Блок питания для систем безопасности

 

На выходе обратноходового  преобразователя в разработанной  схеме устройства получились следующие  значения: напряжение 40 В и ток 2А, Р₀=80 Вт. Выбранные стабилизаторы напряжения могут работать при токе доходящем до 2 А.

Стабилизатор напряжения REF196 предназначен для получения стабилизированного питания микроконтроллеров, а для этого необходим ток 30 мА, т.е. потребляемая мощность

Стабилизатор напряжения 78S24 предназначен для питания остальных цифровых микросхем, для этого необходим ток 0,1 А, т.е потребляемая мощность

 

Расчет сетевого фильтра

 

Индуктивно-емкостной фильтр является относительно простым устройством. И даже в сравнительно простых источниках питания наличие такого фильтра при сочетании с другими устройствами, в том числе нелинейными, может привести к нежелательным последствиям. Поэтому во многих случаях это должно сопровождаться подробным анализом ею свойств.

Коэффициент сглаживания  фильтра q представляет собой отношение  первой гармоники пульсаций на входe фильтра к амплитуде первой (основной) гармоники на его выходе:

,  где  m-число фаз выпрямителя 

откуда

 

 

 где ω=2πf. 

Емкость конденсатора С должна быть значительно больше отношения:

 

 

 

   При работе выпрямителя на фильтр LC-типа ток, протекающий через каждый из открытых диодов, начиная с некоторой  критической величины, имеет прямоугольную  форму. Напряжение на нагрузке практически  равно среднему значению напряжения на входе фильтра, а переменная составляющая этого напряжения выделяется на дросселе фильтра. При этом нагрузочная характеристика имеет вид прямой, наклон которой  характеризуется выходным сопротивлением выпрямителя

Рисунок 3.2 - Временные диаграммы    

Минимально допустимая индуктивность  дросселя Lmin, при которой сохраняется  режим непрерывного тока в дросселе:

 

Подставляя индуктивность  дросселя в представленые формулы  выще получим емкость конденсатора С=80 мкФ.

Принципиальная схема  приведена в приложении 2.

 

Выбор элементной базы

Микросхемы

Top 234

Рисунок3.3 – Расположение входов и выходов микросхемы Top 234

DRAIN (D) — вывод стока высоковольтного MOSFET-транзистора. Обеспечивает питание микросхемы при запуске с помощью встроенного высоковольтного переключаемого источника тока. К этому же выводу подключен вход схемы измерения тока.

CONTROL (C) — вход усилителя сигнала ошибки ШИМ-модулятора. Вход триггера схемы защиты. К этому выводу подключается внешний конденсатор схемы авторестарта и коррекции.

MULTI-FUNCTION (M) — входной контакт схемы защиты от повышенного и пониженного входного напряжения, схемы ограничения коэффициента заполнения импульсов, схемы ограничения тока и схемы дистанционного включения-выключения и синхронизации.

FREQUENCY (F) — входной контакт для выбора частоты преобразования: 132 кГц (при соединении с выводом SORCE) и 66 кГц (при соединении с выводом CONTROL). Этот вывод доступен только в исполнении Y. Для исполнения P и G частота преобразования внутренне установлена на 132 кГц.

SORCE (S) — вывод истока MOSFET-транзистора, общий вывод схемы управления и источника опорного напряжения.

При подаче высокого постоянного напряжения MOSFET-транзистор первоначально выключен и конденсатор, подключенный к выводу CONTROL, заряжается через переключаемый  высоковольтный источник тока, соединенный  внутренне между выводами CONTROL и DRAIN. Когда напряжение вывода CONTROL Uc достигнет приблизительно 5,8 В, совокупность схем управления инициируется и начинается плавное включение.

Цепь плавного включения постепенно увеличивает коэффициент заполнения от нуля до максимального значения примерно за 10 мс. К концу плавного включения источник тока выключается, и питание всей схемы управления осуществляется за счет тока цепи обратной связи. Схема управления поддерживает напряжение Uc на уровне 5,8 В, шунтируя ток  цепи обратной связи на выводе CONTROL, превышающий необходимое значение тока питания микросхемы. Малый динамический импеданс Zc вывода CONTROL вместе с внешним  резистором и конденсатором определяет частотную коррекцию контура  обратной связи всего источника  питания. ШИМ-модулятор осуществляет регулирование напряжения за счет изменения  коэффициента заполнения импульсов, управляющих MOSFET-транзистором обратно пропорционально  величине тока вывода CONTROL .

Втекающий ток отделяется регулятором (усилителем сигнала ошибки) от тока питания и формирует на резисторе RE сигнал ошибки, который для снижения импульсного шума фильтруется RC-цепью  с частотой среза 7 кГц.

ШИМ-модулятор формирует сигнал при сравнении отфильтрованного сигнала ошибки с пилообразным напряжением  задающего генератора. MOSFET-транзистор открывается по тактовому сигналу  генератора, закрывается по сигналу  с выхода ШИМ-модулятора. Модулятор  имеет ограничение минимального коэффициента заполнения 1,5%. При этом обеспечивается независимость тока потребления от величины сигнала  ошибки. Если по каким-либо причинам (короткое замыкание в нагрузке, обрыв ОС и т. д.) напряжение на выводе CONTROL станет ниже 4,8 В, схема управления отключает MOSFET-транзистор и переходит в  дежурный режим. Конденсатор, подключенный к выводу CONTROL, снова заряжается через  переключаемый источник тока. Компаратор схемы авторестарта, имеющий гистерезис, поддерживает напряжение Uc в пределах 4,8.5,8 В, переключая источник тока, как  показано на рис. 3. Цепь авторестарта содержит счетчик-делитель на восемь, запрещающий  работу MOSFET-транзистора до окончания  восьмого цикла разряда. Тем самым  снижается коэффициент заполнения импульсов схемы рестарта до 4%, что  снижает рассеиваемую мощность MOSFET-транзистором. Процесс перезапуска повторяется  до начала нормальной работы схемы.

 

 

 

 

 

Супервизор Max6342

Рисунок 3.4– Расположение входов и выходов микросхемы Max6342

Особенности:

  1)Малый 6-выходной SOT23 корпус 
  2)Точная заводская установка пороговых значений VCC сброса между 2.33V и 4.63V 
  3)Гарантированный СБРОС действителен по VCC = +1 V 
  4)Мониторинг напряжения для Power-fail или предупреждение о низком

заряде аккумулятора

 

Рисунок 3.5 – Габаритные размеры микросхемы Max6342

Оптопара LTV817

Рисунок 3.6– Габаритные размеры микросхемы  LTV817

Рисунок 3.7 – Структурное изображение микросхемы  LTV817

 

 

 

 

 

 

Стабилизатор 78S24

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 3.8– Электрические характеристики стабилизатора 78S24

 

 

 

 

Рисунок 3.9 – Внешний вид и расположение выходов стабилизатора 78S24

Стабилизатор REF 196

 

 

 

 

Рисунок 3.10– Внешний вид  расположение выходов стабилизатора REF 196

 

 

 

Рисунок 3.11 – Электрические характеристики стабилизатора REF 196

Разъемы

Клемник 222-413

Рисунок 3.12 – Внешний вид клемника 222-413

Дроссель

Катушка индуктивности CDRH125 - 271

Рисунок 3.13 – Габаритные размеры катушки, где А = 12мм, В = 12мм, С = 6мм.

Диапазон индуктивности составляет от 2.1 мГн до 1 мкГн.

Рэле РС4.569.421-05

Рисунок 3.14 – Габаритные размеры рэле РС4.569.421-05

Рисунок 3.15– частные характеристики и износостойкость реле при постоянной активной нагрузке

Переменный резистор

Рисунок 3.16–  Общий вид и габаритные размеры резистора С5-40В

 

Рисунок 3.17– Электрические характеристики резистора С5-40В

Промежуточные значения номинальных  сопротивлений резисторов С5-40В соответствуют ряду Е24.

Допускаемые отклонения от номинального сопротивления, %	±5; ±10
Максимально допустимое импульсное напряжение между выводами:
- для мощности рассеяния  100 Вт, кВ	25
- для мощности рассеяния  160 Вт, кВ	30
- для мощности рассеяния  250 и 500 Вт, кВ	35
Температурный коэффициент  сопротивления, 10 -6·1/°С	±240
Минимальная наработка, ч	10 000
Изменение сопротивления  в течение минимальной наработки, не более, %	±10
Срок сохраняемости, лет	15
Изменение сопротивления  к концу срока сохраняемости, не более, %	±5

 

 

 

 

 

 

 

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

 

Перед началом проектирования любого устройства, необходимо ответить на главный вопрос: а стоит ли это делать? Не будет проще и  дешевле приобрести  уже готовое  устройство , выбрав из множества представленных на рынке(если, конечно, целью разработки не является изобретение прибора, не имеющего аналогов)?  В большинстве  случаев можно убедительно ответить – нет. Гораздо дешевле будет  купить все необходимые компоненты, и , приложив немного усилий, изготовить необходимый прибор.

Значит, теперь перед нами стоит задача рассчитать себестоимость  проектируемого блока питания, и  сделать вывод о том, стоит  его изготавливать или нет. Ниже приведена таблица всех компонентов, необходимых для изготовления с  указанием стоимости.

Таблица 1

Наименование	Минимальная реализуемая  единица	Цена
Резистор P1-12-0,25	1 шт.	100 бел. руб/шт.
Резистор СП-1	100 шт.	17,4 рос. руб.
Стабилизатор LM78L12	100шт.	2,7 рос. руб./шт.
Реле РС4.569.421 - 05	1 шт.	357 рос. руб.
Диод КД-103А	1 шт.	5 рос. руб/шт.
Транзистор КТ 827	1 шт.	53 рос. руб/шт.
Дроссель	8 шт.	2  рос. руб/шт.
Микросхема TOP234	1 шт.	102 рос. руб/шт.
Конденсатор	1 шт.	100 бел. руб/шт.
Оптопара LTV817	1шт.	10,54 рос. руб/шт.
Супервизор Max6342	1 шт.	10 рос. руб/шт.

 

 

Продолжение Таблица 1

Аккумуляторная батарея  СА1270	1 шт.	978 рос. руб/шт.
Светодиод ARL-3514URD-150mcd	1 шт.	2  рос. руб/шт.

 

При расчете полной себестоимости  устройство для производства на предприятии  и с учетом того, что собрать  и выпустить может не сильно квалифицированный  человек (монтажник 3-5 разряда).

Полная себестоимость  будет  состоять из:

- покупных комплектующих изделий и полуфабрикатов;

 - вспомогательных материалов и энергия на технологические нужды;

 - основной заработной платы основных производственных рабочих;

- дополнительной заработной платы основных производственных рабочих;

- отчислений на социальные нужды;

- износ инструмента и приспособлений целевого назначения;

- общепроизводственных расходов;

- общехозяйственных расходов;

- прочих производственных расходов;

- коммерческих расходов.

Расчет будем вести  для партии изделий в 100 единиц.

Стоимость покупных изделий  для одной единицы продукции  будет составлять 437990 рублей.

Для расчета затраты на работу необходимо ввести следующие  термины: часовая тарифная ставка на предприятии (8500 в час) , разряд рабочего (4 разряд), время на производство одной детали (1 час) и количество изготовленных изделий (100 шт). Полная зарплата получилась 1300500 руб. Стоимость для одного устройства получились равные 130050 руб.

Затраты на социальные нужды  составляют  35% от заработной платы  рабочего персонала, т.е 455180 руб.

Затраты на износ инструмента  тоже рассчитываются из зарплаты и  составляют  255000.

Общепроизводственные расходы включают затраты цеха на: заработную плату административно-управленческого персонала цеха с отчислениями на социальные нужды; амортизацию; содержание и текущий ремонт зданий, сооружений общепроизводственного назначения; охрану труда и др. В нашем случае составляет 127500 руб.

Общехозяйственные расходы включают: заработную плату руководящих работников и специалистов с отчислениями на социальные нужды; амортизацию зданий и сооружений общезаводского назначения, их содержание и текущий ремонт, командировочные расходы и др. В нашем случае тоже составляют 127000 руб.

Прочие производственные расходы определяются в процентах от суммы выше перечисленных расходов и в нашем случае составляют 3400000 руб.

И так полная себестоимость одного  устройства при выпуске на производство без учета маркетинга и других коммерческих  нужд определяется как  сумма выше перечисленных расходов и составит 527000.

При выпуске партии от 1000 единиц происходит значительная экономия затрат на покупку  комплектующих изделий.

Однако розничная ценна будет  состоять из прибыли предприятия, полной себестоимости продукции и налога на добавленную стоимость (НДС – 20%). Отсюда получаем 680000 руб.