Отношение, или абсолютный коэффициент стабилизации, равносильный коэффициенту сглаживания фильтра и часто применяющийся для оценки сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения:

  

      

2. Диапазон допустимого изменения входных и выходных напряжений, а также токов нагрузки, в пределах которого сохраняется заданная степень стабилизации выходного напряжения соответственно:

                                                 

U_cmin=110-110*25/100 = 82.5 В

   

U_cmax=110+110*25/100 = 137.5В

      

      Un0 = 15.075-14.925 = 0.15В

     

                                                        максимальное выходное напряжение

      

∆I_н = 3.015 - 0.015 = 3А

                                             

                                              

 

Отклонения  напряжения сети

   

 

а:= 0,25 
 
 

      

3. Выходное  сопротивление, характеризующее уменьшение выходного напряжения при колебаниях тока нагрузки, но при U_C = const:

R вых = 0.5 / 3 = 0.17 Ом

       Для стабилизаторов напряжения желательно иметь выходное сопротивление как можно меньше, причем ни только в статическом режиме, при медленном изменении сопротивления нагрузки, но главным образом в динамическом, когда сопротивление нагрузки коммутируется. Возникающие в этом случае переходные процессы могут привести к весьма значительным выбросам или провалам выходного напряжения стабилизатора.

4. Ток срабатывания защиты:

 

5. Коэффициент пульсаций:

Амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения U_{п м н} ≤ 25 мВ

Примем  U_{П М Н} = 0,005В

Кр = 0.005 / 15 = 3.33 * 10^-4  
 
 
 

Предъявляем требования к блокам источника питания:

Выбор выпрямителя и  фильтра.

Для выпрямителя  переменного напряжения с выхода транзистора будем использовать однофазную двухполупериодную мостовую схему так, как она обладает из всех вариантов двухполупериодных выпрямителей наилучшими техника экономическими показателями. Достоинства этого выпрямителя – повышенная частота пульсации. Относительно небольшое обратное напряжение, хорошее использование трансформатора. Фильтр сглаживает мгновенное значение напряжения. Более правильный подход к разработке источника питания состоит в том, чтобы с помощью конденсатора уменьшить пульсации до некоторого уровня (например, 10% от напряжения постоянного тока), а затем, для устранения остатков пульсаций, использовать схему с обратной связью (стабилизатор напряжения).

Выбор стабилизатора.

      Для стабилизации напряжения выберем схему  компенсационного стабилизатора с непрерывным регулированием последовательного типа . Она обладает значительным КПД, экономичного в режиме холостого хода и высоким коэффициентом стабилизации.

       В качестве стабилизатора в данной схеме будем использовать компенсационный стабилизатор, в состав которого входит схема защиты по току, регулирующий элемент, усилитель постоянного тока и измерительный элемент.

      Т.к. максимальный ток нагрузки  больше 0,6А и меньше 4А, то выбираем регулирующий элемент, состоящий из трех транзисторов.

 Выбор трансформатора.

      Он  понижает величину входного переменного  напряжения и для гальванической развязки блока питания и сети. Выбор трансформатора производится по расчетным максимальным действующим значениям тока и напряжения вторичной обмотки трансформатора , с учетом полной мощности трансформатора S.

Uc max = 137.5 В,  S = 321.816 Вт.  

Выбор защиты.

      Устройства  защиты стабилизаторов напряжения от перегрузок можно разделить на встроенные, воздействующие на регулирующий элемент стабилизатора, и автономные, содержащие отдельный ключевой элемент. Обычно к стабилизаторам с защитой от короткого замыкания выходной цепи предъявляется требование автоматического возврата в рабочий режим после устранения перегрузки.

      Ток срабатывания защиты

      

        
 

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ  СХЕМЫ УСТРОЙСТВА  И РАСЧЕТ ЕЕ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ

4.1 Расчет выпрямителя,  трансформатора и  фильтра

Амплитуда пульсаций на входе стабилизатора:

 

Определим минимальное напряжение на входе стабилизатора:

 

минимальное коллекторное напряжение транзистора принимаем:

 В

 А – ток через резистор R2;

 А – ток через резистор R3;

 А – ток через резистор R1;

Минимальное потребление  тока стабилизатором  равно сумме  токов, которыми мы задаемся через выходной делитель.

 А – ток через резистор R4;

 А – ток через резистор R5;

 А – ток через резистор R6;

 А – ток через резистор R7;

 А – ток через резистор R8;

 А – ток через делитель напряжения.

 

А

 
 

       Максимальное  потребление тока от выпрямителя U_{C MIN} при I_{H MAX}, U_{H MAX}:

 
 

4.1.1 Расчет выпрямителя

Проанализировав аналитический обзор, можно прийти к выводу, что в качестве выпрямителя  в нашем источнике питания  целесообразно применить однофазную мостовую схему.

Найдем  номинальное напряжение на входе  стабилизатора:

 
 
 

 

 
 

Рассчитаем  значение активного сопротивления  обмоток трансформатора:

 

 Тл – магнитная индукция в магнитопроводе,

 принимается   равным 1,1 ¸ 1,5Тл;

 

– коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя, это значение для однофазной мостовой схемы;

S – число стержней магнитопровода, для магнитопроводов ШЛ S = 1.

Найдем индуктивность рассеяния обмоток трансформатора

 

 
 
 

;

Где k_L – коэффициент, зависящий от схемы выпрямления, для мостовой схемы  

р –  число чередующихся секций обмоток, если вторичная обмотка наматывается после вторичной (или наоборот) р=2

 

 
 

 

  

r – активное  сопротивление фазы выпрямителя 

nv = 2 – количество последовательно включенных и одновременно работающих вентилей,

rdiv – дифференциальное сопротивление диода

В качестве вентилей выберем кремневые диоды типа КД202А с параметрами:

U_{ОБР МАХ} = 50В

I_СР = 5А

U_ПР = 0,9В

Далее определим параметр А, зависящий  от угла отсечки вентиля:

 
 
 

Из графиков определяем коэффициенты B, D, F, H:

B = 1 D = 2,2 F = 6,8 H = 250 

4.1.2 Расчет трансформатора

Определим параметры трансформатора:

1. Действующее напряжение вторичной обмотки

При U_{c min}:= 82.5 В                        U_{2 min}:= В*U_{0 min}= 20.59 В

При U_{c max}:= 137.5 В                     U_{2 max}:= U₂(1+a) = 34.3125 В

При U_{c nom}:= 110 В                         U₂:=  U_2min / (1-a) = 27.45 В                           

2. Коэффициент трансформации

3. Ток вторичной  обмотки трансформатора

 

 
 

4. Ток первичной  обмотки трансформатора

 

 
 
 

5. Типовая мощность

 

 

 

 
 

Средний ток одного вентиля

 

 
 

Вентили КД202А подобраны правильно. 

6. Вычислим  габаритную мощность трансформатора

 

 
 
 

Определим размеры сердечника трансформатора:

 

где Q_СТ – полное сечение стержня, на котором расположены обмотки;

   Q₀ – площадь окна сердечника, приходящаяся на обмотки одного стержня.

         Выбираем Вт = 1,3Тл – максимальная магнитная индукция в сердечнике трансформатора, s = 1 – число стержней трансформатора, на которых расположены обмотки, s = 4А/мм² – плотность тока в обмотках, h_ТР = 0,9 – КПД трансформатора, – коэффициент заполнения окна медью обмотки, k_С=0,85 – коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

       Мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной  обмотки трансформатора:

Мощность  самого трансформатора от выпрямителя должна составлять: