Выбор и расчёт выходного выпрямителя

Согласно предварительному расчёту параметров выходного выпрямителя задано: ток нагрузки Iн1=5А; напряжение нагрузки 60-66В; коэффициент пульсации выпрямленного напряжения не более 5%; частота переменного прямоугольного напряжения на входе выпрямителя F=50кГц (Т=20мкс); Длительность полупериода прямоугольного напряжения с отсечкой на нуле выбирается из соотношения

γ=2τ/Т≥0,8

Из данного соотношения вычисляется длительность прямоугольного импульса

τ=Т · 0,8/2=20 ·0,8/2=8мкс

для получения выпрямленного выходного напряжения Uо=64В, с учётом падения напряжения на выпрямительном диоде (Uд=1,5-2) В и дросселе сглаживающего фильтра (∆Uдр=0,5-1) В, амплитуда входных импульсов (амплитуда импульсов на зажимах вторичных обмоток трансформатора) рассчитывается по формуле

U2m=Т · (Uо+∆Uд+∆Uдр.) /2τи=20 (64+1,5+0,5) /2·8=82,5В.

Из различных схем низковольтных выпрямителей, рассмотренных в разделе 1.7, предпочтение следует отдать низковольтному выпрямителю с несколькими вторичными обмотками силового трансформатора (рис.3.1).

Рис.3.1 Схема выходного выпрямителя с параллельным включением диодов и двумя вторичными обмотками трансформатора

Параллельное включение диодов позволяет уменьшить падение напряжения на них и, тем самым, уменьшить габаритную мощность трансформатора.

Выравнивание токов параллельно включённых диодов осуществляется более рационально за счёт активного сопротивления и индуктивного сопротивления рассеяния вторичных обмоток многообмоточного трансформатора.

По величине тока нагрузки и выпрямленного напряжения (Iн1=5А, Uо=64В) с учётом коэффициентов нагрузки по прямому току 0,7-0,8; по обратному напряжению 0,7-0,85 и по температуре перехода 0,7-0,8, выбираем диод типа 2Д245А.

Параметры диода:

максимально допустимое постоянное (импульсное) обратное напряжение, не более 400В (400В);

максимально допустимый средний ток (прямой), не более 10А;

предельная частота (рабочая частота) не более 200кГц;

время обратного восстановления, не более 0,07мкс;

прямое падения напряжения Uпр. =1,5В.

Выбранный диод по коэффициенту нагрузки по току и обратному напряжению полностью удовлетворяет техническим требованиям.

Из таблицы [5] находим:

Iпр. ср. = Iо/2=10/2=5А;

Uобр. max=U2m =82.5В

Выбираем дроссель низкочастотного сглаживающего фильтра типа Д13-21.

Параметры дросселя:

переменная составляющая напряжения (эффективное значение) U=10В;

внутреннее сопротивление одной обмотки ri =0,01Ом;

значение тока через обмотки 16А;

индуктивность дросселя не менее L=0,02мГн;

габариты 16х36х30 мм;

масса 62г.

Определяем падение напряжения на дросселе ∆Uдр =ri·Iн= 0,01·10=0,1В.

Рассеиваемая мощность на дросселе и диодах определяется по формулам

Рдр= Iн²· ri=10² ·0,1=10Вт, Рд= Iн · Uпр/2=10·075=7,5Вт

Мощность источника питания рассеиваемая на диодах и дросселе выходного выпрямителя

Рпот= Рд+ Рдр=7,5+10=17,5Вт

Суммарная мощность сигнала на входе выпрямителя

Рвх= Ро+ Рдр. + Рд= 600+7,5+10=617,5Вт

Коэффициент полезного действия выпрямителя