Стабилизированный источник вторичного электропитания
Источник вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, построенный на полупроводниковой основе с учетом современного развития микроэлектронной техники. Расчет выпрямителя, работающего на емкость, а также оценка качества работы стабилизатора.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 21.12.2012 |
| Размер файла | 418,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
За последние годы резко увеличились темпы технического прогресса, научно-технической революции во многих областях современной техники и, прежде всего в радиоэлектронике и автоматике.
Радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходило развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии, обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного - однофазного или многофазного - токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока; требуемую форму напряжений переменного тока, постоянного угла сдвига их фаз и высокую стабильность их частоты и т.д.
Полученные в этой области результаты, а именно обеспечение высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.
Средством вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры называется функциональная часть радиоэлектронной аппаратуры, использующая электроэнергию, получаемую от системы электроснабжения или источника питания электроэнергией и предназначенную для формирования вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
Источник вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры (ИВЭП) представляет собой средство вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры обеспечивающее вторичным электропитанием самостоятельные приборы или отдельные цепи комплекса радиоэлектронной аппаратуры.
Источники вторичного электропитания состоят из функциональных узлов вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, выполняющих одну или несколько функций, например, функции выпрямления, стабилизации, усиления, регулирования и т.д.
Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры могут быть классифицированы по следующим параметрам:
По типу питающей сети - на ИВЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока, на ИВЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока, и на ИВЭП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока.
По напряжению на нагрузке - на ИВЭП низкого (до 100 В), среднего (от 100 до 1000 В) и высокого напряжения (свыше 1000 В).
По мощности нагрузки - на ИВЭП малой (до 100 Вт), средней (от 100 Вт до 1 кВт) и большой мощности (свыше 1кВт).
По роду тока нагрузки - на ИВЭП с выходом на переменном токе и ИВЭП с выходом на постоянном токе.
По числу выходов - на одноканальные ИВЭП, имеющие один выход постоянного или переменного тока, и многоканальные ИВЭП, имеющие два или больше выходов постоянного или переменного токов.
По стабильности напряжения на нагрузке - на стабилизирующие и не стабилизирующие ИВЭП.
Стабилизирующие ИВЭП содержат в своем составе стабилизатор напряжения или тока и в свою очередь разделяются:
По характеру стабилизации напряжения или тока на нагрузке - на ИВЭП с непрерывным регулированием и с импульсным регулированием;
По характеру обратной связи:
параметрические
компенсационные;
По точности стабилизации выходного напряжения
на ИВЭП с низкой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность выходного напряжения при воздействии всех дестабилизирующих факторов более 2-5%),
на ИВЭП со средней стабильностью напряжения (суммарная нестабильность не более 0,5-2%),
ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность 0,1-0,5%) и прецизионные ИВЭП (суммарная нестабильность менее 0,1%);
По виду стабилизируемого параметра - стабилизаторы напряжения и стабилизатора тока.
В данной работе рассматривается ИВЭП, построенный на полупроводниковой основе с учетом современного развития микроэлектронной техники.
радиоэлектронный аппаратура выпрямитель стабилизатор
1. Обзор технической литературы
Качество работы электронной схемы в значительной степени определяются стабильностью источников питания. Напряжение питания должно оставаться постоянным при колебаниях напряжения, частоты сети, изменениях нагрузки, температуры.
Наиболее широкое распространение получили стабилизаторы постоянного напряжения, включаемые между выпрямителем и потребителем электрической энергии. Транзисторы и кремниевые стабилитроны позволяют создавать простые и совершенные стабилизаторы с широким диапазоном выходных напряжений и токов. Минимальное выходное сопротивление позволяет устранить нежелательное влияние остальных узлов схемы.
По способу регулирования различают две основные группы стабилизаторов напряжения: непрерывные (линейные) и импульсные.
Среди непрерывных стабилизаторов напряжения (НСН) выделяют:
- параметрические стабилизаторы напряжения (ПСН)
- компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН).
ПСН наиболее простые характеризуются невысоким коэффициентом стабилизации и большим выходным сопротивлением.
R1 R2
VD2
UП VD1
VD3
Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) (для примера параллельный стабилизатор), в котором управляющий элемент включается между выходом и землей применяется принципиально для генерации напряжения. В таком ИСН транзистор, работающий в режиме импульсного ключа периодически прикладывает к нагрузке полное не стабилизированное напряжение. На каждом импульсе запасается энергия LI2/2, которая передается на конденсатор сглаживающего фильтра (чтобы поддерживать ток и напряжение в нагрузке между импульсами). Выход по обратной связи сравнивается с эталонным и изменяется длина управляющего импульса.
ИСН имеют много преимуществ:
- могут генерировать выходное напряжение, превышающее нестабилизированное входное, а также напряжение противоположной полярности;
- имеют высокий коэффициент стабилизации;
- малое выходное сопротивление;
Но ИСН имеют и свои недостатки:
- выход по постоянному току имеет некоторый «шум», который может попасть на вход;
- имеют плохую репутацию в отношении надежности (при катастрофическом отказе могут возникать пиротехнические эффекты);
- относительная сложность схемы;
- повышенный уровень пульсаций выходного напряжения;
- худшие, по сравнению со стабилизаторами непрерывного действия, динамические характеристики;
Все это несколько ограничивает область применения импульсных стабилизаторов напряжения.
В данной работе мы откажемся от разработки источника такого типа в виду отсутствия, как-то материальной базы, так и острой необходимости в стабилизаторе такого типа. Данные, заданные в Т.З. вполне удовлетворяют схема компенсационного стабилизатора напряжения (КСН).
Такие стабилизаторы кроме функции стабилизации выходного напряжения обеспечивают возможность плавной регулировки и точной установки требуемого значения выходного напряжения; их входная мощность и К.П.Д. значительно выше, чем у параметрических стабилизаторов.
К КСН относятся стабилизаторы напряжения непрерывного действия и представляют собой устройство автоматического управления, которое с заданной точностью поддерживает напряжение на нагрузке независимо от входного напряжения и тока нагрузки. Такие стабилизаторы отличаются от параметрических большим коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением. Структурная схема последовательного типа представлена на рисунке.
РЭ
UП Rн
УПТ ИЭ
РЭ - регулирующий элемент;
УПТ - усилитель постоянного тока;
ИЭ - измерительный элемент
Схему КСН обычно строят из полупроводникового РЭ, включенного последовательно или параллельно нагрузке.
Рассмотрим КСН последовательного типа. Такой КСН представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с фиксирующим напряжением базы. Эта схема работает без усилителя в цепи ОС. Применив каскад усиления, можно значительно увеличить коэффициент стабилизации и уменьшить входное сопротивление. Обычно РЭ представляет собой каскадное соединение транзисторов, называемое составным транзистором. В таком случае удобно соединять все транзисторы одним эквивалентным. Применение составного регулирующего транзистора позволяет существенно улучшить параметры стабилизатора и согласованность мощный регулирующий транзистор с маломощным транзистором УПТ. КСН последовательного типа получили наибольшее распространение, т.к. позволяют получить больший КПД схемы.
Структурная схема стабилизатора напряжения параллельного типа показана на рисунке:
UП RH
ИЭН - источник эталонного напряжения;
CC - схема сравнения
КСН параллельного типа представляет собой делитель напряжения, одно плечо которого образует балластный резистор Rб, а другое регулирующий элемент.
Схема простейшего КСН параллельного типа
В схеме КСН параллельного типа, как и в схеме КСН последовательного типа можно добиться улучшения характеристик применением усилителя в цепи обратной связи.
Сравним основные характеристики стабилизаторов непрерывного действия последовательного и параллельного типов. КСН последовательного типа имеют больший КПД, коэффициент стабилизации и экономичны в режиме холостого хода. Существенным их недостатком является низкая надёжность при перегрузках и в режиме короткого замыкания. Такие стабилизаторы снабжены схемой защиты от перегрузок, что приводит к их усложнению. Важнейшим преимуществом стабилизаторов параллельного типа является высокая надёжность при перегрузках и коротком замыкании на выходе. Основным недостатком стабилизатора параллельного типа является относительно низкий КПД, особенно при работе с малыми токами нагрузки, что ограничивает их область применения. Стабилизирующие качества у стабилизаторов обоих типов примерно одинаковы.
Рассмотрим достоинства и недостатки импульсных стабилизаторов напряжения ИПН. Преобразование электрической энергии импульсными методами - наиболее эффективное направление миниатюризации ИВЭП. Эти методы позволяют получить высокие удельные показатели устройств при минимальных потерях энергии. Основная схема нерегулируемого транзисторного ИПН представляет собой двухтактный автогенератор с индуктивной ОС.
Управляющий элемент ИПН либо выключен, либо насыщен, рассеивается очень маленькая мощность, поэтому такие стабилизаторы очень эффективны. ИПН могут генерировать выходное напряжение, превышающее нестабилизированное входное напряжения, они позволяют также довольно просто генерировать напряжение противоположной полярности. И, наконец, ИПН можно сделать без цепи постоянного тока между входом и выходом, т.е. Они могут работать прямо от сети питания с выпрямленным напряжением без сетевого трансформатора. В результате ИВЭП получается компактным. Но ИПН имеют и свои недостатки. Вход по постоянному току содержит некоторый шум переключения, который может попадать в шину питания. У него также невысокая надежность при перегрузке и КЗ. Из-за этих недостатков и сложности исполнения в данной работе ИНП использоваться не будет.
Часто компенсационные стабилизаторы строят на операционных усилителях. Операционный усилитель является популярным и универсальным узлом, используемым в электронной схемотехнике. Этот прибор обеспечивает решение многочисленных и разнообразных задач по линейной и нелинейной обработке электрических сигналов. Компенсационные стабилизаторы на операционных усилителях с различными выходными напряжениями и токами нагрузки предназначены для электропитания самых разнообразных радиолюбительских конструкций. Операционные усилители хорошо подходят для построения источников питания благодаря своим почти идеальным характеристикам при наличии отрицательной обратной связи. В данной работе мы используем ОУ для построения ИВЭП.
2. Синтез структурной схемы ИВЭП
Стабилизатор напряжения содержит регулирующий (РЭ) и измерительный элементы (ИЭ), а также усилитель сигнала ошибки (УСО), в функции которого входит согласование выходных сигналов ИЭ с требуемым уровнем входных напряжений РЭ. ИЭ, как правило, включает в себя датчик выходного напряжения ДВН, схему сравнения (СС) и источник эталонного напряжения (ИЭН).
Определяющими факторами при выборе РЭ и ИЭ являются массообъемная характеристика, КПД, надежность, условия эксплуатации стабилизатора и.т.д. В этих условиях практическая задача синтеза сводится к такому выбору параметров УСО, при котором будут обеспечены заданные техническим заданием (ТЗ) показатели выходного напряжения. При такой постановке синтез ИВЭП может быть выполнен в следующей последовательности:
1. уменьшение амплитуды переменного напряжения с помощью входного трансформатора;
2. преобразования переменного напряжения в постоянное (выпрямление и фильтрация);
3. поддержания постоянной величины питающих напряжений при изменении амплитуды входного напряжения, величины нагрузки, температуры (стабилизация выходных напряжений)
4. защиты схем устройства при аварийном изменении величин входных / выходных напряжений (токов).
Однозначность полученного результата может быть получена лишь при определении некоторых требований, к которым можно отнести, например, требование минимизации массообъемных показателей или применение той или иной элементной базы, что обусловлено стоимостными, технологическими или другими показателями, а также условиями эксплуатации. Такой порядок синтеза позволяет гарантировать требуемое качество выгодных параметров стабилизатора. Вопрос его технической реализации, как правило, определяется практическим опытом разработчика. На основании выше перечисленного составим структурную схему стабилизатора:
где
Тр - трансформатор;
В-выпрямитель;
Ф - фильтр;
РЭ - регулирующий элемент;
Ст - интегральный стабилизатор;
З - измерительные элементы для защиты по току;
3. Расчет схема стабилизатора
Расчет РЭ по постоянному току:
Расчетная схема НКСН:
Выбор типа силового транзистора и промежуточного усилителя целесообразно провести с учетом максимально допустимого входного тока УПТ, который лежит в пределах 2…5 мА. Принимая IУПТ=2 мА, определяем суммарный коэффициент передачи тока транзисторов VT1 и VT2:
где IУПР - ток, потребляемый схемой управления.
Полагая, что коэффициент передачи тока усилителя на транзисторе VT1 равен 10, определяем необходимое значение
Минимальное и максимальное напряжение на входе НКСН соответственно:
UBx min=UВых+КРЭUКЭ гр+UВх~=8.25 B.
UBx max= UBx min (aп+1)/(1-bп)=10.08 B.
где КРЭ=13…1.6 - коэффициент запаса по напряжению;
UКЭ гр - напряжение коллектор эмиттер VT2 на границе насыщения;
UВх~ - амплитуда переменной составляющей на входе НКСН.
Предельно допустимые значения параметров VT2 выбираются из условий:
UКЭ max доп>(1.25…1.4) UBx max=13.1 В.
IK max доп>(1.25…1.4) (IH+IУПР)=2.62 В.
PK max>>(1.25…1.4) UBx max(IH+IУПР) (aп+bп)/(1-bп)=6.62 Вт.
где PK max - максимально допустимая мощность, рассеиваемая транзистором VT2. В качестве мощного транзистора выбираем транзистор 2Т875А, для которого:
h21Э=80…250
UКЭ=15 В.
UБЭ=1 В.
IК=10 А.
PKmax=50 Вт.
ToC= -60…+125
Коэффициент передачи тока усиления на VT1 равен 10, определяем необходимое значение
=50.5
Резистор Rсм должен обеспечить протекание требуемого базового тока VT2 во всех режимах работы стабилизатора.
=45 Ом.
Мощность резистора Rсм:
=0.56 Вт.
Максимальный коллекторный ток транзистора VT1:
=0.21 A.
Мощность, рассеиваемая транзистором VT1 равна мощности RСМ:
В качестве транзистора VT1 выбираем транзистор КТ683Г, для которого:
h21Э=40…120
UКЭ=0.45 В.
IК=1 А.
PKmax=1.2 Вт.
ToC= -60…+125
=13.6 Ом.
Резисторы R3, R4 выбираем, задавшись током делителя:
IВх УПТ << IДел = 1мА.
R3=3300 Ом
R4=680 Ом
причем Uст= Iдел(Rрег+R4)
Резистор Rрег позволяет плавно регулировать выходное напряжение. При значении резистора Rрег =1020 Ом обеспечивается требуемое выходное напряжение 5 В.
Значение резистора R2 параметрического стабилизатора:
= 30 Ом,
где Iст =0.01 А. - ток стабилизатора
Соответственно:
PR2=0.67 Вт.
Температурная нестабильность выходного напряжения:
В качестве ИЭН применяем стабилитрон КС447А. Температурная нестабильность, обусловленная стабилитроном
мВ.
Максимальную нестабильность от дрейфа входных цепей УПТ ДUВх УПТ рассчитываем, предварительно выбрав тип операционного усилителя К140УД1Б.
=10 мВ.
Максимальная температурная нестабильность делителя:
=1.2 мB.
Суммарная температурная нестабильность:
UУ = Ur+UВх УПТ +UВых ст= 0.014 мВ.
Коэффициент стабилизации:
1292
=1400.5 Ом.
=15.39 Ом.
=2.6•10-3 Ом.
=0.1808 Ом.
=0.014 Ом.
RН=56 Ом.
Коэффициент передачи возмущения по напряжению питания на выход НКСН через Rсм:
=0.9022
Коэффициент передачи возмущения по напряжению питания на выход НКСН через VT2:
=1.67•10-4
Коэффициент передачи делителя входного напряжения:
= 0.862
Требуемое для обеспечения заданного Kст усиление:
2434
Требуемый Коэффициент усиления на частот 50 Гц:
232
где 111
и - амплитуда переменной составляющей соответственно на входе и на выходе стабилизатора при синусоидальной форме пульсации входного напряжения.
Полученные значения и меньше аналогичных значений для ОУ К140УД1Б, что свидетельствует о правильном выборе ОУ.
Температурный коэффициент нестабильности по напряжению:
t VT20.0012 В/С
Ut = Ut.ИС + Ut VT2 = 0.0112 В/С
tобщ=60С
Отклонение выходного напряжения, связанное с ТКН:
U= Ut tобщ =0.507 В.
Выходной конденсатор:
54 мкФ.
Выходное сопротивление регулирующего элемента:
=0.1693 Ом.
Выходное сопротивление схемы стабилизатора:
=1•10-4 Ом.
Защита схемы от перегрузки и КЗ:
Элементы схемы защиты от короткого замыкания на выходе выбираем следующим образом: резистор Rзащ должен открывать транзистор VT3 при перегрузке напряжение насыщения транзистора:
UБЭ 0.7 В (для кремниевых структур)
максимальный ток нагрузки IН = 2А
=0.35 Ом.
Транзистор VT3 при перегрузке открывается и, шунтируя базовую цепь регулирующего транзистора, переводит его в режим стабилизации тока. Транзистор VT3 выбираем из условия: PК КЗ UВх•IН = 18 Вт. По данному условию выбираем транзистор П702А.
После вычисления основных статистических параметров, следуя техническому заданию можно сделать вывод о достаточной приемлемости полученной схемы стабилизатора.
4. Расчет выпрямителя, работающего на емкость
В источниках питания находят применение различные схемы выпрямителей. Чаще всего они выполняются со сглаживающим конденсатором на выходе и, следовательно, работают на емкостную нагрузку. В данном случае воспользуемся мостовой схемой выпрямителя.
Для расчета выпрямителя имеем следующие данные:
U01 = 9 В-входное напряжение;
I0 = 2 А - ток нагрузки;
Кпо = 0.1 - коэффициент пульсаций;
Uс = 220 В-напряжение сети;
f = 50 Гц - частота питающей сети;
Т (-20…+40) оС - температура окружающей среды;
Ро = Uо · Iо= 18 Вт.
По приближенным формулам вычисляем:
=1 А.
Uобр = Iср · U01 = 9 B.
Im = 3.5 · Iо = 7 A.
В качестве вентилей выбираем кремневые диоды типа КД203А, имеющие следующие параметры: Uпр=1 В. Uобр=600 В. Iпр=10 А.
Определяем сопротивление нагрузки выпрямителя:
= 4.5 Ом.
Принимаем сопротивление обмоток трансформатора для выпрямителей мощностей 10…100 Вт:
rТР =(0.05…0.08)·RН=0.36 Ом.
Прямое сопротивление выпрямительного диода по приближенной формуле:
rПР ==0.33 Ом.
Активное сопротивление фазы выпрямителя:
r = 2 · rПР + rТР =0.96 Ом.
Основной расчетный коэффициент
А=1.6 · =0.38 Ом.
В зависимости от значения А находят значения остальных вспомогательных коэффициентов:
B=1.1 D=2.0 F=5.7 H=470
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода и эффективное значение тока вторичной обмотки:
U2X =B · Uo=9.9 B.
I2=D · =2 A.
Точное значение уточняется по формулам:
Uобр = 1.4 · U2X = 13.86 B. < Uобр VD
Im = 0.5 ·F ·Io = 5.7 A. < Iпр VD
Диоды выбраны правильно
Выходная емкость выпрямителя:
Cо1== 4895.8 мкФ.
Используя стандартный ряд емкостей Сo=5000 мкФ.
Габаритная мощность трансформатора, используемая в схеме данного выпрямителя:
=25.2 ВА.
Питание ОУ целесообразно проводить отдельно от общей схемы, т.е. построить для него отдельный выпрямитель. Воспользовавшись выше описанным методом, рассчитаем выпрямитель для ОУ.
U01 = 10 В - входное напряжение;
I0 = 10 пА. - ток нагрузки;
Кпо = 0.01 - коэффициент пульсаций;
Uс = 220 В - напряжение сети;
Т (-20…+40)оС - температура окружающей среды;
Ро = Uо · Iо= 5·10-10 Вт.
=25 пА.
Uобр = Iср · U01 = 15 B.
Im = 3.5 · Iо = 1.75·10-10 A
В качестве вентилей выбираем кремневые диоды типа КД202А, имеющие следующие параметры: Uпр=1 В. Uобр=50 В. Iпр=5 А.
= 2·1011 Ом.
rТР =(0.05…0.08)·RН=1.2·1010 Ом.
rПР ==1.3·1010 Ом.
r = 2 · rПР + rТР =3.87·1010 Ом.
А=1.6 · =0.31 Ом.
B=1.1 D=2.1 F=5.6 H=410
U2X =B · Uo=11 B.
I2=D · =1.05·10-11 A.
Uобр = 1.4 · U2X = 15.4 B. < Uобр VD
Im = 0.5 ·F ·Io = 140 пA. < Iпр VD
Диоды выбраны правильно
Cо2== 1.05 мкФ.
Используя стандартный ряд емкостей Сo=1.1 мкФ
=1.42·10-10 ВА.
По данным значениям Pгаб, U2Х, I2 выбираем стандартный трансформатор:
TПП 278-127/220-50 c размерами 88 х 81 х 92 (мм).
Это броневой трансформатор с частотой 50 Гц в нормальном режиме. Сетевое напряжение подается на выводы 1-2, а питающее снимается с выводов 15-16 и 17-18.
Эксплуатируется при температуре Тс= -60…+80 oС. Схема включения обмоток приведена ниже
5. Оценка качества работы стабилизатора
Расчет устойчивости стабилизатора.
Т.к. НКСН является замкнутой системой автоматического регулирования, все показатели выходного напряжения связаны с параметрами частотной характеристики разомкнутого контура регулирования. Рассматривая, функциональную схему НКСН запишем передаточную функцию, характеризующую связь входного и выходного напряжения:
Wu(p) - передаточная функция РЭ по напряжению питания;
We(p) - передаточная функция РЭ управляющему воздействию;
Wусо(p) - передаточная функция УСО;
Wдвн(p) - передаточная функция датчика выходного напряжения (делителя выходного напряжения).
Рассматривая, переходную характеристику стабилизатора по функциональной схеме запишем, передаточные функции различны звеньев стабилизатора:
Передаточная функция регулирующего элемента по управляющему воздействию:
где:
постоянная времени, учитывающая частотные свойства транзистора;
постоянная времени транзистора в схеме с общим базой;
Рассматривая, полученные значения двух постоянных времени входящих в уравнение пренебрегаем ?
Передаточная функция регулирующего элемента по входному воздействию:
где
Передаточная функция операционного усилителя;
Wусо(p) =(?tупт p+1)
где
=7.96???8?c.???
передаточная функция датчика выходного напряжения
Wдвн(p) =Kдвн
Подставляя полученные значения постоянных времени, получаем переходную характеристику стабилизатора. Предварительно анализируя получившиеся постоянные времени исключаем в We(p) и в Wu(p) - влияние :
Получаем:
Любой операторный коэффициент передачи сигнала в стабилизаторе, характеризующий его стабилизирующие свойства в общем случае можно представить в виде:
W(p)=B(p)A(p)
где
B(p) и A(p) - полиномы mй и nй степени от оператора p
Для анализа устойчивости исследуют полином A(p) - называемый характеристическим уравнением системы. Этот полином переходе от операторного уравнения к временной функции определяет составляющую токов и напряжений, возникающих в линейной системе, которая имеет вид суммы экспонент с показателями, равными вещественной части уравнения A(p)=0. Если вещественные части корней указанного уравнения будут отрицательными, то все экспоненты будут затухать, свободная составляющая будет стремиться к нулю и система будет устойчивой. Следовательно, основным условием устойчивости является условие отрицательности вещественной части корней характеристического полинома. Существуют алгебраический критерий устойчивости, основанный на анализе коэффициентов преобразованного характеристического полинома.
Без решения самого полинома по критерию Раусса
СКi=C (k+1) (i-1) - ЛiС (k+1) (i-1)
Согласно критерию Раусса для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы коэффициенты первого столбца были положительными
Итак, в результате преобразования характеристического уравнения получаем:
С11=5.2410-34 >0
C12=3.5910-23 >0
С13=2.5310-12 >0
С14=66.510-2 >0
согласно полученным значениям коэффициентов можно сделать вывод об устойчивости, полученной системы.
Переходная характеристика
Используя постоянные времени и переходные функции соответствующих звеньев стабилизатора составляем переходную характеристику стабилизатора.
В численном виде:
Воспользовавшись программным пакетом MathCad, построим график H(t):
6. Дополнительные элементы
Расчет радиатора для транзистора 2Т875A:
Для охлаждения мощного транзистора необходим радиатор.
Данные необходимые для расчета:
Р= 6.62 Вт.
Тс=40 оС
Тp-n=150 оС
Rпк=2.5 к / Вт.
Rкр=0.4 к / Вт.
D=0.9 q=0.99
расчет радиатора температура:
Тр доп = q(Тp-n-P(Rпр+Rкр)= 129.49 oC
dТ= Тр доп - Тc=89.49 oС
Для вертикально ориентированной поверхности высотой D
8.4 Вт/м2к.
D-высота радиатора
А2=f(Тm) - параметр являющийся функцией Тm
арс=Епрсf(Тр доп, Тс)= 9.55 В/м2
Определяем суммарный коэффициент теплообмена
= крс арс =17.96 Вт/ м2к
Площадь теплоотдающей поверхности:
=0.0041 м2.
Задавшись величиной пластины =0.005 м. ширина пластины будет составлять:
0.0327 м.
ширина пластины радиатора B=(S-2*D*)/2*(D+)=0.063 м
Итак, имеем радиатор 0.05 x 0.033 x 0.005 (м) или 50 x 33 x 5 (мм).
Аналогично рассчитываем радиатор для второго транзистора.
Расчет радиатора для транзистора П702А:
Данные необходимые для расчета:
Р= 18 Вт.
Тс=40 оС
Тp-n=150 оС
Rпк=2.5 к / Вт.
Rкр=0.5 к / Вт.
D=0.05 q=0.99
Тр доп = q(Тp-n-P(Rпр+Rкр)= 72.9 oC
dТ= Тр доп - Тc=32.9 oС
6.73 Вт/м2к.
арс=Епрсf(Тр доп, Тс)= 7.61 В/м2
= крс арс =14.34 Вт/ м2к
=0.021 м2.
=0.005 м.
0.08 м.
Итак, имеем радиатор 0.06 x 0.08 x 0.04 (м) или 60 x 80 x 5 (мм).
Элементы сигнализации:
В качестве элементов сигнализации используем светодиод красного цвета рассеянного излучения, который включаем во вторичную обмотку трансформатора.
Задавшись током через светодиод Iпит = 0.01А. из справочника выбираем КИПМ01Б-1К
Сопротивление в цепи светодиода:
Ом.
Защита от перегрузки по току в первичной обмотке трансформатора:
В качестве защиты от перегрузки используется плавкий предохранитель. Согласно справочным данным максимальный ток первичной обмотки -1 А. Используя эти данные, выбирается плавкий предохранитель ВПТ-6-1 1А ГОСТ 2312-79 с держателем.
Элементы управления:
Для включения / выключения прибора используется тумблер ТП1-2 с максимально допустимыми значениями 220 В. и 2 А. Вывод напряжения осуществляется через четырехштырьковый соединитель типа ОНЦ-РТ-3-4/22-В-3-В.
Заключение
В данной работе рассматривается разработка и конструирование функционально-законченного источника вторичного электропитания, который может использоваться как полностью самостоятельное устройство, а также как отдельный элемент в составе других устройств. Разработанное устройство имеет отличные динамические и статистические параметры, отвечающие следующим показателям:
|
Показатель |
ТЗ |
Получено |
|
|
Выходное напряжение UВЫХ, В. |
+5 |
+5 |
|
|
Максимальный ток нагрузки IН, А. |
2 |
2 |
|
|
Коэффициент стабилизации КСТ: |
1200 |
1292 |
|
|
Нестабильность UВЫХ, %: |
5 |
4.48 |
|
|
Коэффициент пульсации КП: |
0.04 |
0.04 |
|
|
Выходное сопротивление RВЫХ, Ом. |
0.001 |
1•10-4 |
|
|
Диапазон температур(Tmin; Tmax): |
-20…+40 |
-20…+40 |
Из таблицы видно, что параметры данного ИВЭП удовлетворяют требованию ТЗ.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Проектирование источника вторичного электропитания. Работа структурной схемы источника вторичного электропитания. Выбор и расчёт трансформатора. Расчет элементов силовой части преобразователя. Расчёт сетевого выпрямителя. Перечень элементов схемы.
курсовая работа [408,5 K], добавлен 30.03.2015Современные стабилизированные источники вторичного электропитания. Схема выпрямителя и характер нагрузки. Уменьшение величины пульсации выпрямленного напряжения. Структурная схема стабилизатора. Компенсационные стабилизаторы постоянных напряжений и токов.
курсовая работа [233,8 K], добавлен 02.01.2011Способы организации источников вторичного электропитания, методы их расчета и программная реализация методов. Выпрямительные устройства и ключевые стабилизаторы напряжения. Алгоритм расчета выпрямителя с индуктивной нагрузкой, параметры трансформаторов.
отчет по практике [160,7 K], добавлен 25.02.2012Расчет сетевого выпрямителя, силовой части, выбор элементов однотактного конвертора. Расчет предварительного усилителя, генератора пилообразного напряжения. Схема сравнения и усиления сигнала ошибки. Вспомогательный источник питания, емкость конденсатора.
курсовая работа [265,5 K], добавлен 06.04.2016Анализ методов расчета источника вторичного электропитания, который является обязательным функциональным узлом практически любой электронной аппаратуры. Особенности работы магнитопровода силового трансформатора и схемы управления силовым транзистором.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.04.2010Классификация средств электропитания, источников вторичного электропитания. Основные характеристики источников вторичного электропитания. Блоки питания видеомониторов. Блок схема питания видеомонитора EGA. Схема электрическая принципиальная.
курсовая работа [81,9 K], добавлен 07.05.2004Обзор существующих схемных решений для построения вторичного источника питания постоянного тока. Расчет параметров компенсационного стабилизатора первого канала, выпрямителей, трансформатора, узлов индикации. Выбор сетевого выключателя и предохранителя.
курсовая работа [765,4 K], добавлен 11.03.2014Разработка импульсного лабораторного источника вторичного электропитания, предназначенного для питания лабораторных макетов и низковольтных устройств. Конструкторский анализ схемы и расчет характеристик надежности. Экономическое обоснование проекта.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 11.03.2012Особенности проведения расчета схемы вторичного источника с применением однополупериодного выпрямителя и непрерывного компенсационного стабилизатора. Общая характеристика и расчет распространённой схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 03.09.2012Проектирование и рассчет вторичного источника питания (выпрямителя, трансформатора, сглаживающего фильтра, стабилизатора выходного напряжения) с заданными параметрами. Обоснование выбора электрических схем устройства. Питание от сети переменного тока.
курсовая работа [131,8 K], добавлен 27.08.2010
