Транзисторні перетворювач з дроселем в первинний ланцюзі

Зміст

завдання

1. Вступ

2. Теоретична частина

3. Розробка структурної схеми

4. Розробка прінціпової схеми

4.1 Розробка сілової части

4.2 Розробка системи керування

5. Розрахунок сілової части и вузлів системи керування

5.1 Розрахунок сілової части

5.2 Розрахунок системи керування

6. Висновки

7. Література

Додатки:

1. Схема електрична структурна

2. Схема електрична принципова

3. Перелік елементів

4. Креслення друкованої плати

5. Програма мікропроцесора

1. Вступ

В даній курсовій работе Розроблення транзисторних перетворювач Із дроселем у ПЕРВИННА ланцюзі на основе найпростішої схеми, Із системою керування.

Система керування дозволяє правильно Керувати роботом схеми.

Необходимость розробки даного перетворювач Полягає в Наступний: схема дает можлівість усунуті наскрізні Струм й усунуті можлівість однобічного замагнічування силового трансформатора.

Актуальність розроблення перетворювач складається у вікорістанні даного пристрою як более надійного, енергоекономного приладнав у Відмінності від подібніх (мостовий Інвертор, Інвертор з нульового виводу).

Система керування перетворювач побудовали на мікроконтролері, что дает можлівість Зменшити габарити віхідного пристрою, простоту использование й збільшити Надійність приладнати.

2. Теоретична частина

Перетворювач на ріс.3.25, а можна розглядаті як проміжну схему между мостової схеми та схеми з СЕРЕДНЯ точкою, оскількі на інтервалі g Т / 2 коли відкриті VТ1 (VТ2) та VТ4 (VТ3), включена вся первинна обмотка, а на інтервалі (1 - g) T / 2, коли Відкритий только VТ1 (VТ2), половина цієї обмотки.

Тому регулювальна характеристика цього перетворювач буде відрізнятіся від лінійної На Відміну Від Ранее Розглянуто перетворювачів.

Візначімо Рівняння регулювальної характеристики перетворювач.

При цьом пріймемо Такі припущені:

- індуктівність дроселя L и Ємність конденсатора C нескінченно Великі, внаслідок чого пульсації Струму и напруги відсутні;

- Втрата потужності у всех елементах перетворювач відсутні;

- длительность фронтів переключення транзісторів та діода дорівнюють нулю;

- вольтсекундна площа на етапі накопічування ЕНЕРГІЇ дроселем дорівнює вольтсекундній площіні на етапі розсіювання ЕНЕРГІЇ дроселем (середня напряжение на дроселі за период дорівнює нулю) тобто:

, (2.1)

де U _Lнак - напряжение на дроселі на етапі накопічування ЕНЕРГІЇ; U _Lроз - напряжение на дроселі на етапі розсіювання ЕНЕРГІЇ.

Напруга на дроселі на інтервалі g візначається різніцею напруги джерела живлення U _d и напруги U _2W1 на всій первінній обмотці трансформатора, а на інтервалі (1 - g) - только напругою U _W1 на одній з первинного напівобмоток ( ):

; (2.2)

. (2.3)

После підстановкі (3.149) і (3.150) в (3.148), та после нескладних Перетворення одержуємо:

. (2.4)

Регулювальна характеристика перетворювач у пріпущенні, что 2W ₁ = W ₂ представлена на ріс.3.26.

3. Розробка структурної схеми

	Фільтр 1

					Випр. 2

Мал. 1 Схема електрична структурна

При підключенні мережі включається система керування зібрана на мікроконтролері, яка живитися від блоку живлення, что віробляє напругу 5 В, силова частина при цьом відключена. У момент проходження напруги мережі через нульовий відмітку спрацьовує ключ.

Напруга отримай на віході первого Випрямляч згладжується фільтром 1 для здобуття постійної напруги на вході інвертора. На віході інвертора после вісокочастотного трансформатора одержуємо змінну напругу прямокутної форми зі шпаруватістю обумовлення системою керування СУ. Пройшовші вихідні Випрямляч В2 и фільтр Ф2 ця напряжение превратилась в постійну и Повністю передається на НАВАНТАЖЕННЯ.

На систему керування знімається сигнал напруги на навантаженні. Залежних від співвідношення віміряної й необхідної напруг система керування змінює шпаруватість імпульсів керування інвертором для Досягнення рівності ціх напруг.

4. Розробка прінціпової схеми

4.1 Розробка силової частини

Схема електрична принципова сілової части приведена на рис.2.

Рис.2 Схема електрична принципова сілової части.

Вхідна сінусоїдальна напряжение через мостовий Випрямляч зібраній на діодах VD1-VD4 превращается у двохпівперіодну напругу й згладжується за рахунок LC-фільтра зібраного на дроселі L1 и конденсаторі С1.

Постійна напруги Надходить на вхід інвертора Із СЕРЕДНЯ точкою зібраного на транзисторах VT2, VT3 и трансформаторі Т1з обмотками W1 й W2.

Транзистори VТ2 та VТ3 відкриті более чем півперіоду, тобто Працюють з взаємнім перекриття. На інтервалі g Т / 2, коли відкриті обидвоє транзистори, відбувається накопічування ЕНЕРГІЇ в дроселі до которого, через закороченими обмоток силового трансформатора, прікладається повна напряжение живлення перетворювач. Передача ЕНЕРГІЇ від джерела живлення в НАВАНТАЖЕННЯ НЕ відбувається и струм вторинної обмотки трансформатора дорівнює нулю. Діоді Випрямляч віявляються Закритого акціонерного. При віміканні одного з транзісторів енергія, накопічена в індуктівності, через трансформатор передається в НАВАНТАЖЕННЯ. Електромагнітні процеси в даного режімі схожі з процесами у ШІП з підвіщеною віхідною напругою.

Індуковане у вторінній обмотці W2 напряжение, віпрямляється мостового Випрямляч на діодах VD6-VD9. На віході Випрямляч одержуємо прямокутні імпульсі. Згладжена віхіднім фільтром на основе дроселя L2 и конденсатори С2 напряжение Надходить на активне НАВАНТАЖЕННЯ, через Пожалуйста протікає струм пропорційній прікладеній напрузі.

Діаграмі роботи сілової части представлені на рис.3.

Рис.3 Діаграмі роботи сілової части: вхідного Випрямляч а), інвертора б) и віхідного Випрямляч в).

4.2 Розробка системи керування

Мікропроцесорна система керування зібрана на мікроконтролері (МК) ATmega16, схема Підключення которого взята зі Специфікації.

Робота системи керування.

Система керування живитися від напруги 5В яка подається Із блоку живлення А1.

При включенні стабілізатора мікроконтролер DD1, знімаючі напруги з резистора R2 дільніка напруги, підключає силові часть, замікаючі транзистор VT1 только при проходженні напруги мережі через нуль.

Знімаючі напругу з дільніка, включеного паралельно, дБА мікроконтролер одержує інформацію про струм, что протікає в навантаженні. Залежних від співвідношення віхідного Струму й необхідного Струму мікроконтролер змінює коефіцієнт Заповнення імпульсів керування транзисторами інвертора VT2, VT3. У підсумку одержуємо керуючі напруги як на мал.3б.

Установка віхідної напруги в межах 600-1000В здійснюється за помощью змінного резистора R2 и Відображається на чотірьох 7-сегментні індікаторах.

5. Розрахунок сілової части и вузлів системи керування

5.1 Розрахунок сілової части

1) Знайдемо напругу на вторінній обмотці. Вона буде рівна напрузі НАВАНТАЖЕННЯ

Пріймемо

2) Знайдемо коефіцієнт трансформації з формули (2.4)

3) Знайдемо напругу на первінній обмотці з формули (2.3)

4) Знайдемо

5) Знайдемо напруги прікладені на транзисторах в Закритому стані

Максимальна напряжение на транзисторах VT1 (VT2) падатіме на інтервалі часу коли відкриті VT2 и VT3 для VT1 та VT1 и VT4 для VT2 и буде рівна:

Застосовуючі формули (2.2) і (2.3) отрімуємо

На транзисторах VT3 i VT4 максимальна напряжение падатіме при відкритих VT1 и VT4 для VT3, та VT2 и VT3 для VT4 и буде рівна

6) Знайдемо струм на первінній обмотці трансформатора

де

Струм на дроселі Рівний

7) Знайдемо максимальний струм колектора для транзісторів

Віходячі з ціх параметрів вібіраємо транзистор:

фірми IR IRG4RC20F з допустимою напругою 600В и максимальним Струм 22 А. Пріпустіма розсіювана Потужність 66 Вт

8) Знаходімо струм на діоді VD1

Знаходімо максимально зворотню напругу на діоді:

Вібіраємо діод

6A4 фірми Rectron з максимальною зворотнього напругою 400В и максимальним прямим Струм 6А.

9) Розраховуємо вихідний фільтр

Вібіраєм конденсатор та дросель:

Конденсатор моделі К78-2 ємністю 2.2 мкФ и напругою 1000В.

Вібіраєм дросель «PULSE» PE - 53121 з параметрами: L _ін = 2 мГн, I _L = 5 A.

10) Розрахуємо вихідний Випрямляч

Зворотня напряжение на діоді

Вібіраєм діоді:

M6 з максимально зворотнього напругою 800В и максимальним прямим Струм 1А.

11) Розрахунок трансформатора

Знайдемо габаритні Потужність трансформатора

де

= 0.2 Тл -зміна магнітної індукції (броньовій пластинчастого)

= 2.2 А / мм ² - Густина Струму

= 0.9 - коефіцієнт, ефективного Заповнення площади поперечного перерізу сердечника магнітопровода (товщина 0.35мм)

= 0.28 -степінь Заповнення вікна сердечника міддю

Вібіраєм Наступний тіпорозмір сердечника Ш12х25, для которого

Знайдемо число вітків в обмотках:

Знайдемо діаметр обмотувального проводів:

Вібіраєм обмотувальної провід для первинної обмотки ПЕТВ1 (S _m = 1.75 мм ^2,

D _m = 1.7 мм, D _з = 1.8 мм)

Вібіраєм обмотувальної провід для вторинної обмотки ПЕТВ1 (S _m = 0.92 мм ^2,

D _m = 0.8 мм, D _з = 0.85 мм)

5.2 Розрахунок системи керування

1) В системе керування побудованої на мікро контролері ATMega16 Використовують Стандартні елементи обвісу їх номіналі вказані нижчих:

Конденсатор С5 = 0,1 мкФ К10-17А-Н50

Конденсатор С3 = 2,4 пФ МБГО-2-630В

Конденсатор С4 = 2,4 пФ МБГО-2-630В

Резистор R2 = 8,2 кОм TD4A

Резистор R3 = 8,2 кОм TD4A

Кварцовий резонатор Х1 6МГц РК456МІ

2) 4 Семісегментні Індикатори фірми Ningbo G-nor Electronics моделі GNS-70011BD з напругою 4В и Струм 20мА.

3) На вході мікро контролера розташовується модуль живлення фірми КВІНТАЛ моделі 5ПМ з характеристиками:

Вхідна напруга - 150-250 В

Частота мережі живлення - 47-430 Гц

Віхідна напряжение - 5 В

6. Висновки

Розрахованій перетворювач Із дроселем у ПЕРВИННА ланцюзі на основе найпростішої схеми відповідає Вимоги завдання. У работе були розраховані компоненти схеми й підібрані по відповідніх параметрах. Керування перетворювач здійснюється за помощью системи, побудованої на мікроконтролері, что дает можлівість Зменшити габарити віхідного пристрою, простоту использование й збільшити Надійність приладнати. Розраховано основні параметри перетворювач, что дает можлівість оцініті Сейчас Пристрій. Можна Говорити про скроню Надійність приладнати, тому что підібрані елементи Із сучасної бази, рівень безвідмовної роботи якіх високий, погрішність превращение мала.

7. Література

1. Довідник. Джерела електроживлення РЕА. Г. Найвельт, Москва, 1958.

2. Додік С.Д. Джерела електроживлення на напівпровідніковіх прилаштувати.

3. Дроселі. Довідник Міністерства Електронної промісловості СРСР.

4. Конденсатори. Довідник Міністерства Електронної промісловості СРСР.

5. Білопольський І.І. Розрахунок трансформаторів и дроселів. М .: Енергія, 1973.

6. Довідник. Напівпровіднікові пристрої. Голомедова, М .: 1988.

			Випр. 2

Підпрограма установок і ініціалізації

// Watchdog initialize

// prescale: 2048K

void watchdog_init (void)

{

WDR (); // this prevents a timout on enabling

WDTCR = 0x0F; // WATCHDOG ENABLED - dont forget to issue WDRs

}

void port_init (void) // ініціалізація портів

{

DDRA = 0b00110100;

PORTA = 0b000000000;

DDRD = 0b11111111;

PORTD = 0b00000000;
DDRB = 0b11111111;

PORTB = 0b00000000;

}

void timer1_init (void) // ініціалізація таймера на час 18мкс

{

TCCR1B = 0x00; // stop

TCNT1H = 0x3C; // setup

TCNT1L = 0xB0;

OCR1AH ​​= 0xC3;

OCR1AL = 0x50;

OCR1BH = 0xC3;

OCR1BL = 0x50;

ICR1H = 0xC3;

ICR1L = 0x50;

TCCR1A = 0x00;

}

void init_devices (void) // ініціалізація пристроїв

{

CLI ();

watchdog_init ();

port_init ();

timer1_init ();

SREG = 0b10000000;

ADCSRA = 0b10000110; // ініціалізація АЦП (режим)

ADMUX = 0b11100011; // ініціалізація АЦП (вибір РА3)

MCUCR = 0x00;

TIMSK = 0x04; // переривання по таймеру 1

GICR = 0x00;

SEI ();

}

підпрограма функцій

unsigned int out, set, Ton;

int high, low, b, tint1, des, edi;

int mas_code [10] = {0b01000000,0b01111001,0b00100100,0b00110000,

0b00011001,0b00010010,0b00000010,0b01111000,0b00000000,0b00010000};

void BCD (int b) // BCD-перетворення

{

des = ((b% 100) / 10);

edi = ((b% 100)% 10);

}

void delay_mcs (unsigned int tmp) // затримка

{

unsigned int tmp1;

tmp1 = tmp * 10;

while (tmp1> 0)

{Tmp1--;}

}

void start (void) // функція запуску стабілізатора

{

ADCSRA = 0b11000110; // запуск АЦП

delay_mcs (10);

low = ADCL; high = ADCH;

ADCSRA = 0b01000110; // зупинка АЦП

Uin = high;

while (Uin! = 0)

{Delay_mcs (100);}

PORTA = 0b000000100; // VT1

}

void vol (void) // визначення напруги навантаження і необхідного струму за 2мкс, індикація

{

ADMUX = 0b11110000; // ініціалізація АЦП (вибір РА0, РА1)

ADCSRA = 0b11000110; // запуск АЦП

low = ADCL; high = ADCH; // зчитування напруги

out = high; // запис в регістр

ADCSRA = 0b01000110; // зупинка АЦП

ADMUX = 0b11100110; // ініціалізація АЦП (вибір РА6)

ADCSRA = 0b11000110; // запуск АЦП

low = ADCL; high = ADCH; // зчитування напруги

set = high; // запис в регістр

ADCSRA = 0b01000110; // зупинка АЦП

if (out

if (out> set) {Ton--;}

BCD (set);

PORTB = mas_code [edi];

PORTD = mas_code [des];

}

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr: 9

void timer1_ovf_isr (void) // підпрограма переривання по таймеру 1

{

tint1 = 1;

TCNT1H = 0x3C;

TCNT1L = 0xB0;

}

Основна програма:

// Target: M16

// Crystal: 10.000Mhz

#include

#include

#include

#include

#include

unsigned int T;

void main (void)

{

init_devices ();

start ();

PORTA & 0b001000000 = 0;

PORTA & 0b000100000 = 0;

Ton = 10;

while (1)

{

vol ();

tint1 = 0;

TCCR1B = 0x01; // запуск таймера

T = 0;

while (T <= Ton) {PORTA & 0b001000000 = 1; T ++}

else {PORTA & 0b001000000 = 0; PORTA & 0b000100000 = 0;} // VT2

while (tint1! = 1) delay_mcs (0);

vol ();

tint1 = 0;

TCCR1B = 0x01; // запуск таймера

T = 0;

while (T <= Ton) {PORTA & 0b000100000 = 1; T ++}

else {PORTA & 0b001000000 = 0; PORTA & 0b000100000 = 0;} // VT3

while (tint1! = 1) delay_mcs (0);

}

}