Узел управления

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.

Рассчитаем характеристики входного диодного моста и конденсатора.

Максимальна входная мощность:

 ;

Найдем максимальное значение тока, протекающего через диодный мост VD1:

 ;

Рассчитаем максимальное значение напряжения на диодном мосте:

 ;

Найдем параметры входного конденсатора C6:

 ;

,

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

Найдем время разряда конденсатора C6 за половину периода:

 ;

Рассчитаем мощность, которая берется из конденсатора за время разряда:

 ;

Найдем минимальное значение емкости C6:

 ;

Расчет трансформатора T2

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

,

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

Рассчитаем максимальный ток через демпферный диод VD7:

;

Определим начальную индуктивность первичной обмотки при максимальном цикле:

;

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

Параметры сердечника. Таблица 1.5.2.

Найдем количество витков первичной обмотки:

,

Принимаем Np равным 24 витка.

Определим количество витков вторичной обмотки:

,

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

Найдем количество витков дополнительной обмотки:

;

Принимаем NAUX=4 витка.

Рассчитаем реальную индуктивность первичной обмотки:

;

Найдем максимальный ток через первичную обмотку T2:

;

Высчитаем максимальную индукцию трансформатора:

, B<Bmax ;

Найдем площадь разреза с учетом количества витков обмотки Np:

;

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:

,

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:

;

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

Рассчитаем площадь разреза проводника вторичной обмотки T1:

.

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

Рассчитаем площадь разреза проводника дополнительной обмотки:

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

Рассчитаем параметры выходного диода VD11.

Определим максимальное обратное напряжение на диоде:

;

Определим максимальный импульсный прямой ток через диод:

;

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

 ;

Рассчитаем параметры выходного конденсатора С36.

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

Определим максимальный выходной ток:

;

Минимальная емкость конденсатора C36:

;

Выбираем конденсатор на 2200мкФ – 25В.

Расчет демпферной цепи: C23, R26, VD7

Найдем напряжение демпферной цепи:

,

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.

.

Найдем емкость конденсатора C23 демпферной цепи:

.

Принимаем С23=470пФ.

Найдем сопротивление резистора демпферного звена R26:

.

Принимаем R26=1,2 кОм.

Расчет потерь

Определим потери на диоде VD1:

;

Определим сопротивление первичной обмотки:

;

Определим сопротивление вторичной обмотки:

,

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

Определим потери в меди на первичной обмотке:

;

Определим потери в меди во вторичной обмотке:

;

Найдем суммарные потери в первичной и вторичной обмотках трансформатора:

;

Вычислим потери на выходном диоде VD11:

;

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:

,

где f=100кГц – рабочая частота преобразователя.

Найдем потери при выключении транзистора:

;

Определим потери на сопротивлении сток-исток при открытом транзисторе:

;

Подсчитаем общие потери на транзисторе:

;

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:

;

Рассчитаем минимальный входной ток DA2:

;

Схема цепи обратной связи представлена на рис. 1.5.2.

Рис. 1.5.2. Схема цепи обратной связи на

управляемом стабилитроне TL431.

Найдем величину сопротивления резистора R56:

,

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

Определим сопротивление резистора R54:

,;

Рис. 1.5.3. Структурная схема всей цепи обратной связи.

Рассчитаем переходные характеристики схемы

Внутренний коэффициент передачи DA2:

;

Внутренний коэффициент передачи делителя цепи обратной связи:

;

Найдем коэффициент передачи силовой части:

;

,

где ZPWM – крутизна характеристики ΔVFB / ΔlD;

Коэффициент передачи выходного фильтра:

,

где RESR – емкостное сопротивление конденсатора.

Коэффициент передачи цепи регулятора:

;

Переходные характеристики при минимальной и максимальной нагрузке:

Определим выходное сопротивление блока питания при максимальной нагрузке:

;

Определим выходное сопротивление блока питания при минимальной нагрузке:

;

Найдем частоту среза при максимальной нагрузке:

,

а также при минимальной нагрузке:

;

Коэффициент передачи цепи обратной связи:

, ;

Коэффициент передачи делителя цепи обратной связи:

 ;

Выходной импеданс промежутка времени ton:

;

;

Коэффициент передачи на граничной частое:

,

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.

;

;

Общий коэффициент передачи:

;

Поскольку GS(ω)+Gr(ω)=0, то:

;

Отсюда найдем коэффициент передачи цепи регулятора:

Gr(ω)=0-(- GS(ω))=17,2дБ;

Коэффициент передачи регулятора:

;

;

Отсюда найдем сопротивление резистора R55:

Нижняя частота передачи цепи обратной связи при C37=0:

;

Найдем емкость конденсатора C37:

;

Похожие работы

Интеллектуальные UPS (Источники бесперебойного питания)

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 ...

Назначение источников бесперебойного питания

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 ...

Источник бесперебойного питания мощностью 600 Вт

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. ...

Источник бесперебойного питания с двойным преобразованием

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 ...