Оскільки для утворення спільної точки з напругою мережі утворено ємнісний дільник С2С4, С3С5 то вузол на DA4 стабілізує додатню півхвилю вихідної напруги, а вузол на DA5 – від’ємну.

Елементи схеми підібрані таким чином, що вхідній напрузі 300В на виході теж 300В, тобто стабілізація не потрібна. По мірі зменшення напруги на акумуляторі, на виході перетворювача постійної напруги в постійну також напруга буде зменшуватись, а вузол стабілізації  її буде стабілізувати до  300В. Оскільки заземлені виводи  DA5 підключені до мінусової напруги, яку потрібно стабілізувати, а стабілізацію потрібно здійснювати відносно нульової шини, то тут використовується ще додатковий вузол на DA3.

4.     Вихідний інвертор

Вихідний інвертор побудований по півмостовій схемі. Навантаження підключається до середньої точки конденсаторного дільника C2 C4, C3 C5 та виходу інвертора (колектор VT13).

Ключовими елементами каскаду є силові транзистори VT12, VT13.         керування роботою здійснюється за допомогою мікроконтроллера.

Даний вузол забезпечує дуже хороше наближення напруги до синусоїдальної. Це дозволило виконати два силових ключа VT12, VT13 на біполярних транзисторах з ізольованим затвором (IGBT), котрі працюють в лінійному режимі. Їх почерговим відкриттям керують прямокутні імпульси, що поступають в протифазі  від контролеру DD1. Ці імпульси проходять ланки, що формують з них сигнал, який подібний по формі до півперіода синусоїди і подаються на затвори VT12, VT13.

Індуктивність L4 забезпечує згладжування фронтів вихідних імпульсів з інвертора.

5.     Схема байпасу

          Схема байпасу призначена для швидкого перемикання навантаження на роботу від мережі або на роботу від акумуляторної батареї. Перемикання здійснюється за допомогою реле K1, яке керується мікро контролером. Конденсатори C52, C53 служать запобіганню виникнення іскри і підгорянню контактів реле при переключеннях.

          Для забезпечення кращої форми вихідної напруги та запобіганню попадання електромагнітних завад від ДБЖ в навантаження служить фільтр C56, L6, C59.

6.     Вузол керування

          Вузол керування роботою ДБЖ виконаний на мікроконтролері DD1-ATTiny 261. Функціональна схема контролера приведена на рис. 1.4.4.

Рис. 1.4.4. Функціональна схема ATTiny26.

                   Для синхронізації роботи ДБЖ з мережею використовується вимірювальний трансформатор T4, вихідний сигнал з якого випрямляється та подається на входи АЦП мікроконтролера. Для вимірювання струму який споживається навантаженням використовується трансформатор струму T5. Його вихідний сигнал випрямляється і подається на вхід АЦП мікроконтролера. Загальний алгоритм роботи МК вписується в алгоритм роботи всього ДБЖ.

                   Після включення вмикача SA1 („Вкл.”) на вхід DA6 поступає постійна напруга з акумулятора. DA6 формує на виході +5В, необхідних для живлення мікроконтролера.

                   Мікроконтролер, після подачі на нього живлення, починає проводити вимірювання напруги акумуляторної батареї, а також вмикає реле K2, тим самим під’єднавши ДБЖ до мережі. Далі МК вимірює напругу мережі. Якщо напруга мережі не в межах норми, то МК дає команду на перемикання на роботу від акумулятора. Коли ж ні напруга акумулятора, ні напруга мережі не відповідає нормам, то МК здійснює повне відключення навантаження від мережі.

                   При нормальному функціонуванні від мережі МК постійно слідкує за мережею і підганяє фазу вихідного сигналу від інвертора до фази сигналу з мережі. Це потрібно для того, щоб у разі зникнення напруги мережі переключення на роботу від АБ пройшло з найменшими втратами.

                   Відповідно при відновленні напруги в мережі, МК спочатку робить підгонку фази вихідного сигналу з інвертора до сигналу з мережі, а тільки потім відбувається переключення на роботу від мережі.

                   Для запобігання попадання завад з ДБЖ у мережу поставлений мережевий фільтр C54, C55, C56, L5, C58.

                   Зв’язок мікроконтролера з ПК здійснюється через стандартний інтерфейс RS-232 (Com port). Інтерфейс виконаний з оптоізоляцією, що збільшує електробезпеку при роботі з ДБЖ.

                   Для індикації режимів роботи ДБЖ використовується індикатори HL1 – „Мережа”, HL2 - „~220В”, HL3 - „АБ ≤10.5В”.

1.5. Розробка и розрахунок окремих вузлів

схеми электричної принципової.

1.5.1. Електричний розрахунок схеми зарядного пристрою.

          За базову схему для зарядного пристрою візьмемо схему однотактного зворотно ходового перетворювача напруги.

Рис. 1.5.1 Принципова схема зарядного пристрою.

Це доцільно тим, що потрібно відносно невелику потужність Рвих.=100Вт для того, щоб заряджати акумулятори. Також ця схема приваблива простотою та дешевизною, порівняно з такими схемами як півмостова чи прямоходова. Скористаємося методикою розрахунку представленою в [5].

     Вихідні дані для розрахунків.                                                      Таблиця 1.5.1.                                                                        

Розрахуємо характеристики вхідного діодного моста та конденсатора.

       Максимальна вхідна потужність:

 ;

       Знайдемо максимальне значення струму через діод ний міст VD1:

;

       Розрахуємо максимальне значення напруги на діодному мосту:

;

       Знайдемо параметри вхідного конденсатора C6:

;

,

       де: VDCminPK мінімальне амплітудне значення вхідної напруги, VDCmin мінімальне значення вхідної напруги з урахуванням пульсацій.

       Знайдемо час розряду конденсатора C6 за половину періоду:

;

       Розрахуємо потужність, що береться з конденсатора за час розряду:

;

       Знайдемо мінімальне значення ємності C6:

;

Розрахунок трансформатора T2

       Знайдемо максимальний струм через первинну обмотку трансформатора T2:

,

       де Dmax=0,5, скважність імпульсів на первинній обмотці.

       Розрахуємо максимальний струм через демпферний діод VD7:

;

       Визначимо початкову індуктивність первинної обмотки при максимальному циклі:

;

       Виберемо тип осердя трансформатора з продукції фірми Epcos. Вибираємо осердя : E3211619

    Параметри осердя .                                                                           Таблиця 1.5.2.

Знайдемо кількість витків первинної обмотки :

,

Приймаємо Np рівним 24 витки.

       Визначимо кількість витків вторинної обмотки :

,

де: VFDiode спад напруги на діоді. Візьмемо NS=4 витки.

       Знайдемо кількість витків додаткової обмотки :

;

Приймаємо NAUX=4 витки.

       Розрахуємо реальну індуктивність первинної обмотки:

;

       Знайдемо максимальний реальний струм через первинну обмотку T2 :

;

       Вирахуємо максимальну реальну індукцію трансформатора:

, B<Bmax ;

       Знайдемо площу перерізу з урахуванням кількості витків обмотки Np:

;

Конструкція трансформатора для осердя E3211619:

       З таблиці даних осердя E3211619 : BWmax=20,1мм – максимальне значення ширина обмотки з осердям ; М=4мм мінімальна рекомендована значення ширини обмотки з осердям.

       Визначимо ефективне значення ширини обмотки з осердям:

,

       Вибираємо коефіцієнт заповнення вікна трансформатора обмотками :

Первинна – 0,5

Вторинна – 0,45

Допоміжна – 0,05

       Коефіцієнт заповнення міді з таблиці даних осердя : fCu=0,2…0,4. Виберемо fCu=0,3:

       Розрахуємо площу перерізу провідника первинної обмотки T1:

;

       Приймаємо діаметр проводу для первинної обмотки dP=0.64мм (22 AWG)

Розрахуємо площу перерізу провідника вторинної обмотки T1:

.

Приймаємо діаметр провідника dS=2×0,8 мм (2×20 AWG).

       Розрахуємо площу перерізу провідника додаткової обмотки:

Приймаємо діаметр провідника dAUX=0,64мм (22 AWG).

Розрахуємо параметри вихідного діода VD11.

Визначимо максимальну зворотню напругу на діоді:

;

       Визначимо максимальний імпульсний прямий струм через діод:

;

       Визначимо максимальний імпульсний прямий струм через діод з урахуванням коефіцієнта заповнення:

;

Розрахуємо параметри вихідного конденсатора С36.

       Максимальна імпульсна нестабільність вихідної напруги напруги Vout=0,5В, при кількості періодів тактової частоти : ncp=5.

       Визначимо максимальний вихідний струм:

;

       Мінімальна ємність конденсатора C36  дорівнюватиме :

;

Вибираємо конденсатор на 2200мкФ – 25В.

Розрахунок демпферної ланки : C23,R26,VD7

       Знайдемо напругу на демпферні ланці:

,

де V(BR)DSS – максимально допустима напруга втік-витік транзистора.

       Для розрахунку демпферної ланки необхідно знати індуктивність розсіювання (LLK) первинної обмотки, котра дуже сильно залежить від конструкції трансформатора. Тому приймемо значення індуктивності розсіювання на рівні 5% від первинної обмотки.

.

       Знайдемо ємність конденсатора C23 демпферної ланки:

.

Приймаємо С23=470пФ.

       Знайдемо опір резистора демпферної ланки R26:

.

       Приймаємо R26=1,2кОм.

Розрахунок втрат

       Визначимо втрати на діоді VD1:

;

       Визначимо опір первинної обмотки:

;

       Визначимо опір первинної обмотки:

       ,

де: з довідника питомий опір міді P100=0,0172Ом×мм2/м.

       Визначимо втрати в міді в первинній обмотці:

;

       Визначимо втрати в міді в вторинній обмотці:

;

       Знайдемо сумарні втрати в первинній та вторинній обмотках трансформатора:

;

       Обчислимо втрати на вихідному діоді VD11 :

;

Втрати на силовому транзисторі

       З таблиці характеристик транзистора маємо: C0=50пФ – вихідна ємність втік-витік транзистора;  RDSon=1,6Ом (150 С0) – вихідний опір втік-витік транзистора.

       Розрахунок проведемо при вхідній напрузі VDCmin=110В;

       Знайдемо втрати при включенні транзистора:

,

де f=100кГц – робоча частота перетворювача.

       Знайдемо втрати при виключенні транзистора:

;

       Визначимо втрати на опорі втік-витік при відкритому транзисторі:

;

       Підрахуємо загальні втрати на транзисторі :

;

Розрахунок ланки зворотнього зв’язку

       З таблиці вихідних даних мінімальна напруга стабілізації керованого стабілітрона TL431 рівна VREF=2,5В,а його мінімальний струм стабілізації IkAmin=1мА.

       З вихідних даних оптопари  TLP521 її спад напруги на діоді VFD=1,2В; максимальний прямий струм через діод IFmax=10мА;

       З вихідних даних мікросхеми UC3842 опорна напруга рівна VRefint=5,5В; максимальна напруга зворотнього зв’язку дорівнює VFBmax=4,8В, а внутрішній опір - RFB=3,7кОм.

       Знайдемо максимальний вхідний струм DA2:

;

       Розрахуємо мінімальний вхідний струм DA2:

;

       Схема ланки зворотнього зв’язку представлена на рис. 1.5.2.                                                  

Рис. 1.5.2. Схема ланки зворотнього зв’язку на

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14