Улучшение характеристик импульсного источника питания
|
Введение 5
1. Обзорная часть 6
1.1 Обзор схем входного блока 7
1.1.1 Обзор помехоподавляющих фильтров сети 7
1.1.1.1 Однофазный фильтр сети 7
1.1.2 Обзор выпрямителей 8
1.1.2.1 Однополупериодный выпрямитель 8
1.1.2.2 Двухполупериодный трансформаторный выпрямитель со средней
точкой 9
1.1.2.3 Двухполупериодный (Мостовой) выпрямитель 10
1.1.2.4 Выпрямитель с удвоением напряжения 11
1.1.3 Обзор сглаживающих фильтров 11
1.1.3.1 C-фильтр 12
1.1.3.2 RC-фильтр 13
1.1.3.3 L-фильтр 13
1.1.3.4 LC-фильтр 14
1.2 Обзор схем автогенераторов 15
1.2.1 Бестрансформаторные схемы 15
1.2.1.1 Импульсный преобразователь постоянного напряжения (И1111Н)-1 15
1.2.1.2 И IIII1-2 16
1.2.1.3 ИППН-3 17
1.2.1.4 Схема Кука 17
1.2.1.5 Схема SEPIC 18
1.2.1.6 Объединение схем Кука и SEPIC 19
1.2.2 Трансформаторные схемы 20
1.2.2.1 Обратноходовой преобразователь 20
1.2.2.2 Двухтактный преобразователь с выводом средней точки первичной
обмотки 21
1.2.2.3 Полумостовой преобразователь 22
1.2.2.4 Мостовой преобразователь 23
1.2.2.5 Ждущий однотактный блокинг-генератор 24
1.2.2.7 Трансформаторный вариант базового ИППН-1 25
2 Анализ элементной базы и схемотехнические решения по улучшению характеристик импульсного блока 26
2.1 Варианты схемотехнических решений поочередного разряда конденсаторов
в С-фильтре 26
2.1.1 Стандартная работа С-фильтра 29
2.1.2 Поочередный разряд конденсаторов Cs и С1 без задержки разряда
конденсатор Cs 32
2.1.3 Поочередный разряд конденсаторов Cs, С1 и С2 без задержки разряда
конденсатора Сs 37
2.1.5 Разряд конденсатора С1 с задержкой разряда первого конденсатора 45
2.1.6 Поочередный разряд конденсаторов С1 и С2 с задержкой разряда первого
конденсатора 49
2.1.7 Поочередный разряд конденсаторов С1, С2 и С3 с задержкой по времени
по времени первого конденсатора 54
2.1.8 Заключение схемотехническим решениям фильтров 59
2.2 Входной фильтр без фильтрующего конденсатора 62
2.3 Сравнение полупроводниковых ключей старого и нового образца в работе
схемы импульсного источника питания 64
2.3.1 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 3А 68
2.3.2 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,5 А 71
2.3.3 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,2 А 74
2.3.4 Заключение по полупроводниковым ключам 76
2.4 Сравнение диодов старого и нового образца в работе схемы импульсного
источника питания 77
2.4.1 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 3А 79
2.4.2 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,5А 81
2.4.3 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,2А 83
2.4.4 Заключение по диодам в ИППН 85
Заключение 86
Список использованных источников 88
1. Обзорная часть 6
1.1 Обзор схем входного блока 7
1.1.1 Обзор помехоподавляющих фильтров сети 7
1.1.1.1 Однофазный фильтр сети 7
1.1.2 Обзор выпрямителей 8
1.1.2.1 Однополупериодный выпрямитель 8
1.1.2.2 Двухполупериодный трансформаторный выпрямитель со средней
точкой 9
1.1.2.3 Двухполупериодный (Мостовой) выпрямитель 10
1.1.2.4 Выпрямитель с удвоением напряжения 11
1.1.3 Обзор сглаживающих фильтров 11
1.1.3.1 C-фильтр 12
1.1.3.2 RC-фильтр 13
1.1.3.3 L-фильтр 13
1.1.3.4 LC-фильтр 14
1.2 Обзор схем автогенераторов 15
1.2.1 Бестрансформаторные схемы 15
1.2.1.1 Импульсный преобразователь постоянного напряжения (И1111Н)-1 15
1.2.1.2 И IIII1-2 16
1.2.1.3 ИППН-3 17
1.2.1.4 Схема Кука 17
1.2.1.5 Схема SEPIC 18
1.2.1.6 Объединение схем Кука и SEPIC 19
1.2.2 Трансформаторные схемы 20
1.2.2.1 Обратноходовой преобразователь 20
1.2.2.2 Двухтактный преобразователь с выводом средней точки первичной
обмотки 21
1.2.2.3 Полумостовой преобразователь 22
1.2.2.4 Мостовой преобразователь 23
1.2.2.5 Ждущий однотактный блокинг-генератор 24
1.2.2.7 Трансформаторный вариант базового ИППН-1 25
2 Анализ элементной базы и схемотехнические решения по улучшению характеристик импульсного блока 26
2.1 Варианты схемотехнических решений поочередного разряда конденсаторов
в С-фильтре 26
2.1.1 Стандартная работа С-фильтра 29
2.1.2 Поочередный разряд конденсаторов Cs и С1 без задержки разряда
конденсатор Cs 32
2.1.3 Поочередный разряд конденсаторов Cs, С1 и С2 без задержки разряда
конденсатора Сs 37
2.1.5 Разряд конденсатора С1 с задержкой разряда первого конденсатора 45
2.1.6 Поочередный разряд конденсаторов С1 и С2 с задержкой разряда первого
конденсатора 49
2.1.7 Поочередный разряд конденсаторов С1, С2 и С3 с задержкой по времени
по времени первого конденсатора 54
2.1.8 Заключение схемотехническим решениям фильтров 59
2.2 Входной фильтр без фильтрующего конденсатора 62
2.3 Сравнение полупроводниковых ключей старого и нового образца в работе
схемы импульсного источника питания 64
2.3.1 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 3А 68
2.3.2 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,5 А 71
2.3.3 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,2 А 74
2.3.4 Заключение по полупроводниковым ключам 76
2.4 Сравнение диодов старого и нового образца в работе схемы импульсного
источника питания 77
2.4.1 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 3А 79
2.4.2 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,5А 81
2.4.3 Работа схемы при амплитуде тока дросселя равной 0,2А 83
2.4.4 Заключение по диодам в ИППН 85
Заключение 86
Список использованных источников 88
Существует два типа источников питания, которые преобразуют напряжение сети в постоянное напряжение нужной для потребителя величины. Это аналоговые и импульсные источники питания. Импульсные источники питания более разнообразны в плане схемотехники. Поэтому, в основном, они имеют более лучшие показатели качества в отличие от аналоговых. Импульсные источники питания включаются в себя следующие основные параметры [1]:
1) КПД;
2) габариты;
3) стоимость;
4) выходные параметры (напряжение, ток, мощность);
5) частота пульсаций;
6) амплитуда пульсации выходного напряжения, тока; и т.д.
Улучшение характеристик импульсного источника питания является целью исследовательской работы.
Задачи:
1) Обзор и сравнение импульсных источников питания, а также ранжирование их параметров
2) Поиск методов улучшения параметров: схемотехнических решений и параметров транзисторов и диодов
3) Моделирование работы импульсного преобразователя постоянного напряжения при изменении параметров элементов (силовых транзисторов и диодов)
4) Моделирование работы предложенных схемотехнических решений C-фильтра
1) КПД;
2) габариты;
3) стоимость;
4) выходные параметры (напряжение, ток, мощность);
5) частота пульсаций;
6) амплитуда пульсации выходного напряжения, тока; и т.д.
Улучшение характеристик импульсного источника питания является целью исследовательской работы.
Задачи:
1) Обзор и сравнение импульсных источников питания, а также ранжирование их параметров
2) Поиск методов улучшения параметров: схемотехнических решений и параметров транзисторов и диодов
3) Моделирование работы импульсного преобразователя постоянного напряжения при изменении параметров элементов (силовых транзисторов и диодов)
4) Моделирование работы предложенных схемотехнических решений C-фильтра
В заключении магистерской диссертации можно сделать следующие выводы.
Проведен обзор известных схемотехнических решений каждого блока импульсного источника питания, а также сравнивались их параметры между собой. В итоге, для исследования были выбраны диодный мост с С-фильтром, как самые распространённые схемотехнические решения. В качестве инвертора были выбраны ИППН-1 и ИППН-2.
Схемотехническим решением по улучшению характеристик ИИП является поочередный разряд конденсаторов во входном блоке. Данное решение позволяет уменьшить пульсации выходного напряжения сглаживающего фильтра, при этом общая емкость фильтра остается прежней. Можно сделать и обратный вывод, что при одинаковой амплитуде пульсаций обычного С-фильтра и фильтра с поочерёдным разрядом конденсатора у последнего будет меньшая общая емкость. Еще одним схемотехническим решением является отсутствие фильтрующего конденсатора во входной. Данное решение доступно только для мощных низкочастотных источников питания.
Анализ элементной базы приводился касательно блока автогенератора. Анализировались диоды и полевые транзисторы старого и нового образца. Так как ИИП работают на высоких частотах, то важными параметрами транзисторов является в схемах ИИП является время открытие и закрытие транзистора, а у диода его время восстановление и динамическое сопротивление. У старых образцов данные параметры больше, и на высоких частотах потери будут значительно больше.
Моделирование работы предложенных схемотехнических решений проводилось для подтверждения вышесказанных решений и анализа. С помощью программы Micro-cap было выяснено, что разряд конденсатора С1 с задержкой разряда первого конденсатора имеет самые лучшие показатели, по сравнению с другими схемотехническими решениями поочередного разряда конденсаторов. Также было доказано, что можно обойтись без фильтрующего конденсатора во входном блоке. Важно, чтобы ток дросселя был равен нулю в момент времени, когда напряжение после диодного моста тоже равняется нулю иначе падение выходного напряжения будет существенным. В программе также была собрана схема ИННЫ, которая позволяется проводить анализ элементной базы. Частота работы полупроводникового ключа зависит от амплитуды тока дросселя, за счет этого получатся провести более точный анализ элементной базы. С помощью программы Model Editor были найдены Spice параметры, которые отмечаются за время открытие и закрытие транзистора, а у диода за его время восстановление и динамическое сопротивление. При большой амплитуде тока дросселя, частота работы ключа будет достаточно маленькая и одинаковая при использовании любого из выбранных элементов, поэтому неважно какой именно транзистор или диод будут стоять в схеме. С уменьшением амплитуды тока дросселя, увеличивается частота работы ключа, однако при использовании новых элементов в схеме, частота значительно больше, что положительно влияет на параметры дросселя и конденсатора. Также с увеличением частоты значительно больше потерь у старых элементов, так как уменьшается время цикла работы ключа. Поэтому намного лучше использовать более новые диоды и транзисторы в схемах ИИП.
Проведен обзор известных схемотехнических решений каждого блока импульсного источника питания, а также сравнивались их параметры между собой. В итоге, для исследования были выбраны диодный мост с С-фильтром, как самые распространённые схемотехнические решения. В качестве инвертора были выбраны ИППН-1 и ИППН-2.
Схемотехническим решением по улучшению характеристик ИИП является поочередный разряд конденсаторов во входном блоке. Данное решение позволяет уменьшить пульсации выходного напряжения сглаживающего фильтра, при этом общая емкость фильтра остается прежней. Можно сделать и обратный вывод, что при одинаковой амплитуде пульсаций обычного С-фильтра и фильтра с поочерёдным разрядом конденсатора у последнего будет меньшая общая емкость. Еще одним схемотехническим решением является отсутствие фильтрующего конденсатора во входной. Данное решение доступно только для мощных низкочастотных источников питания.
Анализ элементной базы приводился касательно блока автогенератора. Анализировались диоды и полевые транзисторы старого и нового образца. Так как ИИП работают на высоких частотах, то важными параметрами транзисторов является в схемах ИИП является время открытие и закрытие транзистора, а у диода его время восстановление и динамическое сопротивление. У старых образцов данные параметры больше, и на высоких частотах потери будут значительно больше.
Моделирование работы предложенных схемотехнических решений проводилось для подтверждения вышесказанных решений и анализа. С помощью программы Micro-cap было выяснено, что разряд конденсатора С1 с задержкой разряда первого конденсатора имеет самые лучшие показатели, по сравнению с другими схемотехническими решениями поочередного разряда конденсаторов. Также было доказано, что можно обойтись без фильтрующего конденсатора во входном блоке. Важно, чтобы ток дросселя был равен нулю в момент времени, когда напряжение после диодного моста тоже равняется нулю иначе падение выходного напряжения будет существенным. В программе также была собрана схема ИННЫ, которая позволяется проводить анализ элементной базы. Частота работы полупроводникового ключа зависит от амплитуды тока дросселя, за счет этого получатся провести более точный анализ элементной базы. С помощью программы Model Editor были найдены Spice параметры, которые отмечаются за время открытие и закрытие транзистора, а у диода за его время восстановление и динамическое сопротивление. При большой амплитуде тока дросселя, частота работы ключа будет достаточно маленькая и одинаковая при использовании любого из выбранных элементов, поэтому неважно какой именно транзистор или диод будут стоять в схеме. С уменьшением амплитуды тока дросселя, увеличивается частота работы ключа, однако при использовании новых элементов в схеме, частота значительно больше, что положительно влияет на параметры дросселя и конденсатора. Также с увеличением частоты значительно больше потерь у старых элементов, так как уменьшается время цикла работы ключа. Поэтому намного лучше использовать более новые диоды и транзисторы в схемах ИИП.
Подобные работы
- КВАЗИРЕЗОНАНСНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДЛЯ СИСТЕМ ТОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Диссертация , электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5700 р. Год сдачи: 2004 - Квазирезонансные импульсные преобразователи для систем точного электропривода постоянного тока
Диссертации (РГБ), электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 470 р. Год сдачи: 2004 - Источник питания для светодиодного модуля
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4980 р. Год сдачи: 2018 - Импульсный источник питания переносного рентгеновского аппарата для промышленной дефектоскопии
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Источник питания для кодоимпульсного сейсмоисточника
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4910 р. Год сдачи: 2018 - Разработка системы питания сварочной дуги с адаптацией к процессу сварки
Бакалаврская работа, технология машиностроения. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2016 - Разработка блока трехканального источника вторичного электропитания для антенной системы бортовой РЛС (БРЛС)
Дипломные работы, ВКР, автоматика и управление. Язык работы: Русский. Цена: 2900 р. Год сдачи: 2017 - Моделирование и создание лабораторного прототипа элементов и узлов быстродействующего АЦП на базе радиационно-стойкого аналого-цифрового ПЛИС
Бакалаврская работа, информатика. Язык работы: Русский. Цена: 5900 р. Год сдачи: 2018 - СВОЙСТВА АВТОЭМИССИОННЫХ КАТОДОВ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ
МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ТЕХНИЧЕСКОГО ВАКУУМА
Диссертация , физика. Язык работы: Русский. Цена: 5740 р. Год сдачи: 2018