Проектирование стабилизированного источника питания

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Ноября 2012 в 11:11, курсовая работа

Описание

Неотъемлемой частью любого радиотехнического устройства является источник электропитания. Поэтому от разработчиков радиоэлектронных средств различного назначения требуются более глубокие знания в области преобразователей электрической энергии, в частности – источники вторичного электропитания, и умение использовать свои знания в практической деятельности.
В настоящее время при высоком росте научно технического прогресса, когда выпускаемая аппаратура становится все сложнее, к ней предъявляются более строгие требования и при этом, соответственно, возрастает количество элементов – очень важным становится вопрос о качественном питании этой аппаратуры. Кроме этого, каждый электрический прибор имеет свои требования к блоку питания.
В целях электропитания радиотехнических устройств применяют гальванические элементы, выпрямители, инверторы, преобразователи напряжения и тока, стабилизаторы напряжения и тока.
Гальванические элементы, в основном, используются в малогабаритной портативной аппаратуре с малым потреблением электроэнергии. Гальванические элементы используют преобразование химической энергии в электрическую. Используются так же элемента, преобразующие солнечную энергию в электрическую.
Электрические выпрямители применяются для преобразования электроэнергии переменного электрического тока, потребляемой от сети, в энергию постоянного электрического тока, требующуюся для питания радиоэлектронных систем.
Преобразователи постоянного электротока в переменный называются инверторами.
Устройства, питающиеся от сети постоянного тока и создающие на своем выходе также постоянный ток называются преобразователями напряжения (конвертерами). На переменном токе эта задача решается с помощью трансформаторов.
Для поддержания постоянного напряжения или тока на выходе, применяют стабилизаторы напряжения или тока соответственно. Стабилизаторы напряжения и тока применяют как при переменном так и постоянном токе.
Генераторы используются для преобразования механической энергии в электрическую.

Содержание

Введение....................................................................................................3
1. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. 1
1.1. СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ. ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ. 1
1.2. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ. 1
1.3. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ КОМПЕНСАЦИОННЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ. 1
1.4. ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ИМПУЛЬСНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ. 1
2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ. 1
3. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ. 1
3.1. ДАНО: 1
3.2. РАСЧЁТ ОСТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ. 1
3.3. РАСЧЕТ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ТРАНЗИСТОРА. 1
3.3.1. Выбор второго транзистора. 1
3.3.2. Выбор третьего транзистора. 1
3.4. РАСЧЕТ БЛОКА СРАВНЕНИЯ И УПТ. 1
3.4.1. Расчет делителя. 1
3.5. РАСЧЕТ БЛОКА ЗАЩИТЫ. 1
3.6. РАСЧЕТ ФИЛЬТРОВ. 1
3.7. РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ. 1
3.8. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА. 1
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА. 1
4.1. КОМПОНОВКА УСТРОЙСТВА. 1
4.2. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ. 1
Заключение.............................................................................................12
Список литературы..............................................................................12

Работа состоит из  1 файл

kursovik2.doc

— 152.50 Кб (Скачать документ)

 

Министерство общего и профессионального образования 

Российской Федерации

 

 

Вологодский Политехнический  Институт

 

 

 

 

 

                                                            

Кафедра АТПП

 

Дисциплина  Электроника

 

 

 

 

Курсовая работа

 

 

 

Тема:

“Стабилизированный источник питания”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст-т гр. ЭМ-22

Краев С.В.

 

Проверил: Сердюков Н.А.

 

 

 

 

вологда

1998

 

Введение....................................................................................................3

Заключение.............................................................................................12

Список  литературы..............................................................................12

Приложения...........................................................................................13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Неотъемлемой частью любого радиотехнического устройства является источник электропитания. Поэтому от разработчиков радиоэлектронных средств различного назначения требуются более глубокие знания в области преобразователей электрической энергии, в частности – источники вторичного электропитания, и умение использовать свои знания в практической деятельности.

В настоящее время при высоком  росте научно технического прогресса, когда выпускаемая аппаратура становится все сложнее, к ней предъявляются более строгие требования и при этом, соответственно, возрастает количество элементов – очень важным становится вопрос о качественном питании этой аппаратуры. Кроме этого, каждый электрический прибор имеет свои требования к блоку питания.

В целях электропитания радиотехнических устройств применяют гальванические элементы, выпрямители, инверторы, преобразователи напряжения и тока, стабилизаторы напряжения и тока.

Гальванические элементы, в основном, используются в малогабаритной портативной  аппаратуре с малым потреблением электроэнергии. Гальванические элементы используют преобразование химической энергии в электрическую. Используются так же элемента, преобразующие солнечную энергию в электрическую.

Электрические выпрямители применяются  для преобразования электроэнергии переменного электрического тока, потребляемой от сети, в энергию постоянного электрического тока, требующуюся для питания радиоэлектронных систем.

Преобразователи постоянного электротока  в переменный называются инверторами.

Устройства, питающиеся от сети постоянного тока и создающие на своем выходе также постоянный ток называются преобразователями напряжения (конвертерами). На переменном токе эта задача решается с помощью трансформаторов.

Для поддержания постоянного напряжения или тока на выходе, применяют стабилизаторы напряжения или тока соответственно. Стабилизаторы напряжения и тока применяют как при переменном так и постоянном токе.

Генераторы используются для преобразования механической энергии в электрическую.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Основные схемы построения стабилизаторов постоянного напряжения.

    1.  Стабилизаторы напряжения. Их классификация и основные параметры.

Стабилизаторами напряжения называются устройства, автоматически поддерживающие постоянство напряжение на стороне  потребителя с заданной степенью точности. Они подразделяются в зависимости от рода напряжения на стабилизаторы постоянного и переменного напряжения. По принципу действия стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные.

Основными параметрами стабилизаторов постоянного напряжения, характеризующими качество стабилизации, являются:

1) Коэффициент стабилизации по  входному напряжению – отношение  относительных приращений напряжения  на входе и выходе стабилизатора:

,

где приращения входного и выходного  напряжений взяты при постоянном токе нагрузки.

2) Внутреннее сопротивление стабилизатора  ri, равное отношению приращения выходного напряжения к приращению тока нагрузки при неизменном входном напряжении:

.

Зная внутреннее сопротивление, можно  определить изменение выходного напряжения при изменении тока нагрузки.

3) Коэффициент сглаживания пульсаций

,

где Uвх m1 Uвых m1 – амплитуды пульсации входного и выходного напряжений стабилизатора.

    1. Параметрические стабилизаторы постоянного напряжения.

Для стабилизации напряжения постоянного  тока используются нелинейные элементы, напряжение на которых мало зависит  от тока, протекающего через них. В  качестве таких элементов часто применяются кремниевые стабилитроны и стабисторы.

Для увеличения стабилизируемого напряжения могут быть использованы последовательно включенные стабилитроны.

На рисунке 1 приложения 1 представлена схема однокаскадного параметрического стабилизатора на кремниевых стабилитронах.

При увеличении напряжения на входе  стабилизатора ток через стабилитрон резко возрастает, что приводит к увеличению падения напряжения на гасящем резисторе. Приращение напряжения на гасящем резисторе примерно равно приращению напряжения на входе стабилизатора, так что напряжение на выходе стабилизатора изменяется незначительно. Для термокомпенсации включены диоды VDк.

Если необходимо получить большую  точность стабилизации, применяют двухкаскадный  стабилизатор (рис.2 приложение 1). Коэффициент  стабилизации в этом случае равен  произведению коэффициентов стабилизации первого и второго каскадов.

На рис.3 приложения 1 дана схема  параметрического стабилизатора, в  котором вместо гасящего резистора  включен стабилизатор тока. Включение  стабилизатора тока эквивалентно включению  гасящего резистора с очень большим  сопротивлением и позволяет повысить КПД вследствие уменьшения входного напряжения при достаточно большом коэффициенте стабилизации.

Большую стабильность и больший  диапазон токов нагрузки обеспечивают стабилизаторы, в которых используются регулируемые сопротивления и обратная связь, управляющая их значением.

В качестве регулируемых сопротивлений  используются транзисторы, так как эти приборы управляются электрическими сигналами и малоинерционны. Транзистор включается либо параллельно, либо последовательно с нагрузкой. Сигнал обратной связи поступает от источника выходного напряжения стабилизатора и усиливается в усилителе постоянного тока, затем воздействует на регулируемое сопротивление.

В статическом состоянии все  элементы схем являются линейными резисторами и источниками ЭДС. Только при переходе из одного состояния в другое сопротивления элементов и ЭДС изменяются. Поэтому такие стабилизаторы называются линейными.

Транзистор образует силовую цепь стабилизатора напряжения. Цепь обратной связи стабилизатора включает в себя элементы, с помощью которых определяют знак и отклонение выходного напряжения от стабилизируемого уровня, а так же усилитель выделенного сигнала ошибки. Ту часть обратной связи, где выделяется сигнал ошибки, называют схемой сравнения выходного напряжения с эталонным (опорным). Источником опорного напряжения могут быть любые вторичные эталоны напряжения. Чаще всего здесь используется стабилитрон.

Показатели нестабильности схем с  параллельным и последовательным включением транзистора отличаются незначительно. Основное отличие этих схем – в КПД. Стабилизатор с последовательным включением транзистора имеет более высокий КПД, так как в схеме с параллельным включением через гасящий резистор проходит не только ток нагрузки, но и ток регулируемого транзистора.

Выходное напряжение стабилизатора  с последовательным включением транзистора  практически равно опорному. Поэтому  с помощью этой схемы нельзя получить выходное напряжение более стабильное, чем опорное.

Для улучшения показателей линейных стабилизаторов напряжения в цепях обратной связи применяют операционные усилители.

Основным недостатком линейных стабилизаторов является малый КПД. В этом стабилизаторе мощность, потребляемая от источника, больше, чем отдаваемая в нагрузку. Эта разность мощностей выделяется в силовой цепи стабилизатора. Поэтому транзистор необходимо ставить на теплоотвод, что, в итоге, определяет габариты и массу стабилизатора.

    1. Принципы работы компенсационных стабилизаторов.

На рисунке 4 приложения 1 приведена  схема одного из наиболее распространенных транзисторных стабилизаторов напряжения. Стабилизатор состоит из регулирующего элемента (транзисторы VT1 – VT3); усилителя постоянного тока (VТ4, R1); источника опорного напряжения (VD1, R2); делителя напряжения (R3 – R5); резисторов (R6, R7), обеспечивающих режим работы транзисторов VT2, VT3. Предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения резистором R4. Количество транзисторов в регулирующем элементе зависит от тока нагрузки. Усилитель постоянного тока может питаться от дополнительного источника (например параметрического стабилизатора, как на рис.4 приложения 1) или непосредственно от источника входного напряжения (см. рис.5 приложения 1). В первом случае коэффициент стабилизации выше.

    1. Принципы работы импульсных стабилизаторов.

В стабилизаторах с импульсным регулированием регулируемый резистор заменяется ключом, что сводит к минимуму рассеиваемую на нем мощность (рис.1.1). Ключ может подсоединять или отсоединять нагрузку, тем самым регулируя среднюю мощность забираемую ею от источника. Для сглаживания пульсаций выходного напряжения, вызываемых коммутацией ключа, в силовую цепь импульсного стабилизатора включают специальный фильтр, состоящий из дросселя L, конденсатора С и разрядного диода VD. Цепь обратной связи стабилизатора управляет интервалами времени, в течении которых ключ замкнут или разомкнут.



Напряжение на нагрузке определяется как напряжением источника Е, так и соотношением интервалов импульсов, в течении которых ключ замкнут или разомкнут. Воздействуя на длительность замыкающих ключ импульсов, можно регулировать напряжение на нагрузке и, следовательно, поддерживать его постоянным при изменении первичного напряжения Е.

Преобразование сигнала ошибки, являющегося в импульсном стабилизаторе, как в линейном, медленно меняющимся постоянным напряжением, в импульсную последовательность с переменной скважностью (необходимо для управления ключом) производится в специальном импульсном устройстве, входящем в цепь ОС стабилизатора. Работой ключа можно управлять несколькими способами. Если импульсное устройство создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса, то такую схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией. Если же импульсное устройство замыкает ключ при напряжении на выходе, меньшем некоторого порога, и размыкает его при превышении порога, то такую схему называют релейной или двухпозиционным стабилизатором. Стабилизатор, ключ которого управляется от входного напряжения, называют импульсным параметрическим стабилизатором.

В современных схемах импульсных стабилизаторов в качестве ключа широко применяются транзисторы и тиристоры. Реальные транзисторы, работающие в ключевом режиме, дроссели и диоды обладают малыми потерями, что позволяет сделать силовую цепь стабилизатора малогабаритной. Требуемая для обеспечения малых пульсаций индуктивность дросселя L уменьшается с ростом частоты коммутации ключа. Поэтому частоту коммутации выбирают настолько большой, насколько позволяют применяемые в качестве ключа транзисторы (реально до сотен килогерц).

Основным преимуществом импульсных стабилизаторов являются низкие потери в схеме.

 

  1. Разработка структурной схемы.

Структурная схема устройства приведена  на рисунке в приложении 2.

Входное напряжение 220 В подается на понижающий трансформатор, выпрямляется выпрямителем, обрабатывается сглаживающим фильтром и поступает на стабилизатор, непосредственно с которого и снимается выходное напряжение. В схеме предусмотрена двойная защита от перегрузки.

  1. Разработка принципиальной схемы.

    1. Дано:

Номинальное напряжение питающей цепи   Uc = 220 В

Информация о работе Проектирование стабилизированного источника питания