Описание интерфейса программы VIPer

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №9

по дисциплинам

”Атоматизация процессов в экосистемах“

”Автоматизация типовых установок и комплексов“

Дубовик В.Г., Лебедев Л.Н.

Исследование импульсного источника питания

Утверждено

на заседании кафедры

автоматизации управления

электротехническими комплексами

Протокол № 7 от 11 декабря 2013 г.

Киев 2013

Содержание

1. Цель работы ………………………………………………………..……..…… 3

2. Программа работы ………………………………………….………….……… 3

3. Описание интерфейса программы VIPer ……..………………….…..…...… 3

4. Методические указания к проведению лабораторной работы ….….….….. 10

5. Содержание отчета ………………………………………………………..….. 8

6. Контрольные вопросы ……………………………………………….……… 18

7. Рекомендуемая литература ………………………………………….…….… 18

Приложение. Перечень элементов – пример заполнения ……………………. 19

Цель работы: приобретение навыков автоматизированного проектирования и исследования схем импульсных источников питания.

Программа работы.

1. Ознакомиться с принципиальной схемой импульсного источника питания (ИИП).

2. Запустить программу автоматизированного проектирования VIPer Design Software на персональном компьютереи ознакомиться с её интерфейсом, рис. 1.

3. Задать основные параметры проектируемого ИИП согласно задания (Uвх, Fпреобр, Uвых, Iвых, Nканалов, Uпульсаций, КПД) и выполнить редактирование всех разделов программы.

4. Зарисовать полученную схему ИИП с указанием параметров.

5. Снять графики выходных параметров ИИП с помощью программы VIPer и зарисовать их.

Описание интерфейса программы VIPer

При выполнении лабораторной работы современная элементная база и компьютер позволяют автоматизировать проектирование импульсного источника питания по схеме флайбэк конвертора. Сначала необходимо выбрать элементную базу, то есть микросхему управления, силовой транзистор, диоды, конденсаторы. Далее для накопительного трансформатора выбрать магнитопровод, сечение обмоточного провода, расположение слоев в обмотке, материал межслоевой и наружной изоляции. После этого - этап расчета КПД преобразователя, то есть определение тепловых потерь. По этим данным проектируются радиаторы для силовых элементов.

Автоматизированный расчет флайбэк преобразователя выполняется с использованием программы “VIPer switch, mode power supply” фирмы “STMicroelectronics” на основе микросхем серии VIPer. Микросхемы содержат встроенную схему управления и силовой MOSFET транзистор. Это - пятивыводной корпус типа Pentawatt-HV с размерами ТО-220. Микросхема в этом корпусе устанавливается на радиатор. Встречаются также малогабаритные исполнения в корпусе DIP 8 для преобразователей с выходной мощностью до 100 Вт с возможностью внешней установки частоты преобразования, стабилизацией по значению выходного напряжения, защитой от перегрузки и короткого замыкания.

После запуска программы “VIPer” появляется основное окно (рис. 13.10) с которым и необходимо работать. Сверху распола­гается меню в виде кнопок управления, под ними в желтом прямоугольни­ке приводятся результаты расчета основных параметров источника питания - выходная мощность, ток первичной обмотки накопительного трансформатора, КПД преобразователя.

Рис. 1. Рабочее окно программы VIPer switch mode power supply

Под желтым прямоугольником - схема источника питания. Все ее элементы имеют информацию о типе и номинале. Кнопки «Input», «Transformer», «VIPer» «Out» на поле схемы задают, соответственно, входные параметры преобразователя, параметры трансформатора, тип микросхемы управления и выходные параметры. Если в процессе работы будет неправильно выбран какой-либо параметр, например, габаритная мощность магнитопровода трансформатора окажется меньше требуемой, то программа сообщит об этом, выводом предупреждающей надписи на красном фоне. В верхней части окна над схемой располагается кнопка «Add input» (рис. 1), которая задает вид схемы, подключаемой к вторичной обмотке трансформатора и значения выходного напряжения, максимального выходного тока, допустимого уровня пульсаций выходного тока, параметры эквивалентного сопротивления электролитического конденсатора (ESR). В панели «Output type» задается вид цепи стабилизации напряжения: выходной С-фильтр без дополнительной цепи стабилизации - опция «Direct», выходной LC-фильтр без дополнительной цепи стабилизации - опция «Self», выходной С-фильтр с дополнительной цепью стабилизации на основе стабилитрона - опция «Zener», выходной С-фильтр с дополнительной цепью стабилизации на основе

Рис. 2. Окно, появляющееся при нажатии кнопки «Add input»

Последняя опция может включаться для ста­билизаторов с разным уровнем падения напряжения: «Standard», «Semi-Low Dropout», «Low Dropout».

Ниже задается полярность вы­ходного напряжения относительно «общего» провода схемы поло­жительная или отрицательная — «Polarity». Последняя панель «Output Diode» задает параметры выпрямительного диода. Можно выбрать этот диод как из предлагаемого перечня, так и задать его параметры самостоятельно. Общее количество независимых и гальванически развязанных цепей питания с разным типом стабили­зации (рис. 3) - до шести.

Рис. 3. Вариант набора выходной цени преобразователя

Кнопка «Transil clamper/RC clamper» управляет типом фиксирую­щей цепочки –R,C,VD цепочка на основе сапрессоря TRANSIL. Параметры элементов выбираются автоматически.

Защита силового транзистора электронного ключа от пробоя в промышленной схеме флайбэк-конвертора содержит типичные защитные цепочки, изображенные на рис. 4, а—г, и могут включатьсяя как по отдельности, так и в сочета­нии. Наиболее распространена цепочка RCVD, изображенная на рис. 4, а. Она носит название фиксирующей цепочки.

Номиналы резистора Rsnub и конденса­тора C_smb зависят от амплитуды перенапряжения.

В фазе передачи энергии в нагрузку напряжение между стоком и истоком ключевого транзистора складывается из напряжения питания и напряжения реакции тока во вторичной обмотке

и может составлять удвоенную величину напряжения питания и даже больше. При обрыве нагрузки напряжение на ключевом транзисторе на короткое время повышается и появляется значительный индуктив­ный выброс. Схема стабилизации отслеживает изменение на­грузки путем уменьшения коэффициента заполнения или повышения час­тоты преобразования. Однако реакция схемы управления никогда не бывает мгновенной, поскольку она всегда обладает некоторой инерци­онностью. Пробой силовых транзисторов почти всегда характеризуется коротким замыканием его силовых электродов. Вслед за пробоем транзистора выгорает первичная обмотка трансформатора. Случаи, когда схема управления остается невредимой, весьма редки. Поэтому для избегания выгорания трансформатор предусмотрен во входной цепи предохранитель.

Рис. 4. Защита ключевого транзистора от потенциального пробоя:

а) фиксирующая цепочка; б) использование сапрессора VD TRANSIL;

в) снаббер в цепи «сток-исток»; г) ограничитель индуктивных выбросов

В первичной обмотке W₁, нагруженной элементами Rsnub, Csnub, VDsn, появляется также электрический ток, наведенный в ней током вторичной обмотки W₂. Этот ток заряжает емкость Csnub, напряжение на которой в установившемся режиме при D = 0,5 равно напряжению пи­тания. При размыкании транзистора VT в пер­вичной обмотке W₁ возникает выброс напряжения на индуктивности и если амплитуда этого выброса больше, чем напряжение на конденсаторе Сsnub, то диод VD_sn открывается и оба напряжения выравни­ваются, а энергия выброса накапливается в конденсаторе. Фиксирующая цепочка представляет собой дополнительную на­грузку трансформатора, которая увеличивает потери энергии, сни­жает КПД. Для расчета параметров этой цепи по методике фирмы «International Rectifier вначале задается напряжение фиксации (U_snub) выше которого напряжение “сток-исток” ключевого транзистора VT под­няться не должно. Значение этого напряжения для сетевого преобра­зователя задается 100 В. Затем определяются номиналы элементов.

Для конденсатора:

Для резистора

Для диода осуществляется выбор по величине обратного напряже­ния

Для защиты силового транзистора может ис­пользоваться диод TRANSIL, что показано на рис. 4, б и г. RC-цепочка, изображенная на рис. 4, в, может быть использована для за­щиты от индуктивных выбросов в виде снаббера, который не позволяет силовому транзистору переключаться очень быстро во избежание защел­кивания. Для его предотвращения устанавливается ре­зистор в цепи затвора и в та­ких схемах от снаббера можно отказаться.

Рис. 5. Результат нажатия кнопки «All datas»

Кнопка «ВОМ» дает возможность распечатать все необходимые параметры схемы и типономиналы входящих в нее элементов по основным разделам: «Input Components», «Clamper Components», «VIPer Components»,

На рис. 5 изображен результат нажатия кнопки «All datas». где представлены параметры выходных частей преобразователя. Переключая вкладки с надписью «Out», можно проследить основные выбранные параметры, характеристики и типономиналы элементов по каждому из выходов.

При нажатии на кнопку «Waveform» появляется окно (рис. 6) моделирования работы преобразователя. Здесь можно посмотреть формы напряжений и токов в различных режимах работы при максимальной и минимальной мощности, амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики цепи обратной связи. На рис. 6 показано одно окно с графиком, но можно выводить в одном окне до четырех графиков одновременно, что облегчает их анализ.

Рис. 6. Результат нажатия кнопки «Waveform»

Последняя справа опция в меню окна выполненная в виде выпадающего списка, представляет собой варианты построения общей стабилизации схемы. Вариант «Primary regulation» выполняется без обратной связи в первичную цепь, а вариант «Secondary regulation» - с обратной связью. Элементом обратной связи выступает оптрон и управляемый стабили­трон типа TL431 (рис. 7).

Рис. 7. Элементы обратной связи «Secondary regulation» и «Primary regulation»

В окошке «Quick circuit datas» можно ввести имя проекта - «Project» и сохранить все типо-номиналы данной схемы для дальнейших расче­тов.

При нажатии на кнопку «Transformer» появляется окно, показанное на рис. 8. Оно относится к выбору конструктивных и электричкских параметров трансформаторов. В программе предусмотрены типо-номиналы магнитопроводов импортного производства - фирм «Siemens», «Philips», «Thomson» и др. Для выбора отечественных магни­топроводов придется искать аналоги по типу материала и значением индукции в панели «Core material»), габаритам, длине силовой линии, использовать кольца из МО-пермаллоя.

Рис. 8. Результат нажатия кнопки «Transformer»

Поиск по сайту: