Расчёт стабилизированного источника вторичного электропитания электронных устройств

Министерство сельского хозяйства

ФГОУ ВПО Дальневосточный  Государственный Аграрный Университет

Кафедра электроники

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект

На тему: «Расчёт стабилизированного источника вторичного электропитания электронных устройств»

 

 

 

 

 

                                                           Выполнил: _________студент ИЭАСХ

                                                           группы 7146 Шульженко Е.А.

                                                           Проверил: __________Ременев В.З.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Благовещенск 2007

Содержание

Введение

1. Выбор микросхемы стабилизатора напряжения
2. Расчёт выпрямителя
3. Расчёт маломощного трансформатора

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Основные процессы, на которых базируются системы электропитания - это преобразование одного вида электроэнергии (вход) в другие ее виды (заданный выход). Конструктивные блоки, реализующие эти процессы, известны в качестве источников электропитания, стабилизаторов, преобразователей постоянного напряжения, выпрямителей.

Источники вторичного электропитания составляют основу всех средств и систем электропитания РЭА. Они могут состоять из блоков питания или комплекта функциональных узлов. Функциональные узлы источников вторичного электропитания представляют собой устройства, выполняющие одну или несколько определенных электрических функций (выпрямление, фильтрацию, стабилизацию) в составе источника вторичного электропитания или системы вторичного электропитания. Функциональные узлы источников вторичного электропитания характеризуются рядом признаков: условиями эксплуатации, выполняемыми функциями, входными и выходными параметрами, элементарной базой.

По стабильности напряжения на нагрузке различают ИВЭ на стабилизированные и нестабилизированные.

Стабилизированные источники питания получили широкое распространение в вычислительных системах, для которых требуется низковольтный и высокоточный с малыми пульсациями выходного напряжения и хорошим качеством переходных процессов. Стабилизированные источники питания являются одним из важнейших элементов в любой комбинации электрического и электронного оборудования. Это объясняется тем, что он снабжает электроэнергией все электрические и электронные цепи и обеспечивает работоспособность оборудования.

Следовательно основной функцией источника вторичного электропитания является обеспечение стабильного заданного выходного напряжения при изменении в широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Та степень, с которой источник вторичного электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных условиях является основным показателем  качества источника.

          В данной курсовой работе источник стабилизированного вторичного электропитания состоит из трансформатора, выпрямителя,  сглаживающего фильтра и стабилизатора (рис 1).

Рис 1. Структурная схема источника стабилизированного вторичного электропитания

 

 

 

1. Выбор микросхемы стабилизатора напряжения

Одним из узлов источника стабилизированного вторичного электропитания

является стабилизатор. Стабилизатор напряжения - устройство, автоматически поддерживающее напряжение на нагрузке с заданной степенью точности. Стабилизаторы напряжения, включенные на выходе нерегулируемого выпрямителя, кроме функции стабилизации выходного напряжения последнего,  обеспечивают также эффективное сглаживание пульсаций этого напряжения.

В режиме стабилизации выходного напряжения выпрямителя управляющий сигнал подается с выхода таким образом, чтобы при изменении выходного напряжения возникала соответствующая компенсирующая реакция в контуре автоматического регулирования.

Выпускаемые стабилизаторы напряжения на микросхемах способны работать в  широких пределах выходных напряжений и тока, часто имеют встроенную систему защиты от перегрузки по току и от перегревания – как только температура кристалла микросхемы превысит допустимые значения, происходит ограничение выходного тока.

Для нашей схемы выбираем стабилизатор напряжения на микросхеме КР 142 - КР142ЕН8В. Характеристики микросхемы КР142ЕН8В сводим в таблицу 1.

 

                        Характеристики микросхемы КР142ЕН8В                    Таблица 1

Входное напряжение , В	Выходное напряжение , В	Максимальный ток нагрузки , А	Максимальная выходная мощность ,Вт	Включение	Корпус
17,5 - 35	14,55 – 15,45	1	10	плюсовое	КТ 28 – 2

 

Принимаем напряжение на входе стабилизатора  .

Принимаем напряжение на выходе стабилизатора  .

Конструктивно микросхема  КР142ЕН8В оформлена в прямоугольном полимерном корпусе КТ-28-2 (рисунок 2). Микросхема имеет три пластинчатых вывода: выход (к нагрузке) (2), вход (к выпрямителю) (17), вход управления (к делителю напряжения измерительного элемента) (8). Для отвода тепла и крепления микросхем используется фланец с одним крепежным отверстием. Габаритные размеры микросхемы КР142ЕН8В показаны на рисунке 2.

Рис 2. Размеры микросхемы КР142ЕН8В

Для включения в цепь стабилизатора  КР142ЕН8В берём типовую схему включения с двумя конденсаторами С2 и С3 (рисунок 3). Конденсаторы С2 и С3 необходимы для сглаживания пульсаций напряжения на выходе. Роль С2 в данном случае будет исполнять конденсатор сглаживающего фильтра, так как длина дорожки, соединяющей его со входом стабилизатора, не превышает 70 мм.

Рис 3. Типовая схема включения ИС КР142ЕН8В

Микросхему крепим к печатной плате  пайкой. Прибор рассчитан на длительную эксплуатацию в жёстких условиях при температуре окружающей среды - 60 до + 125 , пониженным до 5 мм. рт . ст. атмосферным давлением.

 

 

 

 

 

2. Расчёт выпрямителя

Исходные данные:

 В - выпрямленное напряжение  на выходе;

А - выпрямленный ток в нагрузке;

= 1 % - коэффициент пульсации выпрямленного  напряжения на нагрузке;

В – напряжение питающей сети;

- частота питающей сети;

, - рабочий диапазон температур;

ВА

Выпрямитель - это устройство, преобразующее  переменное разно полярное напряжение в пульсирующее однополярное. Такое  преобразование можно осуществить  с помощью одного или нескольких вентилей (диодов) - приборов с односторонней проводимостью, подключенных по определенной схеме.

  Для выпрямителей  в качестве вентилей можно  использовать электровакуумные (кенотроны), ионные (газотроны) и полупроводниковые диоды, обеспечивающие протекание тока только в одном направлении. Полупроводниковые диоды потребляют малую мощность, так как не нуждаются в цепи накала. Недостатком полупроводниковых диодов является сильная зависимость параметров от температуры.

  Наличие пульсаций на выходе  выпрямителя ухудшает работу большинства потребителей энергии постоянного тока. Поэтому для снижения коэффициента пульсаций между нагрузкой и выходом выпрямителя обычно включают сглаживающий фильтр.

Выбор схемы выпрямления определяется значениями мощности и тока. Поскольку  мощность в нагрузке в данном случае невелика, а выпрямленный ток меньше 1 А, то можно применить однофазную мостовую схему выпрямления с фильтром, начинающимся с конденсатора (обозначим его С1).

Полная схема  сглаживающего фильтра определяется следующими положениями:

1. Коэффициент  пульсации выпрямленного напряжения  на входном конденсаторе С1 из соображений наилучших массогабаритных характеристик фильтра принимается равным . Примем .

2. Коэффициент сглаживания оставшейся части фильтра в соответствии с необходимостью обеспечить = 1 % должен составлять:

;

.

3. Поскольку  , выбираем в качестве оставшейся части фильтра однозвенный LC – фильтр.

Напряжение на входе схемы выпрямления  с учётом падения напряжения на LC – фильтре определяется по выражению:

;

где    = 10,2 %

В

Основные параметры диодов схемы  определяются по следующим выражениям:

А

А

В

В соответствии с этими данными  выбираем диоды типа КД202В (рисунок 4) со следующими параметрами при окружающей температуре от – 60 до + 130 :

;

;

;

В.

КД 202 В

Габаритные  размеры, мм A B C D E F G H I K L M N O КД202В Ø21,5 14 20 6 Ø3,2 44 12,5 3 М6 0,5 - 3 2,2 5

 

Рис 4. Габаритные размеры диода  КД 202В

Число последовательно соединённых  диодов определяется по формуле:

Примем 

 

Электрический расчёт выпрямителя

1. Определяем активное сопротивление обмоток трансформатора, приведённое ко вторичной обмотке:

; Ом

где    - коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, для однофазной мостовой схемы выпрямления равный 3,5;

          B – магнитная индукция в магнитопроводе трансформатора, Тл;

          B = 1,6 Тл

         – число стержней магнитопровода, несущих обмоток, равный 1 (для магнитопроводов типа ШЛ и ОЛ).

   Ом

2. Определяем дифференциальное  сопротивление диодов:

   ;

   Ом

3. Определяем активное сопротивление  фазы выпрямителя:

   ;

   Ом

4. Определяем индуктивность рассеяния  обмоток трансформатора:

Гн

5. Определяем соотношение между  активным и реактивным сопротивлением  фазы выпрямителя ( ):

= 0,087

6. Определяем вспомогательный коэффициент:

             

где     m – коэффициент схемы, равный числу импульсов выпрямленного напряжения;   m = 2;

            

7. Определяем коэффициенты В,  D, F, H:

    В = 1,45; D = 1,87; F = 4,35; H = 43000

8. Уточняем значение :

;

А.

Таким образом, вентиль КД202В по току выбран правильно.

9. Определяем электрические параметры  трансформатора:

 В

А

А

ВА

10. Проверка выбранного диода по обратному напряжению производится по формуле:

В

11. Определяем входную ёмкость  фильтра С1:

 мкФ

Принимаем ближайшее стандартное  значение = 2200 мкФ. Выбираем конденсатор К50 – 24 (рисунок 5) с В, причём:

  ;

В.

D, мм	L1, мм	Lmax, мм
21	50	52