Расчет схемы двухканального блока питания управляющего устройства

 

ВВЕДЕНИЕ

Блок питания (БП) - устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменное напряжение сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданное постоянное напряжение.

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное. В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания. Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Основными элементами, на которых построен блок питания в данном курсовом проекте, являются:

трансформатор;

диодный мост;

интегральный стабилизатор напряжения;

усилительный каскад.

1. Техническое задание

Напряжение на выходе первого канала электронного блока питания (ЭБП): В.

Напряжение на выходе второго канала ЭБП: В.

Номинальный ток нагрузки первого канала ЭБП: А.

Номинальный ток нагрузки второго канала ЭБП: А.

Нестабильность входного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность входного напряжения второго канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения первого канала ЭБП:

Нестабильность выходного напряжения второго канала ЭБП:

Уровень пульсации на выходе первого канала ЭБП: В.

Уровень пульсации на выходе второго канала ЭБП: В.

Максимальная температура окружающей среды: С.

Минимальная температура окружающей среды: С.

1.1 Электрическая функциональная схема блока питания

2. Оценка КПД компенсационных стабилизаторов и габаритной мощности силового трансформатора

.1 КПД компенсационных стабилизаторов

Рассчитывается минимальное значение входного напряжения схемы:

где Uрэ min -минимальная разность потенциалов между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора, обеспечивающая его работу в нормальном активном режиме, Uд - падение напряжения на диоде выпрямителя.

Для кремниевых транзисторов величина Uрэ min не превышает 4В, а в кремниевых выпрямительных диодах малой и средней мощности прямое падение напряжения не превышает 1В.

В,

В,

В,

;

,

В;

В.

Рассчитывается номинальное значение входного напряжения схемы:

, В;

, В.

Первоначально оценивается КПД схем компенсационных стабилизаторов последовательного типа. Расчет КПД проводим с учетом потерь на диодах выпрямителя:

, ;

, .

2.2 Габаритная мощность

Рассчитывается габаритная мощность силового трансформатора.

Задаемся КПД трансформатора порядка 85%:

;

,

Вт;

Вт;

,

Вт.

.3 Расчет мощности, рассеиваемой регулирующими транзисторами

Рассчитывается максимальное входное напряжение подаваемое на вход стабилизатора:

В;

В.

Рассчитывается максимальное падение напряжения на регулирующих элементах:

В;

В.

Рассчитывается максимальная мощность рассеиваемая на регулирующих элементах:

Вт;

Вт.

2.4 Расчет абсолютного коэффициента стабилизации схем

Определяется величина входного напряжения:

,

В;

,

В.

Определяется относительный коэффициент стабилизации каналов:

;

,

,

.

Абсолютный коэффициент стабилизации:

,

;

,

.

2.5 Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей

Поскольку датчики А5, А9 используются для коррекции выходного напряжения стабилизаторов, то их коэффициенты передачи могут изменяться в пределах:

Задаётся минимальное значение этого коэффициента: .

Простейшие схемы компенсационных стабилизаторов имеют Kпвх, незначительно отличающийся от единицы. Принимается: .

Коэффициент усиления регулирующего элемента, который в большинстве случаев включается по схеме ОК, также близок к единице. Принимается: .

Таким образом:

, ;

, .

При расчете зададимся: , .

Расчет необходимого коэффициента усиления схем усилителей проводится по формуле для определения коэффициента стабилизации:

,;

, ;

где Kу - искомый коэффициент усиления УПТ;д -коэффициент передачи датчика выходного напряжения, совмещающего функции корректора Uвых;ур -коэффициент усиления по напряжению регулирующего элемента;п вх -коэффициент передачи входного напряжения напрямую через регулирующий элемент.

Итак, получены все данные для выбора и расчета элементов электрической принципиальной схемы стабилизаторов. Целесообразно начать расчет схемы с большим значением Kу.

3. Выбор и расчет элементов электрической принципиальной схемы

.1 Регулирующий элемент

Рассчитывается необходимый коэффициент передачи тока регулирующих транзисторов. Для этого задаемся базовым током транзистора в диапазоне 50...150 мА. Тогда:

А;

А;

, ;

,

Так как < 100, то регулирующий элемент целесообразно выполнить по схеме эмиттерного повторителя.

Максимально - допустимый ток коллектора выбранных транзисторов должен превышать ток нагрузки в 1,5...2 раза. Предельно - допустимое напряжение на коллекторе также должно быть выше максимального входного напряжения регулирующего элемента как минимум в 1,5 раза.

: VT2:

КТ819Г КТ819АМ

N-P-N N-P-N

Ikmax=10 А Ikmax=10 А

?=12-225 ?=15-225

Ukmax=90 В Ukmax=40 Вп=1.67 С/Вт Rп=1 C/Вт

3.2 Усилитель постоянного тока

Основные требования к УПТ - обеспечение заданного коэффициента усиления по напряжению, а также высокой температурной стабильности этого коэффициента и положения исходной рабочей точки.

Расчет резисторов R2,R3,R4.

Рассчитаем резистор R3.

,

,

Рассчитаем резистор R2.

Резистор R2 рассчитывается из следующего условия :

,

,

Рассчитаем резистор R4.

3.2.1 Расчет резисторов R5,R6,R7.

Ом,

Ом,

Ом.

транзистор интегральный стабилизатор охладитель

Найдем ток, протекающий через делитель первого и второго каналов:

,

А;

,

А.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую каждым резистором делителя (для обоих каналов):

,

Вт;

,

Вт;

,

Вт;

,

Вт;

,

Вт;

,

Вт.

3.3 Расчёт выходного сопротивления

,

,

,

,

,

,

,

,

,

3.4 Расчет и выбор элементов схемы защиты от перегрузок по току

Рассчитаем мощность, рассеиваемую резисторами R2-R4:

,

,

,

,

,

,

,

,

В соответствии с полученными данными выбираем следующие сопротивления:: С2-23-2Вт 300Ом(?5%)

R22: С1-4-0,5Вт 68Ом(?5%)

R31: С2-29В-0,125Вт 5,62кОм(?1%)

R32: С2-33Н-0,125Вт 1,27кОм (?5%)

R41: С2-23-2Вт 1,5Ом(?5%)

R42: KNP-100-1Вт 0,1Ом(?5%)

Для двух каналов выбираем R51=R52, R61=R62, R71=R72.: С2-29В-0,125Вт 15кОм(?0,1%)

R6: С2-23В-0,125Вт 30,1кОм(?0,5%)

R7: С2-29В-0,125Вт 118кОм(?0,25%)

4. Расчет и выбор конденсаторов сглаживающего фильтра

,

,

Для обеспечения рассчитанной ёмкости установим следующие конденсаторы:

канал: К50-35 4×С11=33000 мкФ 63 В.

канал: К50-35 С12=47000 мкФ 25 В + К50-35 2×С12=22000 мкФ 63 В.

Также в схеме используются следующие конденсаторы:

С2=0.1 мкФ К10-17Б H90

С3=10 мкФ К10-!9

5. Выбор силового трансформатора

В качестве силового трансформатора берётся специально разработанный для применения в сетевых источниках питания полупроводниковой аппаратуры ТПП.

Выбран стержневой трансформатор ТПП305-127/220-50,с током первичной обмотки 0.790 А и током вторичной обмотки 1.53 А.

Напряжения на обмотках равны:

U11-12=19.8 В

U13-14=19.8 В

U15-16=4 В

U17-18=19.8 В

U19-20=19.8 В

U21-22=4 В

Для получения необходимого напряжения соединяем следующие обмотки:

канал: последовательно U11-12 , U13-14 , U15-16 .

канал: параллельно U17-18 , U19-20 .

Выбор диодов в схеме.

Диодные мосты:

канал-VD1 Д214Б Uобр=100 В.

Iср.пр=5 А.

канал-VD2 Д214А Uобр=100 В.

Iср.пр=10 А.

Диоды над регулирующими транзисторами:

VD Д219С Uобр=70 В.

Iср.пр=50 мА.

6. Расчет и оптимизация конструкции охладителей для силовых транзисторов

канал:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ,C= 125.000

Tcp,C= 50.000,C/Вт= 1.670,C/Вт= 1.110,Вт= 15.000

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА,мм= 19.784,мм= 99.065,мм= 144.000,мм= 2.500,шт= 10.000,мм= 13.222,мм= 5.000,Вт= 26.978,C/Вт= 1.998,C/Вт= 1.830

Pohl,Вт= 16.377,C= 77.451,мм2= 71148.520

V,мм3=120324.400,г= 330.892min,мм= 90.000

L1max,мм= 200.000,мм= 15.000

Homax,мм= 35.000

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОХЛАДИТЕЛЯ,мм3= 95295.290

L1opt,мм= 92.000

Hopt,мм= 30.000

bopt,mm= 12.417,шт= 7.,г= 262.062

2 канал:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Tpn,C= 125.000,C= 50.000,C/Вт= 1.000,C/Вт= .446,Вт= 25.000

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА,мм= 27.000,мм= 122.172,мм= 139.000,мм= 2.500,шт= 19.000,мм= 5.083,мм= 5.000,Вт= 51.867,C/Вт= 1.399

Roc,C/Вт= 1.279

Pohl,Вт= 27.335,C= 81.978,мм2=164488.300,мм3=241594.200

G,г= 664.384min,мм= 120.000

L1max,мм= 200.000

Homin,мм= 20.000

Homax,мм= 40.000

ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОХЛАДИТЕЛЯ,мм3= 226259.200

L1opt,мм= 121.000,мм= 30.000,mm= 4.906,шт= 17.,г= 622.213

Выводы и заключения

В результате выполнения курсового проекта было решено несколько задач:

во-первых, был выбран по требуемой мощности понижающий трансформатор. Он был выбран по методическим указаниям: выбран стержневой трансформатор ТПП305-127/220-50,с током первичной обмотки 0.790 А и током вторичной обмотки 1.53 А.

во-вторых, были выбраны диоды, на которых строятся диодные мосты. Для канала с положительным напряжением выбираем выпрямительный диод Д214А, а для канала с отрицательным напряжением - Д214Б.

в-третьих, были выбраны схемы интегральных стабилизаторов напряжения, которые обеспечивают необходимую стабилизацию входного напряжения. Для канала с положительным напряжением выбираем КРЕН1В, а для канала с отрицательным напряжением - КРЕН2В.

в-четвёртых, были выбраны силовые регулирующие элементы (силовые транзисторы) обеспечивающие рассчитанный коэффициент усиления. Для канала с положительным напряжением выбираем КТ819АМ, а для другого канала выбираем КТ819Г. Также был произведен расчёт и оптимизация конструкции охладителей силовых транзисторов.

Итогом этого курсового проекта можно считать рассчитанную и полученную схему двух канального блока питания управляющего устройства, вырабатывающего следующие напряжения:+6.3 В и -27 В.

Литература

1.Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник -2-е изд., стереотип.- А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др.: Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, КУбК-а 1994. -640 с.: ил.

2.Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры. - Справочник.-/ В.И. Галкин, А.Л. Булычев, П.М. Лямин.- Мн.: Беларусь, 1994.-347 с.

.Резисторы: (справочник) / Ю.Н. Андреев, А.И. Антонян, Д.М. Иванов и др.; Под ред. И.И. Четверткова.- М.: Энергоиздат, 1981.-352 с., ил.

.Электрические конденсаторы и конденсаторные установки: Справочник / В.П. Берзан, Б.Ю. Геликман, М.Н. Гураевский и др.; Под ред. Г.С. Кучинского.- М. :Энергоатомиздат, 1987.-656с.: ил.

ВВЕДЕНИЕ Блок питания (БП) - устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего

Больше работ по теме: