Коэффициент полезного действия преобразователя существенно зависит от напряжения. Для примера приведем результаты сравнения расчетных и экспериментальных значений к. п. д. серии преобразователей по рис. Л-8,6 одинаковой мощности 1,5 Вт, рассчитанных на максимум к. п. д. при различных входных напряжениях (табл. 3-13). Магнитопроводы трансформаторов выполнены из материала 79НМ-0,05; напряжение на нагрузке 27,5 В; частота 500 Гц; транзисторы П210В. Кроме того, в табл. 3-13 приведены экспериментальные значения к. п. д. преобразователей, рассчитанных по

Таблица 3-13

обычной методике при превышении температуры 0=5О°С [Л. 7 и 9]. Для наглядного сопоставления зависимости r[=f{Ui} приведены на рис. 3-18.

0,5 !,0 1,5 !,S 3,0 3,5 Ч.О 4,5 5,08

Рис. 3-18. Зависимость к. п. д. преобразователя от входного напряжения Ci при и =27,5 В.

1 - теоретический к. п. д. преобразователя рассчитанного па максимум к. п. д.; 2 - экспериментальный к. п. д. преобразователя, рассчитанного на максимум к. п. д.; 3 - экспериментальный к. п. д. преобразователя, рассчитанного по обычной методике при в=50°С.

Наибольшее влияние на к. п. д. преобразователя при низких входных напряжениях оказывают потери мощности в транзисторной части преобразователя (3-55), в результате к. п. д. шреобразователя с уменьшением Ui падает. Современные транзисторы позволяют получать к. п. д. преобразователя 70-75% при входном напряжении 0,5 В. Например, в разработанных маломощных преобразователях напряжения для РТГ ino схеме типа рис. 1-17 со следующими данными [Л. 40]: мощность на выходе 470 мкВт; материал магнитопровода- феррит 2000НМ; напряжение (7i=0,5 В; напряжение нагрузки 1,5 и 6 В; транзисторы 1Т1Г5 А - к. п. д. был 72-74%. Объем преобразователя около 3,5 с.м. Такой высокий к. п. д. получен благодаря применению обратной связи по току.

При проектировании следует учитывать диапазон рабочих температур преобразователя. Из-за малых плотностей тока и потерь, а также больших собственных габаритов превышение температуры в преобразователях, рассчитанных на максимум к. п. д., практически отсутствует. При работе преобразователя с изменяющейся температурой окружающей среды расчет следует вести на температуру, наиболее вероятную, поскольку ток закрытого транзистора и опти-

мальные прямые токи диодов и транзисторов (см. § 3-3, 3-4) существенно зависят от температуры.

При изменении температуры от -60 до --20°С удельные потери в пермаллоевых сплавах уменьшаются примерно в 2 раза [Л. 42}. При дальнейшем повы-шетт температуры до 60°С удельные потери остаются практически постоянными. Потери в меди трансформатора увеличиваются с ростом температуры. В результате суммарные потери в стали и меди трансформатора изменяются-мало.

Потери в диодах и потери в открытых транзисторах практически не зависят от температуры, а потери в закрытых транзистора.х. увеличиваются за счет роста тока закрытого транзистора.

Учитывая все эти факторы, можно следующим образом приближенно оценить изменение к. п. д. преобразователя от изменения температуры:

го 30 to 50 ВО 70 С

Рис. 3-19. Зависимость к. п. Д-преобразователя на транзисторах П210А от температуры.

--эксперимент;----

расчет.

ДТ) (0) :

эбА/б.з(е) + экА/к.з(е)

(3-56)!

где в - приращение температуры окружающей среды.

На рис. 3-19 приведены расчетные и экспериментальные зависимости к. п. д. от температуры преобразователя по рнс. il-8,6 на транзисторах П2ЮА. Расчет велся по измеренным токам /к.з и /б.з при 20°С. Данные преобразователя: (7i=ll,5 В; (7h=i17 В; Pi = l Вт;, частота 500 Гц; материал магнитопровода 79НМ.-0,О5; диоды Д302. Из рис. 3-19 видно, что к. п. д. данного преобразователя на германиевых транзисторах при изменении температуры от -}-20 до -}-60°С уменьшается на 3-4%.

3-6. Расчет преобразователя постоянного напряжения с повышенным к. п. д.

Рассмотрим порядок расчета преобразователя, иллюстрируя его одновременно конкретным примером расчета.

1. Исходные данные

Преобразователь предназначен для повышения (выходного напряжения радиоизотопного термоэлектрического генератора.

Входное напряжение преобразователя (7i=;l,5 В. Напряжение-нагрузки С/н=27 В. Мощность на входе преобразователя Pi = 5 Вт. Температура окружающей среды = 20°С. Удельная стоимость радиоизотопного генератора 1400 руб/Вт. Срок службы 5 лет. Надежность-вероятность безотказной работы -0,98.

2. Выбор схемы преобразователя

Основной критерий при выборе схемы преобразователя - коэффициент преобразования напряжения

*п = Ун/У1 = 27/1,5=18.

6-561 8t

Для /гп = 18 согласно рекомендациям § :1-6 выбираем схему однотрансформаторного преобразователя с четырьмя диодами, <с обратной связью по току и с уменьшенными напряжениями на транзисторах (см. рис. 1-8,6).

3. Выбор частоты преобразования и материала магнитопровода

Поскольку габариты преобразователя и трансформатора не оговариваются, то частота выбирается исходя из миниму.ма стоимости к;исте.мы - радиоизотопный генератор плюс преобразователь. Пред-.варительно должны быть проведены приближенные расчеты и получена кривая типа рис. 3-5, по которой находится оптимальная частота [Л. 52]. Например, из рис. 3-5 по заданной ориентировочной удельной ctoh.vtocTii радиоизотопного источника 1400 руб/Вт нахо-ди.м /=400 Гц. Трансфор.маторы на частоте 400 Гц имеют достаточно .малые габариты при сохранении высокого к. п. д. (см. табл. 3-5). Для частоты 400 Гц, как показано В § 3-2, целесообразно применить .магиитопровод из пермаллоя 79НМ толщиной 0,05 мм. Форма .магнитопровода - тороидальная.

4. Выбор типа и числа транзисторов

Входной ток преобразователя

/B.. = Pi/f/i=6/l,5 = 3,33 А.

Из рис. 3-18 для U\ = A,b В Г1аходим первое приближение для ;к. п. д. преобразователя ii;==0,85.

Ток нагрузки преобразователя (суммарный базовый ток)

/ = ilP,/i/n = 5-0,85/27 = 0,157 А. Коллекторный ток транзисторов

/i = /bx-/h = 3,33-0,157 = 3,17 А. Определяем значение коэффициента k (3-35):

= /j = n/K/n/6 = 3,17/0,-157 = 20.

На данном этапе расчета можно с запасом выбрать напряжения аасыщенного транзистора

[/эб.н=%0,5 В; (/эк.н~0.2 В.

Напряжение управляющей обмотки (см. рис. 1-8, б), .включеннай между базами транзисторов, выбираем равным 4,5 В, ЧТО обеспечит запирающее нанряжение L/эб на перехеде эмиттер - база не .менее 4 В;

t/a6 = f/o-(/36.a4,5-0,5 = 4 В. Напряжение эмиттер - коллектор закрытого транзистора разно:

- (/oK = 2t/-(/эк.н = 2-1,5-0,2 = 2,8 В. Напряжение коллектор - база закрытого транзистора

f/H6 = [/36 + f/3H=(/o-f/36.h-f2[/,-(/3 .h = 6,8 В.

По характеристика.м транзисторов в закрытом состоянии :(ipHC. 3-7, 3-10 и 3-15) определяем предварительно токи закрытых

транзисторов /к.з и /о.з для (/эк = 3 В и t/36=4 В.

Пользуясь характеристнка.ми рис. 3-8, находим параметры тран-:знсторов £3, Гт (табл. 3-9), по (3-44) рассчитываем минимальную