Расчет трехканального источника питания

Задание на курсовой проект Рассчитать трехканальный источник питания:

1 канал: выпрямитель с фильтром. Выходные параметры:

U_d1 = -12 В.

I_d1 = 0.6 А.

К_п1 = 15%.

2 канал: выпрямитель с фильтром и стабилизатором напряжения на ИМС серии 142. Выходные параметры:

U_d2 = 12 В.

I_d2 = 1 А К_п2 = 0.45%.

3 канал: выпрямитель с фильтром и компенсационный стабилизатор на дискретных элементах. Выходные параметры:

U_d3 = 36 В.

I_d3 = 0.6 А К_п3 = 1.7%.

Структурная схема для расчета:

Рисунок 1 Структурная схема рассчитываемого источника питания Параметры сети:

Для промышленной сети допустимые отклонения действующего значения напряжения:

Максимальное и минимальное значения напряжения сети:

Мощности, передаваемые в нагрузку:

Минимальные сопротивления нагрузок каналов:

Расчет диодов для выпрямителей.

Напряжение на выходе каналов рассчитываются по формуле:

U_обр.max = U_н

Ток на выходе каналов рассчитывается по формуле:

I_обр.max = 1.57 · I_н

Таблица 1.

Расчет параметров диодов для 3-х каналов.

Для первого канала выбрали диод КД247А (U_обр = 50 В, I_пр = 1А) Для второго канала удовлетворяет диод RL201 (U_обр = 50 В, I_пр = 2А) Для третьего канала удовлетворяет диод КД243Б (U_обр = 100 В, I_пр = 2А) Расчет первого канала.

Рисунок 2 Выпрямитель с фильтром На выходе диодного моста напряжение имеет коэффициент пульсаций:

Для заданного выходного напряжения с учетом емкостного фильтра:

Чтобы обеспечить такой уровень напряжения, коэффициент трансформации первичной обмотки относительно первой вторичной:

Для обеспечения заданного выходного коэффициента пульсаций, используется только емкостный фильтр. Поэтому его коэффициент сглаживания:

Таким образом, емкость конденсатора:

Емкость выбирается по ряду E6 в большую сторону:

Из-за требуемого низкого значения коэффициента пульсаций, который должен быть достигнуть только за счет фильтра, сглаживающая емкость получилась достаточно большой. Можно использовать батарею конденсаторов малой емкости, либо использовать один конденсатор высокой емкости, но и с большими массогабаритными показателями.

Пересчитывая коэффициент пульсаций выходного напряжения:

Расчет второго канала.

Рисунок 3 Выпрямитель с фильтром и СН на ИМС Высокостабильное напряжение на выходе достигается использованием стабилизатора на ИМС серии 142. Критерий выбора — напряжение стабилизации, равное выходному. По справочным данным выбрали нерегулируемый стабилизатор напряжения 142ЕН8Б. Его параметры приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Параметры стабилизатора 142ЕН8Б.

Параметры.	Значения.
Напряжение стабилизации.
Входное напряжение.
Нестабильность по напряжению.

Так как известно минимальное падение на стабилизаторе, вводится поправка в значение напряжения вторичной обмотки трансформатора:

Коэффициент трансформации относительно второй вторичной обмотки:

В справочных данных приводится такой параметр, как нестабильность по напряжению в единицах процент на вольт, который определяется из выражения:

Учитывая, что:

Получим соотношение:

По заданным параметрам, определим максимальную амплитуду переменной составляющей напряжения на входе стабилизатора (или на выходе фильтра):

Это максимально-допустимая амплитуда на входе стабилизатора, чтобы достичь заданного выходного уровня. Амплитуда на выходе диодного моста:

напряжение обмотка конденсатор стабилизатор

Значение почти на два порядка меньше максимально-допустимого. Наличие фильтра не требуется.

Для защиты стабилизатора от быстроизменяющихся напряжений, на входе и на выходе микросхемы подключают конденсаторы большой емкости. Обычно, сопротивление выходного конденсатора вдвое меньше сопротивления нагрузки:

Так как ситуация, при которой выходное напряжение ИМС стабилизатора превышает входное, является критической, емкость входного конденсатора должна быть выше выходного не менее чем на 20%:

Емкости выбираются по ряду E6 в большую сторону:

Конденсатор C₄ выступает в роли сглаживающего фильтра. Коэффициент его сглаживания:

Входная амплитуда стабилизатора:

Выходная амплитуда стабилизатора:

Амплитуда на выходе второго канала:

Коэффициент пульсаций:

Расчет третьего канала.

Рисунок 4 Выпрямитель с фильтром и КСН Исходя из заданного выходного коэффициента пульсаций допустимые отклонения выходного напряжения:

Требуемый минимальный коэффициент стабилизации:

Рабочая точка транзистора VT2 является минимальным падением на стабилизаторе и выбирается в пределах 1.3 В:

Минимально-допустимое напряжение на входе:

Номинальное напряжение на входе:

Максимально-допустимое напряжение на входе:

Максимальная рассеиваемая мощность:

Максимальный ток коллектора должен быть не менее тока нагрузки 0,6 А.

По справочным данным выбирается транзистор VT2 — КТ639А — транзистор средней мощности. Его основные параметры приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Основные параметры транзистора КТ639А.

Транзистор VT1 предназначен для уменьшения нагрузки на основной регулирующий транзистор VT2. Транзистор VT1 выбирается по следующим параметрам:

По справочным данным выбирается транзистор VT1 — КТ202Б — транзистор малой мощности. Его основные параметры приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Основные параметры транзистора КТ202Б.

Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле:

Сопротивление резисторов выбирается из ряда E24:

Напряжение, приложенное к резистору R₁ равно U_кб.1? U_кэ.1? U_кэ.2. Мощность, рассеиваемая резистором:

Стабилитрон VD13 выполняет роль опорного напряжения. Напряжение стабилизации стабилитрона выбирают из условия:

Таким образом выбирается стабилитрон КС222. Его параметры приведены в таблице 6.

Таблица 6.

Основные параметры стабилитрона КС222.

Коэффициент передачи выходного напряжения на вход усилительного элемента:

Выбор транзистора VT3 определяется требуемым коэффициентом стабилизации. Чем выше коэффициент передачи тока базы транзистора, тем выше коэффициент стабилизации и КПД стабилизатора.

Требуемый коэффициент усиления:

Фактический коэффициент усиления определяется как:

И не должен быть ниже требуемого расчетного.

Рабочая точка усилительного каскада на транзисторе VT3 выбирается в пределах 1.3 мА:

Предельно-допустимые параметры:

По справочным данным выбирается транзистор VT3 — КТ208К — транзистор малой мощности. Его основные параметры приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Основные параметры транзистора КТ208К.

Коэффициент усиления:

Для увеличения влияния тока, ток делителя R3-R4 должен быть на порядок выше максимального тока базы I_б3:

Сопротивление R4 выбирается так, чтобы напряжение, приложенное к стабилитрону не превысило максимального:

Сопротивление резисторов выбирается из ряда E24:

Сопротивление R3 выбирается из заданного коэффициента передачи выходного напряжения на вход усилительного транзистора:

По ряду E24:

Мощности, рассеиваемые резисторами:

Коэффициент стабилизации КСН определяется из выражения:

Резистор R2 необходим для обеспечения стабилитрону оптимального режима по току:

Мощность, рассеиваемая резистором:

На выходе мостовой схемы образуется напряжение с переменной составляющей:

Требуемая амплитуда:

Коэффициент сглаживания фильтра на конденсаторе C3:

Для требуемого коэффициента сглаживания емкость конденсатора:

Емкость выбирается из ряда Е6:

Зная коэффициент пульсаций на входе и коэффициент стабилизации, выходные пульсации будут выражаться из формулы:

Номинальное напряжение третьей вторичной обмотки:

Коэффициент трансформации относительно второй вторичной обмотки:

Вывод.

В данной работе провели расчёт 3-х канального источника питания со следующими параметрами: выходными напряжениями -12 В, 12 В, 36 В, рассчитанные на номинальные токи 0,6А, 1А, 0,6А соответственно. Коэффициент пульсаций для каждого канала составляет не более 15%, 0,45%, 1,7%.

В выпрямителе применили однофазную мостовую схему, так как она обладает меньшей амплитудой обратного напряжения по сравнению с другими схемами, имеет меньшие потери в трансформаторе, а соответственно и меньшую расчётную мощность трансформатора.

В стабилизаторе на микросхеме используем стабилизатор напряжения КР142ЕН8, так как он отвечает требуемым параметрам выходного напряжения и обладает хорошим запасом по мощности. Данный канал обладает наилучшими параметрами по массогабаритным показателям.

В компенсационном стабилизаторе напряжения применяется отрицательная обратная связь по напряжению, что значительно уменьшает выходное сопротивление стабилизатора напряжения.

В преобразователи напряжения нужно тщательно подбирать пары транзисторов по коэффициенту усиления и Iкб0. Применения данной схемы возможно в источниках бесперебойного питания, в автомобильных устройствах повышения напряжения и т. д.

• 1. Лекции по курсу основы преобразовательной техники.
• 2. Лекции по курсу энергетическая электроника.
• 3. Гендин Г. С. Все о резисторах.
• 4. Бернан В. П., Геликман Б. Ю. Электрические конденсаторы и конденсаторные устройства.
• 5. Мартынов А. А. Трансформатор для вторичных источников питания М. 2001.
• 6. Электронный учебник по курсу «Силовая электроника».