Источник бесперебойного питания (стр. 4 из 15)

Для индикации режимов работы ИБП используются индикаторы HL1 – “Сеть”, HL2 – “~220В”, HL3 – “АБ 10.5В”.

1.5. Разработка и расчет отдельных узлов схемы электрической принципиальной.

1.5.1. Электрический расчет схемы зарядного устройства.

За базовую схему для зарядного устройства возьмем схему однотактного обратно-ходового преобразователя напряжения.

Рис. 1.5.1 Принципиальная схема зарядного устройства.

Это целесообразно тем, что нужна относительно небольшая мощность Рвых.=100Вт для того, чтобы заряжать аккумуляторы. Также эта схема привлекательная простотой и дешевизной, сравнительно с такими схемами как полумостовая или прямоходная. Воспользуемся методикой расчета, представленной в [5].

Выходные данные для расчетов Таблица 1.5.1.

Параметры	Обозначения	Значение
Минимальная переменная вх. напряжения		85В
Максимальная переменная вх. напряжение		270В
Частота сети		50Гц
Максимальна вых. мощность		100 Вт
Минимальна вых. мощность		1Вт
Выходное напряжение		13,8В
Пульсации выходного напряжения		0,05В
Напряжение первичной обмотки		100В
Прогнозируемый КПД		0,84
Пульсации вх. постоянного напряжения		10В
Напряжение питания ИМС		12В
Количество оптопар		1

Рассчитаем характеристики входного диодного моста и конденсатора.

Максимальна входная мощность:

;

Найдем максимальное значение тока, протекающего через диодный мост VD1:

;

Рассчитаем максимальное значение напряжения на диодном мосте:

;

Найдем параметры входного конденсатора C6:

;

,

где: VDCminPK минимальное амплитудное значение входного напряжения, VDCmin минимальное значение входного напряжения с учетом пульсаций.

Найдем время разряда конденсатора C6 за половину периода:

;

Рассчитаем мощность, которая берется из конденсатора за время разряда:

;

Найдем минимальное значение емкости C6:

;

Расчет трансформатора T2

Найдем максимальный ток, который протекает через первичную обмотку трансформатора T2:

,

где Dmax=0,5, скважность импульсов на первичной обмотке.

Рассчитаем максимальный ток через демпферный диод VD7:

;

Определим начальную индуктивность первичной обмотки при максимальном цикле:

;

Выберем тип сердечника трансформатора из каталога продукции фирмы Epcos. Выбираем сердечник E3211619.

Параметры сердечника. Таблица 1.5.2.

Параметр	Обозначение	Значение
Индуктивность одного витка	AL	24,4нГн
Площадь окна	AN	108,5мм2
Ширина сердечника	S	0,5мм
Площадь разреза сердечника	Ae	83мм2
Длина средней линии	IN	64,6мм
Взвешивающий коэффициент мощности (при 100кГц)	PV	190мВт/г
Индукция насыщения сердечника	Bmax	0,2Т...0,3Т
Масса	m	30г

Найдем количество витков первичной обмотки:

,

Принимаем Np равным 24 витка.

Определим количество витков вторичной обмотки:

,

где: VFDiode падение напряжения на диоде. Возьмем NS=4 витка.

Найдем количество витков дополнительной обмотки:

;

Принимаем NAUX=4 витка.

Рассчитаем реальную индуктивность первичной обмотки:

;

Найдем максимальный ток через первичную обмотку T2:

;

Высчитаем максимальную индукцию трансформатора:

, B<Bmax ;

Найдем площадь разреза с учетом количества витков обмотки Np:

;

Конструкция трансформатора для сердечника E3211619:

Из таблицы данных сердечника E3211619: BWmax=20,1мм – максимальное значение ширины обмотки с сердечником; М=4мм минимальное рекомендованное значение ширины обмотки с сердечником.

Определим эффективное значение ширины обмотки с сердечником:

,

Выбираем коэффициент заполнения окна трансформатора обмотками:

Первичная – 0,5

Вторичная – 0,45

Вспомогательная – 0,05

Коэффициент заполнения меди из таблицы данных сердечника: fCu=0,2.0,4. Выберем fCu=0,3:

Рассчитаем площадь разреза проводника первичной обмотки T1:

;

Принимаем диаметр провода для первичной обмотки dP=0.64мм (22 AWG)

Рассчитаем площадь разреза проводника вторичной обмотки T1:

.

Принимаем диаметр проводника dS=2 x 0,8 мм (2x20 AWG).

Рассчитаем площадь разреза проводника дополнительной обмотки:

Принимаем диаметр проводника dAUX=0,64мм (22 AWG).

Рассчитаем параметры выходного диода VD11.

Определим максимальное обратное напряжение на диоде:

;

Определим максимальный импульсный прямой ток через диод:

;

Определим максимальный импульсный прямой ток через диод, с учетом коэффициента заполнения:

;

Рассчитаем параметры выходного конденсатора С36.

Максимальная импульсная нестабильность выходного напряжения Vout=0,5В, при количестве периодов тактовой частоты: ncp=5.

Определим максимальный выходной ток:

;

Минимальная емкость конденсатора C36:

;

Выбираем конденсатор на 2200мкФ – 25В.

Расчет демпферной цепи: C23, R26, VD7

Найдем напряжение демпферной цепи:

,

где V(BR)DSS – максимально допустимое напряжение сток-выток транзистора.

Для расчета демпферного звена необходимо знать индуктивность рассеивания (LLK) первичной обмотки, которая очень сильно зависит от конструкции трансформатора. Поэтому, примем значение индуктивности рассеивания на уровне 5% от первичной обмотки.

.

Найдем емкость конденсатора C23 демпферной цепи:

.

Принимаем С23=470пФ.

Найдем сопротивление резистора демпферного звена R26:

.

Принимаем R26=1,2 кОм.

Расчет потерь

Определим потери на диоде VD1:

;

Определим сопротивление первичной обмотки:

;

Определим сопротивление вторичной обмотки:

,

где: удельное сопротивление меди P100=0,0172Ом×мм2/м.

Определим потери в меди на первичной обмотке:

;

Определим потери в меди во вторичной обмотке: