Лабораторный блок питания реферат
Обновлено: 04.07.2024
В повседневной жизни блоки питания применяются для преобразования параметров электроэнергии основного источника электроснабжения (например промышленной сети ) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования устройств например зарядка для телефона или любого устройства работающего от постоянного тока подключаемого в промышленную сеть таких как компьютеры.
Блок питания представленный в курсовой работе предназначен для применения в лабораториях или людьми у которых электрика является увлечением, хобби или работой. Такие люди просто обязаны иметь у себя в наличии блок питания с плавной регулировкой напряжения. Ведь работая с различной электрической и электронной техникой постоянно приходится сталкиваться с её питанием, а оно, как известно, не всегда одинаково. Постоянно искать источники питания с подходящим напряжением, тоже не выход. Схема регулятора достаточно проста в сборке даже для начинающего радиолюбителя и, главное, не содержит дорогих и дефицитных деталей.
В ходе данной курсовой работы необходимо выполнить следующие задачи: - спроектировать схему нашего электронного устройства, разобрать принцип работы схемы, дать характеристику отрицательных и положительных сторон; - провести механический расчёт конструкции, включающий расчёт частоты собственного колебания конструкции, расчёт запаса прочности при вибрациях и расчёт запаса прочности при вибрациях печатного узла; - рассчитать запас прочности при вибрациях; - произвести расчёт надёжности конструкции.
1 Описание устройства.
Схема устройства приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема регулируемого блока питания на транзисторах
Мной была разработана схема, на основе которой и будет произведён регулируемый блок питания который позволяет получить на выходе регулируемое напряжение 0-12V, при силе тока до 1,5 А. Данная схема приведена на рисунке 1. Основными её элементами будут являться трансформатор – любой, со вторичной обмоткой рассчитанной на выходное напряжение 15-18 вольт и силу тока -2 – 3 ампера (т.е. мощность трансформатора должна быть около 40 ватт). Массой 90 грамм. На входе схемы находится трансформатор ТВК-110-Л и диодный мост КД202, состоящий из кремниевых однофазных диодов, предназначенных для работы в выпрямительных схемах с максимально допустимым средним прямым током 3 А, масса такого моста составляет ≈ 8 грамм, максимальное постоянное обратное напряжение составляет 100 В, максимальный прямой ток 5 А, максимальное прямое напряжение 0,9 В. Как и любому диоду, из-за невысокого прямого напряжения в схеме необходимо использовать делители напряжений. В данном случае эту роль играет резистор.
Можно заметить, что в данной схеме используются сразу четыре резистора. Резистор R1 имеет сопротивление 390 Ом и рассеивает мощность 2 Вт. Рассеиваемая на резисторе мощность – один из важнейших его параметров. Она целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Это обусловлено тем, что если будет пущен ток выше определённого значения, резистор будет нагреваться больше, мощность будет рассеиваться больше, и он просто выйдет из строя, перестав выполнять свои функции. Резисторы R3 и R4 не имеют оговариваемого значения рассеиваемой мощности, а их сопротивления 1 кОм и 10 кОм соответственно. Помимо вышеуказанных, в схеме присутствует регулируемый резистор R3 сопротивлением 10 кОм. Его наличие позволяет изменять значение сопротивления на нём. Но делать это можно не постоянно, а при проведении каких-либо профилактических работ, связанных с устранением неполадок устройства.
На плате присутствуют и другие элементы. К примеру, транзисторы КТ315. Транзистор КТ315 изготовлен из кремния, имеет n-p-n структуру, применяется в переключателях высокой частоты, выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами, масса не более 0,5 грамма, постоянная рассеиваемая мощность коллектора 150 мВт, максимальное напряжение между коллектором и эмиттером 25 В, максимально допустимый ток коллектора 0.5 мкА. Такой транзистор предназначен в основном для работы только на высокой частоте, что ограничивает диапазон использования этого электрорадиоэлемента (ЭРЭ). И транзистор К815 так же изготовленный из кремния и имеющий n-p-n структуру массой 1 грамм с постоянной рассеиваемой мощностью коллектора 10 Вт. Также в схеме присутствует стабилитрон Д814Г. Стабилитрон вообще, как это понятно из его названия, стабилизирует напряжение цепи, работая в режиме пробоя. То есть, до наступления пробоя через стабилитрон протекает очень малый ток. Но как только наступает пробой, ток мгновенно возрастает, что позволяет поддерживать напряжение в определённом диапазоне. Конкретно же стабилитрон Д814Г изготовлен из кремния, выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами, предназначен для стабилизации напряжений в диапазоне от 9 до 10,5 В для токов стабилизации от 3 до 32 мА, прямое напряжение составляет 1 В, обратное напряжение может превышать прямое в десятки раз. Если говорить проще, то при прямом включении стабилитрон работает как диод, поэтому используется обратное включение и, соответственно, обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Последним элементом данной схемы будет являться конденсатор C1. Его ёмкость будет составлять 2200 мкФ, а номинальное напряжение равно 25 В. Конкретная модель конденсатора не указана, но можно предположить, что он будет изготовлен из кремния, как и большинство элементов. Из-за достаточно большой ёмкости, данный конденсатор будет выполнять функции фильтра. Масса не будет превышать 3,5 грамма. Так как были рассмотрены все элементы цепи, пора переходить к принципу её работы.
Трансформатор Tr1 понижает сетевое напряжение 220V до напряжения 15-18V которое поступает на выпрямитель VD1 собранный по мостовой схеме из четырех диодов. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Далее напряжение поступает на стабилизатор напряжения выполненный на стабилитроне VD2 и составном эмиттерном повторители на транзисторах VT1 и VT2.С помощью переменного резистора R2 регулируется напряжение на выходе блока питания.
Технический прогресс во всех областях предполагает самое широкое использование радиоэлектронной техники, которая прежде всего должна надёжно выполнять возложенные на неё функции. Поэтому задача повышения надёжности радиоэлектронной аппаратуры является в настоящее время одной из главных проблем современной радиоэлектроники. Ненадёжность не только резко снижает эффективность использования радиоэлектронной техники, но и приводит к огромным экономическим потерям, к неоправданному повышению стоимости эксплуатации и тормозит дальнейшее использование средств радиоэлектроники. Поэтому будущее радиоэлектронной аппаратуры в значительной степени зависит от её надёжности.
При проектировании РЭА выполняется разработка описаний нового или модернизированного технического объекта в объеме и составе достаточном для реализации этого объекта в заданных условиях. Такие описания называются окончательными и представляют собой полный комплект документации на проектируемое изделие.
Процесс проектирования делят на этапы, состав и содержание которых в значительной мере определяются природой, типом, характеристиками объекта проектирования. Выделяют следующие этапы проектирования:
1) Этап предварительного проектирования или этап научно-исследовательских работ (НИР). Любое проектируемое изделие должно либо отличаться от аналогов какими-либо характеристиками, либо аналогов не иметь. В любом случае анализ выполняемости требований заказчика требует проведения работ научно-исследовательских или расчетного характера. Результатом этапа НИР является техническое задание (ТЗ) на проектирование.
2) Этап эскизного проектирования или этап опытно-конструкторских работ (ОКР).
3) Этап технического проектирования, который состоит в выпуске полного комплекта документации на разработанное изделие.
Конструкторско-технологическое проектирование является важнейшей составной частью создания радиоэлектронных устройств (РЭУ). От успешного выполнения этого этапа во многом зависят качественные показатели РЭУ.
При разработке конструкций и технологий РЭУ радиоинженеру конструктору-технологу приходится прибегать к помощи математических методов при выборе решений и оценке их качества. При этом широко используются аналитические методы анализа. Во многих случаях оценить качественные показатели чисто аналитическими приемами весьма затруднительно, либо вообще не представляется возможным. В этих случаях прибегают к экспериментальным методам.
Поэтому, для радиоинженера конструктора-технолога важны как аналитические, так и экспериментальные математические методы, используемые при выборе конструкторско-технологических решений и оценке их качества.
Улучшение качества РЭУ представляет собой процесс непрерывного повышения технического уровня продукции, качества ее изготовления, а также совершенствование элементов производства и системы качества в целом.
Одним из важных показателей качества РЭУ является надежность. Этот показатель рассматривается в рамках теории надежности, которая устанавливает закономерности отказов изделий, обуславливает их появление, определяет методы расчета надежности, способы ее повышения.
Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения изделия и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определённые сочетания этих свойств. Для описания различных сторон этого свойства на практике пользуются показателями надежности, представляющими собой количественные характеристики одного или нескольких свойств определяющих надежность изделия.
Используют единичные и комплексные показатели надежности. Под единичным понимают такой показатель, который характеризует одно из свойств, составляющих надежность изделия. Комплексный показатель характеризует несколько свойств, составляющих надежность изделия.
Для количественного описания различных сторон надежности используют несколько групп показателей (первая группа ─ показатели безотказности; вторая группа ─ показатели ремонтопригодности).
Существует несколько методов расчета показателей надежности РЭУ. Выбор метода зависит от того, какими исходными данными располагает конструктор, и на какой стадии, проектирования производится расчет. Наиболее часто встречаются следующие методы расчетов: приближенный (ориентировочный) метод расчета; полный метод расчета. Оба метода предполагают расчет вероятностей безотказной работы изделия P(tз), которая в свою очередь учитывает три вида отказов: внезапный, постепенный и перемежающийся.
Под отказом понимают полную или частичную потерю изделием работоспособности вследствие ухода одного или нескольких параметров изделия за пределы установленных норм.
Внезапный (мгновенный) отказ ─ это такой отказ, который характеризуется скачкообразными изменениями значения одного или нескольких параметров изделия.
Постепенный (параметрический) отказ ─ отказ возникающий в результате постепенного (обычно непрерывного и монотонного) изменения значений одного или нескольких параметров изделия.
Перемежающийся отказ ─ это многократный самоустраняющийся отказ одного и того же характера.
Уточнённый расчет выполняют на заключительных стадиях проектирования РЭУ, когда выбраны типы элементов, имеются результаты расчёта тепловых режимов, виброзащищенности и т.п.
Ориентировочный расчет выполняется на начальных стадиях проектирования РЭУ, когда еще не выбраны типы и эксплуатационные характеристики элементов, не спроектирована конструкция и, естественно, отсутствуют результаты конструкторских расчетов (теплового режима, виброзащищенности и т.п.).
Иногда в ходе расчёта надёжность системы не удовлетворяет техническому заданию. В этом случае необходимо принять меры, повышающие надёжность. В общем случае эти меры можно свести к следующим:
3) Граничные испытания;
4) Приработка изделия;
К общим методам повышения надёжности относятся:
1) Правильный выбор схем и элементов схем, а так же режимов их работы;
2) Выбор соответствующих материалов конструкций, конструктивное решение РЭУ;
3) Удобство технического обслуживания аппаратуры и её восстановления;
4) Соблюдение и совершенствование технологии производства;
5) Контроль качества.
Прогнозирование является важным методом повышения надёжности, поскольку в результате его проведения получаются научно-обоснованные вероятностные данные о будущем состоянии промышленного объекта.
Граничные испытания ─ этот метод имеет перспективы на стадии проектирования аппаратуры. Сущность его заключается в экспериментальном определении области устойчивости работы системы или отдельных узлов при воздействии различных возмущающих факторов.
Приработка изделия. Приработка элементов достигается сокращением этапа приработки системы, которое характеризуется на данном этапе повышением интенсивности отказа.
Резервирование является основным средством повышения надёжности систем и устройств РЭС
Сущность метода резервирования заключается в том, что в аппаратуру вводится избыточность. Соединения изделия при этом производится так, что отказ наступает только при отказе основного изделия и всех резервных изделий.
По способу включения различают:
1) Постоянное резервирование. Пп курсовое проектирование ри оценке показателей безотказности по заданию постоянном резервировании резервные элементы подсоединены к основным, и все время работы находятся в
одинаковых с ними режимах работы.
Достоинства такого способа:
а) отсутствие кратковременных перерывов в работе;
б) простота осуществления.
а) повышенный расход ресурса резервных элементов;
б) выход из строя одного элемента приводит к изменению всех выходных параметров резервируемого узла, что ведет к изменению электрических режимов остальных параллельно включенных элементов.
Постоянное резервирование удобно при резервировании малых энергоемких элементов.
2) резервирование замещением (данный метод используется при оценке показателей безотказности по заданию на курсовое проектирование). При резервировании замещением схема проектируется таким образом, что при появлении отказа она перестраивается и восстанавливает свою работу путем замещения отказавшего элемента резервным. При резервировании замещением применяют переключатели, реле, контакторы и др. для отключения поврежденного элемента и включения резервного.
Достоинства такого способа:
а) резервная аппаратура до момента включения может находиться в облегченном или ненагруженном состоянии;
б) один или несколько резервных элементов могут быть использованы для замены любого из существующих подмножеств однотипных элементов.
а) резервная аппаратура замещает основную, при этом осуществляется перерыв в работе системы;
б) наличие переключающих элементов;
в) необходимость иметь в системе устройство поиска неисправностей.
Резервирование замещением удобно использовать при резервировании крупных функциональных узлов сложных РЭУ.
Резервирование замещением и постоянное резервирование могут быть осуществлены путем применения общего, раздельного, смешанного и скользящего соединения резервных элементов.
1. Уточнение исходных данных
Исходными данными к курсовому проекту являются:
2) Условия работы лабораторные и стационарные.
3) Заданное время работы 10000 ч.
4) Резервирование замещением (резерв нагруженный).
В схеме лабораторного блока питания, выбранной в качестве исходных данных для курсового проекта используются следующие радиоэлементы:
Раздел: Коммуникации и связь
Количество знаков с пробелами: 39245
Количество таблиц: 31
Количество изображений: 39
Лабораторные блоки питания существуют с незапамятных времён; и кое-где даже до сих пор используются древнесоветские изделия (а собственно, почему бы и нет, если они находятся в работоспособном состоянии?!). Пример, как они выглядели (один из вариантов) — здесь.
Лабораторные блоки питания могут быть импульсными и линейными, а также иметь аналоговую или цифровую регулировку параметров.
Кроме лабораторных блоков питания, существуют и более простые регулируемые блоки питания. Они позволяют только установить напряжение на выходе, а контроля и регулировки выходного тока не имеют. Они не будут рассматриваться в этой статье, хотя в каких-то случаях и могут заменить ЛБП.
Подборку начнём с простого, но мощного импульсного лабораторного блока питания LW-K3010D (обзор).
По обычаям маркировки современных ЛБП, их максимальные выходные напряжение и ток указываются прямо в наименовании (как правило). Например, для данного блока это — 30 Вольт и 10 Ампер.
Этот блок имеет чисто аналоговую настройку выходных параметров.
К положительным качествам этого блока можно отнести не только высокую отдаваемую мощность, но и вертикальную конструкцию, занимающую мало места на столе.
Цена на момент составления подборки — около $50 — 60 при доставке в Россию.
Приобрести его можно на Алиэкспресс: Вариант 1 и Вариант 2.
Далее рассмотрим семейство импульсных лабораторных блоков питания от того же производителя (Longwei), но более продвинутых и дорогих: от PS-302DF (30 В, 2 А) и до PS-1003DF (100 В, 3 А); всего — целых 10 (!) вариантов комбинаций напряжения и тока:
Это семейство блоков питания имеет всё ещё чисто аналоговое управление, но уже улучшенное: имеются регуляторы грубой и точной настройки как по напряжению, так и по току.
Кроме того, улучшена индикация: добавлены показания мощности; и все индикаторы сделаны 4-значными.
И, до кучи, блоки имеют выход USB 5V 2A для зарядки мобильников. :)
Цена — от $75 с учётом доставки за стандартный блок PS-3010DF (30 В, 10 А) ссылка; и до $126 за самый высоковольтный PS-1003DF (100 В, 3 А) ссылка.
Существует также серия похожих по параметрам импульсных блоков питания компании Wanptek, но с другим дизайном. Эта серия включает восемь блоков с разными комбинациями токов и напряжений: от NPS306W (30 В, 6 А) и до NPS1203W (120 В, 3 А).
Один из серии этих блоков может отдать напряжение до 120 В; в то время, как у конкурентов максимум обычно составляет 100 В.
Эти блоки питания имеют узкую конструкцию, занимающую мало места на рабочем столе.
Индикация может быть трёх- или четырёхзначной; имеется индикатор мощности, отдаваемой в нагрузку.
Цена блоков — от $53 и до $86.
Приобрести его можно на Алиэкспресс можно по ссылкам: Вариант 1 или Вариант 2.
Этот лабораторный блок питания имеет плоскую конструкцию, в связи с чем удобнее его будет применять на рабочем месте, оборудованном дополнительными уровнями рабочего пространства над столом.
Но, поскольку блок — импульсный, то вес его не слишком большой — около 2.2 кг; несмотря на очень высокую мощность.
Кроме того, по отзывам, его вентилятор может иметь повышенную шумность.
Цена — конечно же, не маленькая: около $157.
Посмотреть актуальные цены и/или купить блоки питания этого мощного семейства на Алиэкспресс можно здесь. По этой же ссылке можно найти другие блоки с параметрами от 16 В / 60 А до 36 В / 30 А.
Следующий лабораторный блок питания — KORAD KA3005D (30 В, 5 А).
Он не отличается высокой мощностью, зато отличается продвинутым цифровым управлением: он может запоминать несколько настроек. Кроме того, напряжение и ток могут устанавливаться с высокой точностью; что обеспечивается 4-значными индикаторами.
Блок питания — не из дешевых, цена составляет около $86 с учётом доставки.
Посмотреть актуальную цену и/или купить на Алиэкспресс можно здесь.
И, наконец, самый необычный из рассматриваемых сегодня лабораторных блоков питания — 3-канальный линейный лабораторный блок питания KORAD KA3305P.
Как и положено линейным блокам питания, он содержит много металла в виде трансформаторов и радиаторов, и потому — очень тяжелый. Его вес — 9.4 кг.
Кроме того, этот блок питания имеет возможность запоминания нескольких настроек и интерфейс USB для связи с компьютером.
Посмотреть актуальную цену и/или купить на Алиэкспресс можно здесь.
Только что приведённая небольшая подборка не может охватить всё многообразие моделей лабораторных блоков питания, но показывает основные их классы.
Лабораторные блоки питания могут отличаться не только по мощности, но и по способу управления (цифровое или аналоговое), наличию памяти режимов, индицируемым параметрам, количеству каналов, и, наконец, по способу формирования выходного напряжения — импульсные или линейные блоки питания.
Линейные блоки питания — самые дорогие и тяжелые, поэтому их применение должно быть технически оправдано. Обычно они применяются в тех сферах, где предъявляются повышенные требования к уровню высокочастотных пульсаций и помех.
Во всех остальных случаях можно применять импульсные блоки питания, цена на которые — достаточно гуманная.
4. Лабораторный источник питания с регулировкой тока ограничения
Лабораторный источник питания с регулировкой тока ограничения
Для настройки или ремонта радиотехнических устройств необходимо иметь несколько источников питания. У многих дома уже есть такие устройства, но, как правило, они имеют ограниченные эксплуатационные возможности (допустимый ток нагрузки до 1 А, а если и предусмотренатоковая защита, то она инерционна или без возможности регулировать — триггерная). В общем такие источники по своим техническим характеристикам не могут конкурировать с промышленными блоками питания. Приобретать же универсальный лабораторный промышленный источник довольно дорого.
Использование современной схемотехники и элементной базы позволяют сделать в домашних условиях источник питания, по основнымтехническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам. При этом он может быть простым в изготовлении и настройке.
Основные требования, которым должен удовлетворять такой источник питания: регулировка напряжения в диапазоне 0. 30 В; способность обеспечить ток в нагрузке до 3 А при минимальных пульсациях; регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание защиты потоку должно быть достаточно быстрым, чтобы исключить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.
Возможность плавно регулировать в источнике питания ограничения тока позволяет при настройке внешних устройств исключить их повреждение.
Всем этим требованиям удовлетворяет предлагаемая ниже схема универсального источника питания. Кроме того, данный блок питания позволяетиспользовать его в качестве источника стабильного тока (до 3 А).
Основные технические характеристики источника питания:
плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 30 В;
напряжение пульсации при токе 3 А не более 1 мВ;
плавная регулировка тока ограничения (защиты) от 0 до 3 А;
коэффициент нестабильности по напряжению не хуже 0,001%/В;
коэффициент нестабильности по току не хуже0,01%/В;
КПД источника не хуже 0,6.
Электрическая схема источника питания, рис. 4.10, состоит из схемы управления (узел А1), трансформатора (Т1), выпрямителя (VD5. VD8), силового регулирующего транзистора VT3 и блока коммутации обмоток трансформатора (А2).
Схема управления (А1) собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе, и питается от отдельной обмоткитрансформатора. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства. А для облегчения теплового режима работы силового регулирующего транзистора применен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в
зависимости от уровня выходного напряжения при помощи реле К1, К2. Что позволяет, несмотря набольшой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.
Блок коммутации (А2), чтобы при помощи всего двух реле обеспечить переключение четырех отводов трансформатора, выполняет их включение в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения уровня 7,5 В — включается К1; при превышения уровня 15 В включается К2; при превышении 22В—отключается К1 (в этом случае с обмоток трансформатора поступает максимальное напряжение). Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD11. VD13). Отключение реле при снижении напряжения выполняется в обратной последовательности, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т.е. когда напряжение снизится на это значение ниже чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.
Схемауправления (А1) состоит из стабилизатора напряжения и стабилизатора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от положения регулятора "I" (R18).
Стабилизатор напряжения собран на элементах DA1.1-VT2-VT3. Работает схема стабилизатора следующим образом. Нужное выходное напряжение устанавливается резисторами "грубо" (R16) и "точно".
Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.
Связанные рефераты
Ахмадуллин Лабораторный источник питания
. ОБЗОР……………………………………………… 1.1 Источник питания стабилизированный B3-701.1………… 1.2.
Лабораторная по электронике" Исследование схем и
2 Стр. 97 Просмотры
Источник питания
. монитора. Теоретические сведения. t t t Источник питания (в дальнейшем.
9 Стр. 89 Просмотры
Источники питания
. Источники питания сварочной дуги Классификация методов сварки. Электродуговая.
13 Стр. 120 Просмотры
источники питания
. Введение Источники питания (ИП). Основными и наиболее надежными.
Читайте также: