Моделирование импульсного преобразователя

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Общие требования к источникам электропитания электронных средств

1.2 Импульсные трансформаторы

1.3 Транзисторы

1.4 Основные сведения о помехоподавляющих фильтрах

1.4.1 Выбор типа фильтра

2. Принцип работы преобразователя напряжения

2.1 Структурная схема

2.2 Описание работы схемы

3. Эмуляция в среде Multisim

3.1 Замена отечественных элементов зарубежными аналогами

3.2 Моделирование в среде Multisim

Заключение



ВВЕДЕНИЕ

Целью данной работы является разработка импульсного блока питания рассчитанного на нагрузку в 5 вольт, 4 ампера. Необходимое устройство разработано и представлено в данной работе. При проектировании блока питания подобрано оптимальное соотношение рабочих узлов обеспечивающих стабильную работу преобразователя. Рабочая схема данного устройства была смоделирована и протестирована в среде Multisim.

импульсный преобразователь моделирование нагрузка



1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие требования к источникам электропитания электронных средств

Источники электропитания электронных средств характеризуются следующими основными параметрами: показателями надежности работы;

значениями и отклонениями напряжения и тока входной сети (системы электроснабжения);

значением, нестабильностью и пульсацией выходного напряжения при воздействии влияющих величин;

наличием защиты при аварийных режимах; коэффициентом полезного действия; габаритными размерами и массой.

Степень важности отдельных показателей определяется конкретным видом нагрузки и условиями эксплуатации, однако для любого источника надежность работы является его важнейшей характеристикой. Она оценивается временем наработки на отказ и вероятностью безотказной работы. Выбор показателей надежности определяется назначением электронных средств. Так, наибольшую наработку на отказ должна обеспечивать аппаратура, размещаемая на необслуживаемых объектах .Наибольшая вероятность безотказной работы требуется от электронных средств, функционирование которых в течение заданного (сравнительно небольшого) времени должно быть гарантировано. К таким объектам относятся медицинская аппаратура, ракетная техника и т.п. Наработка на отказ отдельных составных частей (функциональных узлов) источников электропитания обычно находится в пределах (50 . .. 100) * 10³ ч, а наработка на отказ источников электропитания в пределах j(20... 70)-10³ ч. Вероятность безотказной работы источников и их функциональных узлов составляет примерно 0,95 за 1000 ч непрерывной работы.

Значение пульсаций выходного напряжения ИЭП определяет его электромагнитную совместимость с нагрузкой. Электронные средства, выполненные на цифровых компонентах, предъявляют умеренные требования к пульсациям источников электропитания. Так, для электропитания цифровых микросхем допустимо напряжение постоянного тока с переменной составляющей не более 1 %. Для аналоговой аппаратуры в большинстве случаев допустима пульсация (0,1...0,2) % от уровня выходного напряжения. К источникам электропитания высокого напряжения передающих устройств могут предъявляться требования по значениям и составу гармонических составляющих выходного напряжения. Наличие этих требований определяется режимом обработки сигнала в приемопередающей аппаратуре (непрерывный, квазинепрерывный, импульсный).

Изменение входного тока источника электропитания при динамическом характере нагрузки определяет возможность его электромагнитной совместимости с системой электроснабжения, особенно с системой ограниченной мощности. Уровень электромагнитных помех со стороны источника электропитания в систему электроснабжения в существенной степени зависит от значения реактивной составляющей входного тока, а при коммутации переменного тока -- также от мгновенного значения входного напряжения. Применение входного фильтра уменьшает пульсации на входе источника как со стороны системы электроснабжения, так и со стороны самого источника. Помехи от источника электропитания не должны превышать значений, установленных в нормативно-технической документации.

Нестабильность выходного напряжения стабилизирующего ИЭП до 2% от номинального напряжения для многих видов нагрузок (в том числе передающих и индикаторных устройств) может быть приемлемой. В отдельных случаях требования могут быть более жесткими и отклонение напряжения от номинального не должно превышать 1 %. Наибольшее влияние на нестабильность выходного напряжения оказывают диапазоны изменения температуры окружающей среды и выходного тока. При импульсном характере и широком диапазоне изменения тока, потребляемого нагрузкой, обеспечение требований по нестабильности выходного напряжения может вызвать значительное усложнение схемы и конструкции. Нестабильность выходного напряжения в течение заданного промежутка времени (например, в течение 24 ч) может быть задана не более 0,02 %.

Нестабильность выходного напряжения высоковольтных источников электропитания должна обеспечиваться не только схемными, но и конструктивно-технологическими мерами. Это вызвано тем, что наличие высокого напряжения является предпосылкой для увеличения токов утечки. В маломощных устройствах под воздействием влияющих величин (в первую очередь -- повышенной влажности) токи утечки могут быть сравнимы с выходным током, что приведет к изменению выходного напряжения.

Коэффициент полезного действия источника электропитания во многом определяется сочетанием выходных напряжений и тока. При одинаковой выходной мощности источники с более высоким выходным напряжением, как правило, имеют более высокий КПД. Однако в маломощных ИЭП высокого напряжения (например, в источниках электропитания ЭЛТ) получение высокого КПД затруднено, так как режим их работы близок к режиму холостого хода. В источниках с большими выходными токами КПД определяется в основном мощностью тепловых потерь и возможностью ее отвода от источника при заданных условиях охлаждения и конструктивном исполнении. В низковольтных источниках электропитания КПД обычно составляет: при непрерывном преобразовании 45. .. 55 %, при импульсном преобразовании 75.. .80 %. В источниках высокого напряжения при выходной мощности до 1 кВт оптимальный КПД составляет примерно 55...70 %.

Технические требования к характеристикам источников электропитания должны выполняться в заданных условиях эксплуатации электронных средств. Эти условия определяются назначением аппаратуры, в которой используются источники, и могут существенно различаться. Если электронные средства размещаются в отапливаемом помещении, то они рассчитываются на температуру окружающей среды от +5 до +40°С, атмосферное давление не ниже 460 мм рт.ст. и относительную влажность воздуха 95 % при температуре 30°С. Если электронные средства размещаются на подвижных наземных носителях (колесных и гусеничных самоходах), то диапазон изменения температуры расширяется от --50 до +65°С, а относительная влажность воздуха повышается до 98... 100 %.

Источники электропитания должны выдерживать циклическое изменение температуры окружающей среды. Особенно критичны к такому режиму герметизируемые конструкции, а также устройства высокого напряжения, для конструкций которых характерна большая толщина слоя изолирующего компаунда. Значительный перепад температур обычно имеет место при подъеме и последующем снижении аппаратуры. Так, при подъеме на высоту более 9 000 м температура окружающей среды за короткое время достигает -- 60°С. При эксплуатации в составе самолетной аппаратуры источники электропитания должны сохранять работоспособность в условиях атмосферного давления 5 мм рт.ст.

К источникам электропитания электронных средств предъявляются также требования устойчивости к воздействию проникающей радиации. В этом случае необходимо учитывать обратимые и необратимые изменения, происходящие в полупроводниковых структурах, конденсаторах, электромагнитных компонентах и др. Наиболее критичным параметром для высоковольтной конструкции ИЭП является сопротивление изоляции. При плотности потока нейтронов 10¹¹см²-с^-1 и мощности дозы 7-излучения 10³ Р/с сопротивление изоляции может снижаться на несколько порядков.

Конструкции источников электропитания (помимо допустимых значений массы и объема) должны обеспечивать заданный температурный режим, уровень технологичности, уровень унификации, уровень миниатюризации, а также удобство обслуживания и безопасность работы обслуживающего персонала.

1.2 Импульсные трансформаторы

Устройство и принцип работы трансформатора

Очень важным элементом импульсной техники является трансформатор. Трансформатор - устройство для передачи импульсной энергии (переменной составляющей) из одной электрической цепи в другую посредством магнитного поля и обеспечивающее:

а) гальваническую развязку источника и приемника энергии

б) согласование импедансов источника и приемника энергии

в) преобразование уровня напряжений (токов)

г) возможность передачи энергии в несколько гальванически развязанных цепей.

Импульсный трансформатор служит для передачи импульсных (широкополосных) сигналов, поэтому кроме энергетических параметров, нужно еще учитывать и его частотные свойства. На практике частотная область применения трансформаторов лежит в диапазоне порядка от 10 Гц до 1 ГГц.

Принципиально все трансформаторы устроены одинаково и представляют собой две или более катушек индуктивности, связанных общим магнитным полем.



а) 6)

Рис.1.1.1 Трансформаторы: без сердечника и с ферромагнитным сердечником

Катушка, к которой прикладывается источник переменного напряжения E, называется первичной обмоткой. Остальные обмотки называются вторичными. К вторичной обмотке подключается нагрузка Rh.

Принцип работы трансформатора следует из закона электромагнитной индукции или закона Фарадея. Напряжение первичной обмотки E₁ (оно же напряжение подключенного источника) связано с магнитным потоком Ф, проходящим через каждый виток первичной обмотки, следующим соотношением:

где w_j - число витков первичной обмотки.

Аналогично, ЭДС, наведенная во вторичной обмотке с числом витков w2:

Отсюда следует, что коэффициент передачи напряжения или коэффициент трансформации n определяется лишь отношением витков:



Разберем подробнее, какие процессы происходят в трансформаторе. Для простоты возьмем две обмотки с одинаковым числом витков и соберем схему на Рис.3.1.2 а.

а) б)

Рис.3.1.2 Трансформатор с полным перекрытием обмоток (а) и его эквивалентная схема (б)

Пусть каждая обмотка имеет индуктивность L. Расположим их так, чтобы магнитный поток Ф, создаваемый первичной обмоткой, полностью охватывался вторичной обмоткой. В этом случае говорят, что коэффициент связи обмоток к равен единице. Как известно, падение напряжения на индуктивности связано с магнитным потоком следующим соотношением:

,

где I- ток, протекающий через индуктивность.

Запишем 2-й закон Кирхгофа для получившейся цепи:



М - это взаимная индуктивность, то есть индуктивность вторичной обмотки, «видимая» со стороны первичной и наоборот, а M(dl2/dt) - напряжение, наводимое вторичной обмоткой в первичном контуре. Взаимная индуктивность M определяется через коэффициент связи к:

Для к=1 и Lj=L2=L получаем M=L.

Таким образом, записанные уравнения дают нам эквивалентную схему трансформатора, представленную на рисунке 3.1.2 б. В rj входит внутреннее сопротивление источника, сопротивление провода обмотки и т.п., а в r₂ - сопротивление нагрузки вместе с сопротивлением проводов и прочими потерями. Если пренебречь величиной r_j , то видно, что напряжение источника полностью оказывается приложенным к нагрузке, совпадает по величине (в случае w_j=w₂) и фазе. Трансформатор как индуктивный элемент присутствует на схеме в виде параллельной индуктивности L_M, которая называется индуктивностью намагничивания и в нашем случае равна L. Напряжение источника, приложенное к трансформатору, вызывает изменяющийся ток намагничивания, а изменение тока в свою очередь создает напряжение на вторичной обмотке. Таким образом, главный принцип работы трансформатора - наличие постоянно изменяющегося тока в индуктивности намагничивания. Скорость изменения тока пропорциональна величине мгновенного напряжения на обмотках. Отсюда следует, что не весь ток источника попадает в нагрузку, часть его необходима для поддержания тока намагничивания.

1.3 Транзисторы

Транзимстор (англ. transistor), полупроводниковый триод -- радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи. Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде.

В полевых и биполярных транзисторах управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока. Это усилительное свойство транзисторов используется в аналоговой технике (аналоговые ТВ, радио, связь и т. п.). В настоящее время в аналоговой технике доминируют биполярные транзисторы (БТ) (международный термин -- BJT, bipolar junction transistor). Другой важнейшей отраслью электроники является цифровая техника (логика, память, процессоры, компьютеры, цифровая связь и т. п.), где, напротив, биполярные транзисторы почти полностью вытеснены полевыми.

На принципиальных схемах обозначается «VT» или «Q». В русскоязычной литературе и документации до 1970-х гг. применялись обозначения «Т», «ПП» (полупроводниковый прибор) или «ПТ» (полупроводниковый триод)

Обозначение транзисторов разных типов.

Условные обозначения:

Э -- эмиттер, К -- коллектор, Б -- база;

З -- затвор, И -- исток, С -- сток.

Ниже приведена формальная классификация токовых транзисторов, где рабочее тело представляет собой поток носителей тока, а состояния между которыми переключается прибор определяется по величине сигнала: малый сигнал -- большой сигнал, закрытое состояние -- открытое состояние, на которых реализуется двоичная логика работы транзистора. Современная технология может оперировать не только электрическим зарядом, но и магнитными моментами, спином отдельного электрона, фононами и световыми квантами, квантовыми состояниями в общем случае.

Помимо основного полупроводникового материала, применяемого обычно в виде монокристалла, транзистор содержит в своей конструкции легирующие добавки к основному материалу, металлические выводы, изолирующие элементы, части корпуса (пластиковые или керамические). Иногда употребляются комбинированные наименования, частично описывающие материалы конкретной разновидности (например, «кремний на сапфире» или «металл-окисел-полупроводник»). Однако основными являются транзисторы на основе кремния, германия, арсенида галлия.

Принцип действия и способы применения транзисторов существенно зависят от их типа и внутренней структуры, поэтому подробная информация об этом отнесена в соответствующие статьи.



Биполярный транзистор -- трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) -- электронный тип примесной проводимости, p (positive) -- дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» -- «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора -- бомльшая площадь P-n-перехода. Кроме того, для работы транзистора необходима малая толщина базы.

Устройство и принцип действия



Рис.1.3.1

Упрощенная схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых слоёв: эмиттера E, базы B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN (эмиттер ? n-полупроводник, база ? p-полупроводник, коллектор ? n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие невыпрямляющие контакты. База расположена между эмиттером и коллектором и слаболегирована, поэтому имеет большое омическое сопротивление. Общая площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта коллектор-база (это делается по двум причинам -- большая площадь перехода коллектор-база увеличивает вероятность захвата неосновных носителей заряда из базы в коллектор и, так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включен с обратным смещением, что увеличивает тепловыделение, способствует отводу тепла от коллектора), поэтому биполярный транзистор общего вида является несимметричным устройством (нецелесообразно путем изменения полярности подключения поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате аналогичный исходному биполярный транзистор -- инверсное включение).

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1]. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны), и переносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент б, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = б Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента б 0,9--0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен в = б/(1 ? б), от 10 до 1000. Таким образом, малым током базы можно управлять значительно бомльшим током коллектора.

Режимы работы биполярного транзистора

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база -- в обратном (закрыт)

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора p-n-p типа), для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид UЭБ<0;UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход -- прямое.

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия электронов через переход (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,7 В). Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,7 В, или IБ=0.

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.



1.4 Основные сведения о помехоподавляющих фильтрах

В соответствии с расположением полосы пропускания фильтра относительно полосы помехоподавления в частотном спектре различают четыре класса помехоподавляющих фильтров, амплитудно-частотные характеристики которых показаны на рис.1.4

· фильтры нижних частот;

· фильтры верхних частот;

· полосовые фильтры;

· режекторные фильтры.

рис.1.4



Для решения конкретных задач по обеспечению надежности функционирования, совместимости, помехозащищенности аппаратуры и других традиционных задач электромагнитной совместимости (ЭМС) чаще всего используются полосовые и режекторные фильтры.

Для целей обеспечения помехозащищенности информационных сигналов и защиты информации, обрабатываемой в технических средствах, от утечки по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок, как правило, используются широкополосные LC-фильтры нижних частот.

Возможно применение активных фильтров на основе микросхем (операционных усилителей). Это может быть целесообразно в тех случаях, когда пассивные LC-фильтры становятся очень громоздкими при понижении частоты среза до звуковых частот, когда даже при выборе относительно малой емкости (например, 0,01 мкФ) дроссель становится несоизмеримо большого размера и массы. В активном фильтре операционный усилитель преобразует импеданс подключаемой к нему RС-цепи так, что устройство ведет себя как индуктивность.

1.4.1 Выбор типа фильтра

Выбор необходимого типа фильтра зависит от электрической характеристики системы, в которую он должен быть установлен, требований по эффективности подавления помех, в том числе частоты среза и верхней предельной частоты ослабления, т.е. частотных характеристик фильтруемой цепи, а также требований, определенных условиями эксплуатации, и от реальных ограничений по установке фильтра в аппаратуре. Все эти факторы увязываются с электрическими характеристиками фильтра.

Основные критерии выбора помехоподавляющего фильтра показаны на рис. 1.4.1 Конфигурация электрической схемы фильтра выбирается из следующих соображений.

Фильтр С-типа представляет собой фильтр с малой индуктивностью, работающий как проходной конденсатор, шунтирующий помеху на землю. Хорошо работает при высоких импедансах источника и нагрузки. Выше частоты среза крутизна характеристики вносимого затухания составляет 20 дБ на декаду. Следует избегать использования этого фильтра в цепях, в которых возможны перенапряжения или нестационарные процессы.

Фильтр Г-типа следует применять там, где импедансы источника и нагрузки существенно различны. Индуктивность должна быть обращена к низкоомной цепи. Выше частоты среза крутизна характеристики вносимого затухания составляет 40 дБ на декаду.

Фильтр П-типа имеет два проходных конденсатора, шунтирующие помеху на землю, и индуктивность между ними. Такой фильтр представляет собой высокое сопротивление по переменному току как для источника, так и для нагрузки. Больше всего подходит для применения в цепях с высокими, относительно равными по величине импедансами источника и нагрузки. Выше частоты среза крутизна характеристики вносимого затухания составляет 60 дБ на декаду

Фильтры 2П-типа, 2Т-типа и другие применяются в условиях, сходных с условиями применения фильтров П- и Т-типа, но где предъявляются более высокие требования к характеристикам фильтра или требуется эффективное подавление помех в нижней части рабочего диапазона частот до 10 кГц. Применяются многоэлементные композиции из 5-ти и более индуктивностей и проходных конденсаторов. Большая крутизна характеристики вносимого затухания в таких фильтрах требуется для того, чтобы не допустить вносимого затухания на частотах сетей электропитания, а также в линейных фильтрах, предназначенных для телефонных линий и линий передачи данных.

Структуры типа С, П и 2П дают возможность достижения более высокого вносимого затухания в тех случаях, когда сопротивление источника и нагрузки более 50 Ом. Структуры Т и 2Т дают возможность достижения более высокого вносимого затухания в тех случаях, когда сопротивления источника и нагрузки меньше 50 Ом.

Более сложные многозвеньевые фильтры (Чебышева, Баттерворта, Бесселя) представляют сочетание единичных звеньев.

При необходимости в электрическую схему сетевых фильтров могут включаться элементы подавления нестационарных процессов.

Если фильтр будет использоваться в основном в сети переменного тока, то имеются требования по максимально допустимому току утечки. Если фильтр будет использоваться в основном в цепи постоянного тока, то он выбирается на соответствие напряжению при постоянном токе. При вероятности возникновения перенапряжений, выбросов тока и других нестационарных процессов на кабелях электропитания, рекомендуется на входе фильтра ставить индуктивность (звено Г или Т), которая будет в какой-то мере ослаблять возможные выбросы напряжений, обеспечивая определенную степень защиты конденсатора, как более чувствительного к нестационарным процессам элемента.

Помехоподавляющие фильтры выпускаются как зарубежными фирмами, так и предприятиями отечественной промышленности. Предприятиями электронной промышленности РФ выпускаются:

· сетевые помехоподавляющие фильтры корпусные;

· сигнальные проходные керамические помехоподавляющие фильтры;

· ферритовые помехоподавляющие изделия и элементы;

электрические соединители, экранированные и с помехоподавляющими фильтрами-контактами.

Среди сетевых помехоподавляющих фильтров (СПФ), выпускаемых отечественной промышленностью, получили распространение фильтры, параметры которых приведены в табл. 8.1. Эти фильтры представляют собой n-звенные пассивные LC-фильтры, выполненные в герметичных металлических корпусах. Соединение входа-выхода фильтра с электросетью и нагрузкой осуществляется с помощью проходных контактов, состоящих из вывода, запрессованного в изолирующую втулку. Наружные металлические детали фильтра защищены от коррозии гальванопокрытием.

Почти все типы фильтров залиты эпоксидньм компаундом и рассчитаны на жесткие условия эксплуатации с гарантированным сроком не менее 5 лет со дня изготовления. В отличие от ранее разработанных фильтров (типов ФП, ФПВЧ, ФПС и др.) в этих фильтрах при синтезе их частотных характеристик были использованы паразитные параметры элементов и дроссели на составных магнитопроводах, что позволило значительно улучшить их удельно-объемные и удельно-весовые характеристики.

Среди отечественных сетевых помехоподавляющих фильтров в последнее время нашли широкое распространение пассивные LC-фильтры типа ФПБМ, ФСШК, ФСМА, которые соответствуют требованиям Гостехкомиссии России по защите от утечки секретной информации за счет побочных электромагнитных излучений и наводок.



2. ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 структурная схема

220?

2.2 Описание работы схемы

Данный источник может применяться для питания любой нагрузки мощностью до 20 Вт и имеет меньшие габариты, чем аналогичный, но с понижающим трансформатором, работающим на частоте 50 Гц.

Источник питания выполняется по схеме однотактного импульсного высокочастотного преобразователя. На транзисторе собран автогенератор, работающий на частоте 20...40 кГц (зависит от настройки). Частота настраивается емкостью С5. Элементы VD5, VD6 и С6 образуют цепь запуска автогенератора.



Во вторичной цепи после мостового выпрямителя стоит обычный линейный стабилизатор на микросхеме, что позволяет иметь на выходе фиксированное напряжение, независимо от изменения на входе сетевого напряжения (187...242 В). Импульсный трансформатор выполняется на ферритовом сердечнике М2500НМС или М2000НМ9 типоразмера LU5X5. Намотка сделана проводом ПЭЛ-2. Обмотка 1-2 содержит 600 витков провода диаметром 0,1 мм, 3-4 - 15 витка диаметром 0,25 мм, 5-6 - 10 витков того же провода, что и первичная обмотка.

В случае необходимости вторичных обмоток может быть несколько (на схеме показана только одна), а для работы автогенератора необходимо соблюдать полярность подключения фазы обмотки 5-6 в соответствии со схемой. Настройка преобразователя заключается в получении устойчивого возбуждения автогенератора при изменении входного напряжения от 187 до 242 В. Резистор R2 может иметь номинал 150...300 кОм, а конденсатор С5 - 6800...15000 пФ.



3. ЭМУЛЯЦИЯ В СРЕДЕ MULTISIM

3.1 Замена отечественных элементов зарубежными аналогами

В связи с отсутствием необходимых элементов в базе Multisim возникла потребность замены на аналогичные зарубежные, максимально подходящие по своим характеристикам.

КД 258В	BAS19
КД 510А	1N4448
КС 156А	BZX79-C5V6
КТ872А	BD243B
КР142НЕ8	MC7805BT

3.2 Моделирование в среде Multisim

Модель импульсного преобразователя смоделирована на зарубежных элементах. Данная схема (Рис.3.2.1) протестирована в виртуальной среде и является стабильной и рабочей, отвечающей требованиям данного курсового проекта.



Рис.3.2.1



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данного проекта был спроектирован импульсный блок питания, преобразующий входное переменное напряжение 20 вольт в постоянное 5-ти вольтовое на выходе схемы, данный преобразователь выдерживает нагрузку в 4 ампера (20Вт). Была собрана и протестирована виртуальная модель данного блока в среде multisim. Полученная схема является стабильной и рабочей, она полностью удовлетворяет задание данного курсового проекта.

Размещено на Allbest.ru

...