1.4.6. Узел управления

Узел управления работой ИБП выполнен на микроконтроллере DD1-ATTiny 261. Функциональная схема контролера приведена на рис. 1.4.4.

Рис. 1.4.4. Функциональная схема ATTiny26.

Для синхронизации работы ИБП с сетью используется измерительный трансформатор T4, у которого выходной сигнал выпрямляется и подается на входы АЦП микроконтроллера. Для измерения тока, который потребляется нагрузкой, используется трансформатор тока T5. Его выходной сигнал выпрямляется и подается на вход АЦП микроконтроллера. Общий алгоритм работы МК вписывается в алгоритм работы всего ИБП.

После включения включателя SA1 (“Вкл”) на вход DA6 поступает постоянное напряжение с аккумулятора. DA6 формирует на выходе +5В, которые необходимы для питания микроконтроллера.

Микроконтроллер, после подачи на него питания, начинает проводить измерение напряжения аккумуляторной батареи, а также включает реле K2, тем самым подсоединив ИБП к сети. Дальше МК измеряет напряжение сети. Если напряжение сети не в пределах нормы, то МК дает команду на переключение на работу от аккумулятора. Когда же ни напряжение аккумулятора, ни напряжение сети не удовлетворяет нормам, то МК осуществляет полное отключение нагрузки от сети.

При нормальном функционировании от сети МК постоянно следит за сетью и подгоняет фазу выходного сигнала от инвертора к фазе сигнала сети. Это нужно для того, чтобы в случае исчезновения напряжения сети, переключение на работу от АБ прошло с наименьшими потерями.

Соответственно при возобновлении напряжения в сети, МК сначала делает подгонку фазы выходного сигнала с инвертора к сигналу электросети, и только потом происходит переключение на работу от сети.

Для предотвращения попадания помех с ИБП в сеть предназначен сетевой фильтр C54, C55, C56, L5, C58.

Связь микроконтроллера с ПК осуществляется через стандартный интерфейс RS-232 (Com port). Интерфейс выполнен с оптоизоляцией, что увеличивает электробезопасность при работе с ИБП.

Для индикации режимов работы ИБП используются индикаторы HL1 – “Сеть”, HL2 – “~220В”, HL3 – “АБ 10.5В”.

1.5. Разработка и расчет отдельных узлов схемы электрической принципиальной.

1.5.1. Электрический расчет схемы зарядного устройства.

За базовую схему для зарядного устройства возьмем схему однотактного обратно-ходового преобразователя напряжения.

Рис. 1.5.1 Принципиальная схема зарядного устройства.

Это целесообразно тем, что нужна относительно небольшая мощность Рвых.=100Вт для того, чтобы заряжать аккумуляторы. Также эта схема привлекательная простотой и дешевизной, сравнительно с такими схемами как полумостовая или прямоходная. Воспользуемся методикой расчета, представленной в [5].

Выходные данные для расчетов Таблица 1.5.1.

Параметры Обозначения Значение
Минимальная переменная вх. напряжения

Источник бесперебойного питания

85В
Максимальная переменная вх. напряжение

Источник бесперебойного питания

270В
Частота сети

Источник бесперебойного питания

50Гц
Максимальна вых. мощность

Источник бесперебойного питания

100 Вт
Минимальна вых. мощность

Источник бесперебойного питания

1Вт
Выходное напряжение

Источник бесперебойного питания

13,8В
Пульсации выходного напряжения

Источник бесперебойного питания

0,05В
Напряжение первичной обмотки

Источник бесперебойного питания

100В
Прогнозируемый КПД

Источник бесперебойного питания

0,84
Пульсации вх. постоянного напряжения

Источник бесперебойного питания

10В
Напряжение питания ИМС

Источник бесперебойного питания

12В
Количество оптопар

Источник бесперебойного питания

1

Рассчитаем характеристики входного диодного моста и конденсатора.

Максимальна входная мощность:

Источник бесперебойного питания ;

Найдем максимальное значение тока, протекающего через диодный мост VD1:

Источник бесперебойного питания ;

Рассчитаем максимальное значение напряжения на диодном мосте:

Источник бесперебойного питания ;

Найдем параметры входного конденсатора C6:

Источник бесперебойного питания ;

Источник бесперебойного питания,

где: VDCminPK минимальное амплитудное значение входного напряжения, VDCmin минимальное значение входного напряжения с учетом пульсаций.

Найдем время разряда конденсатора C6 за половину периода:

Источник бесперебойного питания ;

Рассчитаем мощность, которая берется из конденсатора за время разряда:

Источник бесперебойного питания ;

Найдем минимальное значение емкости C6:

Источник бесперебойного питания ;

Расчет трансформатора T2

Найдем максимальный ток, который протекает через первичную обмотку трансформатора T2:

Источник бесперебойного питания,

где Dmax=0,5, скважность импульсов на первичной обмотке.

Рассчитаем максимальный ток через демпферный диод VD7:

Источник бесперебойного питания;

Определим начальную индуктивность первичной обмотки при максимальном цикле:

Источник бесперебойного питания;

Выберем тип сердечника трансформатора из каталога продукции фирмы Epcos. Выбираем сердечник E3211619.

Параметры сердечника. Таблица 1.5.2.

Параметр Обозначение Значение
Индуктивность одного витка AL 24,4нГн
Площадь окна AN 108,5мм2
Ширина сердечника S 0,5мм
Площадь разреза сердечника Ae 83мм2
Длина средней линии IN 64,6мм
Взвешивающий коэффициент мощности (при 100кГц) PV 190мВт/г
Индукция насыщения сердечника Bmax 0,2Т...0,3Т
Масса m 30г

 

Найдем количество витков первичной обмотки:

Источник бесперебойного питания,

Принимаем Np равным 24 витка.

Определим количество витков вторичной обмотки:

Источник бесперебойного питания,

где: VFDiode падение напряжения на диоде. Возьмем NS=4 витка.

Найдем количество витков дополнительной обмотки:

Источник бесперебойного питания;

Принимаем NAUX=4 витка.

Рассчитаем реальную индуктивность первичной обмотки:

Источник бесперебойного питания;

Найдем максимальный ток через первичную обмотку T2:

Источник бесперебойного питания;

Высчитаем максимальную индукцию трансформатора:

Источник бесперебойного питания, B<Bmax ;

Найдем площадь разреза с учетом количества витков обмотки Np:

Источник бесперебойного питания;

Конструкция трансформатора для сердечника E3211619:

Из таблицы данных сердечника E3211619: BWmax=20,1мм – максимальное значение ширины обмотки с сердечником; М=4мм минимальное рекомендованное значение ширины обмотки с сердечником.

Определим эффективное значение ширины обмотки с сердечником:

Источник бесперебойного питания,

Выбираем коэффициент заполнения окна трансформатора обмотками:

Первичная – 0,5

Вторичная – 0,45

Вспомогательная – 0,05

Коэффициент заполнения меди из таблицы данных сердечника: fCu=0,2.0,4. Выберем fCu=0,3:

Рассчитаем площадь разреза проводника первичной обмотки T1:

Источник бесперебойного питания;

Принимаем диаметр провода для первичной обмотки dP=0.64мм (22 AWG)

Рассчитаем площадь разреза проводника вторичной обмотки T1:

Источник бесперебойного питания.

Принимаем диаметр проводника dS=2 x 0,8 мм (2x20 AWG).

Рассчитаем площадь разреза проводника дополнительной обмотки:

Источник бесперебойного питания

Принимаем диаметр проводника dAUX=0,64мм (22 AWG).

Рассчитаем параметры выходного диода VD11.

Определим максимальное обратное напряжение на диоде:

Источник бесперебойного питания;

Определим максимальный импульсный прямой ток через диод:

Источник бесперебойного питания;

Определим максимальный импульсный прямой ток через диод, с учетом коэффициента заполнения:

Источник бесперебойного питания ;

Рассчитаем параметры выходного конденсатора С36.

Максимальная импульсная нестабильность выходного напряжения Vout=0,5В, при количестве периодов тактовой частоты: ncp=5.

Определим максимальный выходной ток:

Источник бесперебойного питания;

Минимальная емкость конденсатора C36:

Источник бесперебойного питания;

Выбираем конденсатор на 2200мкФ – 25В.

Расчет демпферной цепи: C23, R26, VD7

Найдем напряжение демпферной цепи:

Источник бесперебойного питания,

где V(BR)DSS – максимально допустимое напряжение сток-выток транзистора.

Для расчета демпферного звена необходимо знать индуктивность рассеивания (LLK) первичной обмотки, которая очень сильно зависит от конструкции трансформатора. Поэтому, примем значение индуктивности рассеивания на уровне 5% от первичной обмотки.

Источник бесперебойного питания.

Найдем емкость конденсатора C23 демпферной цепи:

Источник бесперебойного питания.

Принимаем С23=470пФ.

Найдем сопротивление резистора демпферного звена R26:

Источник бесперебойного питания.

Принимаем R26=1,2 кОм.

Расчет потерь

Определим потери на диоде VD1:

Источник бесперебойного питания;

Определим сопротивление первичной обмотки:

Источник бесперебойного питания;

Определим сопротивление вторичной обмотки:

Источник бесперебойного питания,

где: удельное сопротивление меди P100=0,0172Ом×мм2/м.

Определим потери в меди на первичной обмотке:

Источник бесперебойного питания;

Определим потери в меди во вторичной обмотке:

Источник бесперебойного питания;

Найдем суммарные потери в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

Источник бесперебойного питания;

Вычислим потери на выходном диоде VD11:

Источник бесперебойного питания;

Потери на силовом транзисторе

Из таблицы характеристик транзистора имеем: C0=50пФ – выходная емкость сток-исток транзистора; RDSon=1,6Ом (150 С0) – выходное сопротивление сток-исток транзистора.

Расчет проведем при входном напряжении VDCmin=110В;

Найдем потери при включении транзистора:

Источник бесперебойного питания,

где f=100кГц – рабочая частота преобразователя.

Найдем потери при выключении транзистора:

Источник бесперебойного питания;

Определим потери на сопротивлении сток-исток при открытом транзисторе:

Источник бесперебойного питания;

Подсчитаем общие потери на транзисторе:

Источник бесперебойного питания;

Расчет звена обратной связи

Из таблицы выходных данных, минимальное напряжение стабилизации управляемого стабилитрона TL431 — VREF=2,5В, а его минимальный ток стабилизации IkAmin=1мА.

Из выходных данных оптопары TLP521 ее падение напряжения на диоде VFD=1,2В; максимальный прямой ток через диод IFmax=10мА;

Из выходных данных микросхемы UC3842 опорное напряжение VRefint=5,5В; максимальное напряжение обратной связи VFBmax=4,8В, а внутреннее сопротивление — RFB=3,7кОм.

Найдем максимальный входной ток DA2:

Источник бесперебойного питания;

Рассчитаем минимальный входной ток DA2:

Источник бесперебойного питания;

Схема цепи обратной связи представлена на рис. 1.5.2.

Источник бесперебойного питания

Рис. 1.5.2. Схема цепи обратной связи на

управляемом стабилитроне TL431.

Найдем величину сопротивления резистора R56:

Источник бесперебойного питания,

где R57=4,99кОм, а R58=5кОм – рекомендованные значения из таблицы характеристик TL431.

Определим сопротивление резистора R54:

Источник бесперебойного питания,Источник бесперебойного питания;

Источник бесперебойного питания

Рис. 1.5.3. Структурная схема всей цепи обратной связи.

Рассчитаем переходные характеристики схемы

Внутренний коэффициент передачи DA2:

Источник бесперебойного питания;

Внутренний коэффициент передачи делителя цепи обратной связи:

Источник бесперебойного питания;

Найдем коэффициент передачи силовой части:

Источник бесперебойного питания;

Источник бесперебойного питания,

где ZPWM – крутизна характеристики ΔVFB / ΔlD;

Коэффициент передачи выходного фильтра:

Источник бесперебойного питания,

где RESR – емкостное сопротивление конденсатора.

Коэффициент передачи цепи регулятора:

Источник бесперебойного питания;

Переходные характеристики при минимальной и максимальной нагрузке:

Определим выходное сопротивление блока питания при максимальной нагрузке:

Источник бесперебойного питания;

Определим выходное сопротивление блока питания при минимальной нагрузке:

Источник бесперебойного питания;

Найдем частоту среза при максимальной нагрузке:

Источник бесперебойного питания,

а также при минимальной нагрузке:

Источник бесперебойного питания;

Коэффициент передачи цепи обратной связи:

Источник бесперебойного питания, Источник бесперебойного питания;

Коэффициент передачи делителя цепи обратной связи:

Источник бесперебойного питания Источник бесперебойного питания;

Выходной импеданс промежутка времени ton:

Источник бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания;

Источник бесперебойного питания;

Коэффициент передачи на граничной частое:

Источник бесперебойного питания,

где: RL=3,6Ом – выходное индуктивное сопротивление, LP=12,6мкГн – индуктивность первичной обмотки трансформатора, fg=3000Гц – частота на которой проводится расчет, f0=76,18 – граничная частота при максимальной нагрузке.

Источник бесперебойного питания;

Источник бесперебойного питания;

Общий коэффициент передачи:

Источник бесперебойного питания;

Поскольку GS(ω)+Gr(ω)=0, то:

Источник бесперебойного питания;

Отсюда найдем коэффициент передачи цепи регулятора:

Gr(ω)=0-(- GS(ω))=17,2дБ;

Коэффициент передачи регулятора:

Источник бесперебойного питания;

Источник бесперебойного питания;

Отсюда найдем сопротивление резистора R55:

Источник бесперебойного питания

Нижняя частота передачи цепи обратной связи при C37=0:

Источник бесперебойного питания;

Найдем емкость конденсатора C37:

Источник бесперебойного питания;


Информация о работе «Источник бесперебойного питания»
Раздел: Наука и техника
Количество знаков с пробелами: 106882
Количество таблиц: 36
Количество изображений: 21

Похожие работы

Скачать
23546
4
21

... уменьшению ресурса этих частей ИБП, усложнению схемы и бесполезному расходу энергии (ведь стопроцентного КПД не бывает). -Не беда - скажем мы, и придумаем другую схему источника бесперебойного питания. ИБП с переключением (англ. – standby UPS или off-line UPS) Попытаемся использовать приятные моменты, когда напряжение в электрической сети "нормальное" (не разбираясь сейчас, что это значит). В это ...

Скачать
37849
4
0

... при проведении ремонтов и регулировок без от­ключения питания электроприемников; ·           перевод нагрузки с инвертора на байпас при возникновении перегрузок и ко­ротких замыканий на выходе источника бесперебойного питания; ·           перевод нагрузки с инвертора на байпас при удовлетворительном КЭ в питаю­щей сети с целью снижения потерь электроэнергии в ИБП (econom mode - экономичный ...

Скачать
131229
42
32

... і вказівки до дипломного проектування для студентів спеціальності “Радіотехніка” /Укл. В.О.Дмитрук, В.В.Лисак, С.М.Савченко, В.І.Правда. – К.: КПІ, 1993. – 20 с. 8.   Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. – 2-е изд. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с.: ил. 9.   Перельман Б.Л. ...

Скачать
38797
4
12

... исключительное качество и надежность питания цепей нагрузки, превосходит аналоги по параметрам, надежности и окупаемости капиталовложений. Liebert NX источник бесперебойный питание энергия Характеристики модели: Система Liebert NX – ИБП нового поколения с двойным преобразованием и цифровым управлением, работающая в режиме "True On–Line". Имеет нулевое время переключения в режим работы от ...

0 комментариев


Наверх