Импульсные стабилизаторы напряжения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (обзор литературы)

2. Структурная схема стабилизатора

3. Расчёт силовой части

.1 Определение требований к узлам блока

.2 Усилитель ошибки рассогласования

.3 Генератор линейно изменяющегося напряжения

5. КПД стабилизатора

6. Разработка принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная

ЗАДАНИЕ В соответствии с вариантом технических требований, приведенных в табл. 1, рассчитать импульсный стабилизатор напряжения.

Uвх, B

Uвых, B

Uп, мВ

Iн мин, A

Iн мах, A

fп, кГц

Должна быть обеспечена регулировка Uвых в пределах ±±10%.

Коэффициент полезного действия (КПД) стабилизатора должно быть не меньше 0,85.Uп - амплитуда пульсаций выходного напряжения.Указанный коэффициент стабилизации Кст определяет нестабильность выходного напряжения, обусловленную только нестабильностью входного.

Электропитание цифровой и аналоговой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в большинстве случаев осуществляется средствами вторичного электропитания, которое подключается к источникам первичного электропитания (электросети), преобразуют их переменное или постоянное напряжение в ряд выходных напряжений с характеристиками, обеспечивающими нормальную работу РЭА в заданных режимах.

СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ КЛЮЧЕВОГО ТИПА (обзор литературы)

В стабилизаторах с импульсным регулированием регулирующий элемент заменяется ключом, что сводит к минимуму рассеиваемую в нем мощность. Ключ может подсоединять или отсоединять нагрузку, тем самым, регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. По существу, меняется режим работы регулирующего элемента (транзистора) с непрерывного на импульсный [1, 2]. Такие стабилизаторы получили наименование импульсных.

Если источник постоянного тока подключать к нагрузке с помощью периодически замыкаемого и размыкаемого ключа, то среднее значение напряжения на нагрузке состави,

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Содержание работы

Стабилизатор напряжения. 1 стр.
Линейный стабилизатор. 1 стр.
Параллельный параметрический стабилизатор
на стабилитроне…………………………………………………..1-2 стр.
Последовательный стабилизатор
на биполярном транзисторе……..……………………………..2 стр.
Последовательный компенсационный стабилизатор
с применением операционного усилителя………………………………………………………..3 стр.
Импульсный стабилизатор
(Разновидности и принцип действия). 4-9 стр.
Стабилизаторы переменного напряжения. 9-11 стр.

Файлы: 1 файл

стабилизаторы напряжений.docx

Возможно также совмещение этой схемы с предыдущей, что позволяет произвольно изменять величину выходного напряжения: как повышать, так и понижать. Для этого перед дросселем устанавливаются диод и ключ, как в предыдущей схеме.

В нём дроссель подключен параллельно источнику и нагрузке. Когда ключ S замкнут, ток от источника течёт через дроссель и быстро растёт. Когда ключ размыкается, ток продолжает течь через нагрузку R и диод D. ЭДС самоиндукции дросселя приложена в обратную сторону, по сравнению с напряжением источника. Поэтому напряжение к нагрузке также приложено в обратном направлении. Когда ключ S замкнут — диод D закрывается, а нагрузка питается зарядом конденсатора C.

Во всех трёх схемах диод D может быть заменён на ключ, замыкаемый в противофазе к основному ключу. Во многих случаях, особенно в низковольтных стабилизаторах, это позволяет увеличить КПД. Такую схему называют синхронным выпрямителем.

Другие разновидности

Существуют другие разновидности импульсных преобразователей напряжения, использующихся в стабилизаторах. Например, такие преобразователи, как Обратно ходовой преобразователь и Двухтактный преобразователь имеют индуктивную развязку выходных цепей, что позволяет питать с их помощью устройства, для которых недопустима гальваническая связь с питающей сетью.

Резонансный преобразователь имеет наилучшие условия работы ключей, что позволяет строить на его основе преобразователи большой мощности (до десятков киловатт) с достаточно высоким КПД. Однако его недостатком является сложность проектирования, что мешает его широкому распространению.

Квазирезонансный преобразователь обладает значительно более высоким КПД по сравнению с широтно-импусными модуляторами, благодаря чему обеспечивается минимальное энергопотребление в дежурном режиме и низкое тепловыделение в рабочем. Выходное напряжение БП регулируется за счет изменения частоты работы преобразователя.

Особенности использования:

Фильтрация импульсных помех

Импульсный стабилизатор напряжения является источником высокочастотных помех в связи с тем, что содержит ключи, коммутирующие ток. Сложно подобрать такой режим работы ключей, чтобы коммутация происходила в моменты, когда через ключ не протекает ток при размыкании, или на ключе нулевое напряжение при замыкании. Поэтому в моменты коммутации возникают довольно значительные броски напряжения и тока, распространяющиеся как на вход, так и на выход стабилизатора. Для поглощения помех помехоподавляющие фильтры устанавливаются как на входе, так и на выходе стабилизатора.

Использование в сетях переменного тока

Рассмотренные импульсные преобразователи напряжения преобразуют постоянный ток на входе в постоянный ток на выходе. Для питания устройств от сети переменного тока необходимо устанавливать на входе выпрямитель и сглаживающий фильтр. Стоит отметить, что импульсный стабилизатор напряжения под нагрузкой имеет отрицательное дифференциальное сопротивление: при повышении напряжения на входе для сохранения выходного напряжения уменьшается входной ток, и наоборот. Если подключить такой стабилизатор через мостовой выпрямитель в сеть переменного тока, он станет источником нечётных гармоник. Поэтому, чтобы обеспечить достаточный коэффициент мощности, требуется компенсатор.

Стоит отметить некоторые особенности импульсных стабилизаторов с точки зрения гальванической развязки цепей:

Существование импульсных преобразователей напряжения с гальванической развязкой позволяет отказаться от низкочастотного сетевого трансформатора — необходимую гальваническую развязку будет осуществлять высокочастотный трансформатор, который работает на частоте десятков-сотен килогерц, и следовательно его габариты значительно меньше, чем обычного силового сетевого трансформатора работающего на промышленной частоте 50 Гц.
Озвученное выше решение предполагает наличие относительно большого количества элементов, установленных до развязывающего трансформатора, а значит гальванически связанных с входными цепями. Эта часть, гальванически связанная с электрической сетью, обычно выделяется на платах либо штриховкой, либо чертой на слое сеткографической маркировки, или даже особой окраской, которая предупреждает человека о потенциальной опасности прикосновения к частям, расположенным в ней. Импульсные блоки питания в составе других приборов (телевизоров, компьютеров) закрываются защитными крышками, снабжёнными предупреждающими надписями. Если при ремонте импульсного блока питания необходимо включить его со снятой крышкой, рекомендуется включать его через развязывающий трансформатор или УЗО.
Обратная связь в импульсных стабилизаторах также требует развязки. Для этой цели применяют либо отдельную обмотку на трансформаторе, с которой снимается напряжение для сравнения с опорным, либо напряжение снимается с выхода блока питания, а развязка управляющих цепей осуществляется с помощью оптрона.
Часто помехоподавляющие фильтры на входе импульсных блоков питания соединяются с корпусом прибора. Это делается в том случае, если предполагается подключение защитного заземления корпуса. Если защитным заземлением пренебрегли, то на корпусе прибора образуется потенциал относительно земли равный половине сетевого напряжения. Конденсаторы фильтров, как правило, имеют небольшую ёмкость, поэтому прикосновение к корпусу такого прибора неопасно для человека, но одновременное прикосновение чувствительными частями тела к заземленным приборам и к незаземленному корпусу ощутимо (говорят, что прибор "кусается"). Кроме того потенциал на корпусе может быть опасен для самого прибора.

Достоинства вторичных источников питания с импульсной стабилизацией:

Возможность достичь высокого коэффициента стабилизации;
Высокий КПД;
Большой диапазон входных напряжений, нередко с более чем двукратным перекрытием: типичные значения без переключения и без значительного ухудшения КПД для распространённых схем составляют 18. 75 В пост. тока, или 90. 260 В переменного тока;
Нечувствительность к частоте входного напряжения переменного тока, влияющей только на работу входного выпрямителя и фильтра;
Нечувствительность к качеству электропитания (к примеру, наличию гармонических составляющих переменного тока);
Лёгкость в дистанционном управлении и отключении;
Малые габариты и масса;
В общем случае, меньшая стоимость.

Недостатки:

Стабилизаторы переменного напряжения.

Идеальный стабилизатор при любом значении напряжения на входе, будет выдавать постоянное значение на выходе. Кроме того, при искажении синусоиды, возникновении всплесков и провалов на входе, на выходе должен выдавать правильную синусоиду без помех. Идеальный стабилизатор способен пропускать через себя любую мощность, при этом качество стабилизации не должно снижаться. Погрешность выходного напряжения должна быть 0 %.

По физике процесса стабилизаторы можно разделить на два больших вида:

Cтабилизаторы, накапливающие энергию и далее заново генерирующие ее в виде стабильного напряжения.
Cтабилизаторы, корректирующие напряжение, добавляя дополнительный потенциал, приводящий величину напряжения к номинальному значению.

Стабилизаторы напряжения, накапливающие энергию:

Стабилизатор напряжения системы «двигатель — генератор

Данное устройство работает по принципу преобразования электроэнергии в кинетическую и далее генерированию ее обратно в электрическую. Накопление кинетической энергии происходит при разгоне тяжелого диска — маховика, находящегося между двигателем и генератором. Такие системы применяются при трехфазном напряжении.

Даже при сильных скачках и провалах напряжения, скорость вращения маховика остается неизменной. Импульсные скачки гасятся за счет большой инерции шатуна. Скорость же вращения маховика зависит не от величины входного напряжения, а от периодичности фаз.

Данные системы широко использовались для питания БЭВМ. В настоящее время используются редко. В основном на объектах стратегического значения.

Феррорезонансные стабилизаторы

Физические процессы в таких стабилизаторах можно сравнить с качелями. Раскачанные до определенной силы качели сложно остановить или резко заставить качаться быстрее. Катаясь на качелях не обязательно отталкиваться каждый раз — энергия колебания делает процесс инерционным. Увеличить или уменьшить частоту колебаний тоже сложно — качели имеют свой резонанс.

В феррорезонансных стабилизаторах происходят электромагнитные колебания в колебательном контуре ёмкости и индуктивности.

Данный вид стабилизаторов может применяться в комплексе с механизмами, вносящими сильные помехи в электросеть.

Стабилизаторы инверторного типа

Стабилизаторы напряжения инверторного типа преобразуют переменное напряжение в постоянное и накапливают энергию, заряжая промежуточные ёмкости. Далее с помощью электронного генератора преобразуют постоянное напряжение опять в переменное, но уже с устойчивыми характеристиками.

Данные устройства успешно применяют для обеспечения работы медицинского и спортивного оборудования.

Источники бесперебойного питания

Подобно стабилизаторам инверторного типа, источники бесперебойного питания также накапливают энергию, но не в ёмкости, а в аккумуляторы. После этого также, с помощью собственного генератора выдают напряжение с нужными характеристиками.

Устройства бесперебойного питания популярны для работы в комплексе с вычислительной техникой. Кроме обеспечения стабильного напряжения, устройства исключают сбои программного обеспечения при аварийных отключениях питания.

Корректирующие стабилизаторы напряжения:

Ферромагнитные стабилизаторы

Ферромагнитные стабилизаторы используют свойство магнитного сердечника (магнитопровода трансформатора) насыщаться. Увеличивая напряжение на входе трансформатора, мы получаем увеличение напряжения на выходе, но до определенного уровня. При определенном напряжении сердечник насыщается, и дальнейшее повышение напряжения на входе уже не влияет на выходное напряжение, точнее говоря, влияет очень слабо. Трансформатор как бы тормозит рост напряжения. Именно в таком режиме работы трансформатор используют как стабилизатор.

Из-за своей простоты устройства популярны в быту для стабилизации напряжения отдельных устройств: холодильников, телевизоров и т. д.

Электромеханические стабилизаторы напряжения

Электромеханические стабилизаторы регулируют напряжение передвижением токосъемника по специальному трансформатору, подключая тем самым определенную обмотку. Работой механического устройства управляет процессор, замеряя напряжение и давая команды на смену позиции токосъемника.

Стабилизаторы успешно используются в жилых домах и на производствах, где приветствуется плавная регулировка и устойчивость к помехам.

Недостатком данного вида стабилизаторов является скорость передвижения токосъемника (в районе 10 V/с у релейных и около 5-7 миллисекунд у симисторных). Такая скорость передвижения не даёт возможность оперативно реагировать на резкие перепады напряжения на входе стабилизатора.

Электронные стабилизаторы напряжения

Электронные стабилизаторы регулируют напряжение, переключая обмотки специального трансформатора посредством электронных ключей. Ключи управляются процессором по специальной программе.

В настоящее время существует два типа электронных стабилизаторов напряжения: с полупроводниковыми и релейными ключами.

Стабилизаторы имеют большое быстродействие, поэтому применяются в комплексе с дорогостоящим оборудованием, требующем защиты от всех аномалий сети. Их также используют в жилых домах и на производствах. К преимуществам электронных стабилизаторов напряжения можно отнести их возможность работы при отрицательных температурах окружающей среды.

Лекции

Лабораторные

Справочники

Эссе

Вопросы

Стандарты

Программы

Дипломные

Курсовые

Помогалки

Графические

Доступные файлы (30):

Импульсные стабилизаторы напряжения.doc

Импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока

Цель: Усвоить схемы построения силовой части ИСН, принцип стабилизации

выходного напряжения, структурную схему управления регулирующим

Ключевые понятия об устройствах электропитания с импульсным регулированием напряжения. Принцип ШИМ регулирования энергии.
Построение и принцип работы импульсных стабилизаторов напряжения (ИСН).
Схема однотактного ИСН понижающего типа
Схема однотактного ИСН повышающего типа
Схема однотактного ИСН инвертирующего типа
Обеспечение стабилизации выходного напряжения.
Режимы работы. Режим непрерывных токов дросселя.
Элементная база электронных ключей.

Импульсное преобразование энергии осуществляется с помощью мощных транзисторных ключей, имеющих два основных состояния: режим насыщения – полностью открытое состояние и режим отсечки – закрытое (запертое) состояние. Потери мощности (мощности рассеивания) уменьшаются и, как следствие, увеличивается коэффициент полезного действия (КПД до η=95÷98%).

Преобразование энергии на высоких частота позволяет значительно уменьшить объем и массу электромагнитных элементов и конденсаторов преобразователей и тем самым повысить (улучшить) массогабаритные показатели источника питания.

Импульсные преобразователи принято разделять на нерегулируемые и регулируемые.

В регулируемых импульсных преобразователях осуществляется регулирование выходного напряжения или тока и поэтому может быть реализована их стабилизация. Различают однотактные преобразователи с передачей энергии только в течении одного полупериода и двухтактные.

Подавляющее большинство импульсных стабилизаторов постоянного напряжения и тока с гальванической связью входа и выхода являются регулируемыми преобразователями однотактного типа.

В импульсных стабилизированных преобразователях применяются широтно-импульсные способы регулирования энергии, при которых величина выходного напряжения определяется временными параметрами импульсов. В результате изменения временных параметров, т.е. отношения длительности импульсов t_и к длительности пауз t_п регулируется количество энергии, передаваемое в нагрузку и, таким образом, величина выходного напряжения.

Отношение длительности t_и импульсов к периоду повторения Т называется коэффициентом заполнения γ= t_и/Т. период повторения импульсов или частота преобразования электрической энергии может быть постоянной, переменной или изменяющейся по определенному закону в зависимости от режима работы например стабилизатора. Способ управления (изменения) длительности импульсов, паузы или периода определяет название способа широтно-импульсного регулирования энергии:

- широтно-импульсная модуляция с фиксированной частотой;

- широтно-импульсная модуляция релейного типа (двухпозиционная);

- широтно-импульсная модуляция фазосдвигающего типа;

Наиболее широко в импульсных преобразователях и стабилизаторах используется широтно-импульсная модуляция с фиксированной частотой (несущей), т.е. постоянным периодом коммутации энергии. В этом случае спектр пульсаций выходного напряжения имеет известные частоты спектральных составляющих. Это значительно облегчает задачу подавления пульсаций и выбора частоты преобразования энергии из условия наименьшего влияния на другие устройства.

При ШИМ этого вида изменяется длительность импульса (открытого состояния ключа) и, соответственно паузы.

Как известно, в стабилизаторах компенсационного типа производится сравнение выходного напряжения U_вых стабилизатора с опорным напряжением U_оп. В результате сравнения (т.е. вычитания) получается сигнал ошибки U_ош, который сравнивается с линейно изменяющимся сигналом U_лин.

Отпирание ключевого элемента производится по началу тактового импульса, а запирание – в момент равенства U_ош и U_лин. Таким образом, сигнал U_ош является модулирующим по отношению к импульсному напряжению несущей частоты или частоты преобразования.

С помощью ШИМ модулятора формируются импульсы управления ключевым регулирующим элементом стабилизатора.

Большей ширине импульсов t_и, т.е. времени открытого состояния ключа (соответственно, меньшим значениям времени паузы t_п), соответствует большее усредненное по времени выходное напряжение U_вых. Например, при увеличении обратной связи, сигнал ошибки U_ош уменьшается, следовательно, уменьшается ширина t_и импульсов. В результате усредненное по времени выходное напряжение U_вых остается практически неизменным.

С помощью накопительного дросселя и конденсатора фильтра производится сглаживание пульсаций выходного напряжения U_вых.

Импульсный стабилизатор напряжения ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

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

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.

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.

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.

2. Расчет элементов преобразователя Алгоритм расчета элементов СПН проводился по методике указанной в. 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

= 310,2 (1 — 0,1) = 217,8 В.

4. Среднее значение выпрямленного тока и сопротивления нагрузки входного выпрямителя :

5. Минимальное значение выпрямленного напряжения, В:

= 310,2(1 — 20,1) = 217

6. Угол отсечки, при котором через диоды начинает протекать ток:

7. Угол, при котором прерывается ток через диоды выпрямителя:

Угол можно также определить, пользуясь графиком.

8. Ёмкость конденсатора входного фильтра, мкФ:

где, здесь — частота тока сетевого напряжения.

9. Рабочее напряжение на конденсаторе, В:

Выбираем из [3,5] конденсатор К50−28.

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

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

12. Среднее значение тока через диоды, А:

13. Обратное напряжение, В:

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

14. Выбираем из справочника диодный мост:

W04M = 400 В, = 1,5 А.

Коэффициенты заполнения импульсов:

Ориентировочные значения сопротивления обмотки дросселя и открытого диода, Ом:

Произведение, Гн . Ф:

Критическое значение индуктивности, Гн:

Индуктивность дросселя, Гн (окончательно):

Переменная составляющая тока дросселя, А:

Максимальный ток через дроссель, А:

Мощность потерь в дросселе, Вт:

Объём сердечника, см 3 :

По величине из выбирается сердечник дросселя из феррита марки 2000НМ К40×25×11 (ближайший больший).

Число витков обмотки дросселя:

26. Габаритная мощность дросселя, Вт:

27. По величине и определяем плотность тока: j=8, А/мм 2 .

14. Диаметр провода, мм:

Выбирается из медный провод d=0,55, d_изол=0,62.

28. Средняя линия обмотки, мм:

где a, b, c — размеры сердечника, мм

29. Площадь сечения обмотки, мм 2 :

30. Активное сопротивление обмотки дросселя, Ом:

31. Ёмкость конденсатора фильтра, мкФ:

32. Напряжение на конденсаторе, В:

33. По значениям и из выбран конденсатор типа К71−5 с номинальным напряжением 160 В и диапазоном рабочих температур в интервале от -60 до +60 С, tg = 0,01, а емкость его равна 150 мкФ.

34. Обратное напряжение на диоде, В:

35. Максимальный ток через диод, А:

36. Средний ток через диод, А:

37. Действующее значение тока через диод, А:

38. С учетом частоты из выберем диод типа 2Д220А. Постоянное прямое напряжение 1,2 В. Импульсный прямой ток (_и 10 мкс) 3 А. Время восстановления обратного сопротивления 0,5 мкс. Напряжение отсечки U_отс = 1 В. Постоянное обратное напряжение U_обр = 400 В.

Дифференциальное сопротивление, Ом:

39. Осуществим проверку

мА А [23, "https://referat.bookap.info"].

40. Максимальный ток коллектора транзистора, А:

41. Максимальное напряжение на запертом транзисторе, В:

42. Из выберем транзистор типа КП751 В, N-МОП.

43. Мощность статических потерь в транзисторе, Вт:

1,333,990,320 000 = 31,8402

44. Мощность коммутационных потерь в транзисторе, Вт:

45. Суммарная мощность потерь в транзисторах, Вт:

46. Так как, то транзистор выбран правильно, и теплоотвод не нужен, поскольку Вт.

47. Мощность коммутационных потерь в диодах, Вт:

48. Мощность статических потерь в диодах, Вт:

49. Суммарная мощность потерь в диодах, Вт:

50. Мощность потерь в схеме управления транзисторами, Вт:

= 0,021,33 100 = 2,66

51. КПД стабилизирующего преобразователя:

53. Индуктивность дросселя входного фильтра, Гн:

электрический плата импульсный преобразователь

54. Критическое значение индуктивности, Гн:

55. Индуктивность дросселя, Гн (окончательно):

56. Переменная составляющая тока дросселя, А:

57. Максимальный ток через дроссель, А:

58. Мощность потерь в дросселе, Вт:

59. Объём сердечника, см 3 :

60. По величине из выбирается сердечник дросселя из феррита марки 2000НМ К40×25×7,5 (ближайший больший).

61. Число витков обмотки дросселя:

53. Габаритная мощность дросселя, Вт:

54. По величине и определяем плотность тока: j=9, А/мм 2 .

62. Диаметр провода, мм:

Выбирается из медный провод d=0,35, d_изол=0,41.

63. Средняя линия обмотки, мм:

где a, b, c — размеры сердечника, мм

64. Площадь сечения обмотки, мм 2 :

65. Активное сопротивление обмотки дросселя, Ом:

3. Схема управления Для управления транзистором была выбрана микросхема TL494, которая выпускается фирмой Texas Instruments и широко применяется для управления блоками питания компьютеров типа IMB-PC. Микросхема TL494 представляет из себя ШИМ — контролер импульсного источника питания, работающий на фиксированной частоте, и включает в себя все необходимые для этого блоки. Встроенный генератор пилообразного напряжения требует для установке частоты только двух внешних компонентов R и С.

Рис. 4 Структурная схема TL494

На структурной схеме TL494 (рис. 4) видно, что микросхема включает в себя усилитель ошибки, встроенный регулируемый генератор, компаратор регулировки мертвого времени, триггер управления, прецизионный ИОН на 5 В и схему управления выходным каскадом. Усилитель ошибки выдает синфазное напряжение в диапазоне от -0,3…(Vcc-2) В. Компаратор регулировки мертвого времени имеет постоянное смещение, которое ограничивает минимальную длительность мертвого времени величиной порядка 5%. Допускается синхронизация встроенного генератора, при помощи подключения вывода R к выходу опорного напряжения и подачи входного пилообразного напряжения на вывод С, что используется при синхронной работе нескольких схем ИВП. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя. Выходной каскад микросхемы TL495 работает в однотактном или двухтактном режиме с возможностью выбора режима с помощью специального входа. Встроенная схема контролирует каждый выход и запрещает выдачу сдвоенного импульса в двухтактном режиме.

Микросхема выпускается в корпусе DIP-16 и имеет следующие характеристики:

· Напряжение питания — 41В

· Выходное напряжение коллектора — 41В

· Выходной ток коллектора — 250мА

· Общая мощность рассеивания в непрерывном режиме — 1Вт Частота генератора определяется по формуле:

Время паузы можно регулировать, выбирая соответствующий номинал времязадающего конденсатора Ст. Частота работы задающего генератора определяется соотношением Rт и Ст (выбор этих элементов частотозадающей цепи, показанных на рис. 5, осуществляется из графика на рис. 6). Ощутимые значения времени паузы получается при достаточно больших номиналах емкости Ст.

Модуляция ширины выходных импульсов достигается сравнением положительного пилообразного напряжения, получаемого на конденсаторе С, с двумя управляющими сигналами. Логические элементы ИЛИ-НЕ возбуждает выходные транзисторы Q1 и Q2 только тогда, когда линия тактирования встроенного триггера находится в НИЗКОМ логическом состоянии. Это происходит только в течение того времени, когда амплитуда пилообразного напряжения выше амплитуды управляющих сигналов. Следовательно, повышение амплитуды управляющих сигналов вызывает соответствующее линейное уменьшение ширины выходных импульсов. Под управляющими сигналами понимаются напряжения производимые схемой регулировки мёртвого времени (вывод 4), усилители ошибки (выводы 1, 2, 15, 16) и цепью обратной связи (вывод 3).

Увеличить длительность мертвого времени на выходе, можно подавая на вход регулировки мертвого времени (вывод 4) постоянное напряжение в диапазоне 0.3,3 В. ШИМ — компаратор регулирует ширину выходных импульсов от максимального значения, определяемого входом регулировки мертвого времени до нуля, когда напряжение обратной связи изменяется от 0,5 до 3,5 В. Оба усилителя ошибки имеют входной диапазон синфазного сигнала от -0,3 до (Vcc-2,0) В и могут использоваться для считывания значений напряжения или тока с выхода источника питания. Выходы усилителей ошибки имеют активный ВЫСОКИЙ уровень напряжения и объединены функцией ИЛИ на не инвертирующем входе ШИМ — компаратора. В такой конфигурации усилитель, требующий минимального времени для включения выхода, является доминирующим в петле управления. Во время разряда конденсатора С на выходе компаратора регулировки мертвого времени генерируется положительный импульс, который тактирует триггер и блокирует выходные транзисторы Q1 и Q2. Если на вход выбора режима работы подается опорное напряжение (вывод 13), триггер непосредственно управляет двумя выходными транзисторами в противофазе (двухтактный режим), а выходная частота равна половине частоты генератора. Выходной формирователь может также работать в однотактном режиме, когда оба транзистора открываются и закрываются одновременно, и когда требуется максимальный рабочий цикл, не превышающий 50%. Это желательно, когда трансформатор имеет звенящую обмотку с ограничительным диодом, используемым для подавления переходных процессов. Если в однотактном режиме требуются большие токи, выходные транзисторы могут работать параллельно. Для этого требуется замкнуть на землю вход выбора режима работы ОТС, что блокирует выходной сигнал от триггера. Выходная частота в этом случае будет равна частоте генератора.

Для управления полевым транзистором необходим драйвер. Для данной схемы применена микросхема МАХ4429, производимая фирмой MAXIM. Микросхема выпускается в корпусе DIP-8 и имеет следующие характеристики:

• напряжение питания (V_DD) — 4,5… 18 В;

• максимальный выходной ток (i_out) — 6 А;

• время включения (t_r) — 25 нсек;

• время выключения (t_f) — 25 нсек.

Чтобы получить высокие характеристики стабильности и быструю реакцию на изменение характера нагрузки является способ, который сравнительно легко и надежно позволит обеспечить указанные условия, — оптическая развязка. Она позволяет ввести гальваническую изоляцию и достаточно точно отслеживать состояние напряжения на нагрузке.

Иногда разработчика может не удовлетворить линейность передачи сигнала обратной связи. Такой случай, может встретиться при проектировании высокоточных мощных следящих систем регулирования тока. Поэтому в таких системах применяется гальванически развязанные датчики тока, основанные на эффекте Холла, или более древние магнитные усилители. Датчик тока с элементом Холла представляет собой небольшую коробочку с отверстием посредине, через которую проматывается нужное количество витков силового провода нагрузки. Второй путь повышения точности передачи сигнала обратной связи — использование операционных усилителей с гальванической изоляцией. Постоянное напряжение преобразуется в таком усилителе в переменное напряжение высокой частоты (сотни килогерц), передается через развязывающий трансформатор и детектируется на выходе. Предложение прецизионных операционных усилителей с гальванической развязкой невелико, да и стоят они дорого. Поэтому использование данных методов гальванической развязки сигнала обратной связи должно быть продиктовано исключительной необходимостью. В типовых источниках питания лучшим является оптоэлектронный способ гальванической развязки обратной связи.

Для данной конструкции использована транзисторная оптопара 4N25 [7, 8]. Оптопара, условное обозначение и расположение выводов которой показаны на рис. 7 и рис. 8.

Оптопара 4N25 имеет следующие параметры:

— Max обратное напряжение светоизлучающего диода (V_R) — 5 В;

— Max постоянный ток диода (i_f) — 60 мА;

— Max импульсный ток светодиода (i_fsm) — 3 А;

— Max температура кристалла (T_j) — 125 єC;

— Max импульсный ток коллектора (i_cm) — 100 мА;

— Max постоянный ток коллектора (i_c) — 50 мА;

— Напряжение изоляции (U_io) — 3,75 кВ.

Оптопара выпускается в стандартном корпусе DIP-6.

Из графиков рис. 9 и рис. 10 хорошо видно, что для светодиода в области тока 0,1…10 мА зависимости между i_f и i_c практически линейна.

В качестве прецизионного датчика напряжения нагрузки до недавнего времени использовались операционные усилители, охваченные частотно зависимыми обратными связями. Однако в последнее время появился более компактный способ отслеживания напряжения на нагрузке. Заключается он в использовании трехвыводного опорного регулируемого стабилизатора VD3 типа TL431 [7, 8]. Этот стабилизатор проще назвать управляемым стабилитроном, напряжение стабилизации которого меняется в зависимости от того, какое напряжение подано на управляющий электрод. Функциональная схема управляемого стабилитрона показана на рис. 11, а условное обозначение на рис. 12.

Основные электрические параметры программируемого стабилитрона:

— Max ток катода (i_ka) — 150 мА;

— Min напряжение стабилизации (U_ref= U_ka) — 2,5 В.

Получение сигнала обратной связи стабилитрона осуществляется на рис. 13 следующим образом. Предположим, что резисторы R2=R3 являются делителем напряжения Uн, через оптронный светодиод в номинальном режиме будет протекать совершенно конкретный ток, определяемый падением напряжения на светодиоде и токоограничивающем резисторе R1. В номинальном режиме напряжение питания цепи светодиода составляет 2,5 В. Изменение напряжения на нагрузке в 2 раза приведет к тому, что напряжение питания светодиодной цепи возрастает до 5 вольт, увеличится ток через светодиод, транзистор оптопары приоткроется и схема управления получит информацию об изменении напряжения нагрузки.

Для служебного питания микросхем DA1 и DA2 выбирается стабилитрон КС515Г [2], его основные параметры:

— Мощность рассеяния —, 5 Вт;

— Минимальное напряжение стабилизации — 14 В;

— Номинальное напряжение стабилизации — 15 В;

— Максимальное напряжение стабилизации — 16 В;

— Статическое сопротивление (Rст) — 25 Ом, при токе (Iст) — 5 мА;

— Минимальный ток стабилизации (Iст.мин). — 3 мА;

— Максимальный ток стабилизации (Iст.макс). — 31 мА.

4. Конструкция устройства Корпус выполнен из пластмассы.

Печатная плата из фольгилированого стеклотекстолита.

Для изоляции между радиатором и транзисторами использованы теплопроводящие изолирующие подложки.

Клеммы Х1 и Х2 приклеены к корпусу-платформе. Они могут принять провод диаметром до 3,5 мм, который закрепляется прижимным винтом.

Вывод Были получены навыки разработки и конструирования структурной электрической схемы ИВЭП, схемы электрической принципиальной, расчета и выбора из справочных источников элементов схемы электрической принципиальной, построения временных диаграмм, отражающих принцип действия ИВЭП, а так же разработки печатной платы и конструкции импульсного преобразователя напряжения.

Результатом работы является довольно компактный стабилизирующий преобразователь напряжения, габариты его корпуса следующие 125×80×60.

Он обеспечивает понижение входного постоянного напряжения 220 В в выходное постоянное напряжение 100 В с максимальным током нагрузки 2А.

Список использованных источников

1. Цокур Е. И. Алгоритмы расчета силовых частей ИСН. — Казань: КАИ, 1987. — 32с.

5. Баюков А. В. Полупроводниковые приборы: диоды и тиристоры — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 744с.

6. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов — М.: САЛОН-Пресс, 2001. — 327с.

7. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному — М.: САЛОН-Пресс, 2005. — 416с.

Читайте также: