Расчет деталей блока питания

     Федеральное агентство образования

     Пермский  государственный технический университет 
 
 
 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА 

     ПО  ПРЕДМЕТУ 

     ЭЛЕКТРОТЕХНИКА  И СХЕМОТЕХНИКА 

     РАСЧЕТ  БЛОКА ПИТАНИЯ 

     Вариант № 4 
 
 
 
 
 
 
 
 

     выполнил студент 

     Филатов А.В.

     факультет ЭТФ

     группа АТзу-09

     для преподавателя

     А.А. Южаков 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ПЕРМЬ 2011

     Содержание. 

1. Техническое задание         3
2. Введение           4
3. Выбор и обоснование функциональной схемы ИП    5
4. Выбор и обоснование принципиальных схем каскадов ИП  

       4.1. Выпрямитель         6

       4.2. Сглаживающий фильтр       6

       4.3. Стабилизатор напряжения       7

5. Энергетический расчет ИП

5.1. Расчет элементов стабилизатора постоянного напряжения     11

5.2. Расчет элементов сглаживающего фильтра           18

5.3. Расчет элементов выпрямителя             19

5.4. Расчет входного трансформатора            21

6. Заключение                 22
7. Схема электрическая принципиальная             23
8. Список используемой литературы              24 

 

1. Техническое задание.

Выходное напряжение – 30 В

Ток в нагрузке I_max – 1,5 A

Коэффициент стабилизации – 0,1%

Коэффициент пульсации на нагрузке – 0,05%

Напряжение питающей сети – 220 В ± 10%, частота сети 50 Гц

Температура окружающей среды Т°С = -40 ÷ +40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Введение.

      Для любого электронного устройства необходим  источник питания. Характерной особенностью современных источников питания является комплексный характер предъявляемых к ним требований. Помимо основной задачи (стабилизации напряжения) перед ними часто ставят дополнительные, связанные с преобразованием параметров выходного напряжения.

      Источники питания делятся на первичные  и вторичные.

      Под первичными источниками электропитания обычно понимают преобразователи энергии какого-либо вида (механической, химической, тепловой, световой и т. д.) в электрическую. К таким источникам относятся электромашинные генераторы, аккумуляторы, гальванические элементы, солнечные и атомные элементы и т. д.

      Вторичными  источниками электропитания (ИВЭП) называются преобразователи электрической  энергии одного вида (род тока, напряжение, частота, число фаз) в электрическую энергию другого вида.

      Большинство бытовых приборов питаются либо с  гальванических элементов, либо от сети электропитания. При большом потреблении  мощности использование в качестве источника питания гальванических батарей неэкономично. Поэтому повышение технико-экономических параметров вторичных источников электропитания являлось и является важной проблемой, решение которой в значительной степени зависит от их правильного выбора и проектирования. Необходимость преобразования переменного тока в постоянный вызвана тем, что производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе. В тоже время многие потребители электрической энергии могут работать только на постоянном токе, а многие имеют на постоянном токе лучшие характеристики и параметры.

      По  ходу нашей работы мы рассмотрим проблемы проектирования источника питания  постоянного напряжения на элементарной базе.

 

3. Выбор и обоснование функциональной схемы ИП.

      В общем случае постоянное напряжение получают путем трансформирования и последующего выпрямления напряжения сети.

      Полученное  таким способом напряжение питания, как правило, имеет заметную пульсацию  и изменяется в зависимости от нагрузки и колебаний напряжения сети. Поэтому в цепь питания часто вставляют фильтр, сглаживающий пульсации, и стабилизатор напряжения, делающий выходное напряжение ИП независимым от перепадов напряжения сети.

      Функциональная  схема ИП имеет следующий вид:    

                                                                                                                                                                          

      а) силовой трансформатор служит для  согласования напряжений переменного  тока с выпрямленным напряжением;

      б) выпрямитель служит для получения знакопостоянного напряжения;

      в) сглаживающий фильтр служит для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения;

      г) стабилизатор напряжения поддерживает выпрямленное напряжение U_н практически постоянным при изменении тока нагрузки или питающего напряжения U_пит.

 

4. Выбор и обоснование принципиальных схем каскадов ИП.

4.1. Выпрямитель.

      Рассмотрим  однофазную мостовую схему с ее «плюсами» и «минусами»:

        «−»  −  необходимость в  четырех диодах, повышенное падение  напряжения в диодном комплексе;

      «+»  −  повышенная частота пульсации Кп=0,67, низкая величина обратного напряжения, хорошее использование трансформатора.

      

      Остановимся на мостовой схеме выпрямителя, так  как она обладает наилучшими технико-экономическими показателями и наиболее соответствует нашему техническому заданию: обеспечивает сравнительно низкий коэффициент пульсаций, позволяет обойтись без вывода средней точки на трансформаторе.

4.2. Сглаживающий фильтр.

      Напряжение  на выходе любого выпрямителя всегда пульсирующее и содержит постоянную и переменную составляющую напряжения. Пульсация напряжения столь значительна, что непосредственное питание нагрузки от выпрямителя возможно лишь там, где приемник энергии не чувствителен к переменной составляющей в кривой выпрямленного напряжения (зарядка аккумуляторов, питание электродвигателей и т.п.). Для питания многих электронных устройств требуется обеспечение коэффициента пульсации в пределах 10^-3 − 10^-6. Для уменьшения пульсации между выпрямителем и нагрузкой устанавливается сглаживающий фильтр.

      Основным  параметром сглаживающих фильтров является коэффициент сглаживания.

      Коэффициентом сглаживания называют отношение  коэффициента пульсации на входе  фильтра к коэффициенту пульсации  на выходе фильтра.

        

      Коэффициент пульсации на входе фильтра задается требованиями приемника энергии к питающему напряжению, а коэффициент пульсации на выходе выпрямителя известен после выбора схемы выпрямления.

      Кроме обеспечения необходимого коэффициента сглаживания к фильтрам предъявляется  еще ряд требований: минимальные габариты; масса и стоимость; отсутствие заметных искажений, вносимых в работу нагрузки; отсутствие недопустимых перенапряжений и выбросов токов при переходных процессах; высокая надежность.

      Выберем Г – образный RC фильтр, так как данный тип фильтра по своим параметрам для нашего технического задания подходит больше, чем все остальные. 

4.3. Стабилизатор напряжения.

      В большинстве силовых электрических  сетей напряжение поддерживается с  точностью не выше ±5%.

      Для питания электронной аппаратуры (особенно для устройств, содержащих микросхемы) требуется значительно более высокая стабильность питающего напряжения, достигающая ±0,0001 - 0,5%. Для обеспечения заданной стабильности питающего напряжения применяют стабилизаторы напряжения.

      Стабилизатором  напряжения называют устройства, которые автоматически поддерживают напряжение на стороне потребителя с заданной степенью точности.

      Основными дестабилизирующими факторами, вызывающими  изменение напряжения потребителя, являются колебания входного питающего напряжения, изменения тока нагрузки потребителя, колебания частоты тока сети, изменения окружающей температуры и др.

      В зависимости от рода напряжения стабилизаторы  подразделяются на стабилизаторы переменного  напряжения и стабилизаторы постоянного  напряжения. По принципу стабилизации стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные. В качестве параметрических стабилизаторов используют нелинейные элементы. Стабилизация напряжения в таких стабилизаторах осуществляется за счет нелинейности вольтамперной характеристики нелинейного элемента.

      В параметрических стабилизаторах постоянного  напряжения в качестве нелинейного  элемента используют стабилитроны.

      Компенсационные стабилизаторы напряжения представляют собой систему автоматического  регулирования, в которой эффект стабилизации достигается за счет изменения параметров управляемого элемента, называемого регулирующим.

      В зависимости от способа включения  регулирующего элемента относительно сопротивления нагрузки стабилизаторы  напряжения подразделяются на последовательные и параллельные, а по режиму работы регулирующего элемента – на стабилизаторы с непрерывным регулированием и импульсные.

      Основными параметрами стабилизатора являются:

      - коэффициент стабилизации:

      

      - коэффициент сглаживания пульсации;

      - внутреннее сопротивление стабилизатора  R_ст.

      Недостатками  параметрических стабилизаторов напряжения являются: сравнительно малый коэффициент  стабилизации, ограниченный диапазон токов в цепи нагрузки, невозможность  плавного регулирования выходного напряжения.

      Поэтому компенсационные стабилизаторы  напряжения в этом плане выглядят более эффективными, так как они  не содержат таких недостатков, а  из условия технического задания  от нас требуется сравнительно высокий  коэффициент стабилизации, выходной коэффициент пульсации, что при использовании параметрического стабилизатора мы не сможем добиться, соответственно, в проектировании будем использовать компенсационный стабилизатор напряжения.

      Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения представляют собой систему автоматического регулирования, которая обеспечивает постоянство выходного напряжения с высокой степенью точности при изменениях напряжения сети, тока нагрузки и т.д.