Проектирование вторичных источников питания

Тип ВИП: вторичный источник питания, преобразующего входную электрическую энергию постоянного тока в энергию переменного тока на выходе.

Выходная сеть:

Ток нагрузки I₂, А 12

Напряжение нагрузки U₂, В 24

Число фаз цепи нагрузки m 1

Допустимое отклонение напряжения нагрузки ДU₂, % 1,0

Частота напряжения выходной сети f₂, Гц 400

Коэффициент мощности нагрузки cos ₂ 0.7

Коэффициент гармоник напряжения нагрузки k_Г2, %5

Входная сеть:

Входное напряжение U_ВХ, В 50

Отклонение напряжения входной сети ДU_ВХ, % 10

Температура окружающей среды t, єC 25

Коэффициент полезного действия ВИП , % 80

2. Анализ проектируемого ВИП

Рассчитаем _min.

Амплитудное значение первой гармоники напряжения входного тока

(4)

Пусть _max=1, тогда

.

Действительное значение напряжения

(5)

Пусть _max=0,95, найдем _min.

(6)

Отсюда

(7)

Отклонение ДU_вх=±10%, тогда ДU_{вх max}=55В и ДU_{вх min}=45В. При _max=0,95 получаем:

.

Зная _min, определим U_m(1) по формуле (4):

Коэффициент трансформации равен:

 (8)

Полная мощность трансформатора:

(9)

Мощность на нагрузке:

(10)

Входной ток:

(11)

Сечение магнитопровода трансформатора:

(12)

Сердечник трансформатора

Число витков на 1В напряжения:

(13)

Число витков первичной обмотки:

(14)

Число витков вторичной обмотки:

(15)

Сечение проводников обмотки трансформатора:

(16)

Выбираем трансформатор: ОСМ - 0,4 (U_1N = 50В, U_2N = 24В, P_TN = 400Вт).

А = 124 ммВ = 170 мм

Н = 140 ммL₁ = 92 мм

L₂ = 93 ммМасса - 6,2 кг

Рис. 3. Габариты трансформатора.

5.3 Выбор транзисторов

Полное сопротивление нагрузки:

(17)

Активное сопротивление нагрузки:

(18)

Реактивное сопротивление нагрузки:

(19)

Приведенное значение активного сопротивления нагрузки:

(20)

Приведенное значение реактивного сопротивления нагрузки:

(21)

Коэффициент нагрузки:

(22)

Максимальный ток коллектора:

(23)

Максимальное обратное напряжение:

(24)

Ток базы транзистора равен:

(25)

Выбираем транзисторы ТК135-16 (4 штуки)

Таблица 1. Параметры транзистора ТК135-16

Чертеж корпуса представлен на рис. 4.

Рис.4. Габариты транзистора

5.4 Выбор диодов

Ток диода средний:

, (26)

где

(27)

(28)

Диоды (4 штуки): ВК2-25 (I_д.ср=25А; U_{обр.мах}=100В; ДU_в.к. = 0,45В)

Со стандартным теплоотводом

Рис 5. Диод

6. Схема управления

Схема управления ВИП включает в себя ГОН, узел сравнения опорного сигнала с сигналом U_б и распределитель импульсов.

Сигнал U_б формируется как разностный сигнал U_оп и U_осн.

Сигнал U_осн получается путем выпрямления напряжения, снимаемого с дополнительной обмотки W_ос.

Схема управления представлена на рис. 6.

Рис. 6. Принципиальная схема управления ВИП.

Трансформатор.

Т₂ - трансформатор ТПП 204 - 127/220 со средней точкой.

U₁=220В; U₂ = 8,8В; I₁ =0,017А ; f = 50 Гц.

А = 25ммВ = 52мм

L = 52ммН = 56мм

d = М3масса - 365г

Рис. 7. Габариты трансформатора.

Диоды.

Диоды VD5 и VD6 - 2Д225С (ДU_в.д.= 1В, I=0,048мА)

Рис. 8. Габариты диодов.

Т.о. U_d=10*0,9=9В и U_обр.св.= U_d - ДU_в.д = 9-1=8В

Схема управления состоит из следующих узлов:

Ш Усилитель сигнала согласования;

Ш Компаратор;

Ш Генератор пилообразного напряжения;

Ш Распределитель импульсов;

Ш Параметрический источник питания для операционных усилителей.

Рассмотрим их:

Усилитель сигнала согласования

_{Uмах.вых}=3В;

I_потр=10мА;

I_вых = 9мкА;

К_усил=1350...12000

Рис. 9. Схема ОУ К140 УД1Б

Резистор C2 - 33 H - 1,0 - 20 кОм ± 5 % (R_вх1= 20 кОм) - ко входу (1);

Резистор C2 - 33 H - 1,0 - 200 кОм ± 5 % (R₂=20кОм) - ко входу(7).

VD7 - стабилитрон КС 512А (Ucт = 2В; Icт=5мА, Р=1Вт)

R₇ - интегратор.

R₇= К_пу*R_вх= 21*20=420кОм;

резистор - С2-33А-0,125 - 420

Параметрический источник питания для операционных усилителей.

Рис. 10. Параметрический источник питания для операционных усилителей.

Uнг = Uп = 12,6В

Iнг = Iп = 10мА

Диоды

(29)

(30)

Выбираем диоды (VD8-VD11):

Д202 (Iв.ср = 0,4А, U_{обр.мах} = 100В, ДU_в.д.= 1В)

Выбираем трансформатор (Т3)

Е_d.о = U_нг+ ДU_в.б = 12,6+2 = 14,6В(31)

ДUв._б = k_т ДU_в.д= 2*1 =2В(32)

(33)

(34)

Трансформатор:

ТПП 226-127/220 (U₁=220В; U₂ = 20В; I₁ = 0,063 А ; f = 50 Гц) см. рис.7

Выбор стабилитронов (VD12 и VD13):

КС 512А (Uнг=12В; Icт=5мА, Р=1Вт),

Iст = 1…6,7 мА, Ucт = 10,8…13,2В

(35)

(36)

(37)

Uпит - подключаем к 1 и 7 выводам микросхемы соответственно.

Выход GRD - на «землю» микросхемы (выход 4).

Компаратор.

В качестве компаратора возьмем микросхему ОУ К140 УД1Б.

Резистор C2 - 33 H - 1,0 - 30 кОм ± 5 % (R_вх2= 30 кОм) - к неинвертирующему входу (10);

Рис.11. постоянный резистор С2 -33Н

• Стабилитрон VD8 Выбираем стабилитрон VD6 КС119А с параметрами:
• Ucт_N=1.9 В,
• Iст_N=10 мА,
• Uст=1.722.1 В
• Iст=1.0100 мА
• Ткmax=125 °C
• Pmax=0.2 Вт
• Генератор пилообразного напряжения.
• 
• Рис. 12. Генератор пилообразного напряжения
• Элементы:
• С1 = 0,25нФ - конденсатор -К50-6 (С=1мкФ, U_cN = 50В
• R1 = R2 = 10кОм (C2 - 33 H - 1,0 - 10 ± 5 %)
• R3 = 100кОм - Резистор C2 - 33 H - 1,0 - 110 ± 5 %
• R4 = R5 = 3кОм (C2 - 33 H - 0,5 - 3)
• Rр = 1кОм
• Рис.13. резистор с переменным напряжением
• (38)
• Распределитель импульсов.
• Состоит из D-триггер (К155ТМ2) и логического элемента - микросхемы К176ЛА7
• Номинальное напряжение питания - 5 - 12В
• Ток потребления - не более 82 мА
• Выходное напряжение низкого уровня - не более 0,3В
• Выходное напряжение высокого уровня - не менее 8,3В
• Рис.14. Распределитель импульсов.
• Этот распределитель импульсов формирует выходное напряжение одним импульсом на полупериод.
• С выходов микросхемы сигнал поступает на оптотранзисторную пару:
• АОТ110А (I_вх = 30мА, I_вых = 220мА, U_пробоя = 500В)
• Рис.15. Отпотранзисторная пара.

7. Выбор входного фильтра