Файл: Курсач.docx

ВВЕДЕНИЕ

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменное напряжение сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданное постоянное напряжение.

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное. В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания. Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Основными элементами, на которых построен блок питания в данном курсовом проекте, являются:

- трансформатор;

- диодный мост;

- интегральный стабилизатор напряжения;

- усилительный каскад.

Лист

3

1. Техническое задание

Напряжение на выходе первого канала электронного блока питания

(ЭБП):

Напряжение на выходе второго канала ЭБП:

Номинальный ток нагрузки первого канала ЭБП:

Номинальный ток нагрузки второго канала ЭБП:

Нестабильность входного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность входного напряжения второго канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения второго канала ЭБП:

Уровень пульсации на выходе первого канала ЭБП:

Уровень пульсации на выходе второго канала ЭБП:

Максимальная температура окружающей среды:

Минимальная температура окружающей среды:

Лист

4

1.1 Электрическая функциональная схема блока питания

(См. приложение 2).

Схема включает следующие блоки:

А1-силовой трансформатор;

А2,А6-выпрямители с фильтрами;

А3,А7-регулирующие транзисторы;

А4,А8-усилители постоянного тока;

А5,А9-датчики обратной связи, совмещающие функции

задатчиков выходного на­пряжения.

2. Оценка КПД компенсационных стабилизаторов и габаритной мощности силового трансформатора

2.1 КПД компенсационных стабилизаторов

Рассчитывается минимальное значение входного напряжения схемы:

где U_рэ.min -минимальная разность потенциалов между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора, обеспечивающая его работу в нормальном активном режиме, U_vд - падение напряжения на диоде выпрямителя.

Для кремниевых транзисторов величина U_рэ.min не превышает 4В, а в кремниевых выпрямительных диодах малой и средней мощности прямое падение напряжения не превышает 1В.

Лист

5

U_рэ.min1 = 4 В,

U_рэ.min2 = 4 В,

U_vд = 1 В,

U_вых1 = |U_вых1|;

U_вх1.min = U_вых1 + U_рэ.min1 + 2* U_vд ,

U_вх1.min = 18.6 В.

U_вх2.min = U_вых2 + U_рэ.min2 + 2* U_vд ,

U_вх2.min =11 В.

Рассчитывается номинальное значение входного напряжения схемы:

U_вх1.nom = 20.46 В;

U_вх2.nom = 12.1 В.

Первоначально оценивается КПД схем компенсационных стабилизаторов последовательного типа. Расчет КПД проводим с учетом потерь на диодах выпрямителя:

Лист

6

2.2 Габаритная мощность

Рассчитывается габаритная мощность силового трансформатора.

Задаемся КПД трансформатора порядка 80%:

Р_вх1.nom = U_вх1.nom * I_н1 ,

Р_вх1.nom = 10.23 Вт;

Р_вх2.nom = U_вх2.nom * I_н2 ,

Р_вх2.nom = 48.4 Вт;

Р_тр = 90.144 Вт.

2.3 Расчет мощности, рассеиваемой регулирующими транзисторами

Рассчитывается максимальное входное напряжение подаваемое на вход

стабилизатора:

U_вх1.max = U_вх1.min*(1+U_вх1.отн),

U_вх1.max = 22.32 В;

U_вх2.max = U_вх2.min*(1+U_вх2.отн),

U_вх2.max = 13.2 В.

Рассчитывается максимальное падение напряжения на регулирующих

элементах:

U_рэ1.max = U_вх1.max – U_вых1 – 2U_vд , U_рэ1.max = 7.72 В;

U_рэ2.max = U_вх2.max – U_вых2 – 2U_vд , U_рэ2.max = 6.2 В.

Лист

7

Рассчитывается максимальная мощность рассеиваемая на регулирующих

элементах:

Р_рэ1.max = U_рэ1.max*I_н1, Р_рэ1.max = 3.86 Вт,

Р_рэ2.max = U_рэ2.max*I_н2, Р_рэ1.max = 24.8 Вт,

2.4 Расчет абсолютного коэффициента стабилизации схем

Определяется величина входного напряжения:

U_вх1 = U_вх1.nom – 2U_vд ,

U_вх1 = 18.46 В;

U_вх2 = U_вх2.nom – 2U_vд ,

U_вх2 = 10.1 В.

Определяется относительный коэффициент стабилизации каналов:

К_ст1 = 20 ,

К_ст2 = 20 .

Абсолютный коэффициент стабилизации:

k_ст1 = 29.302 ;

k_ст2 = 40.4 .

Лист

8

2.5 Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей

Поскольку датчики А5, А9 используются для коррекции выходного

напряжения стабилизаторов, то их коэффициенты передачи могут

изменяться в пределах: , ,

Задаётся минимальное значение этого коэффициента:

Простейшие схемы компенсационных стабилизаторов имеют К_п.вх,

незначительно отличающийся от единицы. Принимается: К_п.вх = 1.

Коэффициент усиления регулирующего элемента, который в

большинстве случаев включается по схеме ОК, также близок

к единице. Принимается: К_ур = 1.

Таким образом:

К_у1 = 40.431;

К_у2 = 56.286.

При расчете зададимся: К_у1 = 40, К_у2 = 56.

Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей

проводится по формуле для определения коэффициента стабилизации:

k_ст1 = 29 ;

k_ст2 = 40.2

Лист

9

где К_у - искомый коэффициент усиления УПТ;

K_д -коэффициент передачи датчика выходного напряжения, совмещающего функции корректора U_вых;

K_ур -коэффициент усиления по напряжению регулирующего элемента;

K_п.вх -коэффициент передачи входного напряжения напрямую через регулирующий элемент.

Итак, получены все данные для выбора и расчета элементов электрической принципиальной схемы стабилизаторов. Целесообразно начать расчет схемы с большим значением K_у.

3. Выбор и расчет элементов электрической принципиальной схемы

3.1 Регулирующий элемент

Рассчитывается необходимый коэффициент передачи тока регулирующих транзисторов. Для этого задаемся базовым током транзистора I_б.рэ в диапазоне 50...150 мА. Тогда:

А;

А;

Так как < 100, то достаточно использовать один транзистор.

Максимально - допустимый ток коллектора выбранных транзисторов должен превышать ток нагрузки в 1,5...2 раза. Предельно - допустимое напряжение на коллекторе также должно быть выше максимального входного напряжения регулирующего элемента как минимум в 1,5 раза.

Лист

10

VT1: VT2:

КТ819Г КТ819АМ

N-P-N N-P-N

I_kmax=10 А I_kmax =10 А

β=12-225 β=15-225

U_kmax=80 В U_kmax=40 В

R_п=1.67 С/Вт R_п=1 C/Вт

3.2 Усилитель постоянного тока

Основные требования к УПТ - обеспечение заданного коэффициента усиления по напряжению, а также высокой температурной стабильности этого коэффициента и положения исходной рабочей точки.

Расчет резисторов R1, R2, R3.

Рассчитаем резистор R2.

,

;

,

Рассчитаем резистор R1.

Резистор R2 рассчитывается из следующего условия:

175 Ом;

Рассчитаем резистор R4.

Лист

11

3.2.1 Расчет резисторов R4, R5, R6.

,

;

R4-R10 = 13.33∙10³ Ом,

R5-R11 = 26.67∙10³ Ом,

R6-R12 = 93.33∙10³ Ом.

3.3 Расчёт выходного сопротивления

Выходное сопротивление схемы компенсационного стабилизатора напряжения примерно в K_у≈Kст раз меньше, чем выходное сопротивление регулирующего элемента:

Лист

12

Выходное сопротивление регулирующего элемента при холостом ходе:

Выходное сопротивление регулирующего элемента при номинальной нагрузке:

1.422 Ом ;

Выходное сопротивление компенсационного стабилизатора:

0.04 Ом;

3.4 Расчет и выбор элементов схемы защиты от перегрузок по току

Рассчитаем мощность, рассеиваемую резисторами R1-R3:

Лист

13