z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Przyrządy i układy mocy

Transkrypt

1 Politechnika Łódzka, Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych S P R AWOZDANIE z ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Przyrządy i układy mocy Ćwiczenie 7: Projekt i konstrukcja elektronicznego przekształtnika impulsowego (instrukcja 7A wer , 7C wer ) Numer zespołu: Skład zespołu (imię, nazwisko, numer indeksu): Wybrany wariant projektu (zakreślić): podstawowy pełny Parametry projektu: f s = D min = D max = I R3(av)max = t r(max) = T 1 : Uwaga: 1. Formularz należy wypełnić ręcznie. 2. Można dokonywać skreśleń i poprawek pod warunkiem zachowania jednoznaczności. 3. Należy zamieścić wszystkie wykorzystane wzory i wykonane obliczenia. 4. Liczbowe wyniki końcowe należy podawać wraz z jednostkami, jako liczby z zakresu 0, z wykorzystaniem przedrostków jednostek. 5. Strony zbędne dla wybranego wariantu ćwiczenia należy pominąć. 6. Wszystkie załączniki należy kolejno ponumerować i odwoływać się do nich z wykorzystaniem tej numeracji. 7. Jeżeli w formularzu brakuje miejsca, można dołączyć osobną kartkę i nadać jej numer kolejnego załącznika. * Zadania wyłącznie dla wariantu pełnego. ** Zadania wyłącznie dla wariantu podstawowego.

2 2 Adnotacje prowadzącego Projekt płytki Projekt elektroniczny Uruchomienie i pomiary

3 3 ZADANIE 1 ROZPLANOWANIE ELEMENTÓW I POŁĄCZEŃ NA PŁYTCE Załączyć wydruk arkusza Płytka. Numer załącznika Załączyć wydruk arkusza Weryfikacja płytki. Numer załącznika Uwagi do projektu płytki; oryginalne rozwiązania, na które chcą Państwo zwrócić uwagę W przypadku modyfikacji arkusza Węzły schematu należy załączyć jego wydruk. ZADANIE 2 CHARAKTERYSTYCZNE WARTOŚCI W UKŁADZIE SZACUNEK OD GÓRY Napięcie skuteczne na uzwojeniu wtórnym transformatora U sec(rms) = Amplituda napięcia na uzwojeniu wtórnym transformatora U sec(m) = Amplituda napięcia wejściowego przerywacza [szacunek od góry] U i(m) Moc znamionowa lampy halogenowej P Lh(nom) = Napięcie (skuteczne) znamionowe lampy halogenowej U Lh(nom) = Moc lampy w funkcji rezystancji lampy (wzór) P Lh = Rezystancja lampy halogenowej R Lh = Amplituda prądu obciążenia [szacunek od góry] I o(m)

4 4 ZADANIE 3* ZABEZPIECZENIE ZWARCIOWE Maksymalny prąd skuteczny obciążenia I o(rms)max = I o(rms) D=1 = Prąd skuteczny obciążenia przy maksymalnym [zadanym] współczynniku wypełnienia I o(rms) Dmax = Optymalna charakterystyka wyłączania wkładki Uzasadnienie Oznaczenie wkładki topikowej Maksymalny [z rozrzutu] spadek potencjału na bezpieczniku u F1(max) = ZADANIE 4* FILTR PROSTOWNIKA Wprowadzone parametry źródła modelującego uzwojenie wtórne VSIN Rezystancja wkładki topikowej R F1 = Rezystancja tranzystora T 1 w stanie załączenia R DS(on) = w temperaturze T j = Prąd upływu dren-źródło I DSS = przy napięciu U DS = Rezystancja tranzystora T 1 w stanie wyłączenia R DS(off) =

5 5 Wprowadzone parametry klucza SBREAK Okres przełączania klucza T s = T p = Czas trwania impulsu sterującego kluczem t p = Wprowadzone parametry źródła sterującego VPULSE Załączyć wydruk wprowadzonego schematu. Numer załącznika Optymalna pojemność kondensatora C 1 C 1 = Maksymalna [w skali okresu T i ] wartość średnia napięcia wyprostowanego u d u d(av)m = Maksymalna [w skali okresu T i ] wartość międzyszczytowa tętnienia napięcia u d u d(pp)m = Względna wartość międzyszczytowa tętnienia u d(pp)m /u d(av)m [%] = Załączyć wydruk(i) przebiegów, na podstawie którego(ych) wyznaczono parametry przebiegu u d i stwierdzono poprawność doboru C 1. Numer(y) załącznika(ów) ZADANIE 5* NAPIĘCIE ZASILANIA STEROWNIKA S Minimalny [wymagany] poziom wysoki napięcia u g na podstawie napięcia progowego tranzystora T 1 U GG(on) > U GS(th) = Minimalny [wymagany] poziom wysoki napięcia u g na podstawie charakterystyki wyjściowej tranzystora T 1 U GG(on) Maksymalne [względem prądu i temperatury] napięcie wyjściowe tranzystora T 1 U DS (I D =I o(m) ;U GS =U GG(on) ) =

6 6 Ostatecznie ustalony minimalny [wymagany] poziom wysoki napięcia sterującego bramką u g U GG(on)min = Minimalne [wymagane] napięcie zasilania układu U 1 U CC(min) = Zakres [zalecany] napięcia zasilania układu U 1 U CC(rec),U1 Wniosek dot. warunków zasilania układu U 1 i ewentualne modyfikacje projektu ZADANIE 6* FILTR ZASILACZA STEROWNIKA Maksymalny [z rozrzutu] pobór prądu zasilania przez układ U 1 I CC(max),U1 = Maksymalny [zadany] prąd (wartość średnia) pobierany przez obwód pomocniczy generatora I R3(av)max = Całkowity ładunek dostarczany do bramki tranzystora T 1 Q G(tot) (U GS =U GG(on)min ) = Średni prąd dostarczany do bramki tranzystora T 1 I G(on)av = Załączyć wydruk wprowadzonego schematu. Numer załącznika Optymalna pojemność kondensatora C 3 C 3 = Minimalna [względem sterowania] wartość (średnia) napięcia u CC U CC(min) = u CC(av) D=1 = Wartość międzyszczytowa tętnienia napięcia u CC u CC(pp) = Względna wartość międzyszczytowa tętnienia u CC(pp) /u CC(av) [%] =

7 7 Porównanie z wymaganą wartością U CC(min), ewentualna modyfikacja projektu Minimalny [względem sterowania] poziom wysoki napięcia wyjściowego generatora u g U GG(on)min = U GG(on) D=1 = Maksymalna [względem sterowania] wartość (średnia) napięcia u CC U CC(max) = u CC(av) D=0 = Porównanie i wniosek dot. warunków zasilania układu U 1 Maksymalny [względem sterowania] poziom wysoki napięcia wyjściowego generatora u g U GG(on)max = U GG(on) D=0 = Maksymalne [dopuszczalne] napięcie bramka-źródło tranzystora T 1 U GS(max,rat) = Porównanie i wniosek dot. warunków pracy tranzystora T 1 Ewentualne modyfikacje projektu i uzyskane wyniki Załączyć wydruki przebiegów, na podstawie których wyznaczono parametry przebiegu u CC dla wszystkich przypadków. Numer(y) załącznika(ów)

8 8 ZADANIE 7** NAPIĘCIE ZASILANIA STEROWNIKA S OSZACOWANIE MAKSIMUM Maksymalna [względem sterowania] amplituda napięcia wyprostowanego u d U d(m)max = U d(m) io=0 = Maksymalne [względem sterowania] napięcie zasilania sterownika U CC(max) = U CC io=0 = Maksymalny [względem sterowania] poziom wysoki napięcia wyjściowego generatora u g U GG(on)max = U GG(on) io=0 = ZADANIE 8** NAPIĘCIE WYPROSTOWANE OSZACOWANIE MINIMALNEJ AMPLITUDY Rezystancja uzwojenia wtórnego transformatora R sec = Spadek potencjału na pojedynczej diodzie mostka Graetza B 1 U F,B1 (I o(m) ) = Minimalna [względem sterowania] amplituda napięcia wyprostowanego u d U d(m)min = ZADANIE 9** NAPIĘCIE ZASILANIA STEROWNIKA S OSZACOWANIE MINIMUM Maksymalny [zadany] prąd średni pobierany przez obwód pomocniczy układu U 1 I R3(av)max = Maksymalny [z rozrzutu] pobór prądu zasilania przez układ U 1 I CC(max),U1 =

9 9 Całkowity ładunek dostarczany do bramki tranzystora T 1 Q G(tot) (U GS =U CC(max) ) = Częstotliwość [zadana] przełączania tranzystora T 1 f s = Częstotliwość napięcia wyprostowanego u d f d = Ładunek pobierany z kondensatora C 3 w przeciągu okresu T d Q C3 = Zmiana napięcia na kondensatorze C 3 w przeciągu okresu T d u CC = Czas przepływu prądu przez diodę D 1 w każdym okresie T d t cond,d1 = Wartość maksymalna prądu diody D 1 I D1(m) = Spadek potencjału na diodzie D 1 przy maksimum prądu U F,D1 (I D1(m) ) = Minimalne [względem sterowania] napięcie zasilania sterownika U CC(min) = Minimalny [względem sterowania] poziom wysoki napięcia wyjściowego generatora u g U GG(on)min =

10 10 ZADANIE 10 GENERATOR PRZEBIEGU PROSTOKĄTNEGO OBLICZENIA Maksymalny [względem sterowania] prąd średni pobierany przez obwód pomocniczy generatora w zależności od parametrów obwodu (wzór) I R3(av)max = Maksymalny [zadany] prąd średni pobierany przez obwód pomocniczy generatora I R3(av)max = Minimalna [wymagana] rezystancja opornika R 3 R 3(min) = Układ równań do obliczenia R 4 i R 5 Rezystancja całkowita potencjometru R 4 (wynik końcowy dokładny) R 4 = Rezystancja opornika R 5 (wynik końcowy dokładny) R 5 = Wartości wyrównane do typoszeregu [R 4 ] = [R 3 ] = [R 5 ] = Pojemność kondensatora C 4 C 4 = Wartość wyrównana do typoszeregu [C 4 ] = ZADANIE 11 GENERATOR PRZEBIEGU PROSTOKĄTNEGO WERYFIKACJA Załączyć wydruk uzupełnionego schematu. Numer załącznika

11 11 Parametry pracy układu (D współczynnik wypełnienia przebiegu u g ; f p częstotliwość przebiegu u g ; I R3(av) średni prąd pobierany przez obwód pomocniczy generatora) Załączyć wydruki przebiegów, na podstawie których wyznaczono podane wartości k D D f p f p /f p I R3(av) Numer(y) załącznika(ów) 0 0,5 1 Analiza pod kątem spełnienia założeń projektowych, ewentualne wprowadzone modyfikacje ZADANIE 12 OBWÓD BRAMKI TRANZYSTORA TORA Maksymalny [zadany] czas narastania dla tranzystora T 1 t r(max) = Ładunek bramka-dren Q GD = Poziom płaskiego odcinka charakterystyki ładunku bramki U GS(pl) = Maksymalna [wymagana] rezystancja opornika bramkowego R 6(max) =

12 12 Wartość wyrównana do typoszeregu [R 6 ] = Prąd bramki na odcinku czasu narastania I G (t r ) = Prąd bramki na odcinku czasu opadania I G (t f ) = Wydajność prądowa wyjścia OUT układu U 1 prąd wydawany I OUT(source)max = prąd pochłaniany I OUT(sink)max = Porównanie i wniosek dot. osiągalności czasów przełączania Ewentualna modyfikacja projektu i przeliczenie wyników Ostateczny czas narastania t r = Ostateczny czas opadania t f =

13 13 ZADANIE 13 WYTRZYMAŁOŚĆ NAPIĘCIOWA TRANZYSTORA Maksymalne [w czasie w ramach okresu T i ] napięcie na tranzystorze w stanie blokowania U DS(off) = Maksymalne [dopuszczalne] napięcie dren-źródło tranzystora T 1 U DSS(rat) = Warunek bezpiecznej pracy U DSS(rat) Wniosek dot. zapewnienia bezpieczeństwa ZADANIE 14 MOC STRAT W TRANZYSTORZE Maksymalny [przewidywany] współczynnik wypełnienia D max = Rezystancja dren-źródło tranzystora T 1 w stanie załączenia R DS(on) (T j(max) ) = Maksymalna [względem sterowania D] amplituda [maksimum w czasie w ramach okresu T i ] mocy czynnej [średniej za okres T s ] strat statycznych P D(stat)m,max =

14 14 Maksymalna [względem sterowania D] amplituda [maksimum w czasie w ramach okresu T i ] mocy czynnej [średniej za okres T s ] strat dynamicznych P D(dyn)m,max = Maksymalna [względem sterowania D] amplituda [maksimum w czasie w ramach okresu T i ] całkowitej mocy czynnej [średniej za okres T s ] strat P D(m,max)wrk = ZADANIE 15 BEZPIECZEŃSTWO CIEPLNE TRANZYSTORA Maksymalna [zakładana] temperatura otoczenia T a(max) = Maksymalna [dopuszczalna] temperatura złącza dla tranzystora T 1 T j(max) = Rezystancja termiczna złącze-otoczenie tranzystora T 1 bez zewnętrznego radiatora R θ(j-a) = Maksymalna [dopuszczalna] moc czynna strat w tranzystorze T 1 bez zewnętrznego radiatora P D(av,max)adm = Warunek bezpiecznej pracy (wzór) Wniosek dot. zapewnienia bezpieczeństwa

15 15 ZADANIE 16** WARUNKI PRACY OBWODU STEROWANIA Zakres [szacowany] napięcia zasilania sterownika U CC Zakres [zalecany] napięcia zasilania układu U 1 U CC(rec),U1 Porównanie i wniosek dot. warunków zasilania układu U 1 Zakres [szacowany] poziomu wysokiego napięcia u g sterującego bramką tranzystora T 1 U GG(on) Zakres [z rozrzutu] napięcia progowego tranzystora T 1 U GS(th) Porównanie i wniosek dot. poprawnego załączania Analiza punktu pracy tranzystora T 1 dla U GS = U GG(on), I D = I o(m) pod kątem zakresu pracy i napięcia wyjściowego U DS(on) Maksymalne [dopuszczalne] napięcie bramka-źródło tranzystora T 1 U GS(max)rat = Porównanie i wniosek dot. bezpieczeństwa bramki