Проектирование вторичного источника питания (стр. 1 из 3)
Содержание
Реферат
1. Техническое задание
2. Обоснование выбора электрических схем устройства
3. Расчет электрических схем
3.1 Расчет выпрямителя
3.2 Расчет сглаживающего фильтра
3.3 Расчет стабилизатора напряжения
Заключение
Список использованных источников
Реферат
В данной курсовой работе производится проектирование и расчет вторичного источника питания, рассчитываются такие его составные части как выпрямитель, трансформатор, сглаживающий фильтр, стабилизатор выходного напряжения.
Ключевые слова.
Трансформатор.
Стабилизатор.
Вентиль.
Фильтр.
1. Техническое задание
В данной курсовой работе необходимо спроектировать и рассчитать вторичный источник питания (выпрямитель, трансформатор, сглаживающий фильтр, стабилизатор выходного напряжения), обладающий следующими параметрами :
a) Uвых =20 В;
б) D Uвых =±0.5 В;
в) Iн = 0.1 А ;
г) Ксг = --- ;
д) Кст = 60;
е) f=50 Гц;
ж) Uвых =±2 В .
Питание от сети переменного тока 220 В.
2. Обоснование выбора электрических схем устройства
Выпрямителем называют устройство для преобразования электрического переменного тока в постоянный. Необходимость такого преобразования обусловлена тем, что электростанции вырабатывают энергию переменного тока, а многие промышленные и бытовые электроустановки работают на постоянном токе.
В общем случае выпрямитель можно рассматривать состоящим из четырех основных узлов – трансформатора, вентильного комплекта, сглаживающего фильтра и стабилизатора выходного напряжения.
В источниках питания приемно-усилительной аппаратуры применяются выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки и мостовые. Чаще всего они выполняются со сглаживающим фильтром, начинающимся с конденсатора, то есть работают на емкостную нагрузку. Такие выпрямители используются для получения выпрямленных напряжений от единиц вольт до десятков киловольт.
Однополупериодную схему выпрямителя применяют при мощноcтях в нагрузке до 5...10 Вт и тогда, когда не требуется малый коэффициент пульсаций. К достоинствам этой схемы можно отнести – минимальное число элементов, невысокую стоимость, а к недостаткам – низкую частоту пульсаций (равна частоте питающей сети ), плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током.
Двухполупериодную схему с выводом средней точки применяют чаще всего при мощностях до 100 Вт и выпрямленных напряжениях до 400...500 В. Выпрямители, выполненные по этой схеме, характеризуются повышенной частотой пульсаций, возможностью использования вентилей с общим катодом, что упрощает их установку на общем радиаторе, однако для них характерно повышенное обратное напряжение на вентилях и более сложная конструкция трансформатора.
Мостовая схема характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора, повышенной частотой пульсаций, низким обратным напряжением на вентилях, возможностью работы без трансформатора, но для нее свойственно повышенное падение напряжения в вентильном комплекте.
В итоге, выбираем мостовую схему, так как у нее меньший, по сравнению с однополупериодной схемой, коэффициент пульсаций, меньше в 2 раза, по сравнению с другими схемами, обратное напряжение на вентилях, кроме того, вторичная обмотка имеет меньше витков и не требует делать вывод от среднего витка, что упрощает и удешевляет конструкцию.
Сглаживающие фильтры включают между выпрямителем и нагрузкой для уменьшения пульсаций (переменной составляющей) выпрямленного напряжения. Как правило они состоят из звеньев, образованных последовательно-параллельным соединением индуктивных катушек L, конденсаторов С и резисторов R.
Основное требование, предъявляемое к фильтру – при минимальных собственных размерах и массе максимально уменьшить переменную составляющую выпрямленного напряжения, не увеличивая при этом сопротивление постоянной составляющей. Эффективность сглаживания пульсаций оценивается коэффициентом сглаживания g, который представляет собой отношение коэффициента пульсаций на входе фильтра к коэффициенту пульсаций на выходе
. (2.1)При больших токах нагрузки наиболее целерe9 _eбразным является применение Г-образного индуктивно-емкостного фильтра, несмотря на большую стоимость и габариты, так как емкостной фильтр не эффективен при больших токах нагрузки, увеличивает обратное напряжение на вентилях и не обеспечивает заданного коэффициента сглаживания, индуктивный фильтр в маломощных выпрямителях имеет значительные габариты и массу, в RC фильтре создается относительно большое падение напряжения и имеют место значительные потери энергии в резисторе . Коэффициент полезного действия LC-фильтровдостаточно высокий, а коэффициент сглаживания равен произведению коэффициентов сглаживания L- и C-элементов :
. (2.2)Подсчитано, что для выпрямителей с коэффициентом сглаживания g³ 25 целесооб-разно применять многозвенный (двухзвенный) фильтр [2], как показано на рисунке 2.1,так как при этом произведение суммарной индуктивности дросселей на суммарную емкость конденсаторов будет меньше произведения LC однозвенного фильтра, имеющего такой же коэффициент сглаживания .
Рисунок 2.1 – Двухзвенный LC фильтр .
Стабилизаторами напряжения называют устройства, автоматически поддерживающие напряжение на нагрузке с заданной степенью точности.
Основными параметрами , характеризующие качество стабилизации, являются коэффициент стабилизации по выходному напряжению
,внутреннее сопротивление стабилизатора
,коэффициент сглаживания пульсаций
.В зависимости от рода напряжения их подразделяют на стабилизаторы переменного и постоянного напряжений, кроме того они подразделяются на стабилизаторы параметрические и компенсационные.
Полупроводниковые параметрические стабилизаторы (ППС) наиболее простые. Они характеризуются сравнительно невысокими коэффициентами стабилизации, большим выходным сопротивлением (единицы и десятки Ом), низким КПД. В таких стабилизаторах не возможно получить точное значение выходного напряжения и регулировать его, что нам на подходит.
Компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН) относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройство автоматического регулирования, которое с заданной точностью поддерживает напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки . Эти стабилизаторы могут стабилизировать напряжение при больших токах нагрузки, чем параметрические, и отличаются большим коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением.
Сами компенсационные стабилизаторы напряжения делятся на стабилизаторы последовательного типа ( регулирующий элемент подключен последовательно нагрузке) и параллельного типа (регулирующий элемент подключен параллельно нагрузке, используются для стабилизации напряжения до 5...6 В). Последовательный тип характеризуется большим КПД, чем параллельный, однако критичен к режиму короткого замыкания, поэтому выбираем последовательный тип.
Структурные схемы двух типов стабилизаторов приведены на рисунке 2.2 .
Рисунок 2.2 – Структурные схемы двух типов компенсационных стабилизаторов.
1 – источник опорного напряжения .
2 – сравнивающий усиливающий элемент.
3 – регулирующий элемент.
4 – нагрузка.
Стабилизаторы могут строится как на дискретных нелинейных элементах (напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них) так и на интегральных микросхемах, что позволяет существенно улучшить параметры стабилизатора, надежность и облегчает монтаж.
3. Расчет электрических схем
3.1 Расчет стабилизатора напряжения
Исходными данными для расчета стабилизатора являются UВЫХ, ток нагрузки IН,пределы регулировки выходного напряжения UВЫХminи UВЫХmax , допустимые отклонения входного напряжения в сторону повышения и понижения аВХ.max и аВХ.min , коэффициент стабилизации КСТ, выходное сопротивление стабилизатора, отклонения выходного напряжения от номинального.
В результате расчета необходимо определить параметры элементов схемы стабилизатора , а также величины входного напряжения и входного тока необходимые для расчета выпрямителя.
Исходя из того, что при IН <(0.02...0.03) А в регулирующий элемент входит 1 транзистор, при (0.02...0.03)< IН <(0.5...0.6)А – 2 транзистора, при (0.5...0.6) <IН <(4...6) А – 3 транзистора [1]), а в нашем случае IН=0.1 А, делаем вывод, что в регулирующий элемент будет входить 2 транзистора. Соответствующая схема приведена в приложении.
Найдем напряжение на входе стабилизатора
(3.1)где UКЭРmin – минимальное напряжение на участке коллектор-эмиттер регулирующего транзистора, (3...5)В – для кремниевых транзисторов [2];
Umпвх – амплитуда пульсаций входного напряжения, которая определяется по формуле
( 3.2)Значит
(3.3)