Розрахунок і проектування вторинного джерела живлення

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ЗМІСТ

Введення

1 Аналіз технічного завдання

2 Розробка принципової схеми

3 Розрахунок елементів схеми

4 Аналіз спроектованого пристрою на ЕОМ

Висновки

Перелік посилань

Додаток А

Додаток Б

Додаток В

Введення

Вторинні джерела живлення використовуються в РЕА, що живиться від мережі змінного струму, для отримання напруг постійного і змінного струму, необхідних для живлення різних вузлів. Недоліком даного типу блоку живлення є велика матеріаломісткість, меншою питомою потужністю і більш низьким ККД, на відміну від імпульсного джерела живлення - це обумовлено наявністю трансформатора живлення працює на частоті 50 Гц і стабілізатора компенсаційного типу безперервної дії. У даний момент в РЕА частіше стали використовуватися інші види джерел живлення.

1 Аналіз технічного завдання

У донної курсової роботі необхідно розрахувати та спроектувати вторинний джерело харчування за такими вихідними даними

U вих = 12 В

U вих = 0.4 B

f = 50 Гц

U вх = 15 B

U вх = 220 B

K ст = 100

I н = 2 mA

На рис. 1.1 зображена структурна схема вторинного джерела живлення.

Трансформатор

харчування


випрямляч


Сглаживающий

фільтр


Стабілізатор

напруги

Рис.1.1 - Структурна схема вторинного джерела живлення

Випрямні пристрої (випрямлячі) відносяться до вторинних джерел електроживлення. Вони використовуються для перетворення перемінної напруги в постійне. Джерелом змінної напруги може бути мережа змінного струму частотою 50 Гц або перетворювач постійної напруги в змінну підвищеної частоти.

Випрямляч в більшості випадків складається з трансформатора харчування, що змінює напругу, комплекту вентилів - випрямляючих змінну напругу й згладжує фільтра. Опір вентиля в прямому напрямку в сотні разів менше, ніж у зворотному. В даний час в основному використовуються напівпровідникові вентилі.

Згладжують фільтри включають між випрямлячем і навантаженням

Для зменшення пульсацій (змінної складової) випрямленої напруги. Найбільш часто використовуються фільтри, що складаються з дроселі і конденсатора (рис.1.1, а) або з резистора і конденсатора (рис.1.2, а).

Р ис. 1.2 - Схеми згладжуючих фільтрів

На рис. 1.3 - зображена однофазна мостова схема випрямляча

Рис.1.3-Однофазна мостова схема випрямляча

Стабілізатори напруги мають такі основні параметри: Коефіцієнт нестабільності по напрузі - ставлення похідної вихідної напруги по вхідній напрузі до вихідною напругою:

Кн u = U вих * 100% / U вих * U вх (1.1)

Коефіцієнт нестабільності по струму - відносна зміна вихідної напруги при зміні вихідного струму в певних межах:

Кн i = U вих * 100% / I вих (1.2)

Коефіцієнт стабілізації напруги - відношення відносних змін вхідної і вихідної напруги при постійному вихідному струмі:

Кст = 1 / (КНУ * U вх) (1.3)

Вихідний опір стабілітрона - похідна вихідного напруги по вихідного току:

R вих = dU вих / dI вих (1.4)

Коефіцієнт корисної дії - відношення потужності на виході стабілітрона до потужності на вході.

Коефіцієнт згладжування пульсацій - співвідношення напруги пульсацій на вході і на виході.

У вторинних джерелах живлення використовуються параметричні

і компенсаційні стабілізатори напруги.

Найбільш простими стабілізаторами напруги є параметричні стабілізатори напряженія.Оні характеризуються порівняно невисокими коефіцієнтами стабілізації, великим вихідним опором, низьким ККД. У таких стабілізаторах неможливо отримати точне значення вихідної напруги і регулювати його.

На рис.1.4 зображена схема параметричного стабілізатора напруги.

Рис.1.4 - З Хема параметричного стабілізатора напруги

Компенсаційні стабілізатори напруги представляють собою систему автоматичного регулювання, в якій із заданою точністю підтримується постійним напруга на виході незалежно від зміни вхідної напруги і струму навантаження. На рис.1.5 зображена одна зі схем компенсаційного стабілізатора напруги.

Рис.1.5 - З Хем компенсаційного стабілізатора напруги

2 Розробка принципової схеми

На вході вторинного джерела живлення можна поставити схему однофазного випрямляча напруги зображену на рис.1.3.

Після випрямляча поставимо згладжує R - C фільтр зображень

на рис.1.2, а.

Потім необхідно розрахувати і встановити одну зі схем параметричного стабілізатора напряженія.Напрімер схему зображену на рис.1.5.

Схема вторинного джерела живлення буде мати вигляд:

Рис.1.5 - Схема вторинного джерела живлення

3 Розрахунок елементів схеми

1. Розрахунок слід проводити «від навантаження». Для чого за вихідними даними визначимо R Н:

(3.1)

.

2. Задамося коефіцієнтом стабілізації (з вихідних даних):

К = 100.

3. Знаходимо величину мінімальної напруги на вході стабілізатора

U ВХ.МІН = U ВИХІД + U К.Е1 МІН +  U ВИХІД, (3.2)

де U К.Е1 МІН - мінімально допустима напруга між емітером і

колектором регулюючого транзистора, при якому робота

ще відбувається на лінійній ділянці вихідної характеристики

IK = F (U К. Е) при I0 = const;

U ВИХІД - відхилення напруги на виході стабілізатора від номінального.

Напруга U К.Е1 МІН для більшості транзисторів не перевищує 1-3 ст. При розрахунку U К.Е1 МІН можна приймати рівним 3 ст. Величина напруги  U ВИХІД для нашого випадку визначається верхньою межею регулювання вихідної напруги, тобто  U ВИХІД = 0,4 В. Таким чином,

U ВХ.МІН = 12 + 3 + 0.4 = 15.4 B.

Номінальна і максимальна напруги на вході стабілізатора з урахуванням допустимих відхилень вхідної напруги (оскільки нестабільність напруги живильної мережі нам не задана, візьмемо відхилення  U ВХ = ± 10%, що цілком достатньо для забезпечення заданих показників якості) відповідно рівні

(3.3)

(3.4)

3. Визначаємо максимальне падіння напруги на ділянці

емітер - колектор регулюючого транзистора

U К.Е1 МАКС = U ВХ. МАКС - U ВИХІД, (3.5)

U К.Е1 МАКС = 18,2 - 12 = 6,2 в.

4. Знаходимо максимальну потужність, що розсіюється на колекторі

регулюючого транзистора,

РК1 МАКС = U К.Е1 МАКС • I ВИХІД. МАКС, (3.6)

де I ВИХІД. МАКС - максимальне значення струму навантаження. Для нашого випадку (при незмінному струмі навантаження)

I ВИХІД. МАКС = I ВИХІД. = 0,1 А

Отже

РК1 МАКС = 8,2 • 0,1 = 0,82 Вт

5. Вибираємо тип регулюючого транзистора.

При виборі необхідно виконати умови

I К1. МАКС   I ВИХІД.  I К1. МАКС. ДОП.; (3.7)

U К.Е1 МАКС    U К.Е1 МАКС. ДОП.; (3.8)

РК1 МАКС   РК1 МАКС. ДОП. (3.9)

Користуючись таблицями відповідних довідників вибираємо транзистор Т1 типу П4БЕ з такими параметрами: коефіцієнт посилення по струму В1 = 20, максимально допустима напруга колектор - емітер UК.Е1 МАКС. ДОП. = 60 в;

максимально допустимий струм колектора I К1. МАКС. ДОП. = 5 а; максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі (без додаткового тепловідводу), РК1 МАКС. ДОП = 3 Вт

Таким чином, для обраного транзистора П4БЕ умови (3.7)  (3.9) виконуються.

6. Вибираємо тип согласующего транзистора Т2. Транзистор Т2 призначений для узгодження великого вихідного опору (близько 10 ком) підсилювача постійного струму, зібраного на транзисторі Т3, з малим вхідним опором (близько 10 ом) регулюючого транзистора Т1.

Крім того, транзистори Т1 і Т2, утворюючи складовою транзистор, мають загальний коефіцієнт посилення по струму

Взаг. = В1 • В2 (3.10)

де В1 і В2 - коефіцієнти підсилення по струму транзисторів Т1 і Т2. Великий коефіцієнт посилення по струму Взаг. дозволяє значно підвищити коефіцієнт стабілізації схеми по напрузі.

Приймаючи

I К2  I Е2 .= I б1, (3.11)

де I К2 і  I Е2. - Струми колектора і емітера транзистора Т2; I б1 - струм бази транзистора Т1 та враховуючи, що

I б1 I К1 / В1 = 100 / 20 = 5 мА, (3.12)

отримаємо

I К2   5 мА.

Крім того,

U К.Е2 МАКС    U К.Е1 МАКС  8,2 в. (3.13)

Таким чином, потужність, що розсіюється на колекторі транзистора Т2, дорівнює Рк2 макс   U к.е2 макс • I к2 = 8,2 • 5х10-3 = 0,041 Вт = 41 мВт.

За довідником вибираємо транзистор Т2 типу П201А з параметрами:

коефіцієнт посилення по струму В2 ​​= 40, максимальна напруга між колектором і емітером U к.е2 макс. доп .= 22 в, максимальний струм колектора I к2. макс. доп = 1,5 а, максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі, Рк2 макс. доп = 1 Вт Оскільки Рк2 макс. = 0,041 вт <Рк2 макс. доп = 1 вт, то транзистор Т2 обраний правильно.

7. Вибираємо тип кремнієвого стабілітрона. В якості джерела еталонного напруги звичайно використовується кремнієвий стабілітрон, який повинен мати номінальну напругу стабілізації, який повинен мати номінальну напругу стабілізації

U ст  (0,6  0,7) • U вих, (3.14)

U ст  (0,6  0,7) • 9 = 5,4       ст.

За довідником вибираємо стабілітрон типу Д808, у якого

U ст = U пов = 8 ст. ; I ст   5 мА; I ст. макс.      мА.

8. Знаходимо коефіцієнт розподілу напруги дільником R 5, R 6 і R 7

= U 2 вих / U вих  U пов / U вих = 8 / 12 = 0,667 (3.15)

9. Вибираємо тип керуючого (підсилювального) транзистора Т3. На транзисторі Т3 зібраний підсилювач, який повинен реагувати на найменші коливання вихідної напруги і підсилювати їх до величини, достатньої для управління регулюючим транзистором. Тому керуючий транзистор повинен забезпечувати достатню посилення сигналу за напругою. При виборі транзистора необхідно звернути увагу на величину колекторного струму I кз. Цей струм повинен бути по можливості невеликим, але завжди перевищувати струм бази согласующего транзистора Т2. Зазвичай величина струму I кз вибирається в межах 0,5  2 ма. Необхідне значення коефіцієнта посилення по напрузі для керуючого транзистора можна знайти за формулою

(3.16)

де  U вх = U вх. макс - U вх. хв = 17,2 - 14 = 3,2 в.

Найбільш часто в якості керуючих використовуються малопотужні низькочастотні транзистори.

Попередньо виберемо транзистор тиру МП41 (П15) з такими даними: коефіцієнт посилення по струму B3 = 30, максимально допустима напруга колектор-емітер U К.Е3 МАКС. ДОП. == 20 в, максимальний струм колектора
I К3. МАКС. ДОП = 20 ма, максимально допустима потужність розсіювання на колекторі Рк3 макс. доп = 0,15 Вт Визначимо фактичний коефіцієнт посилення каскаду на транзисторі МП41 (П15). Для цього можна скористатися формулою

(3.17)

де , - Крутість характеристики транзистора Т3 (число, що показує,

на скільки міліампер зміниться колекторний струм при зміні напруги між базою і емітером транзистора на 1 в);

R 1 - опір навантаження в ланцюзі колектора транзистора Т3.

Для малопотужних низькочастотних транзисторів, що використовуються в схемах стабілізаторів напруги, значення крутизни лежить в межах

S 3 = (20  40) мА / в.

Приймаються S3 = 30 мА / в.

Опір R1 може бути знайдено за формулою

(3.18)

Потужність, що розсіюється на резисторі R1, становить

PR 1 = (IK 3) 2 • R 1 = 12 000 • (2х10-3) 2 = 0,048 Вт

Визначимо величину потужності, що розсіюється на колекторі транзистора T3,

Рк3 макс. = U к.е3 макс. • I КЗ. (3.19)

Приймаючи

U к.е3 макс. = U вих. +  U вих - U пов = 12 + 0.4 - 8 = 4.4 B. і I кз = 2 х 10 -3 А отримаємо

Рк3 макс. = 4.4 • 2 х 10 -3 = 0,0088 Вт <Рк3 макс. доп. = 0,15 Вт.

Отже, транзистор Т3 обраний правильно.

10. Визначаємо величини опорів резисторів і ємностей конденсаторів схеми. Як ми вже з'ясували, опір навантаження в ланцюзі колектора транзистора Т3 R 1 = 12 кОм. Знайдемо опору вихідного дільника. Струм дільника I д зазвичай обирають на один - два порядки вище струму бази керуючого транзистора Т3. Номінальний струм бази транзистора Т3 можна знайти за формулою

I БЗ = I кз / В3, (3.20)

I БЗ = 2 х 10 -3 / 30 = 0,66 мА.

Вибираючи струм дільника I д = 5 ма, знайдемо загальний опір подільника

R д = R 5 + R 6 + R 7 = U вих / I д, (3.21)

R д = 12 / 5х10-3 = 2.4 кОм.

Вихідна напруга стабілізатора можна регулюватися в межах ± 2 ст. Враховуючи також, що напруга стабілізації стабілітрона Д808 може змінюватися в межах 7-8,5 в, визначимо опір нижнього плеча дільника для крайніх значень U пов і U вих

(3.22)

Ом;

(3.23)

.

Величини опорів R 5 і R 6 рівні

R 6 = (R д.н.) макс - (R д.н.) хв; (3.24)

R 6 = 1758 - 1354 = 404 Ом;

R 5 = R д - (R д.н.) макс; (3.25)

R 5 = 640 Ом;

Отримані значення опорів дільника відповідають номінальним. Тому остаточно приймаємо R5 = 640 ом; R6 = 400 Ом; R7 == 1,4 кОм (тип резисторів R7 - ПОМ-0, 12, R5 і R6 - СПО). Опір R8 береться такої величини, щоб задається їм струм через стабілітрон становив I ст = 5 ма,

R8 = (3.26)

R8 = (12 - 8) / 5х10-3 = 800 Ом

За довідником вибираємо резистор з опором R8 = 800 Ом (тип резистора-ПОМ-0, 12).

Для збільшення швидкодії стабілізатора використовується ємнісний зв'язок між виходом стабілізатора і входом підсилювача, зібраного на транзисторі Т3. З цією метою в схему стабілізатора включають конденсатор С2. Величина ємності цього конденсатора вибирається порядку одиниць - десятків мікрофарад. Наприклад, для розраховується схеми можна використовувати електролітичний конденсатор типу ЕМ ємністю 3 мкф з робочим напругою 20 ст.

Конденсатор С3 служить для підвищення стійкості стабілізатора і одночасно дозволяє зменшити вихідний опір схеми. Ємність конденсатора С3 вибирається порядку 1000 - 2000 мкф. Для нашої схеми можна, використовувати електролітичний конденсатор типу ЦЕ-2 ємністю 1000 мкФ з робочою напругою 35 в.

11. Знаходимо коефіцієнт стабілізації розрахованого стабілізатора за формулою

(3.27)

Таким чином, коефіцієнт стабілізації розрахованого стабілізатора виявився більше необхідного, так як

12. К. п. д. стабілізатора в номінальному режимі знаходимо, за формулою

(3.28)

де I вх = I вих + I ст + I д = 100 + 5 + 5 = 110 мА. Отже

13. Розрахунок схеми захисту від короткого замикання. Ланцюг складається з транзистора МП41; дільника напруги, зібраного на резисторах R2 і R3;

й балансового опору R4. Розрахунок доповнено моделюванням у програмі Electronics Workbench для підбору найбільш оптимальних параметрів ланцюга.

Виберемо резистор R4 = 3 Ом; расчитаем падіння напруги на ньому

U R 4 = I * R = 0,1 * 3 = 0,3 В.

Расчитаем дільник, таким чином, щоб у верхньому плечі дільника, забезпечувалося падіння напруги рівне U R 4.

R2 = 0,3 / 0,005 = 60 Ом,

R3 = 12 / 0,005 = 2,4 кОм.

Аналіз всієї схеми у програмі Electronics Workbench показав, підключення системи захисту, знижує к.к.д. стабілізатора і призводить до зниження вихідної напруги. Підйом вхідної напруги стабілізатора до рівня 30 В а також зміна R2 з 60 на 3 Ома, з одного боку дозволяють зберегти вихідні параметри і показники якості на незмінному рівні, а з іншого боку споживана схемою потужність зросте незначно.

У результаті вибираємо R2 = 3 Ом і R3 = 2,4 кОм.

14. Розрахуємо необхідну схему випрямлення в складі: трансформатор харчування; діодний міст; згладжує сонденсатор

Визначаємо ємність конденсатора на вході стабілізатора, що забезпечує пульсацію випрямленого струму не більше 10%. Для мостової схеми

, (3.29)

За каталогом вибираємо стандартний електролітичний конденсатор типу ЦЕ-2 ємністю 300 мкФ на 25 ст.

Вибір трансформатора здійснюється за довідником (хоча можна усуществіть розрахунок і самостійно) виходячи з визначених нами вхідних параметрів стабілізатора, виберемо трансформатор типу ТПП 237-127/220-50,
з наступними параметрами: номінальний струм вторинної обмотки I 2Н = 0,1 A; напруга на вторинній обмотці U 2Н = 20 B (варто відзначити, що дане напруга заздалегідь враховує всі втрати знайдені в процесі моделювання: втрати на вентилях і в ланцюзі захисту від короткого замикання; Всі інші втрати були враховані в процесі розрахунку схеми стабілізатора.).

Виберемо тип вентилів. Зворотне напруга на вентиль для однофазної мостової схеми складає

U обр = 1,5 * U 0, (3.30)

U обр = 1,5 * 20 = 30 в.

Середнє значення струму вентиля для даної схеми складе

I ср = 0,5 * I 0, (3.31)

I ср = 0,5 * 0,1 = 0,05 А = 50 мА.

Для даного випадку добре підходить діод Д 206, з наступними параметрами

U обр.доп = 100 В,

I ср.доп. = 100 мА.

4 Аналіз спроектованого пристрою на ЕОМ

Скопіювавши значення вихідної напруги, на виході осцилографа з Work bench отримаємо:

Висновок

У цій роботі був розрахований вторинний джерело живлення які використовуються в РЕА, що живиться від мережі змінного струму, для отримання напруг постійного і змінного струму, необхідних для живлення різних вузлів. Недоліком даного типу блоку живлення є велика матеріаломісткість, меншою питомою потужністю і більш низьким ККД, на відміну від імпульсного джерела живлення - це обумовлено наявністю трансформатора живлення працює на частоті 50 Гц і стабілізатора компенсаційного типу безперервної дії. У даний момент в РЕА частіше стали використовуватися інші види джерел живлення.

У цій роботі був розрахований вторинний джерело живлення з такими параметрами:

U вих = 12 В

U вих = 0.4 B

f = 50 Гц

U вх = 15 B

U вх = 220 B

K ст = 100

I п = 0.02 A

Список використаної літератури

1 Єкимов В.Д Вибір схеми стабілізатора напруги. - Радіо і зв'язок, 1978 р

2 Крилов В.М Стабілізатори напруги на К142ЕН - Радіо, 1979 р

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
67.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування вторинного джерела живлення
Вибір елементної бази джерела живлення та проектування трансформатору
Джерела живлення Дослідження основних параметрів
Розрахунок собівартості блоку живлення ПЕОМ
Розрахунок перетворювача для живлення допоміжних ланцюгів електровоза
Розрахунок і проектування приводу
Особливості вторинного ринку цінних паперів
Розрахунок і проектування внутрішнього водопроводу
Розрахунок і проектування каніфолеварочной колони
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru