Расчет вторичного источника питания

1. Данные для расчета

ЗАДАНИЕ

Провести полный расчет вторичного источника питания, структурная схема которого изображена на рси.1, по следующим данным:

1. Первичная сеть 220 В, 50 Гц с возможными отклонениями напряжения +5% и -15%.

2. В соответствии с указанным вариантом взять из таблицы

· ток нагрузки Iн;

· напряжение на нагрузке Uн с пределами регулирования ДUн+ и ДUнили без регулирования;

· допустимый коэффициент пульсации евых;

· минимальный коэффициент стабилизации напряжения Кст мин;

· вариант схемы выпрямителя по номеру рисунка.

Рис. 1. Структурная схема вторичного источника питания

1. ВЫБОР И РАСЧЕТ СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Стабилизация среднего значения выходного напряжения вторичного источника питания производится c помощью стабилизатора напряжения. Выбор стабилизатора напряжения осуществляется исходя из следующих соображений. Если не нужно регулировать напряжение на нагрузке (не заданы ДUн+ и ДUн-) и ток в нагрузке не превышает 0,1А, то можно выбрать, как самый простой, параметрический стабилизатор напряжения, при условии, что он обеспечит заданный коэффициент стабилизации. В противном случае необходим компенсационный стабилизатор напряжения с обоснованием его выбора.

Так как ток нагрузки Iн больше 0,1А, необходим компенсационный стабилизатор напряжения.

РАСЧЕТ КСН

Рис. 2 Схема стабилизатора.

1) Определим максимальный ток коллектора транзистора VT1

2) Определим значения выходного напряжения на нагрузке минимальное:

максимальное:

3) Определим напряжение на входе КСН минимальное:

где ориентировочно принимаем ;

номинальное

максимальное

4) Максимальное значение напряжение коллектор-эммитер и рассеиваемой мощности на транзисторе VT1 будут равны

5)

6) В блоках питания применяются низкочастотные транзисторы. По найденным значениям по справочнику выбираем транзистор n-p-n структуры и выписываем его параметры:

VT1: П701

7) Определяем максимальный ток базы транзистора VT1

8) Рассчитываем сопротивление резистора R2 и его мощность, где В Выбираем тип резистора и его параметры.

R2 = 4,7×10⁶ Ом, Pr2 = 0,01 Вт.

9) Определяем максимальное значение напряжения коллектор-эммитер, тока коллектора и мощность транзистора VT2

,

.

10) По найденным значениям по справочнику выбираем транзистор n-p-n структуры и выписываем его параметры:

VT2: П701А

Величину напряжения берем .

11) Уточняем минимальное напряжение на РЭ

12) Определяем ток базы транзистора VT2

13) Принимаем ток коллектора транзистора VT3 равным

14) Определяем максимальное, минимальное и номинальное значения напряжения на коллектора VT3 относительно общего минуса

15) Рассчитываем сопротивление резистора R1 и его мощность Выбираем резистор R1:, .

16) Вычисляем максимальный ток коллектора транзистора VT3

17) Напряжение стабилитрона VD1 выбираем в пределах 6…8 В, ноо при этом напряжение коллекторэммитер транзистора VT3 должно быть не менее 3 В, то есть

18) По найденному значению Uст и учитывая, что ток стабилизации VD1 не должен превышать максимально допустимый ток стабилитрона, то есть Выбираем тип стабилитрона VD1 и выписываем его параметры

VD1: Д814А

19) Уточняем напряжение коллектор-эммитер транзистора VT3

20) Определяем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора VT3

21) По найденным значениям по справочнику выбираем транзистор n-p-n структуры и выписываем его параметры:

VT3: КТ306Г

22) Вычисляем сопротивление резистора R3 и его мощность Выбираем резистор R3:, .

23) Проверяем максимальный ток стабилитрона VD1

24) Рассчитываем ток базы транзистора VT3

25) Находим сопротивления резисторов делителя и их мощность. Для этого принимаем ток делителя. Тогда полное сопротивление делителя, а сопротивления резисторов делителя и их мощности найдем по формулам, приняв В

Выбираем R4, R5, R6:

26) Определяем достигаемый коэффициент стабилизации где — коэффициент передачи по напряжению делителя;

— коэффициент усиления по напряжению УПТ на VT3;

.

27) Входные параметры КСН

входной ток КСН

входное напряжение КСН

входное сопротивление КСН

28) Оценим коэффициент полезного действия КСН при нормальной нагрузке Ориентировочный расчет стабилизатора напряжения закончен.

2. ВЫБОР И РАСЧЕТ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА

Исходные данные:

— коэффициент пульсации на выходе СФ

— коэффициент пульсации на входе СФ

— сопротивление нагрузки фильтра

— напряжение нагрузки СФ

— ток нагрузки СФ

Рис. 3 Схема Г-образного LC-фильтра.

1) Определяем необходимый коэффициент сглаживающего фильтра

2) Находим величину емкости конденсатора С1 из условия согласования фильтра с нагрузкой. Принимаем

где

.

Выбираем конденсатор С1 с рабочим напряжением :

3) Определяем величину индуктивности дросселя L1 по формуле

4) Проверяем расчет

а) — условия согласования фильтра с нагрузкой;

б) — условие допустимых габаритов.

3. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Рис. 4. Схема выпрямителя.

1) Постоянная составляющая напряжения на выходе выпрямителявходе фильтра где .

2) Определяем среднее напряжение на входе выпрямителя — на вторичной обмотке трансформатора:

где

3) Определяем напряжение на вторичной обмотке трансформатора

· амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

· действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора

4) Определим токи во вторичной обмотке трансформатора

· постоянная составляющая тока на выходе выпрямителя Iв равна входному току СН

· среднее и действующее значения тока во вторичной обмотке

,

· амплитудное значение тока

5) максимальное обратно напряжение на диодах и среднее значение тока через диоды

6) В соответствии со значениями выбираем по справочнику тип выпрямительных диодов и выписываем их параметры:

2Д122АС:

4. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА

1) Требуемый коэффициент трансформации равен

2) Определяем число витков первичной обмотки трансформатора исходя из намотки 6−8 витков на 1 В напряжения:

витков.

3) Определим число витков вторичной обмотки трансформатора

4) Находим действующее и максимальное значение тока в первичной цепи Мощность тока в первичной цепи — мощность, потребляемую источником вторичного питания от сети переменного тока ;

5. ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЯ И ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ.

1) Определим расчетный ток срабатывания предохранителя

.

Выбираем предохранитель 0,1А.

2) Ток коммутации выключателя должен быть .

Выбираем выключатель по току коммутации 0,1 А.

6. Графики напряжений на вторичной обмотке трансформатора, на выходе выпрямителя, на выходе сглаживающего фильтра и на нагрузке

7. Схема электрическая принципиальная вторичного источника питания

СПЕЦИФИКАЦИЯ Таблица1

1. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник/ Под ред. Н. Н. Горюнова. -М.: Энегроиздат, 1983. — 744с.

2. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник/ Под ред. Н. Н. Горюнова. -М.: Энегроиздат, 1982. — 904с.

3. Ханзел Г. Е. Справочник по расчету фильтров. США, 1969. Пер. с англ., под ред. А. Е. Знаменского. М., «Сов. радио», 1974, 288с.

4. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник / Под ред. А. В. Голомедова. — М.:Радио и связь, 1988. — 528с.