Источник питания

Зміст

 

Введення………………………………………………………………………………………………………………………………………………..…………3

1 Огляд літератури………………………………………………………………………………………………………………………..…………..4

1.1 Мережеві фільтри…………………………………………………………………………………………………………………….4 

1.2 Випрямні пристрої…………………………………………………………………………………………………..……………….5

1.3. Стабілізатори постійної напруги…………………………………………………………………..………………..6

2 Обгрунтування схеми……………………………………………………………………………………………………………………….…..10

3 Опис структурної  схеми…………………………………………………………………………………………………………………….11

4 Опис електричної  принципової схеми…………………………………………………………………………………….….12

5. Розрахунок імпульсного стабілізатора………………………………….……………………………………………………13

Висновок…………………………………………………………………………………………………..….…………………………….……………………..15

Список літератури………………………………………………………………………………..…….……………..……………………………...16                Додаток А                                                                            

Додаток Б

Додаток В

Додаток Г

Додаток Д

Додаток Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введення

 

Розвиток промисловості  і технологій багато в чому залежить від наки. Наукові дослідження в сучасному світі залежать від інформаційно обчислювальних машин. Актуальним постає питання живлення пристроїв та елементів пристроїв. При цьому, проблеми перетворення енергії є актуальне значення, як збільшення напруги так і збільшеня значення струму.

Тому напрямки розвитку розробок перетворення енергії  так само розвивається успішно як мікропроцесорна техніка, хоча менш динамічно.

Одне не може існувати без іншого, так же як електронні пристрої без джерела живлення. Втрачається суть пристрою. Цьому легко переконатися: ПКживиться мережі 220 В змінного струму, хоча МП споживає постійну напругу. Тобто більшість побутових електронних пристроїв мають у своєму скаді перетворювачі енергії.

Окремо потрібно сказати про промисловість, тут застосовуються різноманітні пристрої, трансформатори, стабілізатори, коректори коефіцієнта потужності.

Наукові лабораторії  потребують особливі пристрої живлення  і трансформації енергії.

Аерокосмічна  галузь та військо не менше заціплені в розвитку силових пристроїв.

Тому даний  курсовий проект буде допомогою меняі  в розширенні поглядів та знань по даному курсу автономні перетворювачі. Завдання досить типічне, але це не не заважає розглянути деякі особливості  курсу.

Завданя курсового проекто особливий пристрій , котрий на виході даватиме струм в 20 А . при цьому значення напруги становиме всього 12 В. При цьому живлення від мереі 24 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Огляд літератури

1.1 Мережний фільтр 

 Згладжуючим  фільтрами називаються пристрої, призначені для зменшення змінної складової до величини, при якій забезпечується нормальна робота живиться електронної апаратури.Основним параметром таких фільтрів є коефіцієнт згладжування, що представляє собою відношення коефіцієнта пульсації на вході фільтра Кп.вх. до коефіцієнта пульсації на його виході Кп.вих: q = Кп.вх / Кп.вих.

Коефіцієнт  пульсації на виході фільтра задається  в залежності від призначення  і типу живиться схеми. Зазвичай він  складає долі відсотка: 0,001 .. 0,002% для  попередніх каскадів електронних підсилювачів низької частоти, які задають генераторів високої частоти, імпульсних, логічних схем; 0,1 ...0,5% для Однотактний вихідного каскаду підсилювача низької частоти, стабілізаторів напруги і т.д. Коефіцієнт пульсацій на вході фільтра визначається розрахунковим шляхом (табл.1, 15).

Крім забезпечення необхідного коефіцієнта згладжування, фільтр повинен задовольняти наступним  додатковим вимогам: втрати напруги  на фільтрі повинні бути мінімальними: габарити, маса і вартість фільтра  повинні бути не великими;фільтр повинен мати максимальний опір для змінної складової струму і мінімальне для постійної.

 Найбільш  поширені схеми фільтрів можна  поділити на такі групи: індуктивно-ємнісні  (LC); резистивної-ємнісні (RC) і транзисторні.

Найбільш поширені схеми індуктивно-ємнісних фільтрів:

 

 Малюнок  1.1 - Схема мережевого фільтру типу LC.

1.2 Стабілізатори  постійної напруги 

 Напруга  на навантаженні джерела живлення  може змінюватися.Це пояснюється  тим, що при згладжування пульсацій  фільтром зменшується тільки пременная складова випрямленного напруги, а величина постійної складової може змінюватися при коливаннях напруги мережі і при зміні струму навантаження.Для одержання необхідної величини постійної напруги на навантаженні застосовуються стабілізатори напруги.

Стабілізатором  постійної напруги називають  пристрій, який підтримує автоматично  і з задоной точністю постійну напругу на навантаженні при зміні  дестабілізуючих факторів в обумовлених  межах.

Стабілізатор  одночасно зі своїми основними функціями здійснює і придушення пульсацій.

Рисунок 1.2

 Структурна  схема стабілізованої джерела  постійної напруги наведена на  мал.2.

 Основними  параметрами, що характеризують  роботу стабілізатора, являються: 

Коефіцієнт  стабілізації, що представляє собою  відношення відносної зміни напруги  на вході до відносного зміни напруги на виході стабілізатора (при постійному струмі навантаження):

 Кст .= (ΔUвх / Uвх) (ΔUвых / Uвых),

 де Uвх і  Uвых - номінальні напруги на  вході і виході стабілізатора; 

ΔUвх і ΔUвых. - Абсолютні зміни напруг на вході і виході стабілізатора

 Коефіцієнт  стабілізації служить основним  критерієм для вибору схеми  стабілізатора і оцінки її  параметрів.

Вихідний опір, що характеризує зміну вихідної напруги  при зміні струму навантаження і  незмінному вхідній напрузі,

Rвих = ΔUвых. / Δiу.

 Бажано, щоб  Rвих було невеликої величини.При  цьому зменшується общевнутреннее  опір блоку харчування, що призводить  до зменшення падіння на ньому  і сприяє підвищенню стійкості  роботи багато каскадних схем, що харчуються від загального  джерела. 

Коефіцієнт корисної дії, що дорівнює відношенню потужності в навантаженні і номінальною вхідний потужності,

 η = UвихIв / UвхIв

Відносна нестабільність вихідної напруги δU, що характеризує припустиме відносне відхилення стабілізованої напруги його номінального значення під впливом різних дестабілізуючих чинників,

 δU = ΔUвых / Uвых

Крім зазначених вище основних параметрів, роботу стабілізаторів постійної напруги характеризують і деякі інші параметри, які зазвичай вказуються у вихідних даних на проектування.

 Існують  два різних методи стабілізації  постійної напруги-параметричний  і компенсаційний.

Параметричні  стабілізатори є найбільш простими пристроями. У них використовуються елементи з нелінійною вольт-амперною характеристикою. Найбільш широке поширення  одержали параметричні стабілізатори на крем'яних стабілітрона.

Рисунок 1.3

Сутність компенсаційного  методу стабілізації напруги зводиться  до автоматичного регулювання вихідної напруги.

1.3. Стабілізатори постійної напруги

В імпульсних  стабілізаторах постійної напруги регулюючий елемент (транзистор)  працює в режимі перемикань. У режимі перемикань робоча точка транзистора велику частину знаходитися в області насичення або відсічення а зону  активної області проходить з високою швидкістю лише в моменти перемикання. Величина вихідної напруги залежить від  тривалості відкритого і закритого достатків ключа, а частота перемикання  ключового елементу вагається від одиниць до сотень кгц. Втрати потужності в ключі малі  Причому значення середньої за період комутації потужності, що розсіюється на регулюючому транзисторі, набагато менше при його роботі в безперервному режимі. Тому імпульсні стабілізатори мають вищий ККД в порівнянні з безперервними.

Напруга на навантаженні джерела живлення  може зміняться . Це пояснюється тим, що при згладжуванні пульсацій фільтром зменшується лише змінна складова випрямленої напруги, а величина постійної складової може зміняться при коливаннях напруги мережі і при зміні струму навантаження. Для здобуття необхідної величини постійної напруги на навантаженні застосовуються стабілізатори напруги.

Стабілізатором  постійної напруги називають  пристрій, що підтримує автоматично  і із задоной  точністю постійна напруга на навантаженні при зміні  дестабілізуючих чинників в обумовлених  межах.

Стабілізатор одночасно зі своїми основними функціями здійснює і функцію придушення пульсацій.

Основними параметрами, що характеризують роботу стабілізатора, є:

Коефіцієнт  стабілізації, що є відношенням відносної  зміни напруги на вході до відносної  зміни напруги на виході стабілізатора ( при постійному струмі навантаження):

Кст.=(ΔUвх/Uвх)(ΔUвых/Uвых),                   (1.1)

де Uвх і Uвих – номінальна напруга на вході і виході стабілізатора;

ΔUвх  і ΔUвых. – абсолютні зміни напруги на вході і виході стабілізатора

Коефіцієнт  стабілізації служить основним критерієм  для вибору схеми стабілізатора  і оцінки її параметрів.

Вихідний опір, що характеризує зміну вихідної напруги  при зміні струму навантаження і  незмінній вхідній напрузі,

Rвих=ΔUвых./Δiу.                           (1.2)

Бажано, щоб Rвих  було невеликої величини. При цьому  зменшується общевнутреннєє опір блоку  живлення, що приводить до зменшення  падіння на нім і сприяє

підвищенню стійкості  роботи багато каскадних схем, що харчуються від спільного джерела.

Коефіцієнт  корисної дії, рівний відношенню потужності в навантаженні і номінальній  вхідній потужності

η=UвыхΙв/UвхΙв                               (1.3)

Відносна нестабільность вихідної напруги δU, що характеризує допустиме відносне відхилення стабілізованої напруги його номінального значення під впливом різних дестабілізуючих чинників

                              δU=ΔUвых / Uвих                            (1.4)

Окрім вказаних вище основних параметрів, роботу стабілізаторів постійної напруги характеризують і деякі інші параметри, які зазвичай вказуються в початкових даних на проектування.

В лінійних стабілізаторах вихідне напряжені зазвичай менше  ніж вхідна напруга на величину падіння напруги на регулюючому елементі і ККД не великої. У імпульсних стабілізаторах регульований опір заменяється ключем. У ка¬честве ключа, зазвичай застосовують транзистор який періодично відкривається  і закривається, чим і відбувається регулювання

споживаної  потужності.

ККД збільшується і досягає 0.85 -0.95 при відносній  нестабільності 0.1%.

Функціональна схема імпульсного стабілізатора  приведена на  малюнку 1.4

 

 

Рисунок 1.4 - функціональна схема імпульсного стабілізатора

стабілізатора.

СУ – пристрій порівняння;

ІОН – пристрій;

ІУ - імпульсний пристрій.

Регулюючий  транзистор Vt1 працює в ключовому режимі  і сполучений послідовно з опором навантаження   Rн. Дросель і конденсатор утворюють згладжуючий фільтр для згладжування пульсацій вихідної напруги,  Vd1 включений у зворотному напрямі. Сигнал помилки, що виник із-за дестабілізуючих чинників, подається на вхід ІУ з схеми порівняння, яка містить

ІОН. У ІУ відбувається преобра¬зованіє  змінної постійної напруги в  послідовність імпульсів. Якщо ІУ створює на своєму виході  послідовність імпульсів з постійним періодом повторення і із змінною, залежно від сигналу помилки, тривалістю імпульсу то схему називають стабілізатором з широтно - імпульсною модуляцією (ШИМ), якщо tі=const, а міняється частота, то це стабілізатор з частотно - імпульсною модуляцією (ЧИМ). Якщо ж ІУ замикає ключ при   Uвих<uпор   і розмикає при Uвих>uпор то таку схему називають релейним або двухпозіционним стабілізатором.Елементи VD, VT, L і Cутворюють силовий ланцюг, а СУ і ІУ - ланцюг управління..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Обгрунтування схеми

Проектований  пристрій споживається від мережі постійної напруги 24 В.

Мережевий фільтр представляє собу пристрій для згладжування форми напруги, так як в даному випадку мережа постійної напруги. Представляє собою простий С фільтр. Встановлено паралельно входу мережі. При пульсації згладить стрибки напруги.

Сам імпульсний стабілізатор зібраний на мікросхемі 1155ЕУ1, яка наведена в додатку  Г. У цієї мікросхеми максимальний струм  на виході може складати 4 А, а струми комутації від  9 А  до 11 А, тому для того щоб наша мікросхема не згоріла доцільно буде поставити потужний транзистор підібраний на навантаження, а сам стабілізатор буде виконувати роль керування. На транзистор я не ставив ніяких допоміжних опорів тому, що на виході мікросхеми судячи з її внутрішньої будови буде забезпечуватись потрібне падіння напруги.

Вся робота проектованого  пристрою здійснюється на активне навантаження.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Опис  структурної схеми

 

Малюнок 1.5 Структурна схема

До мережі 24 В підключається мережевий фільтр, який в загальному випадку представляє собою складний пристрій, для мережі перемінного струму. Так як напруга постійна в мережі він представляє собою ємність. Хоча джерело майже ідеальне, але наявність пульсацій не потрібно віключати.

Для зменшення пульсацій  на вході імпульсного стабілізатора  після мостової схеми  стоїть пасивний Г образний однозвенний LC фільтр, що все разом являє собою випрямляч. В свою чергу фільтр навантажений на імпульсний стабілізатор, який зібраний на інтегральній мікросхемі 1155ЕУ1. Імпульсний стабілізатор працює активне навантаження.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Опис електричної   принципової схеми

Схема електрична принципова приведена у додатку А.

Схема  живиться від мережі постій ної напруги 24 В. Мережевим фільтром служить конденсатор С1, так як напруга стала мережевій фільтр виродився у конденсатор. І

У основі стабілізаторі  лежить потужний інтегральний імпульсний стабілізатор Da1 типа Las63xx, або його аналога 1155ЕУ1.

Конденсатор С8,С4 фільтрує високо частотні гармоніки замикаючи їх на корпус, С7 -часо задаючий конденцатор, R1.R2.C5.C6 - ланцюги корекції, вони потрібні для забезпечення стійкої роботи мікросхеми Діод Шотке Vd5 потрібний для «сброса» енергії накопиченою в індуктивності L2 тим самим захищаючи вихідний транзистор мікросхеми від ЕДС самоіндукції у момент паузи. С3 слугує для задавання частоти генерації, також приймає участь у формуванні опорного сигналу. Для фільтрації гармонік створюваних імпульсним стабілізатором на виході існує фільтр низьких частот у якості ємності С9. Резистор підстрочений R3 потрібний для точного встановлення напруги на виході імпульсного стабілізатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Розрахункова частина

5.1 Розрахунок імпульсного стабілізатора

 

5.1.1 Мінімальна допустима вхідна напруга

    (5.1)

де  =2,4В =0,5В      (5.2)

      (5.3)

В     (5.4)

5,1,2Середній вхідний струм

А  (5.5)

5.1.3Вибір вхідної ємності

Приймемо коефіцієнт Кф на виході C фільтра 1%, тоді   (5.17)

мФ із ряду Е 24 вибираємо C =2,7 мФ             (5.6)

                    5.1.4Вибір L2

      (5.7)

виберемо                 (5.8)

мГн  з ряду Е24 = 56 мГн, з додатку К обираємо  L1=0,08 Гн (5.21)

5.1.5 Вибір вихідної ємності

<0,03 (5.9)

Вихідна ємність  Свих=2500 мкФ рекомендована.

 

 

5.1.6 Вибір R1,R2,C5,C6

Hомінали даних елементів візьмемо з DataSheet для даної мікросхеми, при яких буде виконуватись нормальна допустима робота всієї схеми стабілізатора.

R1=18 кОм

R2=18 кОм

C5=2,2 нФ

C6=0,68 мкФ

5.1.7 Вибір VD5

VT вибираємо  з міркування величини вихідного  струма та напруги.

VD являє собою діод Шотке, його ставлю для запобігання проходжень великих неконтролюємих  струмів, в данному випадку я поставлю потужний діод марки MBR745. Додаток Е.

   (5.10)

2. Розрахунок розсіюваної потужності

 (5.11)

5.1.8 КПД

  (5.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

Під час виконання  курсового проекту я дуже «розстроївся», мало не вийшов з  ладу, але все проходить майже добре, потрібно вдало роздрукувати.

Сам проект не є  дуже складним, зводиться до розрахунку імпульсного стабілізатора. Так як сучасна елементна база основана на приладах закордонного виробництва, тому довелося використовувати аналог мікросхеми  1155ЕУ1. Для розрахунку стабізатора на основі мікросхеми 1155ЕУ1 використовують даташит. За даташитом  правів розрахунки і підбір елементів («непідрахоних»).

Елементи підібрав за рядами Е24, а також з довідників, та мережі інтерент.

Елементна база стандартна, ККД 85%, що є не досить добре, але як ажуть, все позитивне, те що більше нуля.

Взагалі отримав  задоволення від виконаної роботи, ще дуже приємні відчуття зробити(розрахувати) власними руками.

Незадоволення проявляється в тому що я не зміг зробити пристрій «вживу».

Взагалі пристрій вдалий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  літератури

 

1. Промышленная электроника/В. С. Руденко, В. И. Сенько, В. В. Трифонюк, Е. Е. Юдин.-К.:Техніка, 1979.503с.

2. Источники  электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справ очник/Г. С. Найвельт, К. Б. Мазель, Ч. И. Хусаинов и др.; Под ред. Г. С. Найвельта.–М.: Радио и связь, 1985.-576с.

3. Автономні перетворювачі. Методичні вказівки до виконання курсового проекту для студентів напрямку підготовки 0908 «Електроніка» по спеціальності 6.090803 «Електронні системи» /Укл. Лядський В. М., Денисов Ю. О., Ревко А. С.- Чернігів:ЧДТУ, 2007-23с.

4.Полупроводниковые  приборы. Справ очник/В. И. Галкин, А. Л. Булычев и др.-2е изд, перераб и доп, 1987.-285с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Д

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Е