Схемотехника параметрических, линейных и импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики” МГТУ МИРЭА

Факультет радиотехнических и телекоммуникационных систем

Кафедра теоретической радиотехники и радиофизики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине “Электропреобразовательные устройства РЭС”

Тема курсовой работы “Схемотехника параметрических, линейных и импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока”

Москва 2014

Оглавление

Введение

1. Источник электропитания с импульсным регулированием

2. Источник электропитания с линейным регулированием

3. Расчет параметрического стабилизатора напряжения

Вывод

Список используемой литературы

Введение

Для выполнения курсовой работы были выбраны две схемы источников вторичного электропитания с линейным и импульсным регулированием. Импульсное регулирование реализовано на шим-генераторе SG3525 компании Моторола, а сама схема является аналогом компьютерного блока питания, только несколько упрощенным. Данная схема интересна, так как на ее основе можно построить стабилизированный источник напряжения с защитой по макс. току, от перенапряжения и автоподстройкой мощности под переменную нагрузку, с максимальной мощностью до 3-5 кВт. Схему с линейным регулированием мне было удобно разработать самому, так как была необходимость сделать источник однополярного питания с регулировкой максимального тока и напряжения мощностью около 500 Вт (аналог ТЕС 18). Характеристики моей схемы: U_вых = 0…60 В, I_вых = 0…5 А, защита по макс. току и блок управления обмотками трансформатора (БУОТ), который увеличивает КПД, подстраивая выходную мощность под нагрузку. БУОТ разгружает транзисторы от лишней рассеиваемой мощности и разгружает трансформатор при низкоомной нагрузке.

1. Источник вторичного электропитания с импульсным регулированием

Импульсный источник постоянного напряжения, можно разбить на 3 схемы.

1. Силовая часть. В этой части элементы работают с большими токами при рабочем напряжении 150 В.

2. Управляющая часть. Величина питания 12 В и токи не превышают 500 мА. Эта схема осуществляет управление выходными силовыми транзисторами, защиту по току и выходному напряжению.

3. Выпрямительная часть. Задача этой части выпрямить и сгладить напряжение, которое пойдет на нагрузку.

Силовая часть

Рис. 1. Ключевой преобразователь напряжения.

L и N это выводы для подключения к электросети 220 В 50 Гц. Вывод РЕ, предназначен для подключения общего заземлителя. Трансформатор Т1, диодный мост Gl1 и конденсатор С7, осуществляют дежурное питание ШИМ контроллера (см. Рис. 2.). R12 и диод VD6 это вывод с выхода ИИП, после запуска схема питает сама себя и дежурное питание не используется. Это нужно для увеличения стабильности питания управляющей части.

Рис. 2. Схема управления силовыми МОП транзисторами.

Дроссель L1, С1 и С2 это фильтр по питанию электросети. Он не пропускает помехи в схему и не дает проходить помехам из схемы в сеть. NTC это термистор, этот элемент имеет отрицательный температурный коэффициент. Он ограничивает пусковой ток ИИП, после начала работы он нагревается и его сопротивление уменьшается. GL2 - диодный мост с макс. током 20-30 А., выпрямляет сеть 220. Далее происходит зарядка последовательно соединенных конденсаторов С3,С4, номиналы которых равны, резисторы R1,R2 шунтирующие эти конденсаторы нужны для разрядки последних после отключения схемы. Предыдущая обвязка нужна для питания трансформатора 3.

Используется топология полумост. Для этой схемы нужно двухполярное питание, для этого и используются 2 последовательно включенных конденсатора. Точка Y является землей этой схемы, относительно нее конденсатор С3 имеет потенциал 155 В, а С4 -155В. VT1 и VT2 два силовых МОП ключа управляемых трансформатором 4, R4, R5 - разряжают затворы транзисторов и не дают превысить допустимую разность потенциалов затвор-исток в 20 В.

VD1 и VD2 шунтируют транзисторы от обратной полярности тока, в момент выключения транзистора индуктивность стремится поддержать идущий ток и начинает увеличивать напряжение, для VT1 диод VD2 открывается и большая часть тока заряжает конденсатор С4. R3 и С5 выполняет туже функцию. С6 нужен для пропуска только переменной составляющей, так как трансформатор передает энергию когда ток проходящий через него изменяется, так же как и конденсатор. Трансформатор Т2 нужен для слежения величины тока через Т3.

Управляющая часть.

ИС 1- интегральная микросхема SG3525. Это генератор прямоугольных импульсов с возможностью регулировки частоты от 20 до 200 000 Гц и коэффициента заполнения (широтно-импульсная модуляция).

Меняя ширину импульса можно регулировать величину энергии, которая подводится на первичную обмотку трансформатора 3, тем самым подстраивается напряжение под нагрузку на вторичной обмотке. Обычно, чтобы покрыть просадку на трансформаторе, вторичную обмотку мотают на большее напряжение, так чтобы выходное напряжение составляло 75% от максимального.

Питание подводится на 13 и 15 выводы в пределах 8-35 В.

5,7 выводы задают частоту осциллятора, 8 софт старт, плавный старт микросхемы, то есть после подачи питания коэффициент заполнения плавно увеличивается, а не рывком до максимального, так как в начальный момент напряжение на вторичной «0».

На 6 вывод ставят резистор, он нужен для более точной подстройки частоты. Вывод 9 - выход операционного усилителя, С18 и R7 нужны, чтобы замедлить нарастание потенциала на выходе ОУ.

11, 14 контакт - выходы А и В, они питают GDT (Gate Drive Transformers). В данной топологии схемы полумост, управляющий сигнал нужно прикладывать относительно истока соответствующего транзистора. Потенциалы истоков отличаются на 150 В. Для это используют развязывающий трансформатор 4. 1 и 2 - два входа, инвертирующий и не инвертирующий ОУ, с выхода силового трансформатора через делитель, который рассчитывают на опорный источник 5.1 В (16 вывод), заводят обратную связь так чтобы при номинальном напряжении на вторичной обмотке, на делителе было 5.1 вольта. ОУ будет увеличивать потенциал на своем выходе, пока вход 1 и 2 не уровняются.

Вывод 10 отключает микросхему при подаче активного уровня. Трансформатор тока (Т2), создавая ток через R16 создает U_R16, половина которого снимается на переменный резистор P1. При превышении допустимого уровня ИС отключается.

Защита по превышению выходного напряжения реализована через стабилитрон VD7.

Выпрямительная часть.

Рис. 3. Выходной сглаживающий фильтр

Для повышения КПД вторичная обмотка намотана со средней точкой, это позволяет использовать 2 диода для выпрямления. В этом случае прямо смещен один диод, а не два. Для выпрямления используют диоды шотки, так как падение на них меньше чем на обычных диодах, что так же повышает КПД. Дроссель 2 и конденсаторы С9, С10 образуют выходной фильтр. Vc выход питания для ИС, Vo выход для защиты по напряжению.

2. Источник вторичного электропитания с линейным регулированием

Линейный источник постоянного напряжения разбит на 2 схемы.

1. Управляющая часть. Осуществляет регулировку напряжения и тока через нагрузку.

2. Блок управления обмотками трансформатора. Подстраивает уровни входного напряжения под нагрузку, что позволяет повысить КПД за счет уменьшения рассеиваемой мощности на силовых транзисторах.

Управляющая часть.

Регулировка по напряжению реализовано на операционном усилителе с обратной связью с сопротивления нагрузки. Делитель R 10 и R 11 нужен для понижения управляющего напряжения (см. рис. 4). ОУ 1 будет открывать VT 3, пока напряжение на входах ОУ 1 не уровняется.

Рис. 4 Схема регулировки постоянного напряжения и тока на нагрузке.

Регулировка тока происходит через датчик тока R 12, ОУ 2 уменьшает потенциал базы транзистора VT 3, если ток через нагрузку превышает установленный уровень бегунком R 4. R 7 и R 8 устанавливают приоритет регулировки тока над напряжением. Конденсатор С3 замедляет скорость обратной связи, что бы цепь - VT 3, VT4, DA 1 и VT1, успела отреагировать на изменение напряжения на нагрузке, тем самым избежав режим генерации.

Блок управления обмотками трансформатора.

Схема (см. рис. 5), позволяет уменьшить максимальную рассеиваемую мощность на транзисторах с 350 до 120 ватт.

Рис. 5 Схема управления обмотками трансформатора

Через обратную связь схема следит за уровнем напряжения на нагрузке и подключает обмотки трансформатора через реле.

В данной схеме реализованы два основных правила:

1. Переключение с одной обмотки на другую должно осуществляться в устойчивое положение. Для этого использованы триггеры Шмитта, реализованных на ОУ с положительной обратной связью.

2. Переключение обмоток должно осуществляться так, чтобы избежать одновременного подключения более одного реле. Для этого эмиттеры управляющих транзисторов приподняты на 5 вольт, это позволяет использовать строгую очередность на переключение реле, а задержка определяется RC цепочкой на выходе соответствующего ОУ.

3. Расчет параметрического стабилизатора напряжения

Рассчитать однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока. Исходные данные: = 9.2 В, = 15 мА,

= 30 мА, = 17, = = 0,1, = 10 мВ/К.

По заданному выходному напряжению был выбран стабилитрон Д814Б. Его параметры (Москатов Е. А. справочник по п.п.)