Импульсный источник питания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НИЖЕГОРОДСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

Дисциплина: «Источники питания»

КУрсовое проектирование

Работу выполнил:

студент гр. 3РЭТ-10-1

Волнцхин С.Ф.

Н.Новгород 2012 г

Техническое задание

Исходные данные:

Параметры питающей сети:

UС =220 В 10 %;

fС = 50 Гц;

Параметры выходных цепей постоянного тока:

Uвых = 3 В

Iвых = 3 А

Кп = 0,2%

Кст = 120

Габариты минимальны

1. Выбор и обоснование выбора структурной схемы ИП

Анализируя исходные технические данные, выбираем схему с безтрансформаторным входом, т.к. у нас имеется ограничение по габаритам.

рис. 1 Структурная схема ИП

Назначение элементов:

Выпрямитель (В) - выпрямляет входное переменное напряжение, в постоянное, пульсирующее.

Сглаживающий фильтр (СФ) - сглаживает пульсации напряжения.

Преобразователь (Пр) - преобразование постоянного напряжения одного номинала в переменное напряжение другого номинала.

Переключающее устройство (ПУ) - транзисторы, работающие в ключевом режиме.

Трансформатор (Тр) - изменение амплитуд напряжения, тока и гальванически развязывает вход и выход.

Стабилизатор (Ст) - Обеспечивает постоянство входного напряжения с заданной точностью, при изменение входных напряжений или нагрузки в допустимых пределах.

Выбор и обоснование выбора принципиальной схемы (рис 2) :

В_вх (Выпрямитель) -- Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, так как есть возможность подключения с безтрансформаторным входом, малые габариты и хорошее качество выпрямленного напряжения.

СФ_вх (Сглаживающий фильтр) -- Выбираем емкостной фильтр, так как малые потери постоянной составляющей, прост и занимает минимальные габариты.

Рис. 2

Рис. 3 Временные диаграммы силовой цепи

Пр (Преобразователь) -- Выбираем двухтактный преобразователь напряжения, так как у него высокий КПД, и нет подмагничивания магнитопровода, как в однотактной схеме.

В_вых (Выпрямитель) -- Выбираем однофазную мостовую схему выпрямления, так как есть возможность подключения с безтрансформаторным входом, что обеспечивает малые габариты и хорошее качество выпрямленного напряжения.

СФ_вх (Сглаживающий фильтр) -- Выбираем емкостной фильтр, так как малые потери постоянной составляющей, он прост и занимает минимальные габариты.

Ст (Стабилизатор) -- Выбираем компенсационный стабилизатор постоянного напряжения с непрерывным действием, так как высокий коэффициент стабилизации.

импульсный транзистор трансформатор магнитопровод

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт стабилизатора

Задаём коэффициент пульсации на входе у стабилизатора

Где б - коэффициент изменения входного напряжения в сети, а значит и входное напряжение стабилизатора.

Определяем коэффициент изменения напряжения выпрямителя.

Задаёмся величиной внутреннего сопротивления выпрямителя.

Максимальное допустимое падение напряжения на регулируемом транзисторе.

Расчёт максимального тока потребляемого стабилизатором.

Iвхст = Iнmax = Iн + Iдоб = 3+0,3=3,03

Iдоб = (0.03 ч 0.1) • Iн,

при чём коэффициент уменьшается с увеличением тока

Вспомогательный коэффициент.

Задаемся регулировкой выходного напряжения

Коэффициент регулировки выходного напряжения. Выходное напряжение регулируется приблизительно на 20% вверх и вниз от номинала.

Определяем входные напряжения стабилизатора.

Uвхmin = Uвых вmax F = 3 • 1.2 • 1,8 = 6,5 В

Uвхном = = = 8,1 В

Uвхmax = Uвхном • Amax =8,1 • 1,2 = 9,7 В

Выбор элементной базы

Выбираем транзистор VT1

Максимальный ток

Максимальное напряжение

Максимальная мощность, рассеиваемая на транзистора

Этим условиям удовлетворяет транзистор КТ818А с параметрами

Определяем параметры опорного стабилитрона VD1 и выбор типа стабилитрона. Он должен соответствовать следующему условию:

Подставляем в это выражение , получаем и в соответствии с приведенной рекомендацией по приложению 6 выбираем стабилитрон типа 2С113А с параметрами:

Принимаем ,

Определение параметров усилительного транзистора VT2 и выбор типа транзистора

Исходя из условия , по приложению 7 выбираем транзистор ГТ109Г с достаточно высоким коэффициентом передачи тока параметры таким образом выбранного транзистора следующие параметры:

Принимаем ток коллектора транзистора

Сопротивление балластного резистора

Примем (см. приложение 8)

Сопротивление резистора ,

в котором - этот ток, протекающий по резистору , причем

Подставим значения параметров и найдем

Примем

Определяем сопротивление делителя

Из этих уравнений выводим формулы для расчетов транзисторов, при этом значение определяется следующим образом:



Определяем мощность резисторов

По полученным параметрам выбираем резисторы (по приложению 8):

: УЛИ-0,1; :УЛИ-0,5; :УЛИ-0,1; :ППБ-1; :УЛИ-0,25

Коэффициент стабилизации напряжения

выбираем

, поэтому что бы повысить включаем в цепь регулирующего элемента дополнительный транзистор VT₁', который с транзистором VT₁' схему составного транзистора. Т.к. ток коллектора дополнительного транзистора VT₁' равен току базы VT₁' т.е. , то транзистор VT₁' выбирается из следующих условий:

Исходя из полученных параметров выбираем транзистор (по приложению 7) КТ104Б с параметрами:

2.2 Расчет преобразователя

Расчёт основных параметров и выбор типа транзистора:

Выбор типа транзистора производится по значениям входного тока Iвх=Iкmax и максимального напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Uкэmax которое определяется с соответствии со следующими выражениями:

где з - КПД преобразователя и равно оно 0,65ч0,9

В соответствии со следующими данными Iкэmax = 0,12 А и Uкэmax = 744 В, выбираю транзистор типа КТ506А с параметрами:

;

;

;

;

;

Расчёт параметров делителя:

Расчёт резисторов R1, R2 делителя производится в соответствии с выражениями



где коэффициент , примем

Примем R1 = 1200 Ом согласно ряду Е-24, тогда

Примем R2 = 400 Ом согласно ряду Е-24.

Ёмкость блокировочного конденсатора С2.

Выбирается в пределах 0,5 ч 1 мкФ. Выбираю К53-14, с параметрами С = 0,68 мкФ, U = 30 В.

Конструктивный расчёт импульсного трансформатора.

Габаритная мощность трансформатора:

Формула определяется в соответствии типа выпрямителя на входе (мостовой).

Выбор типа магнитопровода:

Он определяется мощностью Pг и частотой преобразователя fп. При Pг ? 1 кВт применяют ленточные магнитопроводы тороидального вида из за малых потерь на рассеивание мощности и гистерезис. В качестве материала на частотах более 2кГц используются пермаллои марок 50НП, 65НП и 34НКМП.

В моём случае подходит тороидальный ленточный нарезной магнитопровод из пермаллоя марки 65НП с толщиной ленты = 0,05мм; Bs=1,3 Тл;

;; ;

; .

Расчёт ScS0 магнитопровода трансформатора.

Расчёт значения толщины стержня магнитопровода.

Толщина намотки ?? и ширина обмотки b рассчитываются по формулам:

Выбор типоразмера магнитопровода:

Выбираю магнитопровод ОП-20/32*-8 с параметрами: b=8мм; d=20мм; D=32мм; Ic=8,1, б=6мм; Sc=0,43см2

Определение числа витков половины коллекторной обмотки трансформатора:

Определение числа витков половины базовой обмотки трансформатора:

Определение числа витков выходной обмотки трансформатора:

Действующее значение тока в коллекторной обмотке:

Действующее значение тока в базовой обмотке:

Диаметр проводов обмоток трансформатора:

Определяется в соответствие с выражением

тогда,

Диаметр провода коллекторной обмотки:

Диаметр провода базовой обмотки:

Диаметр провода выходной обмотки:

Согласно полученным данным выбираю провод марки ПЭВ-1 (с изоляцией), где диаметры проводов обмоток с изоляцией следующие:

= 0,19 мм, ,

Проверка выбранного транзистора по тепловому режиму производится следующим образом:

Определяется максимально допустимая мощность при максимальной температуре при помощи формулы:

- без теплоотвода

- с дополнительным теплоотводом.

Определяется среднее значение мощности транзистора:



где -- мощность, рассеиваемая в области отсечки,

-- мощность, рассеиваемая в области насыщения,

0.036Вт

-- мощность, рассеиваемая в активной области, при возрастании тока коллектора от 0 до

тогда

Сравниваются полученные значения Pк.ср и Pкmax:

При сравнении необходимо чтобы , тогда 1,6 Вт > 0,146Вт, т.е данное условие выполняется, и на трансформатор не требуется дополнительный теплоотвод.

Расчет входного выпрямителя и слаживающего фильтра:

Выбор типа диодов:

Производится по значению среднего тока

, и по значению обратного напряжения, тогда

В соответствии с полученными значениями выбираю диоды VD5-8 КД202А с параметрами , ,

Расчет емкости фильтра:

где Кп% - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на выходе схемы выпрямления, т.е. на емкости С1, причем обычно .

Примем , тогда

По приложению 4 выбираю конденсатор К50-24 с параметрами:

2.3 Расчет входного выпрямителя

Выбор типа диодов:

Производится по значению среднего тока

, и по значению обратного напряжения, тогда

В соответствии с полученными значениями выбираю диоды VD1-4 КД202А с параметрами , ,

Расчет емкости фильтра:

где Кп% - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения на выходе схемы выпрямления, т.е. на емкости С1, причем обычно .

Примем , тогда

По приложению 4 выбираю конденсатор К50-24 с параметрами:



Низкий КПД всей схемы обусловлен использованием в ней компенсационного стабилизатора непрерывного действия.

Для того что повысить КПД необходимо:

1)Использование ШИМ стабилизации.

2)Использовать в качестве стабилизатора напряжения импульсный стабилизатор с более высоким КПД

3. Организационно экономическая часть

В трансформаторе применял тороидальный ленточный магнитопровод так как требуются минимальные размеры, так же в нем минимальные потери на рассеиваемости мощности и гистерезисе. Магнитопровод применял пермаллоидный, так как у него прямоугольная петля гистерезиса и она обеспечивает быстрое перемагничивание трансформатора.

Выпрямительные диоды VD1-4 выбрал типа КД202А, VD5-8 выбрал типа КД202А, потому что это диоды с барьером Шоттки и параметры у них превышают параметры обычных диодов, так же они могут работать на высоких частотах (до 200КГц, что требуется от диодов VD5-8) без снижения режимов работы. Cстабилитрон 2С113А выбрал потому, что - требовались как можно меньшие параметры ТКН (температурный коэффициент напряжения) и Rс1 (дифференциальное сопротивление стабилитрона), которые при увеличение могут сказать на работе стабилитрона, а следовательно и всего стабилизатора.

Конденсаторы С2-С3 выбрал оксидно-полупроводниковые, так как они имеют меньшие размеры по сравнению с другими и обеспечивают необходимую величину емкости, по сравнению с электролитическими. Конденсатор С1 выбрал электролитический, так как только этот тип конденсаторов способен работать на высоких напряжениях (требуется U = 310В)

Транзисторы VT1-VT2 выбирал типа КТ506А, так как только данный тип транзисторов способен работать с высокими напряжениями. Транзисторы VT3, и составной транзистор VT3' выбирал высокочастотными, близкими к требуемым параметрам, что удешевит их стоимость. Транзистор VT4 выбирал маломощным, но с высоким коэффициентом передачи.

Резисторы, кроме R1 и R2 выбирал непроволочные, так как их второстепенные параметры (емкость, индуктивность и паразитные сопротивления) минимальны, по сравнению с проволочными. Переменный резистор R6 выбирал близкий к требуемым параметрам, что уменьшит его стоимость и размер. Резисторы R1и R2 выбрал проволочные, так как у них большая мощность по сравнения с не проволочными.

Заключение

Рис. 4

Размещено на Allbest.ru

...