Источники вторичного электропитания

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

Кафедра: АЭПП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ

На тему: Источники вторичного электропитания

36 Вариант

Улан-Удэ

2014г

Содержание

источник электропитание преобразователь схема

Введение

1. Работа структурной схемы источника вторичного электропитания (ИВЭП)

2. Выбор и расчёт схемы

3. Выбор и расчет трансформатора

4. Порядок расчета элементов силовой части преобразователя

5. Расчёт сетевого выпрямителя

Список использованной литературы

Введение

ИВЭП составляют основу всех средств и систем электропитания РЭА. Это устройства, предназначенные для преобразования входной электроэнергии переменного или постоянного тока и обеспечения электропитанием отдельных цепей РЭА. Они могут состоять из блоков питания или комплекта функциональных узлов ( субблоков ).

Современные электронно-вычислительные машины, устройства автоматики и телемеханики в подавляющем большинстве случаев получают электрическую энергию от сети переменного тока. Однако аппаратуре нужен ток другого вида и качества. Этому и служат источники питания, которые преобразуют сетевой ток и напряжение. При этом они называются вторичными, а сеть переменного тока - первичным источником питания. В ИВЭП осуществляется преобразование входного напряжения в одно или несколько выходных напряжений как постоянного, так и переменного тока.

Состав и конфигурация функциональной схемы обусловлены техническим заданием. ИВЭП содержит наиболее популярные - компенсационные стабилизаторы. Они точны и обеспечивают хорошее подавление пульсаций.

По виду входной энергии ИВЭП можно разделить на источники с переменным и источники с постоянным входным напряжением; по выходной мощности - на микро мощные (до 1 Вт), маломощные (1-10 Вт), среднемощные (10-100 Вт), высоко мощные (100-1000 Вт) и сверхмощные (свыше 1000 Вт) источники. ИВЭП могут иметь разное количество выходных напряжений.

Задачей данного курсового проекта является проектирование источника вторичного электропитания (ИВЭП). В ходе выполнения должны быть приобретены навыки анализа электронных схем, их расчета, выбора необходимой элементной базы, разработки конструкции простых однослойных печатных плат.

Задание 36 Вариант.

Таблица 1. Исходные данные.

Напряжение фазы питающей сети UФ, В	36
Частота тока питающей сети fс, Гц	400
Число фаз сети, m	1
Пульсность сетевого выпрямителя р	2
Относительное изменение напряжения питающей сети: в строну увеличения, аmax уменьшения, аmin	0,1 0,1
Частота преобразования fn, кГц	50
Uo, B	24
Io max, A	16
Io min, A	3
Нестабильность выходного напряжения при изменении питающей сети д, %	3
Амплитуда пульсаций выходного напряжения Uвых m, В	0,2

1. Работа структурной схемы источника вторичного электропитания (ИВЭП)

Рис. 1. Структурная схема ИВЭП с бестрансформаторным входом

На рис. В1 - входной сетевой выпрямитель напряжения;

Ф1 - входной сглаживающий фильтр;

Пр - импульсный преобразователь напряжения (конвертор);

СУ - схема управления.

Конвертор ИВЭП с бестрансформаторным входом строится в основном на базе регулируемых транзисторных преобразователей. Транзисторы в преобразователе работают в режиме переключателя так, что большую часть периода преобразования они находятся в режиме отсечки или насыщения этим объясняется высокие энергетические показатели источников с импульсным регулированием. Повышение частоты преобразования позволяет уменьшить объем и массу электромагнитных элементов и конденсаторов, и тем самым улучшить удельные массо-объёмные показатели.

В стабилизирующих ИВЭП, как правило, применяют широтно-импульсный (ШИМ) способ регулирования, при котором период коммутации постоянен, а время нахождения транзистора в области насыщения изменяется.

Схема управления содержит следящий делитель с коэффициентом передачи К_Д ?1, усилитель сигнала ошибки К_У>>1 и широтно-импульсный модулятор К_ШИМ>>1. Произведение К_Д* К_У* К_ШИМ называют петлевым коэффициентом усиления, который определяет нестабильность выходного напряжения U₀.

2. Выбор и расчёт схемы

1. Определяем максимальную выходную мощность преобразователя:

Находим

2. Определяем номинальное входное напряжение минимальное, максимальное и значение входного напряжения преобразователя:

()

Находим

- коэффициент пульсаций на выходе сетевого выпрямителя.

3. По известным значениям lgP₀ и lgU_вх на графике рисунка 2 находим соответствующую точку и выбираем схему преобразователя с учетом рекомендаций, приведенных в п.п.2.2.

Рис. 2. График областей предпочтительного применения различных типов преобразователей

Рис. 3. Схема однотактного обратноходового преобразователя с пониженным напряжением на транзисторах

4. Определяем U_1m и U_2m при этом задаёмся следующими значениями:

Напряжение коллектор-эммитер в режиме насыщения U_КЭНАС=2 B;

Максимальная длительность открытого состояния транзистора г_МАХ=0,5;

Напряжение на диодах в открытом состоянии U_ПРVD=0,8 B

Падение напряжения на активном сопротивлении первичной и вторичной обмоток трансформатора:

Амплитудные значения ЭДС первичной и вторичной обмоток трансформатора

5. Определяем требуемый коэффициент трансформации n₂₁ трансформатора:

n₂₁=U_2m/U_1m.

n₂₁= U_2m/ U_1m ;

6. Определяем значение г:

7. Определяем значение г_МIN:

U₀/ (n₂₁ •U_вхmax + U₀)

Так как

>0.15,

устройство реализуемо.

8. Определяем критическую индуктивность первичной обмотки трансформатора:

Таблица 2. Результаты расчётов

г	гМIN	гМАХ	n21	U1m, В	U2m, В	LW1, Гн
0.394	0.341	0,5	0.025	233.1	5,9	0.025

3. Выбор и расчет трансформатора

1. Определение действующих значений первичной и вторичной обмоток трансформатора

2. Определяем произведение поперечного сечения стержня на поперечное сечение окна S_ст •S_ок

Задаёмся значениями:

Коэффициент заполнения медью окна магнитопровода К_ОК=0,35

Приращение магнитной индукции ?В=0,15 Тл ;

Коэффициент полезного действия з=0,6

Определяем габаритную мощность трансформатора:

Плотность тока в обмотках трансформатора

Гц/Вт;

Выбираем плотность тока

4. По таблице приложения 1 выбираем броневой ферритовый магнитопровод

Тип магнитопровода

Размеры, мм

Sст Sок, см4

Марка феррита

Sст см2

Lср, мм

Масса магнитопровода, г

L

l0

l

B

H

h

Ш10х10

36

10

26

10

18

13

2,08

2000НМ1

1,0

84

22,2х2



Рис. 4. Броневой ферритовый магнитопровод

5. Определяем число витков первичной и вторичной обмоток трансформатора

Принимаем витков

Принимаем витков

6. Определяем поперечное сечение провода первичной и вторичной обмоток трансформатора

По приложению 3 выбираем провода для обмоток ВН и НН

Для сечения жил провода q₁ выбираем провод ПЭТВ:

Диаметр по меди 0.25 мм;

Площадь сечения меди 0.04909 мм²

Диаметр с изоляцией

Погонное сопротивление

Для сечения жил провода q₂ выбираем провод ПЭЛШО:

Диаметр по меди 1.35мм;

Площадь сечения меди 1.4314мм²

Диаметр с изоляцией

Погонное сопротивление

Пересчитываем q₁ и q₂ с учетом изоляции:

Рассчитываем S_OK:

;

7. Проверяем условие размещения обмотки в окне магнитопровода:

Так как условие соблюдается, то обмотка разместится в окне магнитопровода.

8. Расчет суммарной величины немагнитного зазора Iз:

?Iз=W1І*µo* S_CT/L_W1 ;

?Iз=200²*4*3,14*10^-7*1,8*10^-4/0,0315=2,87*10^-4 м³.

µo=4*р*10^-7 Гн/м.

4. Порядок расчета элементов силовой части преобразователя

1. Исходя из значения U_{вых m}, определяем значение выходной емкости Сн:

Сн= г_МАХ* I_0MAX/(2* U_{вых m}*fn);

Сн=0,5*10/(2*0,05*30000)=0,00166 Ф =1660 мкФ.

Согласно значения Сн выбираем конденсатор К50-35 U_НОМ=6,3,Сн=2200мкФ, U_f50=0,945 В.

Определяем амплитуду переменной составляющей напряжения U_f :

U_f= U_f50*K;

U_f=0,945*0,035=0,03 B

где К=0,035 определяется из рис. 5 Зависимость коэффициента снижения амплитуды от частоты

Рис. 5

2. Определяем максимальное значение тока коллектора I_KMAX транзистора VT1 и VT2:

?I_L=U₀(1- г_МIN)/(fn* n₂₁²*L_W1);

?I_L=5*(1-0,30)/(30000*0,03²*0,0315)=6,17 A ;

I_K1MAX= n₂₁*(I_0MAX/(1- г_МАХ)+?I_L/2)/з ;

I_K1MAX =(0,03*(10/(1-0,5)+6,17 /2)/0,6=0,40 А.

3. Определяем максимальное значение напряжения на закрытом транзисторе U_КЭМАХ:

U_КЭ1МАХ=U_ВХМАХ+U₀/ n₂₁;

U_КЭ1МАХ=380+5/0,03=546,6В.

По рассчитанным значениям I_K1MAX и U_КЭ1МАХ выбираем тип биполярных транзисторов:

Необходимо чтобы:

I_KMAX? I_K1MAX;

U_си ? 1,2*U_КЭ1МАХ.

Выбираем биполярный транзистор 2T506Б:

Таблица 3. Биполярные транзисторы

Тип транзистора	Тип проводимости	IK (IKMAX) А	UКЭ(UКЭНАС) В	РКМАХ, Вт	h21	ti, мкС
2T506Б	n-p-n	2(5)	600(0.6)	5	30..150	3.5P

Задаёмся следующими значениями:

Напряжение база-эммитер U_БЭНАС=0,8 В

Коэффициент насыщения К_НАС=1,2

t_CП=0,05/fn;

t_CП=0,05/20000=2,5*10^-6 c

t_ВЫКЛ=t_РАСП+t_CП;

t_ВЫКЛ=2,5*10^-6+1*10^-6=3,5*10^-6 c .

t_ВКЛ=1*10^-6 c

4. Определяем значение мощности транзистора Рк:

Рк=I_0МАХ*n₂₁*U_КЭНАС* г_МАХ+0,5*fn* U_КЭ1MAX I_K1MAX (t_ВКЛ+ t_ВЫКЛ)+ г_МАХ*K_НАС*U_БЭНАС*I_K1MAX/ h₂₁:

Рк=10*0,03*0,6*0,5+0,5*30000*600*0,40*(1+3,5)* 10^-6 +0,5*1,2*0,8*0,40/30=0,549 Вт.

Проверяем условие

Р_КМАХ>1,2*Р_К

5>0,658

Условие соблюдается значит выбранный транзистор можно использовать в данной схеме преобразования.

5. Определяем параметры диода VD1:

I_VD1MAX=I_0MAX/(1- г_МАХ)+?I_L/2;

I_VD1MAX=10/(1-0,5)+6,17 /2=23 A;

U_VD1MAX=U₀/ г_МIN;

U_VD1MAX=5/0,30 =16,6В.

По рассчитанным параметрам выбираем диод VD1:

Таблица 4. Параметры диода VD1:

Тип диода	UОБР.МАХ, В	IПР.СР.МАХ, А	IПР.УД., А	fПРЕД., кГц
2Д2998Б	25	30	600	200

Находим мощность диода:

Р_VD1=U_ПРVD*I_0MAX/(1- г_МIN)+fn* U_VD1MAX* I_VD1MAX*0,01/ f_ПРЕД;

Р_VD1=0,6*10/(1-0,30)+30000*16,6*23*0,01/200000=0,38 Вт.

6. Определяем коэффициент передачи в контуре регулирования:

К_ОС=;

К_ОС =

5. Расчёт сетевого выпрямителя

На основании своего варианта выбираем схему сетевого выпрямителя рис 6:

Рис. 6. Схема выпрямления

1. Находим ток потребляемый выпрямителем:

I_ВХ= n₂₁*I_0MAX* г_МАХ;

I_ВХ=0,03*10*0,5=0,15А.

2. Определяем параметры диодов выпрямителя и диодов VD_P1, VD_P2:

I_ВСР= I_ВХ/2;

I_ВСР=0,15/2=0,07А;

U_ОБР=U_ВХМАХ;

f₀=p*fc;

f₀=3*50=150 Гц.

3. Выбираем диоды для выпрямителя и диоды VD_P1, VD_P2 исходя из условий:

I_ПР.СР ? I_ВХ ;

U_ОБРМАХ ? U_ОБР ;

f_ПРЕД ?f₀.

Таблица 5. Параметры диодов:

Тип диода	UОБР.МАХ, В	IПР.СР.МАХ, А	IПР.УД., А	fПРЕД., кГц
2Д253Д	400(400)	3	10	100

4. Рассчитываем величину сопротивления R_ОГР.

R_ОГР = U_ВХМАХ / I_ПР.УД ;

R_ОГР = 200/10=20 Ом.

Выбираем резистор R_ОГР C2-23-0.5-22 Ом±5% при условии:

R_ОГР<<

20<<220/0,15

20 Ом<<1466 Ом

P=I²*Rогр=0,07²*20=0,10 Вт

5. Находим величину емкости Сф:

Принимаем абсолютный коэффициент пульсации к_а=0,05

коэффициент запаса по напряжению к_з=1,2

Udm=Uc*;

Udm=220*=310,2B;

Сф=;

Сф=Ф=183мкФ.

6. Определяем конденсатор:

При условии:

Сном>Сф;

220>183;

220>183;

Uном?к_з*U_ВХМАХ;

315?1,2*250;

315?.300

Таблица 6. Перечень основных элементов схемы:

№ п/п	Обозначение	Наименование	Количество
1	VD	Выпрямительные диоды 2Д253Д	6 шт.
2	VD1	Диод 2Д2998Б	1 шт.
3	VDp1,VDp2	Диод 2Д253Д	2 шт.
4	Сн	Конденсатор К50-35 2200 мкФ UНОМ=63В	1 шт.
5	Сф	Конденсатор К50-35 220 мкФ UНОМ=315В	1 шт.
6		Обмоточный провод ПЭЛШО 1,32
7		Обмоточный провод ПЭЛШО 0,08
8	Rогр	Резистор С2-23-0,5-22 Ом ±5%	1 шт.
9	VT1,VT2	Транзистор 2Т506Б	2 шт.
10		Ферритовый магнитопровод 3000НМС Ш12х15	1 шт.

Рис. 7. Принципиальная схема ИВЭП с безтрансформаторным входом

Список использованной литературы

1. Березин О.К. , Костиков В.Г. Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Три Л», 2000.-400с.

2. Электропитание устройств связи: Учебник для вузов / А.А. Бокуняев, В.М. Бушуев, А. С. Жерненко. Под ред. Ю.Д. Козляева. - М.: Радио и связь,1998.-328с.:ил.

3. Конденсаторы оксидноэлектрические К560-24…К50-53. Справочник.-Спб.: Издательство РНИИ «Электростандарт»,1996,208 с.:ил.

4. Прянишников В. А. Электроника: Курс лекций. - Спб.: Корона принт,1998. -400с.

5. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник/ А.Б. Гитцевич, А. А. Зайцев, В.В. Мокряков. Под ред. А. В. Гомомедова. - М.КубК-а,1996.-528с.

6. Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппартуры: Справочник/ Ю.С. Русин, И.Я. Гликман, А.Н. Горский. - М.: Радио и связь,1991.-224с.

7. Перельман Б. Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. «СОЛОН», «МИКРОТЕХ»,1996 г. -176с.:ил.

Размещено на Allbest.ru