2.4.2. Режим прерывистых токов дросселя

Отличие данного режима от режима непрерывных токов дросселя для схемы на рис. 2.2 состоит в следующем. После закры­тия регулирующего транзистора (момент времени t₂ на рис. 2.14, б) ток, протекающий через дроссель и диод, уменьшаясь, достигает нуля в момент времени t₃. На интервале t₃t₄, когда транзистор по-прежнему закрыт, ток через дроссель и диод равен нулю. В момент времени t₃ напряжения скачкообразно уменьшаются на транзисторе от U_н  U_пр до U_п, на дросселе от U_н  U_п  U_пр до нуля, на диоде на­пряжение увеличивается от U_пр до U_н  U_п, а ток конденсатора из­меняется от нуля до I_н. При поступлении отпирающего импульса u_п.у транзистор открывается, его коллекторный ток начинает плавно увеличиваться от нуля без выбросов I_K m, так как в течение вре­мени t₃t₄ диод закрыт.

Применение режима прерывистых токов в схемах с авто­трансформаторным включением дросселя приведет к таким же из­менениям во временных диаграммах, как и для схемы на рис. 2.2, а именно: увеличится длительность закрытого состояния диода; на форме напряжений u_КЭ и u_д появится "вырез"; на форме коллектор­ного тока отсутствуют выбросы I_К m.

Существенным недостатком режима прерывистых токов яв­ляется повышенная пульсация напряжения на нагрузке из-за уве­личения длительности разряда конденсатора в нагрузку и увеличе­ние внутреннего сопротивления.

2.4.3. Методика расчета

Исходные данные для расчета ИСН повышающего типа мо­гут быть использованы из п.2.3.3.

Проведем расчеты для схемы на рис. 2.2.

1. Выбираем частоту преобразования f_п и принимаем _ст = 0,9.

2. Определяем минимальное, номинальное и максимальное значения относительной длительности открытого состояния регу­лирующего транзистора:

_min = [1  (U_п + U_п) / (U_н  U_н)] / _ст,

_ном = (1  U_п / U_н) / _ст,

_max = [1  (U_п  U_п) / (U_н + U_н)] / _ст.

3. Из условия обеспечения режима непрерывности токов дросселя определяем его минимальную индуктивность

L_min  (U_п  U_п) _max (1  _max) / (2I_{н min} f_п).

4. Определяем средний, минимальный и максимальный ток дросселя

I_{L ср} = I_{н max} / (1  _max),

I_{L min} = I_{L ср}  U_{п min} _max / (2L_min f_п),

I_{L max} = 2I_{L ср}  I_{L min}.

5. Задаемся током I_K m = (1,22) I_L ср и с учетом частоты пре­образования f_п выбираем регулирующий транзистор по току и на­пряжению I_K max > I_K m = 1,5 I_L ср (или при больших изменениях тока дросселя I_K max > (I_н max + I_н min/2)), U_{КЭ max} > U_{н max}.

6. Выбираем силовой диод с параметрами

I_пр > I_{L max}, U_обр > U_{н max}, t_{вос. обр} << 1/f_п.

7. Определяем относительное значение выброса коллектор­ного тока K_тр1 = I_K m / I_Б h_21Э max и коэффициент K_тр2 = I_L min / I_Б h_21Э max. По графикам на рис. 2.12 находим _Б/_эфф, а затем C_Б = 1,6I_Б _Б/U_ЭБ.

8. Определяем времена включения, выключения и рассасы­вания транзистора по формулам (2.2.8).

9. Потери мощности на транзисторе определяются в основ­ном потерями в режиме насыщения и динамическими (в моменты переключения):

P_{K нас} = I_{L ср} U_{КЭ нас} _max,

P_{K дин} = 0,5f_п (U_н  U_пр) (I_{K m} t_вкл + I_{L max} t_выкл),

P_K = P_{K нас} + P_{K дин}.

10. Потери мощности на диоде определяются в основном по­терями в прямом направлении и динамическими при его выключении

P_д = I_{L ср}U_пр (1  _max) + U_н I_{обр max} t_{вос. обр} f_п / 6,

где I_{обр max} = I_max  I_{L min}.

11. Пульсация напряжения на нагрузке определяется из вы­ражения

U_н = I_н (1  ) / f_п C_н + I_{L max} r_п.

При включении в качестве С_н нескольких параллельно вклю­ченных конденсаторов, их общее число

N_C = I_{н max} (1  _min) / (C₀ f_п 2U_н) + I_{L max} r_{п. о} / (2U_н).

Импульсное и действующее значения тока через один кон­денсатор фильтра

I_{С max} = (I_{L max}  I_н) / N_C;

I_{C д} = I_{н max} [_max / (1  _max)]^1/2 / N_C.

12. По заданному коэффициенту стабилизации вычисляем коэффициент передачи схемы управления

K_ШИМ = (_ном  _min) K_ст U_п / [(U_{п max}  U_п) U_н].

13. Расчет схемы управления с учетом температурной неста­бильности U_{н. т} проводим по методике, изложенной в п. 1.2.6.

14. Вычисляем потери в дросселе и, приняв мощность, по­требляемую схемой управления, равной P_с. у, определяем КПД ста­билизатора

P_L  I_{L ср}² r_L,

_ст = U_н I_{н max} / (U_н I_{н max} + P_к + P_д + P_L + P_{с. у}),

15. Внутреннее сопротивление ИСН (полагаем дифференци­альное сопротивление диода равным r_диф)

r_н = U_н (R_и + r_L + r_диф) / (K_ст U_п).