Источник стабилизированного напряжения CH-10 с защитой по току и напряжению

Размещено на http://www.allbest.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ЧЕЛЯБИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАЦИОННО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ХУДОЖЕСТВЕННЫХ ПРОМЫСЛОВ

Источник стабилизированного напряжения CH-10 с защитой по току и напряжению

Пояснительная записка к курсовому проекту

По дисциплине: Электронная техника

КП.220703.308.13. ПЗ

Разработал

Студент группы №308

Кузьмин А.

Челябинск 2013



СОДЕРЖАНИЕ

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Краткий обзор источников питания, назначение

1.2 Основные требования к источникам вторичного питания, технические характеристики

1.3 Структурная схема источника питания

1.4 Обоснование выбора структурной схемы

1.5 Назначение отдельных элементов схемы, техническое описание схемы электрической принципиальной

2. Расчетная часть

2.1 Определение расчетной величины напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора

2.2 Расчет параметров силового трансформатора

2.3 Расчет вентиля

2.4 Расчет емкостного фильтра

2.5 Расчёт стабилизатора напряжения источника питания

Результирующая часть

Литература



АННОТАЦИЯ

Пояснительная записка состоит из общей, расчетной и результирующей частей.

В общей части написано назначение, классификация, характеристики требования и надежность источников вторичного питания, выбраны и обоснованы структурная схема электрической принципиальной источника.

В расчетной части произведено определение расчетной величины напряжения снимаемого с вторичной обмотки трансформатора.

Выполнен расчет силового трансформатора, расчет вентиля, емкостного фильтра и стабилизатора с защитой по току и напряжению.

В графической части проекта: Структурная схема источника питания. Формат А2, схема электрическая принципиальная источника питания. Формат А1. В результирующей части подведен итог проведенной работы.



1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Краткий обзор источников питания, назначение

Классификация средств электропитания электронных устройств

Все средства электропитания можно разделить на первичные и вторичные. К первичным обычно относят такие средства, которые преобразуют неэлектрическую энергию в электрическую, например, электромеханические генераторы, электрохимические источники -- аккумуляторы или гальванические элементы, фотоэлектрические генераторы -- солнечные батареи и фотоэлементы, термоэлектрические источники и др. Непосредственное использование первичных источников затруднено тем, что их выходное напряжение в большинстве случаев не поддается регулировке, а стабильность его недостаточно высокая. Однако для питания электронной аппаратуры в большинстве случаев требуется высокостабильное напряжение с различными номинальными значениями -- от единиц вольт до нескольких сотен вольт, а в ряде случаев даже выше. Например, для питания электронной схемы телевизора необходимо несколько различных напряжений: +12 В -- для питания блока радиоканала, +130В -- для питания блока разверток, +25 кВ -- для питания кинескопа. По этой причине (и не только из-за этого) любое электронное устройство содержит вторичный источник электропитания, который подключается к одному из первичных источников. источник питание напряжение трансформатор

Средства вторичного электропитания электронных устройств, называемые обычно источниками вторичного электропитания (ИВЭП) предназначены для формирования необходимых для работы электронных элементов напряжений с заданными характеристиками. Они могут быть выполнены в виде отдельных блоков или входить в состав различных функциональных электронных узлов. Их основной задачей является преобразование энергии первичного источника в комплект выходных напряжений, которые могут обеспечить нормальное функционирование электронного устройства. Обобщенная структура ИВЭП приведена на Рисунке 1.

В состав ИВЭП, кроме самого источника питания, могут входить дополнительные устройства, которые обеспечивают его нормальную работу при различных внешних воздействиях. Как видно из приведенной на Рисунке 1 схемы, ИВЭП включается между первичным источником и нагрузкой, поэтому на него воздействуют различные факторы, связанные с изменениями характеристик, как первичного источника, так и нагрузки. Так, например, в увеличении или понижении напряжения первичного источника ИВЭП должен обеспечивать нормальное функционирование питаемой им электронной аппаратуры.

Устройство управления и контроля, входящее в состав ИВЭП, может быть использовано для изменения характеристик ИВЭП при различных сигналах внешнего или внутреннего управления: дистанционного включения или выключения, перевода в ждущий режим, формирования сигналов сброса и др. В то же время устройство защиты и коммутации позволяет сохранить работоспособность ИВЭП при возникновении различных нестандартных режимов: короткого замыкания в нагрузке, ее внезапного отключения, резкого повышения окружающей температуры и др. Эти дополнительные устройства могут быть обеспечены собственными источниками электропитания, включая резервные аккумуляторы или гальванические элементы.

Классификацию ИВЭП можно выполнить по различным признакам: принципу действия, назначению, количеству каналов выходного напряжения, виду используемых первичных источников и др. В зависимости от вида первичного источника электропитания ИВЭП можно разделить на две группы: инверторные и конверторные. Инверторные ИВЭП используются для преобразования напряжения переменного тока, в напряжение постоянного тока, т.е. они изменяют не только значение, но и род выходного напряжения. К инверторным ИВЭП относятся также преобразователи постоянного напряжения первичного источника в переменное напряжение, питающее нагрузку. Например, к инверторам можно отнести обычный выпрямитель, который преобразует переменное напряжение сети в постоянное выходное напряжение, а также электронный генератор, который преобразует напряжение аккумулятора или гальванического элемента в переменное выходное напряжение, питающее электродвигатель.

Конверторные ИВЭП используются для преобразования одного напряжения в другое. Например, к конверторам постоянного напряжения можно отнести обычные электронные стабилизаторы постоянного напряжения, а к конверторам переменного напряжения можно отнести трансформаторы. Заметим, что конвертор может содержать внутри себя инвертор, и наоборот.

По принципу действия ИВЭП можно разделить на две группы: трансформаторные и бестрансформаторные. В трансформаторных ИВЭП напряжение переменного тока, например, силовой сети, вначале изменяется по значению при помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется, в бестрансформаторных ИВЭП, наоборот, переменное напряжение сети в начале выпрямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение более высокой частоты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформа-тор, поэтому точнее эти источники называть несколько иначе: с трансформаторным или бестрансформаторным входом. Поскольку преобразователи в таких источниках обычно работают в импульсном режиме, то и ИВЭП такого типа часто называют импульсными.

По количеству различных выходных напряжений ИВЭП можно разделить одноканальные и многоканальные. Если в каждом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения, то говорят, что это многоканальный с индивидуальной стабилизацией.

Если же для стабилизации всех выходных напряжений используется выходное напряжение только одного источника (который называется главным или ведущим), то такие источники называются «ИВЭП с групповой стабилизацией».

По выходной мощности ИВЭП принято делить на микромощные (1 Вт), маломощные (от 1 до 100Вт), средней мощности (от 100Вт до 1кВт) и мощные (больше 1 кВт). [3, c.57]

1.2 Основные требования к источникам вторичного питания, технические характеристики

При проектировании или выборе ИВЭП необходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики. Этими характеристиками обычно руководствуются при использовании ИВЭП в электронной аппаратуре. Все характеристики ИВЭП можно разделить на три группы: входные, выходные и эксплуатационные.

К входным характеристикам ИВЭП относят:

-- значение и вид напряжения первичного источника питания,

например, питающей силовой сети или аккумулятора;

-- нестабильность питающего напряжения дUc=?Uc/Uc;

-- частоту питающего напряжения и ее нестабильность;

-- количество фаз источника переменного напряжения;

-- допустимый коэффициент гармоник питающего напряжения.

К выходным характеристикам ИВЭП обычно относят:

-- значения выходных напряжений;

-- нестабильность выходных напряжений дUвых = ?Uвых/Uвых;

-- ток нагрузки или выходную мощность по каждому каналу;

-- наличие гальванической изоляции между входом и выходом;

-- наличие защиты от перегрузки или повышения выходного

напряжения.

К эксплуатационным характеристикам относят:

-- диапазон рабочих температур;

-- допустимую относительную влажность;

-- диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

-- допустимые механические нагрузи;

-- коэффициент полезного действия ИВЭП;

-- удельную мощность;

-- надежность.

Коэффициент полезного действия ИВЭП. Эффективность работы ИВЭП принято оценивать его коэффициентом полезного действия (КПД). Для оценки КПД ИВЭП рассмотрим упрощенную схему, приведенную на Рисунке 2а. Предположим, что на вход ИВЭП из первичного источника поступает мощность Р ?п. Из этой мощности часть Рпр рассеивается в ИВЭП, а другая часть Рп поступает в нагрузку. При этом КПД зп ИВЭП можно определить по формуле:

зп = Рп/ Р ?п = Рп/(Рп + Рпр) (1)

Мощность Р ?п, поступающая в нагрузку, равна выходной мощности Рп ИВЭП. Часть этой мощности Рнр рассеивается в нагрузке, а другая часть Рн является полезной мощностью нагрузки. При этом КПД нагрузки зн можно оценить по формуле:

зн = Рн/ Р ?н = Рн/(Рн + Рнр) (2)

Из уравнений (1) и (2) можно найти мощности Рпр и Рнр, рассеиваемые в нагрузке и ИВЭП:

Рнр = Рн (1 - зн)/ зн, Рпр = Рн (1 - зн)/ зп*зн (3)

В результате найдем мощность Р ?р, которая рассеивается в системе:

= Рнр + Рпр = Рн* (4)

Рисунок 2 Упрощенная схема нагруженного ИВЭП (а) и график зависимости эффективности ИВЭП от его КПД (б)

Эффективность ИВЭП можно определить отношением мощности, рассеваемой ИВЭП, к суммарной рассеиваемой мощности:



м = Рпр / Р ?р = (1 - зн)/(1 - зп*зн)

что позволяет приближенно оценить относительные размеры ИВЭП в общих размерах системы. Зависимость м (зо) при различных значениях зн приведен на Рисунке 2б.

Прямая линия при зп =0 относится к нагрузкам типа ЭВМ, в которых практически вся мощность, потребляемая нагрузкой, превращается в тепло. При этом чем выше эффективность ИВЭП, тем меньше его объем в общем объеме системы ЭВМ. Если же КПД нагрузки составляет зп =0,75, то при КПД ИВЭП зп = 0,75 мощность, рассеиваемая в ИВЭП, составляет около 57% суммарной рассеиваемой мощности и трудно рассчитывать, что размеры ИВЭП буду меньше размеров нагрузки, так как ИВЭП рассеивает всего на 7% больше, чем нагрузка.

Из выполненного рассмотрения следует, что повышение КПД ИВЭП от 0,5 до 0,75 уменьшает тепловые потери в нем почти в три раза, если зп =0. При этом можно ожидать, что пропорционально уменьшится и объем ИВЭП, если считать что рассеиваемая мощность Рпр определяется поверхностью охлаждения. Однако возможности увеличения КПД ИВЭП ограничены по различным причинам. Так, например, в электронных стабилизаторах непрерывного регулирования КПД можно оценить отношением выходного напряжения Uпр к напряжению источника питанияUп макс.

змин = Uн/Uп макс(6)

а КПД ИВЭП с импульсным стабилизатором приближенно равно отношению:

зн = 0,78Uп.мин/Uп.макс, (7)

где Uп.мин и Uп.макс -- минимальное и максимальное значения напряжения на входе стабилизатора, что при Uп.мин = Uп.макс дает з = 0,78.

Для импульсных ИВЭП теоретическое значение зп -->1. Однако реальный КПД определяется потерями в элементах; транзисторах, диодах, конденсаторах и др., и обычно не превышает 0,95, например, выпрямитель на диоде при напряжении 5 В имеет КПД около 0,94 В общем случае оценить зависимость КПД ИВЭП от параметров элементов очень сложно.

Надежность ИВЭП. Источники электропитания должны в течение определенного времени сохранять свои параметры в пределах, указанных в технических условиях, обеспечивая бесперебойную работу электронной аппаратуры. Надежность ИВЭП обеспечивают мероприятиями, выполняемыми на этапах разработки, изготовления и эксплуатации. Основы надежности ИВЭП закладываются на этапе их разработки.

Основными причинами отказов ИВЭП являются не только катастрофические отказы элементов, но также неправильно заданные требования к качеству входных (питающих) и выходных напряжений. Ошибки, допущенные при выборе схемы и при проектировании отдельных узлов, некачественное изготовление ИВЭП и неправильная эксплуатация. Обеспечение надежности ИВЭП, заложенное на этапе разработки, сводится следующим основным положениям:

* тщательному обоснованию выбора структурной схемы;

* обоснованному выбору элементной базы с достаточно высоким запасом по предельным режимам и параметрам;

* разработке конструкции, обеспечивающей хороший теплоотвод и легкий доступ к отдельным узлам и элементам;

* проведение всесторонних испытаний макетов по климатическим механическим воздействиям;



Рисунок 3. График зависимости удельной мощности ИВЭП от КПД.

Выбор структурной схемы ИВЭП должен производиться с учетов требований надежности. При разработке должны предусматриваться. Необходимые устройства защиты, которые не участвуют в работе ИВЭП, а только обеспечивают повышение надежности. В их функцию входит:

* защита силовых элементов -- транзисторов, диодов, тиристоров и др.

* защита ИВЭП от коротких замыканий или полного отключения нагрузки,

*защита от возможных повышений или понижений питающих (входных напряжений)

*защита нагрузки от возможных повышений или понижений выходные напряжений;

* защита от повышения температуры окружающей среды;

Выбор элементной базы в наибольшей мере влияет на надежность ИВЭП. Используемые элементы должны проходить тренировку перед установкой ИВЭП. На используемые элементы устанавливают максимальные коэффициент нагрузки не более 70... 80% от их предельно допустимых значений. Например, резисторы мощностью 1 Вт должны загружаться не более чем на 0,7... 0,8 Вт.

Конструкция ИВЭП должна обеспечивать хороший теплоотвод нагревающихся элементов; транзисторов, диодов, трансформаторов, -- и не допускать нагрева других элементов от нагревающихся элементов. Например, нельзя допускать нагрев микросхем управления от силовых транзисторов.

С целью обеспечения ремонтопригодности конструкция ИВЭП должно обеспечивать легкий доступ ко всем элементам. Расположение элемента должно быть таким, чтобы не вызывать повреждение питаемого устройства.

Лабораторные испытания макетов помогают вскрыть недостатки, которые не были учтены при разработке схемы и конструкции ИВЭП. Основная задача испытания макета -- это обнаружение слабых мест в схеме и конструкции. При соблюдении всех перечисленных требований ИВЭП должны обеспечивать требуемую наработку на отказ. Для полупроводниковых ИВЭП наработка на отказ должна быть не менее 10 тысяч часов при наработке на отказ отдельных элементов от 60 до 100 тысяч часов.

Рисунок 4. Схема ограничения тока в выпрямительном диоде

На Рисунке 4 и 5 приведены примеры повышения надежности ИВЭП выполняемые на стадии проектирования. На Рисунке 4 приведена схема ограничения тока в выпрямительном диоде VD1 при заряде емкости фильтра Сф

Так как при включении выпрямителя емкость Сф не заряжена, то для выпрямительного диода она на некоторое время эквивалентна короткому замыканию. В связи с этим ток в диоде может превысить предельно допустимое значение, что понизит его надежность. Для ограничения пускового тока последовательно с диодом включают ограничительное сопротивление. Однако включение этого сопротивления в рабочем режиме после заряда конденсатора только понижает КПД выпрямителя, поэтому параллельно с диодом включают тиристор VD2, который управляется напряжением на конденсаторе фильтра Сф, а после конденсатора Сф включается тиристор и шунтирование сопротивления. В результате чего в рабочем режиме ток идет через тиристор, падение напряжения на котором намного меньше, чем на сопротивлении.

Рисунок 5. Схема мостового инвертора (а) и графики управляющих напряжений при наличии сквозных токов (б) и без них (в)

На Рисунке 5а приведена схема защиты транзисторов мостового инвертора от сквозных токов. При работе мостового инвертора транзисторы включаются попарно: VT1, VТ4 или VT2, VТЗ. Однако время выключения силового транзистора больше, чем время включения, поэтому, если импульсы управления имеют вид, показанный на Рисунок 5б, то возникает ситуация, при которой два последовательно включенных транзистора VT1--VTЗ или VT2--VT4 могу оказаться включенными одновременно, В результате источник питания оказывается закороченным, и через транзисторы идет большой импульс тока Iкз. Это резко снижает надежность силовых транзисторов.

Для устранения сквозных токов в транзисторах импульсы управления делают такими, чтобы между ними был небольшой интервал, который называют мертвым временем или паузой. Благодаря этому обеспечивается режим, при котором транзисторы (VT1, VТЗ или VT2, VТ4) не могут быть включены одновременно, что устраняет возможность появления сквозных токов. [3, c.125]

1.4 Обоснование выбора структурной схемы

Структурная схема источника питания составляется на основании исходных данных для расчёта (схемы электрической принципиальной источника питания):

- допустимое отклонение выходного напряжения в сторону увеличения авых = 0,2%

- допустимое отклонение выходного напряжения в сторону уменьшения bвых = 0,2%

Коэффициент стабилизации:

Кст = (авх + bвх)/(авых + bвых)

Задаваясь допустимым отклонением напряжения на входе стабилизатора в сторону увеличения авх и в сторону уменьшения bвх (от номинального значения) авх = bвх = 10%



Кст = (10 +10)/(0,2 + 0,2) = 50

Основные узлы структурной схемы:

- силовой трансформатор - Т

- выпрямитель, мостовая схема - В

- ёмкостной фильтр по входу - Ф1

- регулирующий элемент стабилизатора - РЭ

- защита по току - ЗТ

- усилитель постоянного тока - УПТ

- измерительное устройство - ИУ

- источник опорного напряжения - ИОН

- защита по напряжению - ЗН

- система индикации и сигнализации - СИиС

- ёмкостный фильтр по выходу - Ф2

- нагрузка - Н

Схема электрическая принципиальная источника питания выполнена на современной базе. Функциональная взаимосвязь между отдельными элементами (узлами) структурной схемы выполнена в виде прямых линий со стрелками. [3, c.67]

1.5 Назначение отдельных элементов схемы, техническое описание электрической принципиальной схемы источника питания

Источник питания включает в себя следующие функциональные узлы:

1. Трансформатор (Т1)

2. Выпрямитель (VD1,VD2,VD3,VD4)

3. Фильтр по входу (C1,C2,C3)

4. Регулирующий элемент (транзисторы VT3, VT4)

5. Согласующий транзистор VT5

6. Измерительное устройство (резисторы R7, R8, R9)

7. Источник опорного напряжения (стабилитроны VD6, VD7)

8. Усилитель постоянного тока (транзистор VT6, диод VD5, резистор R3)

9. Защита по току (транзисторы VT1, VT2, конденсатор C3, резисторы R4, R5, R6)

10.Защита от перенапряжения (тиристорVS1, стабилитрон VD8, диоды VD9, VD10, резистор R10)

11.Датчик защиты (светодиод HL1, резистор R12, оптрон U1)

Выходное напряжение по цепи обратной связи поступает через делитель R7, R8, R9 на схему сравнения, где производится сравнение части выходного напряжения с эталонным напряжением на стабилитронах VD6, VD7, а также усиление сигнала рассогласования усилительным элементом на транзисторе VT6. Напряжение рассогласования поступает на согласующий транзистор VT5 и, следовательно, на регулирующий элемент VT3, VT4.

Изменение входного напряжения приводит к изменению сигнала рассогласования. Соответственно изменяется величина напряжения на регулирующем элементе так, что выходное напряжение остаётся постоянным.

Защита по току работает следующим образом:

При увеличении тока нагрузки и достижении определённого напряжения на резисторе R5, транзисторы VT1, VT2 открываются. В результате, напряжение на стабилитронах VD6, VD7 падает до нуля, и регулирующий элемент закрывается (закрывается транзистор VT6, с коллектора которого отрицательный перепад напряжения поступает на базу транзистора VT5, он запирается, и это ведёт к запиранию транзисторов VT3 и VT4). В устройстве токовой защиты транзистор VT2 является основным (более мощным), а транзистор VT1 - управляющим. Конденсатор, как инерционное звено, уменьшает пульсации напряжения на базе транзистора VT5.

Защита от перенапряжения включена параллельно по выходу стабилизатора.

При повышении выходного напряжения до величины пробоя стабилитрона VD8, тиристор VS1 открывается (на управляющий электрод тиристора VS1 относительно катода подаётся положительный потенциал с резистора R10).

Выход стабилизатора шунтируется, что приводит к сгоранию предохранителя F1. Кроме того, при повышении входного напряжения, срабатывает светодиод HL1 и светодиод оптрона U1. Фотодиод оптрона включают в цепь управления, которая содержит устройство, отключающее аппаратуру электропитания. [5, c.89]



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Определение расчетной величины напряжения, снимаемого с вторичной обмотки трансформатора

Максимальное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора, определяется по формуле:

где: [2.1]

- максимальное выходное напряжение в нагрузке.

- падение напряжения на регулирующем элементе стабилизатора.

Для германиевых транзисторов падение напряжения на регулирующем элементе стабилизатора

.(Выбираем среднее значение ).

Для кремневых транзисторов падение напряжения на регулирующем элементе стабилизатора

. (Выбираем среднее значение ).

Падение напряжения на диоде мостовой схемы выпрямления.Для практических схем при расчетах данной величиной задаются

Падение напряжения в нагрузке.

- Падение напряжения токовой защиты. на резисторе=1В.

.

.



2.2 Расчет параметров силового трансформатора

Действующее значение напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора:

[2.2]

Суммарная мощность вторичной обмотки трансформатора

полный потребляемый ток .

- ток потребляемый отдельными элементами схемы.

Значение потребляемого тока очень мало, поэтому им пренебрегаем.

Мощность потребляемая трансформатором

В нашем случае = Вт

Следовательно

Суммарное сечение сердечника (Эффективное сечение те сечение чистого железа без учета лакового покрытия пластин):



Для обычной стали ЭЧ1и частоты сети fc=50Гц

B=1Тл

Истинное сечение сердечника

где Кз коэффициент заполнения сечения сталью зависящий от толщины пластин .

Кз выбираем по таблице № 1

Таблица № 1

Кз	0,65	0,75	0,85	0,89	0,93	0,95
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,65

При Кз=0,75

Определяем число витков на 1В напряжения

n= [2.6]



Для частоты 50 Гц

n=

n=5

Число витков первичной обмотки трансформатора

, где действующее значение напряжения питающей сети

В

Число витков вторичной обмотки трансформатора

, где действующее значение напряжения у действующей обмотки трансформатора [2.7]

В

Диаметр провода вторичной обмотки

где действующее значение тока во вторичной обмотке трансформатора [2.8]

=0,846 мм

Диаметр провода первичной обмотки трансформатора

[2.9]

Размер окна сердечника

(расчетная значение)

, где [2.10]

- коэффициент плотности укладки.

- толщина изоляции.

Коэффициент плотности укладки выбираем по таблице №2

Толщину изоляции выбираем по таблице №3

Таблица №2

Кпл	1,5	1,25	1,22	1,19	1,15	1,13	1,1	1,08	1,065	1.05
d(мм)	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0

Таблица №3

изол	0,008	0,007	0,006
d(мм)	0,5	0,04	0,03

Окончательное значение площади окна сердечника

, где [2.11]

- коэффициент заполнения окна сердечника

При 2 (При использовании электроизоляционной бумаги в качестве изоляции обмоток друг от друга )

Для трансформаторов используемых для схем на полупроводниках между обмотками необходимо проложить один слой бумаги толщиной 0,1 мм.

2.3 Расчет вентиля

Вентили проводят ток нагрузки в течении половины периода, как в нулевой, так и в мостовой схемах, поэтому ток протекает через диод.

[2.12]

Максимальное значение тока вентиля при идеальном сглаживании

[2.13]

В мостовой схеме амплитудное значение обратного напряжения на вентилях равно амплитуде ЭДС . Так как закрытый вентиль подключается параллельно обмотке трансформатора следовательно

[2.14]

В

и =9,42В выбираем тип вентиля 2ДС413А-1.

Электрические параметры диода:

Постоянное прямое напряжение ……………………………………. 0,6В

Постоянное обратное напряжение……………………………………10 В

Постоянный прямой (средний)ток …………………………………….1А

2.4 Расчет емкостного фильтра

Ток в нагрузке в основном поддерживается за счет конденсатора. Для схемы двухполупериодного выпрямления:

мкФ, где: [2.15]

-коэффициент сглаживания;

-угловая частота первой (основной) гармоники.

-сопротивление нагрузки.

В практических схемах фильтров:

, где -коэффициент пульсаций . [2.16]

В зависимости от рода потребителясоставляет от 0,001 до 0,1.

Задаемся коэффициентом пульсации, выбрав среднее значение, равное 0,05.При



Угловая частота гармоники:

, где -частота первичной (основной гармоники).

, где - частота питающей сети (50Гц).

.

Сопротивление нагрузки равно:

Емкость фильтра:

Выбираем для фильтра конденсаторы:

типа К50-31-25В-1000 мкФ

типа К50-31-25В-1000 мкФ

типа К52-1Б-6,3В-680 мкФ

2.5 Расчёт стабилизатора напряжения источника питания

1) Определение требуемого значения коэффициента стабилизации по напряжению Кст

Кст(u) треб = [2.17]

Кст = (10 +10)/(0,2 + 0,2) = 50

При достаточно высоком коэффициенте стабилизации по напряжению усилительный элемент в схеме сравнения может быть выполнен не на транзисторе, а на операционном усилителе.

2) Определение входного напряжения (мин., ном., макс.,)

, где [2.18]

min - минимально-допустимое напряжение между эмиттером и коллектором регулирующего транзистора.

? -отклонение напряжения на выходе стабилизатора от номинального значения .

Напряжение Uк-э min для большинства транзисторов не превышает 1-3В:

- для германиевых транзисторов Uк-э min…………………………….2 В

- для кремневых транзисторов Uк-э min……………………………..3-7 В

Выбираем Uк-э min.3 В

Uвх min = 6 + 3 - 0,5 = 9,5 В

Uвх ном = Uвх min /(1-bвх/100) [2.19]

Uвх ном = 14,5/(1-10/100)=10,5В

Uвх мax = Uвх ном * (1+авх/100) [2.20]

Uвх маx = 16,11* (1+10/100)= 11,6В

3) Определение числа транзисторов, входящих в регулирующий элемент, в зависимости от нагрузки

При Id‹(0,02 - 0,03)A - в регулирующий элемент входит один транзистор.

При (0,02-0,03)А‹Id‹(0,5-0,6) А - два транзистора.

При (0,5-0,6)А‹Id‹(4-5) А - три транзистора.

Ток нагрузки Id=1,5A, то число транзисторов, входящих в регулирующий элемент должен составлять три или можно взять транзисторы с большим коэффициентом усиления.

4) Определение максимального падения напряжения на участке эмиттер - коллектор регулирующего транзистора VT3(VT4)

Uк-э max = Uвх max - Uвых min [2.21]

Uвых min = Ud - ?Ud, Uвых min = 6 - 1 = 5 B [2.22]

Uк-э max = 128,8 - 11,6 = 117,2 B

5) Определение максимальной мощности, рассеиваемой на коллекторе регулирующего транзистора VT4

Рк max = Uк-эVT4 max * Id/2 [2.23]

Рк max = 117 * 3/2 = 176,5 Вт

6) Выбираем по справочнику регулирующий транзистор VT3(VT4) типа 1T403A с техническими параметрами

Предельные эксплуатационные данные:

Статический коэффициент ----------------------------------------------- 20

Постоянное напряжение коллектор - эмиттер ----------------------- 5 В

Постоянный ток коллектора --------------------------------------------- 0,1А

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора ------------------- 4 Вт

7) Выбираем тип согласующего транзистора VT5

Транзистор VT5 предназначен для согласования большого выходного сопротивления (порядка 10 кОм) усилителя постоянного тока, собранного на транзисторе VT6 с малым входным сопротивлением (порядка 10 Ом) регулирующего транзистора VT4 и VT3.

Ток коллектора транзистора VT5.

= + , где [2.24]

, - токи базы транзисторов VT4и VT3.

= , [2.25]

- коэффициент усиления по току(определяемый по справочнику).

= 20

Ток коллектора регулирующего транзистора VT4(VT3).

= = Id/2= 1,5 А

= = 1/50 = 0,02А

= 20+20 = 40 мА

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора VT5 равна:.

* [2.26]

= 78,8 * 0,02 = 1,576 Вт

Выбираем по справочнику согласующий транзистор VT5 типа КТ620А

Предельные эксплуатационные данные

Статический коэффициент ----------------------------------------------- 100

Постоянное напряжение коллектор - эмиттер ----------------------- 20 В

Постоянный ток коллектора --------------------------------------------- 400А

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора ------------------ 225Вт

8) Выбираем тип стабилитронов VD6 и VD7 по напряжению стабилизации Uст и их параметры

Uст ном = (0,6 - 0,7)*Ud [2.27]

Uст ном = (0,6 - 0,7)* 6 = 3,6 В



Выбираем стабилитрон VD6 типа 2С182Х с техническими параметрами:

Напряжение стабилизации ----------------------------------------------- 3,6 В

Ток стабилизации --------------------------------------------------------- 13,9мА

Минимальное напряжение стабилизации ---------------------------- 3,4В

Максимальное напряжение стабилизации --------------------------- 4,1В

9) Выбираем тип усилительного (управляющего) транзистора VT6

Транзистор должен реагировать на самые незначительные

колебания выходного напряжения и усилить их до величины достаточной для управления регулирующим транзистором. Наиболее часто в качестве управляющих используют транзисторы малой и средней мощности низких и средних частот.

Ток коллектора Iк6 должен быть по возможности небольшим, но всегда превышать ток базы согласующего транзистора VT5. Обычно величина тока Iк6 выбирается в пределах (0,5-5)мА.

IкVT6=IбVT5 [2.28]

IбVT5=IкVT5/h21эVT5, при /h21эVT5=100 [2.29]

IбVT5=75/100= 0,0016А

Рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора VT6:

РкVT6 = Uк-эVT6 max *IкVT6 ном [2.30]

Uк-э VT6 max = Uвх max - Uст - UR2, при UR2= 1В [2.31]

Uк-э VT6 max = 14,49 - 7,8 - 1= 5,8В

РкVT6 = 5,69*0,75= 9,28Вт

Выбираем по справочнику усилительный транзистор VT6 типа 1Т403Б с техническими параметрами:

статический коэффициент --------------------------------------- 20

максимальный коллекторный ток ------------------------------ 1,25А

максимальное напряжение коллектор-эмиттр------------------45В

максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе ---- 5Вт

10) Определение сопротивления резисторов R7, R8, R9, и мощности, рассеиваемой в них

Ток делителя выбирают на один - два порядка выше тока базы управляющего транзистора VT6.

Ток обычно находится в пределах (1-10) мА, для уменьшения потери мощности в резисторах.

Ток базы транзистора VT6:

(VT6) [2.32]

где - коэффициент усиления потоку.

= 1,6/10 = 0,0016А = 0,16мА

Ток делителя:

[2.33]

Выбираем ток делителя, равный 30мА.

= 0,16*30 = 4,8мА

Сопротивление делителя.

= R7+R8+R9 = / = 1,25* = 1,25 кОм



Сопротивление нижнего плеча делителя для критических значений опорного напряжения Uоп и выходного напряжения Uвых(Ud):

(Rдн)min = Rд*Uоп min/ (Ud+?Ud) [2.34]

(Rдн)min = 1,25*3,4/6,5 = 0,638* Ом

(Rдн)max = Rд *Uоп max /( Ud-?Ud ) [2.35]

(Rдн)max= 1250 * 4,4/5,5= 0,931* Ом

R8 =(Rдн)max - (Rдн)min = 0,931 - 0,638 = 0,293* Ом

R9 =((Rдн)max + (Rдн)min)/2 = 1,569/2 = 0,784* Ом

R7 = Rд - (Rдн)max = 1,25 - 0,931 = 0,319* Ом

Мощности, рассеиваемые в резисторах:

Р7 = Iд² * R7 = 7,34* Вт

Выбираем резистор R7 типа:

C5-5- 6*10³

Р8 = I д² * R8 = 1,26 * 1,6 = 6,75* Вт

Выбираем резистор R8 типа:

C5-5-2-1*10³

Р9 = I д² * R9 = 1,26 * 6,9 = 18,06* Вт

Выбираем резистор R9 типа:

C5-16В-10-0,39

11) Выбираем резистор R3

При выборе резистора R6 необходимо учитывать, что при отключенной токовой защите через него протекает ток стабилитронов VD6, VD7 и ток базы транзистора VT6, при срабатывании токовой защиты - ток эмиттера VT4.

, при Ucт ном = 7,8В [2.36]

R3 = (12-7,8-1)/(0,5 + 37,5) = 0,09*Ом = 0,09кОм

Мощность, рассеиваемая на резисторе R3.

[2.37]

Р3 = 80 * 0,25 =17,64* Вт

Выбираем резистор R3 типа:

С5-16В-10-0,51 (2шт, последовательно)

12) Определяем резисторы R1 и R2

Резисторы R1 и R2 выравнивают параметры транзисторов VT4 и VT3 т.к. через каждый из резисторов протекает ток Id/2 - достаточно велик, то величина сопротивления этих резистор составляет доли Ома, несколько Ом.

R1 = R2 =0,25 Ом Р1 = Р2 = (Id²/2)*R1 = 2,25 2* 0,25 = 1,125Вт

Берём резистор типа: С5-5В-1±0,05%

13) Выбираем диод VD5 по току, протекающему через резистор R3

При прямом токе Iпр5=10мА выбираем диод VD5 типа КД202Г с техническими параметрами:

Постоянное прямое напряжение ---------------------------------------0,9В

Постоянное обратное напряжение -------------------------------------- 70В

Постоянный прямой (средний) ток------------------------------------ 3,5мА



РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ ЧАСТЬ

В результирующей части подводят итоги курсового проектирования, делаются выводы, содержится оценка результатов расчетов, отмечается практическая значимость курсового проекта.

В процессе курсового проектирования рассмотрен краткий обзор источников вторичного электропитания и основные требования, предъявляемые к ним. На основании предложенной схемы электрической принципиальной источника питания, составлена структурная схема источника питания и выполнено обоснование. Составлено техническое описание работы источника питания СН-10.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бочаров А.Н. Жербяков С.К. Расчет электронных устройств на транзисторах.

2. Верисов Г.П. Смуряков Ю.Л. Расчет стабилизированных источников питания радиоаппаратуры-М:1990.

3. Ганенко Ю.В. Милованов Ю.В. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ. - М: Профобиздат, 2001.

4. Евстарова Г.А. Оформление курсовых и дипломных проектов. Методические рекомендации.

5. Криштакович А.К. Основы промышленной электроники-М:1985.

6. Прянишников В.А. Электронная техника курс лекций-С-П. 2002.

Справочники

1. Григорьев О.П. Диоды-М:1990.

2. Григорьев В.П. Транзисторы-М:1990.

3. Дьяков М.И. Пресняков В.И. Конденсаторы-М:1998.

4. Терихов В.М. Резисторы-М:1998.

Размещено на Allbest.ru