Расчет силового каскада

 

Для питания силового каскада используется источник постоянного напряжения, схема которого приведена на рис. **. Элементы этой схемы посчитаны с помощью специальной программы PI Eexpert 6.1.0.2. Источник питания – обратноходовой преобразователь, управляемый специальной микросхемой TopSwitch марки TOP250Y. Схема работает с частотой переключения 132 кГц. Номиналы элементов приведены в приложении **.

 

 

К мостовому преобразователю (рис. **) подается напряжение питания в . Обратное напряжение на транзисторах не превышает этого значения, а максимальная амплитуда тока через них . Частота переключения ключей – .

 

Транзисторы типа APT5020BVR, выбранные на основе этих значений, имеют следующие параметры:

максимальное обратное напряжение ;

максимальный прямой ток ;

мощность рассеяния ;

максимальное напряжение затвор-исток ;

сопротивление канала сток-исток во включенном состоянии ;

время включения ;

время выключения ;

выходная емкость ;

заряд на затворе ;

Посчитаем потери мощности в транзисторе []. Потери мощности при включении:

 

 

Потери мощности во включенном состоянии:

 

;

 

Потери мощности, определяемые цепью затвора:

 

;

 

Суммарная мощность потерь на одном транзисторе:

 

.

 

Чтобы ток во время паузы, когда все четыре транзистора закрыты, не протекал через внутренний диод транзистора, создавая тем самым дополнительные потери в нем, в схему включены диоды . Тогда весь ток во время паузы потечет через диоды , которые к тому же более быстродейственны, чем внутренние диоды транзисторов. Диоды  – диоды Шоттки типа 20L15T, имеющие параметры []:

максимальное обратное напряжение ;

максимальный прямой ток ;

максимальное прямое падение напряжения ;

максимальный обратный ток .

Потери в диоде определяются как .

А диоды  – диоды типа RHRP860 с параметрами []:

максимальное обратное напряжение ;

максимальный прямой ток ;

максимальное прямое падение напряжения ;

максимальный обратный ток ;

заряд на диоде .

Потери в диоде в этом случае считаются по формуле

 

 

Каждую группу элементов ( ) разместим на отдельных штыревых радиаторах. Определим размеры радиатора для рассеивания мощности в  при температуре перехода  [найв].

Зададимся высотой радиатора .

По графику на рис. ** для  определяем коэффициент неравномерности температуры штыревого радиатора при принудительной конвекции .

Определяем допустимую среднюю поверхностную температуру радиатора и его перегрев:

 

,

.

 

Для вертикально ориентированной поверхности высотой  рассчитаем коэффициент теплообмена при принудительной конвекции:

 

,

 

где  - число Рейнольдса;

 - коэффициент теплопроводности термопасты.

Коэффициент теплообмена излучением:

 

,

 

где  – степень черноты поверхности радиатора, выполненного из анодированного алюминия;

 - коэффициент облученности, выбран на основании [].

 взято из таблицы **.

Определяем суммарный коэффициент теплообмена:

 

.

 

Рассчитываем площадь теплоотдающей поверхности радиатора:

 

.

 

Зададимся следующими параметрами штыревого радиатора:

толщина основания ;

высота штыря ;

шаг между штырями ;

радиус верхнего основания штыря ;

радиус нижнего основания штыря ;

Ширина штыревого радиатора:

 

,

где ;

,

 

Размеры штыревого радиатора принимаем следующие: .

НЧ фильтры рассчитаем на частоту среза . Суммарная емкость на выходе примем равной 4 мкФ. Зная, что  и  получаем емкости

 

.

 

Индуктивности дросселей фильтров тогда можно определить из формулы

 

.

 

Диаметр намоточных проводов равен

 

,

 

где  – плотность тока в проводах.