Материалы сайта
Это интересно
Проектирование стабилизированного источника питания
3. Расчет структурной схемы. трансформатор выпрямитель фильтр стабилизатор Рис.3.1 3.1. Стабилизатор напряжения. . Напряжение на нагрузке [pic] - максимальное выходное напряжение [pic] - минимальное выходное напряжение Где [pic] - допустимое отклонение выходного напряжения источника питания. [pic]= 9В – номинальное напряжение на выходе цепи ([pic]= 3% - отклонение напряжения на выходе цепи от номинального Тогда UН ДОП = 0,18 В UН MAX = 9.18 B UН MIN = 8.82 B . Напряжение на входе. [pic] - максимальное входное напряжение [pic] - минимальное входное напряжение Где [pic] - допустимое отклонение входного напряжения источника питания. [pic]= 127В – номинальное напряжение на входе цепи ([pic]= 25% - отклонение напряжения на входе цепи от номинального Тогда UС ДОП = 31,75 В UС MAX = 158.75 B UС MIN = 95.25 B . Ток на нагрузке. [pic] - минимальный ток нагрузки [pic] - максимальный ток нагрузки Где RMAX = 5000 Ом – максимальное сопротивление нагрузки RMIN = 3 Ом – минимальное сопротивление нагрузки Тогда [pic]0.0018 А [pic]3.06 А 2. Фильтр [pic] [pic]= 16,005 В Где UП = 0,005 В КП = 0,1 [pic] Где 0,02(0,05 А – примерные потери в схеме компенсационного стабилизатора. [pic] 3,06 + 0,04=3,1 А Применим П-образный фильтр и найдем напряжение падения на дросселе. [pic]16,005*0,15 = 2,4 В 3. Выпрямитель. [pic] = 18,405 В [pic]А [pic] где F = 5 ( 7,5 IM_B = 0.5*6*3.1 = 9.3 A [pic] где В =0,9 ( 1,2 [pic] Выберем тип вентиля 2Д210А (4 шт), Uобр = 800В, I = 5A, Uпр = 1,2 В Схема выпрямителя однофазная, мостовая. Внутреннее сопротивление вентеля [pic]0,62 Ом 4. Трансформатор. Рассчитаем значение сопротивления обмоток трансформатора, приведенное к фазе вторичной обмотки: [pic] Где Вm – магнитная индукция в магнитопроводе, принимается равным <=1,5Тл. Пусть Вm = 1,4Тл. S = 1 – число стержней магнитопровода. КТР = 3,5 – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (у нас для однофазной мостовой схемы). [pic]= 0,312 Ом Полное активное сопротивление фазы выпрямителя Rв = RТР + 2Ri = 0,312 + 2*0,62 = 1,552 Ом Индуктивность рассеивания трансформатора [pic] Где KL = 5 * 10-3 - для однофазной мостовой схемы, [pic] Основной расчетный параметр: [pic] Где m = 2 – число импульсов выпрямленного напряжения (для однофазной мост. схемы); [pic] Угол сдвига за счет Ls [pic] По графикам (рис. 3.2) находим вспомогательные коэффициенты: B, D, F Рис. 3.2. B = 1.2 D = 1.95 F = 5.3 По графику (рис. 3.3) находим вспомогательный коэффициент: H = 700 [pic] Рис. 3.3. Напряжение вторичной обмотки трансформатора: UТ = B*UВ = 1,2*18,405 = 22,086 В Ток вторичной обмотки трансформатора: IТ = 0,707*D*IВ = 0,707*1,95*3,1 = 4,27 А Коэффициент трансформации: КТР = UС/UТ = 127/22,086 = 5.75 Ток первичной обмотки трансформатора: IС = IТ/КТР = 4,27/5,75 = 0,74 A Типовая мощность: РТИП = 0,707*В*D*IВ*UВ= 0,707*1,2*1,95*3,1*18,405 = 94,39 Вт 5. Защита. Ток срабатывания защиты: IЗАЩ = КЗАЩ * IН_MAX = 2*3,06 = 6,12 А. 3. Расчет принципиальной схемы. 1. Расчет трансформатора. Уточним параметры: RТР и RВ: По справочнику находим для значения РТИП = 94,39 Вт, f = 50 Гц находим Вm = 1,35 Тл [pic] Где Вm – магнитная индукция в магнитопроводе, принимается равным <=1,5Тл. S = 1 – число стержней магнитопровода. КТР = 3,5 – коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (у нас для однофазной мостовой схемы). [pic]= 0,312 Ом Полное активное сопротивление фазы выпрямителя Rв = RТР + 2Ri = 0,312 + 2*0,62 = 1,552 Ом Индуктивность рассеивания трансформатора [pic] Где KL = 5 * 10-3 - для однофазной мостовой схемы, [pic] Основной расчетный параметр: [pic] Где m = 2 – число импульсов выпрямленного напряжения для однофазной мостовой схемы. [pic] Угол сдвига за счет Ls [pic] По графикам (рис. 3.2) находим вспомогательные коэффициенты: B, D, F B = 1.15 D = 2 F = 5.1 По графику (рис. 3.3) находим вспомогательный коэффициент: H = 650 Напряжение вторичной обмотки трансформатора: UТ = B*UВ = 1,15*18,405 = 22,166 В Ток вторичной обмотки трансформатора: IТ = 0,707*D*IВ = 0,707*2*3,1 = 4,774 А Коэффициент трансформации: КТР = UС/UТ = 127/22,166 = 5.73 Ток первичной обмотки трансформатора: IС = IТ/КТР = 4,27/5,73 = 0,745 A Типовая мощность: РТИП = 0,707*В*D*IВ*UВ= 0,707*1,15*2*3,1*18,405 = 92,78 Вт Определим размеры сердечника трансформатора [pic] Где QСТ – полное сечение стержня, на котором расположены обмотки, Q0 – площадь окна сердечника, приходящаяся на обмотки одного стержня. Вm = 1,35Тл – максимальная магнитная индукция в сердечнике трансформатора, s = 1 – число стержней трансформатора, на которых расположены обмотки, f = 50 Гц Из справочника выбираем для броневых и стержневых трансформаторов из стали Э320 (f = 50 Гц): ( = 2,5А/мм2 – плотность тока в обмотках, ( = 0,88 – зависимость КПД трансформатора от мощности, для kМ = 0,3 – коэффициент заполнения окна медью обмотки, kС=0,93 – коэффициент заполнения сечения сердечника сталью с толщиной ленты ( = 0,35 мм. Таким образом [pic]см4 выбираем магнитопровод ШЛ25(25, сталь Э320, Q0 = 16 см2 QСТ = 6,04 см2 Q0 = 5,6 см2 – активное сечение стали G = 0,9 кг – масса магнитопровода Рассчитаем число витков обмоток. [pic] Рассчитаем диаметры проводов. [pic]мм [pic]мм Из справочника выбираем ближайшие обмоточные провода ПЭВ-2 – провод медный, круглого сечения, изолированный лаком ВЛ-931, с изоляцией нормальной толщины. d1 = 0,62 (с изоляцией = 0,69) мм d2 = 1,56 (с изоляцией = 1,67) мм 2. Расчет фильтра. Определим значение емкости фильтра: [pic] Выбираем П-образный фильтр. Коэффициент пульсации на входе фильтра: [pic] Где С1 = С = 10000 мкФ Коэффициент сглаживания фильтра [pic] Индуктивность дросселя L1 [pic] Конденсатор на выходе возьмем такой же как и на входе С2 = 10000 мкФ 3. Расчет стабилизатора. Структурная схема стабилизатора напряжения (рис.4.3.1.) Рис. 4.3.1. Выходное напряжение UВЫХ стабилизатора через делитель напряжения поступает на усилитель сигнала ошибки, где сравнивается с выходным напряжением источника опорного напряжения. С выхода усилителя сигнала ошибки напряжение через транзисторный усилитель мощности поступает на выход стабилизатора. 1. Транзисторный усилитель. Транзисторный усилитель является силовым элементом, усиливающим сигнал с выхода усилителя сигнала ошибки. Основная его задача – согласование по мощности нагрузки стабилизатора напряжения и маломощного усилителя сигнала ошибки. Выбор транзистора производится по току нагрузки IН, максимальному напряжению на выходе UВ_MAX. Рассеиваемая мощность транзистора с радиатором должна быть не менее IН* UВ_MAX. [pic]В [pic]Вт Выбираем транзистор 2Т819А: Ркmax = 100 Вт, UK = 80 B, Ikmax = 15A, h21 = 20. Данный транзистор не подходит по току базы, т.к. нам не найти ОУ с токовым выходом больше тока базы ([pic])[pic], поэтому применим составной транзистор состоящий из 2Т819А(VT1) и КТ630Е(VT2) (Ркmax = 0,8 Вт, UK = 50 B, Ikmax = 1A, h21 = 300). [pic] Необходимый базовый ток будет обеспечивать резистор R5. [pic] Выбираем R5 = 8.2кОм 2. Усилитель сигнала ошибки. Усилитель сигнала ошибки собираем на ОУ, выбираем ОУ К153УД2 у которого UПИТmin = ( 2, IВЫХ = 0,5мА 3. Источник опорного напряжения. Источник опорного напряжения должен формировать стабильное напряжение на входе усилителя ошибки. Стабильность источника опорного напряжения определяет качественные показатели стабилизатора, т.к. любые колебания опорного напряжения однозначно проявляются на выходе схемы. По сути источник опорного напряжения является маломощным высококачественным параметрическим стабилизатором напряжения. Состоит он резистора R4 и стабилитрона VD1 Стабилитрон выбираем так, чтобы UСТ < UH (на 2-3 вольта) и ( (температурный коэффициент напряжения стабилизации) был как можно меньшим. Выбираем: КС162А: UCT = 6.2 B, ICT = 10 мA, RCT = 35 Ом. резистор [pic]Ом [pic]Вт Выбираем резистор МЛТ-0,125 – 910 Ом. 4. Делитель напряжения. Делитель напряжения обеспечивает согласование заданного выходного напряжения и выбранного опорного. Коэффициент деления рассчитывается по уравнению: [pic] Коэффициент деления схемы зависит от положения движка подстроечного резистора R2. [pic] [pic] Он используется для точной установки коэффициента деления в процессе настройки источника питания. Пусть R1 = 800 Ом, R2 = 1,2 кОм, R3 = 2 кОм. [pic]мА [pic]мВт Выбираем резистор R1 МЛТ-0,125 – 820 Ом [pic]мВт Выбираем подстроечный резистор R2 С5-17-0,125 – 1,2 кОм [pic]мВт Выбираем резистор R3 МЛТ-0,125 – 2 кОм Проверяем: [pic]= 0,5 [pic] = 0.8 4. Расчет защиты. Защита от перенапряжения необходима при выходе из строя силового транзистора стабилизатора. В этом случае высокое напряжение с выхода выпрямителя попадает на нагрузку, которое на длительное перенапряжение не рассчитано. Схема защиты выполнена на транзисторе VT3 и шунте - резисторе R6. как только нагрузка достигает заданного максимально допустимого значения, падение напряжения на шунте вызывает открытие транзистора VT3. Транзистор открывается и шунтирует переход база-эмиттер силового транзистора усилительного каскада. Это приводит к уменьшению тока через VT1. [pic]Ом [pic]Вт Выбираем резистор R6: KNP300 – 0.24 Ом Транзистор VT3 выбираем КТ630Е. Для окончательного сглаживания на выходе стабилизатора включим конденсатор С3 К50 35 220 на 10В. 5. Моделирование. Моделирование стабилизированного источника питания производилось при помощи САПР «Electronics Workbench 5.0». Принципиальная схема промоделированного источника питания приведена в Приложение 1, спецификация в Приложении 2. 6. Разработка конструкции. Заключение. Спроектированное и рассчитанное устройство, содержащее реальные компоненты, было продемонстрировано на САПР – «Electronics Workbench 5.0». Результаты моделирования показали, что спроектированное устройство соответствует требованиям технического задания и может быть смонтировано по данной принципиальной схеме. Список литературы. 1. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. – М.: Радио и связь, 1986. – 576 с. ил. 2. Проектирование источника электропитания. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы электроники». – Вологда. ВоГТУ. 2002. – 44 с. 3. Трейстер Р., Мейо Дж. 44 источника электропитания для любительских электронных устройств: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 288 с.: ил. 4. Устройство электропитания бытовой РЭА: Справочник/ И.Н. Сидоров, М.Ф. Васильев. – М.: Радио и связь, 1991. – 473 с.: ил. 5. Шульгин О.А., Шульгина И.Б. Воробьев А.Б. Справочник о полупроводниковым приборам, аналоговым микросхемам на СD-ROM.; version 1.02 ----------------------- Uс, Iс Uн, Iн Uт, Iт Uв, Iв Uф, Iф Ст Тр В Ф [pic] [pic] [pic] Источник опроного напряжения Делитель напряжения Транзисторный усилитель Усилитель сигнала ошибки От выпрямителя К нагрузке UB UBЫХ