVT = PT.(RVT/RT).(UT/E)2.(1-E/UT).[(1+1/12.[(TRT/L)]2.(1-E/UT)2.(E/UT)4]

Загубите в кондензатора се определят по следния начин:

PCФ = PT.(RCФ).[1/12.((T.RT)/L)2.(1-E/UT).(E/UT)3]

Важен показател за работата на повишаващия ИППН са нивото на пулсации на тока през дросела. На фиг.4 е представена времедиаграмата за РНТ и изразите за стръмността му в двата интервала.

Фиг.4

За първия и втория интервали са в сила съответно следните изрази:

(diL(t))/dt = (uL(t))/L = E/L (diL(t))/dt = (uL(t))/L = (E-UT)/L

Съгласно фиг.4 за пулсациите на тока през дросела за първия интервал се получава:

2.∆iL = E/L.K.T, т.е. ∆iL = ∆iVD = ∆iVT = E.K.T/2.L

Максималната стойност на тока през дросела, транзистора и диода се изчислява с израза:

ILMAX = IVDMAX = IVTMAX = E/(RT.(1-K)2)+(E.T.K)/(2.L)

2. Работа в режим на прекъснат ток

Когато повишаващият ИППН работи в РПТ, токът през транзистора и диода ще бъде с по – голяма максимална стойност за получаването на същата мощност, в сравнение с РНТ. За осигуряване на допустимите пулсации на изходното напрежение, филтровият кондензатор за РПТ е с по – голям капацитет, отколкото при РНТ, определящ се от дълбочината на регулиране и стойността на товара. За предпочитане е повишаващият ИППН да работи в РПТ, тъй като в РНТ съществува възможност за нарушаване устойчивостта на схемата.Режимът на РПТ е представен на фиг.5 чрез тока на дросела L, който е идентичен с тока на транзистора и диода, съответно през първия К1.Т и втория К2.Т интервали. ИППН ще работи в РНТ или в РПТ, ако са изпълнение следните условия:

IL > ∆iL – РНТ IL < ∆iL – РПТ

Фиг.5

За РПТ стойността на коефицента на регулиране се определя с израза:

K = E.sqrt(IT.2.L.(UT-E)/T)

Максималната стойност на тока през дросела, транзистора и диода:

ILMAX = IVTMAX = IVDMAX = (E.T.K)/L

Средната стойност на тока през дросела:

IL = [E.T.K.sqrt(K+(K.UT)/(UT-E)]/Lsqrt(3)

Загубите в транзистора за РПТ:

PVT = (E2.T2.K2.RVT)/3.L2

Зависимостта НКР = f(K) е представена на фиг.6. Стойността на НКР е нулева при К = 0 и К = 1 и има максимум равен на 4/27 при К = 1/3. Следователно, ако Н > 4/27 ИППН ще работи в РНТ за всяка стойност на К. Ако Н < 4/27 ИППН ще работи в РПТ за стойности на К около 1/3 – фиг.6. ИППН ще работи в РНТ за стойности на К, близки до 0 и 1. За разлика от понижаващия преобразувател, повишаващият може да работи в РНТ при К=0, защото пулсациите на тока през дросела са със стойност близка до нула, а средната стойност на същия ток е различна от 0.

Фиг.6

От принципа на работа на повишаващия ИППН се вижда, че токът на товара и филтриращият кондензатор, е равен на тока през диода и винаги е прекъснат. Това означава, че кондензаторът трябва да бъде с относително голяма стойност, с цел осигуряване на допустимите пулсации в изходно напрежение. От друга страна може да се отбележи, че за типичните стойности на коефицента на регулиране (0.25 – 0.75), входният ток е равен на тока през дросела, който винаги е непрекъснат и има малки пулсации. С това се обясняват добрите входни параметри на този вид преобразуватели, т.е.е

регулиране при висок входен фактор на мощността. В съответствие с горните изводи е използването в много случаи на повишаващия ИППН като предварителен регулатор в системи с дълбоко регулиране, преди основния регулатор.Нивото на максималната мощност е ограничено от големите импулсни токове през елементите на схемата. Това е причината повишаващият ИППН да се използва за по – малки мощности, в сравнение с понижаващия преобразувател.

II. Изчисления на повишаващ импулсен преобразувател на постоянно напрежение

Е = 50VUT = 70VP = 400W

UVT = UT = 70VUL = E = 50V – при отпушен транзисторUL = E-UT = 50-70 = -20V – при запушен транзисторK = (UT-E)/UT = (70-50)/70 = 0.28K+KI = 1 0.28+ KI = 1 KI = 0.72