Предварительный выбор силовых элементов ШИМ и параметров источника питания

Используя заданные технические требования, выберем предварительную величину напряжения источника питания, которая должна превышать максимальную величину выходного напряжения ШИМ на величину падения напряжения на коммутирующих элементах в их открытом состоянии (1 – 3 В).

В дальнейшем эта величина может уточняться.

Далее необходимо определить максимальный ток через коммутирующие элементы в соответствии с заданными параметрами нагрузки.

Максимальные значения тока и напряжения позволяют сделать предварительный выбор коммутирующего элемента. Необходимо учесть, что предельно допустимые значения тока для выбранного типа коммутирующего элемента не должны превышать максимальных для ШИМ более чем на 100%.

Необходимо также сравнить параметры быстродействия выбранного типа коммутирующем элементе с техническими требованиями. Время включения и время выключения коммутирующего элемента не должно превышать 10% от времени заданного техническими требованиями.

Затем необходимо рассчитать мощность на коммутирующем элементе в открытом состоянии, которая равна произведению падения напряжения на коммутирующем элементе на максимальный ток, и сравнить с предельно допустимой величиной для заданного типа элемента.

Если предельно допустимые величины тока, напряжения и мощности для выбранного типа коммутирующего элемента соответствуют требованиям, можно оценить максимальный к.п.д. ШИМ в открытом состоянии коммутирующего элемента.

Пример 1.

Произведем предварительный выбор силовых элементов ШИМ и параметров источника питания из условий:

Rn = 10 Ом; Uвых max = 50 В, время включения-выключения Твв < 1мс, кпд>0,9.

Максимальный ток нагрузки Imax = 50 В / 10 Ом = 5 A.

Выберем из библиотеки элементов (mc9) коммутирующий элемент.

Условиям удовлетворяет биполярный транзистор с изолированным затвором IRG4BC15UD у которого максимальный ток 7,8 А и максимальное напряжение 600 В. В Сети найдем технические данные производителя

(http://www.irf.com/productinfo/datasheets/data/irg4bc15ud.pdf)

из которых следует, что задержка выключения (Turn-Off Delay Time) не превышает 240 нс, что намного меньше заданного времени включения-выключения.

Используя входную характеристику определим максимальное падение напряжения на коммутирующем элементе при максимальном токе (рис. 1).

Рис. 1. – Выходная характеристика транзистора IRG4BC15UD

По выходной характеристике видно, что при коммутируемом токе 5 А, падение напряжения Uce не превышает 1,8 В, при U_GE =15 В, следовательно напряжение источника питания Uпит должно быть не менее 51,8 В.

Рассчитаем мощность которая рассеивается на коммутирующем элементе в открытом состоянии Pк = Uce Imax = 9 Вт.

Из данных производителя следует, что максимальная рассеиваемая мощность (Maximum Power Dissipation) в самых тяжелых условиях эксплуатации (TC = 100°C)не менее 19 Вт, что соответствует требованиям.

Оценим максимальный к.п.д. ШИМ в открытом состоянии коммутирующего элемента, который равен отношению потребляемой мощности к мощности нагрузки.

Кпд = Pнагр. / Pпот. = Uвых max Imax / Uпит Imax = (51,8 *5) / (50*5)= 0,965,

что больше заданного.