Материалы сайта
Это интересно
МикроЭВМ на базе микропроцессора КР580ВМ80
7 Расчет источника питания Источник питания (ИП) является важнейшей составной частью любой радиоэлектронной аппаратуры. ИП предназначен для питания устройств электроэнергией постоянного и переменного токов. Тип, параметры и количество напряжений ИП определяются, как правило, электрической схемой самого радиоэлектронного устройства, а именно, количеством и типами питающих напряжений и суммарным током потребления по каждому напряжению. Расчет производится согласно методике, указанной в [6]. В разрабатываемом микропроцессорном блоке необходимо использование трех питающих напряжений постоянного тока: +5, -5 и +12 вольт, следовательно, источник питания будет состоять из следующих основных узлов: трансформатор, три независимых выпрямителя, фильтра и стабилизатора. 7.1 Расчет требуемой мощности ИП. Расчёт суммарного тока потребления по каждому из напряжений сведём в таблицу 7.1. 7.2 Выбор схемы источника питания Выбор схемы источника питания производится с учетом параметров питающей сети, выходной мощности по каждому напряжению, а так же характеру нагрузки (активной и реактивной составляющих) В нашем случае можно воспользоваться общей схемой с применением стабилизаторов в интегральном исполнении, приведенной на рисунке 7.1, которая отличается хорошими надежностными характеристиками. Рекомендуемое выходное напряжение E0 II при колебаниях сети ±10% и токе I0 II =0,3 А составляет 18 В, E0 III при токе 0,5 А - 9 В и E0 IV при токе 0,1 А – 9 В. Выпрямленная мощность трансформатора: |[pic] |(7.1) | |[pic]Вт | | 7.3 Расчет источника +12В Выпрямленное сопротивление кремниевого диодного моста при работе на нагрузку с ёмкостным характером: |[pic] |(7.2) | где: [pic]=1 В – падение напряжения на кремниевом диоде; [pic]- выпрямленный ток для мостовой схемы. |[pic] |(7.3) | где: [pic]=0,3 А при использовании ИМС КР142ЕН8Б. |[pic][pic] | | |[pic] | | Сопротивление обмотки II трансформатора: |[pic] |(7.4) | где: [pic]- коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=4,7); s – число стержней трансформатора, несущих обмотки (для Ш- образного сердечника s=1); B – магнитная индукция в сердечнике трансформатора (при выпрямляемой мощности ? 50 Вт B=1,3 Тл; f – частота питающей сети, f=50 Гц; |[pic] | | Так как трансформатор имеет ещё две обмотки, необходимо определить сопротивление обмотки II с учетом дополнительных обмоток: |[pic] |(7.5) | где: [pic] - вольт-амперы вторичных обмоток для рассчитываемого выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 [pic] - габаритная мощность трансформатора. Для мостовой схемы выпрямителя [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 Вт. | [pic] | | Активное сопротивление фазы выпрямителя r определяют по формуле: | [pic] |(7.6) | | [pic] | | Индуктивность рассеяния обмотки трансформатора LS II : | [pic] | | | |(7.7) | где: [pic]– коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]; p – число чередующихся секций обмоток; когда вторичная обмотка наматывается после первичной p=2. |[pic] | | Необходимо также учесть влияние дополнительных обмоток: | [pic] | | | |(7.8) | | [pic] | | Основной расчетный коэффициент: | [pic] | | | |(7.9) | где m – число фаз выпрямителя (для мостовой схемы m=2). | [pic] | | Находим угол, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя: | [pic] | | | |(7.10)| | [pic] | | По графикам из [6] находим вспомогательные коэффициенты: [pic]=1,06; [pic]=2,02; [pic]=5,5; [pic]=22000. Определяем э.д.с. вторичной обмотки трансформатора: | [pic] |(7.11)| | [pic] | | Определяем обратное напряжение на диодах: | [pic] |(7.12)| Определяем действующее значение тока вторичной обмотки: | [pic] | | | |(7.13)| | [pic] | | Ток через диоды: | [pic] |(7.14)| | [pic] | | Определяем импульс тока через диод: | [pic] |(7.15)| | [pic] | | Выбираем диодный мост КЦ405Е со следующими параметрами: [pic] Выходная емкость выпрямителя: | [pic] | | | |(7.16)| где: [pic] - коэффициент, рассчитываемый по формуле: | [pic] | | | |(7.17)| где: [pic]=1 В; [pic]=18 В; | [pic] | | | [pic] | | Принимаем емкость [pic]= 1000 мкф. Рабочее напряжение конденсатора: | [pic] |(7.18)| По справочнику выбираем конденсатор [pic] К50-6-1000 мкф(50В. Коэффициент трансформации: | [pic] | | | |(7.19)| где: [pic]=220 – напряжение первичной обмотки. | [pic] | | 7.4 Расчет источника +5В Для стабилизации напряжения +5В используем стабилизатор в интегральном исполнении КР142ЕН5В. При использовании данной ИМС рекомендуемое входное напряжение составляет 9 вольт. Таким образом, получим исходные данные для расчета: [pic] Внутреннее сопротивление кремниевых диодов моста при работе на нагрузку с емкостным характером сопротивления: |[pic] |(7.20)| где: [pic]=1 В – падение напряжения на кремниевом диоде; [pic]- выпрямленный ток для мостовой схемы. |[pic] |(7.21)| где: [pic]=0,5 А при использовании ИМС КР142ЕН5В. |[pic][pic] | | |[pic] | | Сопротивление обмотки III трансформатора: |[pic] | | | |(7.22)| где: [pic]- коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=3,5); s – число стержней трансформатора, несущих обмотки (для Ш- образного сердечника s=1); B – магнитная индукция в сердечнике трансформатора (при выпрямляемой мощности ? 50 Вт B=1,3 Тл; f – частота питающей сети, f=50 Гц; |[pic] | | Необходимо определить сопротивление обмотки III с учетом дополнительных обмоток: |[pic] | | | |(7.23)| где: [pic] - вольт-амперы вторичных обмоток для рассчитываемого выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 [pic] - габаритная мощность трансформатора. Для мостовой схемы выпрямителя [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 Вт. | [pic] | | Активное сопротивление фазы выпрямителя r определяют по формуле: | [pic] |(7.24)| | [pic] | | Индуктивность рассеяния обмотки трансформатора LS III : | [pic] | | | |(7.25)| где: [pic]– коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]; p – число чередующихся секций обмоток; когда вторичная обмотка наматывается после первичной p=2. |[pic] | | Необходимо также учесть влияние других вторичных обмоток: | [pic] | | | |(7.26)| | [pic] | | Основной расчетный коэффициент: | [pic] | | | |(7.27)| где m – число фаз выпрямителя (для мостовой схемы m=2). | [pic] | | Находим угол, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя: | [pic] | | | |(7.28)| | [pic] | | По графикам из [6] находим вспомогательные коэффициенты: [pic]=1,13; [pic]=2,05; [pic]=5,3; [pic]=25500. Определяем э.д.с. вторичной обмотки трансформатора: | [pic] |(7.29)| | [pic] | | Определяем обратное напряжение на диодах: | [pic] |(7.30)| Определяем действующее значение тока вторичной обмотки: | [pic] |(7.31)| | [pic] | | Ток через диоды: | [pic] |(7.32)| | [pic] | | Определяем импульс тока через диод: | [pic] |(7.33)| | [pic] | | Выбираем диодный мост КЦ410А со следующими параметрами: [pic] Выходная емкость выпрямителя: | [pic] | | | |(7.34)| где: [pic] - коэффициент, рассчитываемый по формуле: | [pic] | | | |(7.35)| где: [pic]=0,7 В; [pic]=9 В; | [pic] | | | [pic] | | Принимаем емкость [pic]= 2000 мкф. Рабочее напряжение конденсатора: | [pic] |(7.36)| По справочнику выбираем конденсатор [pic] К50-6-2000 мкф(16В. Коэффициент трансформации: | [pic] | | | |(7.37)| где: [pic]=220 – напряжение первичной обмотки. | [pic] | | 7.5 Расчет источника -5В Для стабилизации напряжения -5В используем стабилизатор в интегральном исполнении КР142ЕН5В. При использовании данной ИМС рекомендуемое входное напряжение составляет 9 вольт. Таким образом, получим исходные данные для расчета: [pic] Внутреннее сопротивление кремниевых диодов моста при работе на нагрузку с емкостным характером сопротивления: |[pic] |(7.38)| где: [pic]=1 В – падение напряжения на кремниевом диоде; [pic]- выпрямленный ток для мостовой схемы. |[pic] |(7.39)| где: [pic]=0,1 А при использовании ИМС КР142ЕН5В. |[pic][pic] | | |[pic] | | Сопротивление обмотки III трансформатора: |[pic] |(7.40)| где: [pic]- коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=3,5); s – число стержней трансформатора, несущих обмотки (для Ш- образного сердечника s=1); B – магнитная индукция в сердечнике трансформатора (при выпрямляемой мощности ? 50 Вт B=1,3 Тл; f – частота питающей сети, f=50 Гц; |[pic] | | Необходимо определить сопротивление обмотки III с учетом дополнительных обмоток: |[pic] |(7.41)| где: [pic] - вольт-амперы вторичных обмоток для рассчитываемого выпрямителя (для мостовой схемы [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 [pic] - габаритная мощность трансформатора. Для мостовой схемы выпрямителя [pic]=1,5 P0=1,5?10,8=16,2 Вт. | [pic] | | Активное сопротивление фазы выпрямителя r определяют по формуле: | [pic] |(7.42)| | [pic] | | Индуктивность рассеяния обмотки трансформатора LS IV : | [pic] | | | |(7.43)| где: [pic]– коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы [pic]; p – число чередующихся секций обмоток; когда вторичная обмотка наматывается после первичной p=2. |[pic] | | Необходимо также учесть влияние других вторичных обмоток: | [pic] | | | |(7.44)| | [pic] | | Основной расчетный коэффициент: | [pic] | | | |(7.45)| где m – число фаз выпрямителя (для мостовой схемы m=2). | [pic] | | Находим угол, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя: | [pic] | | | |(7.46)| | [pic] | | По графикам из [6] находим вспомогательные коэффициенты: [pic]=1,11; [pic]=2,03; [pic]=5,3; [pic]=25000. Определяем э.д.с. вторичной обмотки трансформатора: | [pic] |(7.47)| | [pic] | | Определяем обратное напряжение на диодах: | [pic] |(7.48)| Определяем действующее значение тока вторичной обмотки: | [pic] |(7.49)| | [pic] | | Ток через диоды: | [pic] | | | |(7.50)| | [pic] | | Определяем импульс тока через диод: | [pic] | | | |(7.51)| | [pic] | | Выбираем диодный мост КЦ405E со следующими параметрами: [pic] Выходная емкость выпрямителя: | [pic] | | | |(7.52)| где: [pic] - коэффициент, рассчитываемый по формуле: | [pic] | | | |(7.53)| где: [pic]=0,7 В; [pic]=9 В; | [pic] | | | [pic] | | Принимаем емкость [pic]= 400 мкф. Рабочее напряжение конденсатора: | [pic] |(7.54)| По справочнику выбираем конденсатор [pic] К50-6-400 мкф(16В. Коэффициент трансформации: | [pic] | | | |(7.55)| где: [pic]=220 – напряжение первичной обмотки. | [pic] | | 7.6 Расчет трансформатора Исходные данные для расчета. Действующие напряжения обмоток: [pic] Действующие токи в обмотках: [pic] Коэффициенты трансформации: [pic] Частота сети 50 Гц. Габаритная мощность трансформатора: | [pic] |(7.56)| | [pic] | | Составляющие тока первичной обмотки, вызванные токами вторичных обмоток, нагруженных на выпрямители: | [pic] |(7.57)| | [pic] |(7.58)| | [pic] |(7.59)| | [pic] | | | [pic] | | | [pic] | | Ток первичной обмотки равен сумме токов вызванных всеми вторичными обмотками: | [pic] |(7.60)| | [pic] | | Ток первичной обмотки с учетом потерь в трансформаторе: | [pic] |(7.61)| где: [pic] - к.п.д. трансформатора, [pic]=0,85 таблица 17-8 [6]; | [pic] | | Определим геометрические размеры окна сердечника (рисунок 7.2): | [pic] |(7.62)| где: [pic] - полное сечение стержня, несущего обмотки, [pic]; [pic] - площадь окна сердечника, приходящегося на обмотки одного стержня, [pic]; B - максимальная индукция в сердечнике, Тл; [pic] - плотность тока в обмотке, [pic]; [pic] - к.п.д. трансформатора; s - число стержней трансформатора, несущих обмотки; [pic] - коэффициент заполнения сечения стержня сталью; [pic] - коэффициент заполнения окна медью обмотки; В соответствии с рисунком.17-25 [6] [pic] Из таблицы 17-8 [6] при [pic], частоте 50 Гц, марки стали Э350 находим: [pic] Подставляя данные значения в формулу (78), получим: | [pic] | | Ориентировочное значение ширины стержня: | [pic] |(7.63)| | [pic] | | По справочнику [6] выберем витой сердечник броневого типа Ш16. Определим ширину ленты витого сердечника: | [pic] |(7.64)| где b=1,6 см; h=4см – значения выбираются по таблице 17-9 [6] | [pic] | | Выбираем C=1,6 см. Таким образом, габариты сердечника будут: Ширина [pic] Высота [pic] Толщина [pic] Масса [pic] 7.7 Расчет обмоток трансформатора Определим э.д.с. одного витка обмотки: | [pic] |(7.65)| по таблице 17-8 [6] [pic] [pic] | [pic] | | Ориентировочное значение падения напряжения в обмотках: | [pic] |(7.66)| где: [pic] (по таблице 17-8 [6] ); | [pic] | | Число витков обмотки I равно: | [pic] |(7.67)| | [pic] | | Принимаем [pic] витков. Для обмотки II : | [pic] | | Число витков обмотки II равно: | [pic] | | Принимаем [pic] витков. Для обмотки III : | [pic] | | Число витков обмотки III равно: | [pic] | | Принимаем [pic] витка. Для обмотки IV : | [pic] | | Число витков обмотки IV равно: |[pic] | | Принимаем [pic] виток. Диаметр проводов обмоток (без изоляции): | [pic] |(7.68)| где: [pic] - плотность тока, зададимся в пределах [pic] Для обмотки I ([pic]) : | [pic] | | Принимаем [pic] Для обмотки II ([pic]) : | [pic] | | Принимаем [pic] Для обмотки III ([pic]) : | [pic] | | Принимаем [pic] Для обмотки IV ([pic]) : | [pic] | | Принимаем [pic] Для уточнения падения напряжения в обмотках, определяют среднюю длину витка обмоток: | [pic] |(7.69)| где: [pic] | [pic] | | Длина обмоток: | [pic] |(7.70)| | [pic] | | | [pic] | | | [pic] | | | [pic] | | Точное значение падения напряжения: | [pic] |(7.71)| | [pic] | | | [pic] | | [pic] | | [pic] | Уточняем число витков в обмотках: | [pic] |(7.72)| | [pic] | | Принимаем [pic] витков; | [pic] | | Принимаем [pic] витков; | [pic] | | Принимаем [pic] витков; | [pic] | | Принимаем [pic] витков; Ток намагничивания трансформатора | [pic] |(7.73)| где: [pic] - напряженность магнитного поля, согласно кривой на рисунке 17-26 [6] для трансформаторного железа Э350; Определим среднюю длину магнитной линии для сердечников броневого типа: | [pic] |(7.74)| | [pic] | | | [pic] | | Вес сердечника: | [pic] |(7.75)| где: [pic] - удельный вес стали Э350; |[pic] | | Потери в сердечнике: | [pic] |(7.76)| где: [pic]в соответствии с рисунком 17-27 [6]; | [pic] | | Ток холостого хода: | [pic] |(7.77)| | [pic] | | Ток первичной обмотки с учетом потерь: | [pic] |(7.78)| | [pic] | | Потери в меди: |[pic] |(7.79)| где: |[pic] |(7.80)| |[pic] | | |[pic] | | |[pic] | | |[pic] | | |[pic] | | ----------------------- ?–??/???????†??????????????????????????????????????????????????????????????? ?????????????–??/??????????????????????????????????????????? [pic] [pic] [pic] ----------------------- Лист Изм. Лист № докум. Подп. Дата
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23