Разработка импульсного вторичного источника питания

Проверяем выбор сопротивления  соотношением:

;

Выбираем  резисторы ОМЛТ-0,125 сопротивлением 39 кОм.

Определяем  ёмкости конденсаторов  и . Для этого определяем:

Отсюда  находим:

Выбираем  керамический конденсатор серии КМ-6 с параметрами , .

Выбираем  керамический конденсатор серии КМ-6 с параметрами , .

 

4.6 Расчёт  схемы питания генератора импульсов

 

Для питания задающего генератора (мультивибратора) будем использовать отдельный блок, схема которого указана на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схемы питания генератора импульсов

 

Блок питания представляет собой трансформатор, выпрямительный мост с ёмкостными фильтрами и стабилизатором напряжения DA1 на микросхеме КР1180ЕН5А с параметрами U_вых = 5В, I_{н max} = 1,5А.

Выбираем стандартный трансформатор  ТП-321-2 с параметрами , .

Определим параметры диодов, входящих в мост:

Выбираем диоды Д229В с параметрами:

Рассчитаем  ёмкостной фильтр, стоящий после  моста. Принимаем коэффициент пульсации на выходе фильтра К=0,03. Тогда:

Выбираем  алюминиевый оксидно-электролитический  конденсатор серии К50-20 с параметрами , и алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор серии К50-29 с параметрами , . Конденсаторы включаем параллельно.

Так как для микросхем серии  КР1180ЕН5А ёмкость выходного фильтра необходимо принимать не менее 10 мкФ, принимаем и выбираем алюминиевый оксидно-электролитический конденсатор серии К50-20 с параметрами , .

 

4.7 Расчёт стабилизатора первого  канала

 

Стабилизатор напряжения первого  канала выполним на интегральной микросхеме LM109 в корпусе TO-3 с фиксированным выходным напряжением, защитой от перегрева и схемой защиты от перегрузок по току нагрузки. Параметры микросхемы:

Стандартная схема подключения  микросхемы показана на рисунке 8.

 

Рисунок 8 – Стабилизатор первого  канала

 

Конденсаторы  и являются стандартной обвязкой данной микросхемы. Их ёмкости необходимо принимать . Выбираем оксидно-полупроводниковые конденсаторы серии К53-22 с параметрами , .

 

4.8 Расчёт стабилизатора второго  канала

 

Стабилизатор напряжения второго  канала выполним в виде компенсационного стабилизатора последовательного  типа на дискретных элементах. Схема  также предусматривает защиту от перегрузки по току. Схема представлена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Стабилизатор второго канала

 

Данная схема состоит из регулирующего  элемента, источника опорного напряжения, усилителя обратной связи и цепь защиты. Роль регулирующего элемента играет комплиментарный транзистор (состоит из двух транзисторов VT5 и VT6). Источник опорного напряжения –VD9, R5, R6, VT4. Усилитель обратной связи – R8, VD10, VT7,R9, R10, R11. Цепь защиты – VT8, R12.

Находим наименьшее напряжение на входе стабилизатора:

U_{вх min} = U_н + U_{кэ 6 min} = 60 + 3 = 63 B

где U_{кэ 6 min} – минимальное напряжение на регулирующем транзисторе VT6.

Исходя  из того, что VT6 предположительно кремниевый, то U_{кэ 6 min} выбираем в пределе 3..5 В.

Учитывая  нестабильность входного напряжения на входе стабилизатора ±10%, находим среднее и максимальное напряжение на входе стабилизатора:

U_{вх ср} = U_{вх min} / 0,9 = 60 / 0,9 = 67 В

U_{вх max} = 1,1 ´ U_{вх ср}  = 1,1 ´ 67 = 74 В

Определяем  максимальное значение напряжения на регулирующем транзисторе:

U_{кэ 6 max} = U _{вх max} - U_н = 74 – 60 = 14 В

По значениям  U_{кэ 6 max}, I_н, выбираем регулирующий транзистор. Выбираем транзистор КТ817А с параметрами , , , .

Находим ток базы транзистора VT6:

I_{б 6} = I_н / h_{21Э 6} = 1 / 25 = 0,04 А

Определяем  начальные данные для выбора транзистора  VT5. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер VT5:

U_{кэ 5 max}  = U_{кэ 6 max} - U_{бэ 6 max} = 14 – 5 = 9 В

Ток коллектора VT5 состоит из тока базы VT6 и тока потерь, который протекает через резистор R7 (принимая I_R7 = 5´10^-3 А):

I_{к 5} = I_{б 6} + I_{R 3} = 0,04 + 5´10^-3 = 0,405 А

По полученным значениям U_{кэ 5 max}, I_{к 5}, выбираем транзистор КТ817А с параметрами , , , .

Рассчитываем  ток базы транзистора VT5:

I_{б 5} = I_{к 5} / h_{21Э 5 min} = 0,405 / 25 = 16,2 мА

Находим сопротивление резистора R7:

R7 = (U_н + U_{бэ 6}) / I_R7 = (60 + 5) / 5´10^-3 = 13000 Ом

Выбираем  резистор ОМЛТ-0,125 сопротивлением 13 кОм.

В качестве источника эталонного напряжения берем параметрический стабилизатор напряжения на кремниевом стабилитроне VD10 из расчета:

U_VD10 = 0,7 U_н = 0,7 ´ 60 = 42 В

Выбираем  стабилитрон КС528С с параметрами:

U_{ст ном} = 43 В

I_ст = 2,5 мА – средний ток стабилизации;

r_ст = 120 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R8 с учётом I _R8 = I _VD10:

R8 = 0,3 U_н / I_R8 = 0,3 ´ 60 / 2,5´10^-3 = 7200 Ом

Выбираем  резистор ОМЛТ-0,125 сопротивлением 7,5 кОм.

Определяем  начальные данные для выбора транзистора  VT7. Рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер транзистора:

U_{кэ 7 max} = U_н + U_{бэ 6} + U_{бэ 5} - U_VD10 = 60 + 5 + 5 - 42= 28 В

Задаем  ток коллектора VT7 меньшим, чем средний стабилитронаVD10:

I_{к 7} = 1 мА

По полученным значениям U_{к 7 max}, I_{к 7}, выбираем транзистор КТ817А с параметрами , , , .

Рассчитываем  ток базы VT7:

I_{б 7} = I_{к 7} / h_{21Э 7 min} = 1´10^-3 / 25 = 4´10^-5 А

Ток последовательно  соединенных резисторов R9, R10, R11 принимаем равным 5I_{б 7} и определяем суммарное сопротивление делителя

R_дел = U_н / I_дел = 60 / (5 ´ 4´10^-5) = 300 кОм

Находим сопротивления резисторов:

R9 = 0,3 R_дел = 0.3 ´ 300000 = 90 кОм

R10 = 0,1 R_дел = 0.1 ´ 300000 = 30 кОм

R11 = 0,6 R_дел = 0.6 ´ 300000 = 180 кОм

Выбираем  резисторы серии ОМЛТ-0,125 сопротивлениями 91 кОм, 180 кОм и переменный резистор ППБ-15 сопротивлением 2,2 Ом – 47 кОм.

Рабочее напряжение стабилитрона VD9 определяем из соотношения:

U_VD9 = 0,1 U_{вх max} = 0,1 ´ 74 = 7,4 В

Выбираем  стабилитрон 1С175А с параметрами:

U_{ст ном} = 7,5 В

I_ст = 5 мА – средний ток стабилизации

r_ст = 16 Ом – дифференциальное сопротивление стабилитрона.

Вычисляем сопротивление резистора R5, с учётом I _R5 = I _VD9:

R5 = 0,9 U_{вх max} / I_R5 = 0.9 ´ 74 / 5´10^-3 = 13300 Ом

Выбираем  резистор ОМЛТ-0,125 сопротивлением 13 кОм.

Определяем  начальные данные для выбора транзистора  VT4. Рассчитываем ток коллектора транзистора VT4:

I_{к 4} = I_{к 7} + I_{б 5} = 1´10^-3 + 16,2´10^-3 =17,2 мА

Находим напряжение коллектор-эмиттер VT4:

U_{кэ 4 max} = U_{вх max} - U_R6 + U_{к 7 max} - U_VD10 = 74 - 2,4 + 28 - 42 = 58 В

где U_R6 = U_VD9 - U_{бэ 4} = 7,4 - 5 = 2,4 В– падение напряжения на резисторе R6.

По полученным значениям U_{кэ 4 max}, I_{к 4}, выбираем транзистор КТ184В с параметрами , .

Рассчитываем  сопротивление резистора R6:

R6 = U_R6 / I_{к 4} = 2,4 / 17,2´10^-3 = 140 Ом

Выбираем  резистор серии ОМЛТ-0,125 сопротивлением 150 Ом.

Для расчета  схемы защиты принимаем ток срабатывания защиты равный 110% от I_н.

I_{н max} = 1,1 I_н = 1,1 ´ 1 = 1,1 А

Рассчитываем  сопротивление R12, принимая U_{бэ 8} = 5 В:

R12 = U_{бэ 8} / I_{н max} = 5 / 1,1 = 4,5 Ом

Выбираем  транзистор VT8 из условий:

I_{к 8} = I_{б 6} = 0,04 А

U_{кэ 8 max} =U_{бэ 6} + R12´I_{н max} = 5 + 4,5 ´ 1,1 = 10 B

По полученным значениям U_{кэ 8 max}, I_{к 8}, выбираем транзистор КТ817А с параметрами , .

 

5 Моделирование  узлов источника питания

 

Моделирование узлов источника питания будем  производить с помощью программы  Micro-Cap 7.0.

 

5.1 Моделирование  помехоподавляющего фильтра

Рисунок 10 –  Модель входного фильтра

 

Рисунок 11 –  Полученные графики

 

 

5.2 Моделирование  сетевого выпрямителя и сглаживающего

ёмкостного  фильтра

 

Рисунок 12 – Модель сетевого выпрямителя  и ёмкостного фильтра

 

 

Рисунок 13 –  Полученные графики

 

 

5.3 Моделирование  мультивибратора

Рисунок 14 –  Модель мультивибратора

 

 

Рисунок 15 –  Полученные графики

 

5.4 Моделирование схемы питания генератора импульсов

 

За неимением  в библиотеке MicroCap микросхемы КР1180ЕН5А, в качестве стабилизатора напряжения будем использовать микросхему LM117.

 

Рисунок 16 – Модель схемы питания генератора импульсов

 

 

Рисунок 17 – Полученные графики

 

5.5 Моделирование стабилизатора второго канала

 

Рисунок 18 – Модель стабилизатора 2-го канала

 

Рисунок 19 – Полученные графики

 

Заключение

 

В ходе выполнения данного курсового проекта был  разработан двухканальный вторичный  импульсный источник питания с использованием однотактного преобразователя с  прямым включением диода. Схема управления преобразователем была реализована  на мультивибраторе. Каждый канал источника  питания имеет схему защиты от перегрузки по току и от превышения напряжения на нагрузке, реализованную на микросхеме для первого канала и на дискретных элементах для второго. Узлы источника питания были смоделированы в программе Micro-Cap 7.0 и была произведена коррекция выбора элементов схемы.

 

Литература

 

1.  Расчет источников электропитания устройств связи. Учеб. пособие для вузов. В. Е. Китаев, А. А. Бокуняев, М. Ф. Колканов – М.: Радио и связь, 1993.
2. Импульсные источники вторичного электропитания в бытовой радиоаппаратуре. А.В. Митрофанов, А.И. Щеголев – М.: Радио и связь, 1985.
3. Однотактные преобразователи напряжения. А.Г. Поликарпов, Е.Ф. Сергиенко, – М.: Радио и связь, 1989.
4. Полупроводниковые приборы: Справочник. В. И Галкин, А. Л. Булычев, П. М. Лямин. – Мн.: Беларусь, 1994.
5. Электропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. Г. П. Вересов, Ю. Л. Смуряков. – М.: Радио и связь, 1983.
6. Сетевые блоки питания с высокочастотными преобразователями. С. А. Эраносян. – Л.: Энергоатомиздат, 1991.
7. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник. Г. С. Найвельт, Ч. И. Хусаинов и др. – М.: Радио и связь, 1985