Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

По теме: “Источник вторичного электропитания с интегральным стабилизатором”

Санкт-Петербург

2013 г

Содержание

Введение

1. Классификация и структурные схемы ИВЭ

2. Цель и постановка задачи

3.1 Исходные данные для расчётов

4.2 Расчетная часть

3.Выбор элементной базы

Список используемой литературы

Введение

Стабилизатор напряжения называется электротехническое устройство, главной функцией которого является выравнивание напряжения при сбоях стабильности в сети и максимальное его приближение к оптимальному показателю сети 220 В.

ГОСТ устанавливает пределы напряжения бытовой электросети 220 (+5, -10) В, но они далеко не всегда выдерживаются. К каждому изделию даётся паспорт с его характеристиками, в котором есть данные по питанию устройства. Согласно этим данным и выставляется диапазон выравнивания напряжения, 220 (-+n) В.

Стабилизаторы напряжения позволяют устранить одну из наиболее распространенных причин отказа или выхода из строя дорогостоящего оборудования -- скачки напряжения.

Для того чтобы защитить оборудование и обеспечить себе независимость от нестабильности сетей электроснабжения, достаточно установить стабилизатор напряжения сети. Это аппарат, который включается между "скачущей" нестабильной сетью и потребителем электроэнергии, чтобы поддерживать напряжение на нормальном уровне. Другими словами, он предназначен для защиты оборудования от перенапряжения, "бросков" и "просадок" напряжения в сети, высоковольтных импульсов. При отклонениях величины питающего напряжения сети от нормы стабилизатор автоматически поддерживает уровень напряжения в 220 В.

По принципу действия стабилизаторы непрерывного действия можно разделить на два типа: параметрические и компенсационные

Компенсационный стабилизатор напряжения -- это устройства, в которых стабилизация осуществляется за счет воздействия изменения выходного напряжения на регулирующий орган через цепь обратной связи. Предназначен для обеспечения качественного электропитания различных потребителей в условиях больших по значению и длительности отклонений напряжения в сети 220 В.

Для широкого применения наибольшее распространение получили электромеханические (сервоприводные, электродинамические) стабилизаторы напряжения и ступенчатые корректоры напряжения (дискретные, ключевые стабилизаторы).

Параметрический стабилизатор напряжения - это устройство для выравнивания напряжения, использующее особые свойства специальных элементов: нелинейных конденсаторов, насыщенных дросселей, карборундовых резисторов. Он используется в качестве источника эталонного напряжения и источника питания для небольших нагрузок. В практической области наибольшее распространение получили феррорезонансные стабилизаторы, использующие нелинейные свойства насыщенного дросселя.

1. Классификация и структурные схемы ИВЭ

Вторичный источник электропитания -- это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии требованиям её параметров: напряжения, тока, и.т.д. путём преобразования энергии других источников питания. Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах, либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах.

Классификация по способу стабилизации напряжения: ИВЭ с непрерывным регулированием и стабилизаторы с импульсным регулированием.

Типовая структура трансформаторного ИВЭ содержит следующие функциональные узлы:

На вход подается переменное напряжение Uc, которое с помощью трансформатора TV изменяется до требуемой величины. Кроме того, трансформатор осуществляет гальваническую развязку источника выпрямленного напряжения нагрузочного устройства, что позволяет получать с помощью нескольких вторичных обмоток различные значения напряжений, гальванически не связанные. После трансформатора переменное напряжение с помощью выпрямителя В преобразуется в пульсирующее напряжение.

В выпрямленном напряжении помимо постоянной составляющей, присутствует и переменная, которая с помощью сглаживающего фильтра Ф снижается до требуемого уровня, так, что напряжение на выходе фильтра имеет очень малые пульсации.

В свою очередь, стабилизатор включает в себя следующие структурные элементы:

1 - регулирующий элемент;

2 - усилитель сигнала ошибки;

3 - источник опорного напряжения;

4 - схема защиты от перегрузок;

5 - выходной делитель напряжения.

Рисунок 1.2. Структурная схема стабилизатора

2. Цель и постановка задачи

Целью проектирования вторичных источников питания являются:

Получение необходимой технической, конструкторской и технологической документации для создания изделия, которое удовлетворяет определённым требованиям.

Совершенство спроектированного источника определяется при помощи показателей эффективность, стоимость, надёжность, удельная мощность (отношение исходной мощности к объёму или массе), коэффициент полезного действия.

К исходным параметрам источников питания относят: исходная мощность Pн, исходное напряжение Uн, уровень исходных пульсаций Uпулс, параметры переходного процесса при резких изменениях нагрузки, стабильность исходного напряжения Uн, или абсолютное значение допустимых отклонений +- Uн.

Обязательно следует учитывать параметры внешней среды, при которых будет происходить эксплуатация устройства. Кроме того должны выполняться требования по обеспечению исходных параметров при изменении в определённых графиках напряжения питания, частоты, входного напряжения, уровня пульсаций и прочее.

Совокупность показателей эффективности внешних и исходных параметров составляет техническое задание на проектирование вторичного источника питания.

2.1 Исходные данные для расчётов:

Рассчитать вторичный источник питания по следующим параметрам:

U_н =15 вольт

I_н = 0,9 ампер

К_ст = 2000

К_п = 0,01

Выбор и описание электрической схемы:

Интегральный стабилизатор с усилителем мощности

Чтобы получить большой коэффициент стабилизации K_СТ., вместо ОУ следует установить интегральный стабилизатор напряжения, имеющий встроенный источник опорного напряжения и усилитель сигнала ошибки с высоким коэффициентом усиления по напряжению K_U. Подобная схема приведена на рисунке 2.3. В ней интегральный стабилизатор дополнен мощным регулирующим элементом на составном транзисторе VT1,VT2.

Расчет ИВЭ необходимо начинать со стабилизатора в соответствии с заданными параметрами выходного тока и напряжения, затем по результатам расчета определяются параметры и рассчитываются фильтр, выпрямитель, типовая мощность и вторичное напряжение трансформатора.

Исходными параметрами для расчета ИВЭ являются напряжение и ток в нагрузке U_Н., I_Н., коэффициент стабилизации K_СТ., а также коэффициент пульсаций выходного напряжения K_{П. ВЫХ}.

2.2 Расчетная часть

Рассчитываем Uвх.мин и Uвых.мах, тк ИВЭ без регулировки то:

Uвых.макс =Uст

Uвых.макс =15в

Минимальное входное напряжение стабилизатора Uвх. мин. находим с учетом минимального напряжения между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора, при котором он сохраняет усилительные свойства.

Для большинства мощных транзисторов это напряжение составляет 3-4 вольта. Поэтому:

Uвх. мин. = Uвых. макс. + (3-4)В

Uвх. мин. = 15+(3-4)В=18В(19В)

Исходя из заданного в технических условиях значений нестабильности сетевого напряжения a_МИН. и a_МАКС. определяем номинальное и максимальное значения входного напряжения:

U_ВХ. = U_{ВХ. МИН} ? (1 - a_МИН.)

U_ВХ. =18/(1-0,1)= 20В

U_{ВХ. МАКС} = U_ВХ.(1 + a_МАКС.)

U_{ВХ. МАК = 20*}(1 + 0,1)=22В

Коэффициенты нестабильности сетевого напряжения a мин. и а макс. следует взять в размере 0,1, т.е. 10%.

Рассчитываем делитель выходного напряжения, для чего произвольно выбираем значение тока через него в размере 0,5-2% от номинального тока в нагрузке. Обычно IД лежит в пределах 5-15 мА. Общее сопротивление делителя определяется формулой:

I_Д= 0.008А

R_Д = R₄ + R₆ =U_{ВЫХ. МАКС.} ? I_Д

R_Д = R₄ + R₆ =15/0.008 = 1 875 Ом = 1.9 кОм

R₆ = 1,5 кОм ( По рекомендации)

R₄ = R_Д - R₆ = 1875 - 1500 = 375 Ом

стабилизатор напряжение трансформаторный электропитание

Вычисляем ток коллектора регулирующего транзистора VТ2:

I_{К. VT3.} = I_Н + I_СТ. _СР. + I_Д

I_{К. VT3.} = 0,9+___+0,008 = 1А

Рассчитываем какую мощность рассеивает регулирующий транзистор:

P_VT2 = ( U_{ВХ. МАКС.} - U_{ВЫХ. МИН}.) I_{К. VT2}

P_VT2 = (22-15)*1 = 7Вт

P_{VT2.потреб.} = U_ВЫХ * I_Н = 15*0,9 = 13,5Вт

P_{VT2.общее} = 7+13,5 = 20,5Вт

Исходя из расчётов выбираем транзистор КТ819Б с теплоотводом P > 20,5 Вт. h21э которого = 20.

Мощность транзистора VT1 значительно меньше, чем транзистора VT2, поскольку его ток коллектора не превышает максимального тока базы регулирующего элемента.

Отсюда:

P_VT1 = P_VT2/h21э _VT2

P_VT1 = 20,5 /20 = 1,025 Вт

Исходя из расчётов, выбираем транзистор КТ815А (с теплоотводом) P>10. H21э которого = 40.

Отсюда:

R₁ = 2 (H21э _VT1 * H21э _VT1) /I_H

R₁ = 2 (40*40) / 0,9 = 3555,5 Ом

Исходя из расчётов, выбираем резистор из ряда Е12 3.6 кОм

R_2,3 = U_ВХ.МИН. / I_K.МИН.VT1

R_2,3 = 18 / 0,005 = 3600 Ом = 3.6 кОм

R₂/R₃ = 1/10

R₂ = 324,05 Ом

R₃ = 3240,5 Ом

Исходя из расчётов выбираем следующие резисторы:

R₂ из ряда Е12 330 Ом

R₃ из ряда Е12 3,3 кОм

Резистор R7 обеспечивает защиту от коротких замыканий в цепи нагрузки и рассчитывается по формуле:

R₇ = 0,5В ? I_К.3.

R₇ = 0,5 / 1,08 = 0,46 Ом

где I_К.З. - пороговый ток защиты, составляющий 110-120% номинального тока нагрузки.

Следует выбрать трансформатор и интегральный стабилизатор:

Расчет параметров трансформатора:

U₀=0,707*Uвх

U₀=0,707*20В=14.14В

Напряжение вторичной обмотки:

U₂=1,11*U0

U₂=1,11*14.14=15.7В

Ток вторичной обмотки:

I₂ =1,11*I_н

I₂ =1,11*0,9=0,99А

Типовая мощность трансформатора:

P_тр=1,23*U₀*I_н

P_тр=1,23*14.14*0,9=15.65ВТ

Из расчетов выбираем трансформатор ТПП 254 (31 Ватт).

Рассчитаем максимальный ток через диоды по формуле:

Iд.макс.=1,57*0.9

Iд.макс.=1,57*0,9=1,41А

Обратное напряжение на диодах:

Uд=0,707*U2

Uд=0,707*15.7=11.1В

По расчетам подходит: Диодный мост - КД208А

Исходя из расчётов, выбираем Интегральный Стабилизатор.

По всем параметрам подходит К142ЕН8.

Расчет мощностей резисторов:

P_R1 = (22*22) / 3 555,5 = 0,13 Вт

R₁ - МЛТ Е12 3,9 кОм 0,25Вт

P_R2 =0,005 *0,005 *324,05 = 0,008Вт

R₂ - МЛТ E12 330 Ом 0,125Вт

P_R3 = 0,005 *0,005 * 3 240,05 = 0,008

R₃ - МЛТ E12 3,3 кОм 0,125Вт

P_Rд = ( 15* 15) / 1 875 = 0,12Вт

R₄ - МЛТ E12 390 Ом 0,125Вт

R₆ - МЛТ E12 1,5 кОм 0,125Вт

P_R7 = 0,5 *1,08 = 0,54 Вт

R₇ - МЛТ E12 0,51 Ом 1Вт

Выбираем конденсаторы С1 и С2:

Конденсатор С1 - неполярный и, обычно, имеет емкость 0,1 мкФ

С₂ =2* C1 =0,2мкФ

Исходя из расчётов :

С₁ - Е12 0,1 мкФ К73 - 16 63В

С₂ - Е12 0,22 мкФ К73 - 16 63В

Расчет сглаживающих фильтров.

Обычно для стабилизаторов небольшой мощности используются простые емкостные фильтры, состоящие из одного или двух конденсаторов, включенных параллельно его входу. Расчет емкости фильтра производится исходя из следующих соотношений:

C_ф (мкФ) = 16* I_{Н KП. ВХ.} / (U₀*p)

С_Ф = 16*0,9*0,01 / 14,14 * 2 = 0,005 мкФ

где U₀ = 0,707*U_ВХ., а р = 2 - число полупериодов выпрямления.

Исходя из расчётов выбираем ёмкость из ряда Е 24 1 мкФ К50 - 6 50В.

3. Выбор элементной базы

Обозначение	Наименование	Кол-во, шт.	Примечание
Резисторы
R1	МЛТ Е12 3,9 кОм 0,25Вт	1
R2	МЛТ E12 330 Ом 0,125Вт	1
R3	МЛТ E12 3,3 кОм 0,125Вт	1
R4	МЛТ E12 390 Ом 0,125Вт	1
R6	МЛТ E12 1,5 кОм 0,125Вт	1
R7	МЛТ E12 0,51 Ом 1Вт	1
Конденсаторы
C1	К73-16 0,1 мкф, 63 В	1
C2	К73-16 0,22мкф, 63 В	1
Cф	К50-6 1мкф, 50В	1
Полупроводниковые диоды
VD1-VD4	КД208А	1
Транзисторы
VT1	КТ815А	1	Теплоотвод
VT2	КТ819Б	1	Теплоотвод
Унифицированные трансформаторы
Т1	ТПП-254	1	2х5в+6,3в соединенные последовательно
Интегральный стабилизатор
DA1	К142ЕН8	1

Размещено на Allbest.ru