Усилитель напряжения с регулируемой фазой (стр. 7 из 9)

Амплитуда импульса тока на выходе драйвера в режиме короткого замыкания (транзистор открыт) равна

, при условии, что длительность импульса не превышает 10 мкс (частота больше 100 кГц, что удовлетворяет нашим условиям). Чтобы уменьшить этот ток на половину в цепь затворов транзисторов включим резисторы R1-R4, номиналы которых могут быть вычислены по формуле

.

2.3. Расчет силового каскада

Для питания силового каскада используется источник постоянного напряжения, схема которого приведена на рис. **. Элементы этой схемы посчитаны с помощью специальной программы PIEexpert 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

.