Импульсный стабилизатор напряжения (стр. 1 из 4)

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Источники вторичного электропитания

Тема: ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Казань 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принцип действия ИСН

2. Расчет элементов преобразователя

3. Схема управления

4. Конструкция устройства

Вывод

Список используемых источников

Введение

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) по своей физической сущности это преобразователи вида и качества электрической энергии первичных источников питания (химических, топливных, электромеханическиех ядерных и других). ИВЭП являются одним из основных электронных компонентов любой функциональной аппаратуры. Они применяются во всех сферах современной индустрии: в различных областях промышленности, связи, электроприводе, автотранспорте, бытовых приборах, телекоммуникационной, военно–космической, компьютерной технике.

Современным генеральным направлением развития ИВЭП в мире попрежнему остается дальнейшее улучшение массогабаритных характеристик при снижении стоимости и обязательном выполнении требований надежности и качества электроэнергии.

По заданию КП мной должен быть разработан импульсный стабилизатор напряжения (ИСН) – наиболее известная в семействе импульсных преобразователей схема.

1. Принцип действия ИСН

Рис. 1 Базовая схема ИСН

Входное напряжения Uin подается на входной фильтрующий конденсатор Cin. Ключевой элемент VT, в качестве которого может быть использован транзистор любого типа (биполярный, MOSFET, IGBT), осуществляет высокочастотную коммутацию тока. Кроме этого, в составе преобразователя должны быть разрядный диод VD, дроссель L, конденсатор Сout, образующие выходной LC-фильтр, а также схема управления, осуществляющая стабилизацию напряжения или тока нагрузки с сопротивлением Rн. Как видно из рисунка, ключевой элемент VT, дроссель и нагрузка включены последовательно, поэтому этот стабилизатор относят к классу последовательных схем.

Ключевой элемент может стабильно находиться только в двух состояниях — полной проводимости и отсечки. Если указанные состояния сменяют друг друга с постоянной периодичностью, равной Т, то, обозначив время нахождения ключа в проводящем состоянии — как время проводимости (t_u), а время нахождения ключа в состоянии отсечки — как время паузы (t_n, можно ввести понятие коэффициента заполнения, равного:

где f — частота коммутации.

Рис. 2

На рис. 2 показана временная диаграмма для определения коэффициента заполнения. Нулевое значение D характеризует постоянное нахождение ключевого элемента в состоянии и отсечки, в го время как равенство его единице показывает режим постоянной проводимости. В состоянии отсечки напряжение на нагрузке равно нулю, в состоянии полной проводимости наблюдается равенство входного и выходного напряжений. В промежутке между "нулем" и "единицей" работа преобразователя складывается из двух фаз: набор энергии и разряда. Рассмотрим эти фазы подробнее:

Рис. 3

Итак, фаза накачки энергии протекает на протяжении времени t_u, когда ключевой элемент VT открыт, то есть проводит ток (рис. 3, а). Этот ток далее проходит через дроссель L к нагрузке, шунтированной конденсатором Сout. Накопление энергии происходит как в дросселе, так и в конденсаторе. Ток i_L увеличивается.

После того, как ключевой элемент VT переходит в состояние отсечки, наступает фаза разряда (рис. 3, б), продолжающаяся время t_n. Поскольку любой индуктивный элемент стремится воспрепятствовать изменению направления и величины тока, протекающего через его обмотку, в данном случае ток дросселя i_L мгновенно уменьшиться до нуля не может, и он замыкается через разрядный диод VD. Источник питания в фазе разряда отключен, и дросселю неоткуда пополнять убыль энергии, поэтому разряд происходит по цепи "диод-нагрузка". По истечении времени Т процесс повторяется — вновь наступает фаза накачки энергии.

2. Расчет элементов преобразователя

Алгоритм расчета элементов СПН проводился по методике указанной в [1]. Базовая схема НПН показана на рис. 1.

1. Выбираем схему выпрямителя однофазную мостовую,

= 2, тогда:

= 1,41 × 220 = 310,2 В.

2. Мощность на выходе выпрямителя (на входе преобразователя), Вт:

где

при

= 10...100 Вт.

3. Коэффициентом пульсаций на выходе выпрямителя

= 0,5 (0,1 + 0,1) = 0,1

= 310,2 (1 – 0,1) = 217,8 В.

4. Среднее значение выпрямленного тока

и сопротивления нагрузки входного выпрямителя

= 0,41 А;

= 531 Ом.

5. Минимальное значение выпрямленного напряжения, В:

= 310,2×(1 – 2×0,1) = 217

6. Угол отсечки

, при котором через диоды начинает протекать ток:

= 0,9,

26°.

7. Угол

, при котором прерывается ток через диоды выпрямителя:

= 2,3 град.

Угол

можно также определить, пользуясь графиком.

8. Ёмкость конденсатора входного фильтра, мкФ:

= 105,

где

, здесь

– частота тока сетевого напряжения.

9. Рабочее напряжение на конденсаторе

, В:

= 310,2×(1+0,1) = 341,22.

Выбираем из [3,5] конденсатор К50–28.

10. Действующее значение тока (А) через диоды мостовых схем выпрямителей

= 11 .

11. Амплитудное значение тока через диоды входного напряжения, А ^

= 4,92.

12. Среднее значение тока через диоды, А:

= 0,205.

13. Обратное напряжение, В:

= 310,2(1 + 0,1) = 341,22.

14. Выбираем из справочника [2] диодный мост:

W04M

= 400 В,

= 1,5 А.

15. Коэффициенты заполнения импульсов:

;

16. Ориентировочные значения сопротивления обмотки дросселя и открытого диода, Ом:

17. Произведение

, Гн^.Ф:

18.

19. Критическое значение индуктивности

, Гн:

20. Индуктивность дросселя

, Гн (окончательно):