Схемотехника параметрических, линейных и импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Московский государственный технический университет

радиотехники, электроники и автоматики”

МГТУ МИРЭА

Факультет радиотехнических и телекоммуникационных систем

Кафедра теоретической радиотехники и радиофизики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине “Электропреобразовательные устройства РЭС”

Тема курсовой работы: “Схемотехника параметрических, линейных и импульсных стабилизаторов напряжения постоянного тока”

Студент группы РСС-1-11

Руководитель курсовой работы

Заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор

В.К. Битюков

Рецензент доцент Э.М. Черниговская

Москва 2014

Введение

Для выполнения курсовой работы были выбраны две схемы источников вторичного электропитания с линейным и импульсным регулированием.

Импульсное регулирование реализовано на шим-генераторе SG3525 компании Моторола, а сама схема является аналогом компьютерного блока питания, только несколько упрощенным. Данная схема интересна, так как на ее основе можно построить стабилизированный источник напряжения с защитой по макс. току, от перенапряжения и автоподстройкой мощности под переменную нагрузку, с максимальной мощностью до 3-5 кВт.

Схему с линейным регулированием мне было удобно разработать самому, так как была необходимость сделать источник однополярного питания с регулировкой максимального тока и напряжения мощностью около 500 Вт (аналог ТЕС 18).

Характеристики моей схемы: Uвых = 0…60 В, Iвых = 0…5 А, защита по макс. току и блок управления обмотками трансформатора (БУОТ), который увеличивает КПД, подстраивая выходную мощность под нагрузку. БУОТ разгружает транзисторы от лишней рассеиваемой мощности и разгружает трансформатор при низкоомной нагрузке.

.       
Схема с импульсным регулированием

Предложенный импульсный источник постоянного напряжения, можно разбить на 3 схемы.

.        Силовая часть. В этой части элементы работают с большими токами при рабочем напряжении 150 В.

.        Управляющая часть. Величина питания 12 В и токи не превышают

мА. Эта схема осуществляет управление выходными силовыми транзисторами, защиту по току и выходному напряжению.

.        Выпрямительная часть. Задача этой части выпрямить и сгладить напряжение, которое пойдет на нагрузку.

Схема 1

L и N это выводы для подключения к электросети 220 В 50 Гц. Трансформатор Т1, диодный мост Gl1 и конденсатор С7, осуществляют дежурное питание ШИМ контроллера (см. Рис. 2.). R12 и диод VD6 это вывод с выхода ИИП, после запуска схема питает сама себя и дежурное питание не используется. Это нужно для увеличения стабильности питания управляющей части.

Дросель L1, С1 и С2 это фильтр по питанию электросети. Он не пропускает помехи в схему и не дает проходить помехам из схемы в сеть. NTC это термистор, этот элемент имеет отрицательный температурный коэффициент. Он ограничивает пусковой ток ИИП, после начала работы он нагревается и его сопротивление уменьшается.

GL2 - диодный мост с макс. током 20-30 А., выпрямляет сеть 220. Далее происходит зарядка последовательно соединенных конденсаторов С3,С4, номиналы которых равны, резисторы R1,R2 шунтирующие эти конденсаторы нужны для разрядки последних после отключения схемы.

Предыдущая обвязка нужна для питания трансформатора 3.Используется схема полумост. Для этой схемы нужно двухполярное питание, для этого и используются 2 последовательно включенных конденсатора. Точка Y является землей этой схемы, относительно нее конденсатор С3 имеет потенциал 155 В, а С4 -155В.

VT1 и VT2 два силовых МОП ключа управляемых трансформатором 4, R4, R5 - разряжают затворы транзисторов и не дают превысить допустимую разность потенциалов затвор-исток в 20 В. VD1 и VD2 шунтируют транзисторы от обратной полярности тока, в момент выключения транзистора индуктивность стремится поддержать идущий ток и начинает увеличивать напряжение, для VT1 диод VD2 открывается и большая часть тока заряжает конденсатор С4. R3 и С5 выполняет туже функцию. С6 нужен для пропуска только переменной составляющей, так как трансформатор передает энергию когда ток проходящий через него изменяется, так же как и конденсатор.

Трансформатор Т2 нужен для слежения величины тока через Т3.

Схема 2

ИС 1- интегральная микросхема SG3525. Это генератор прямоугольных импульсов с возможностью регулировки частоты от 20 до 200 000 Гц и коэффициента заполнения (широтно-импульсная модуляция).

Меняя ширину импульса можно регулировать величину энергии, которая подводится на первичную обмотку трансформатора 3, тем самым подстраивается напряжение под нагрузку на вторичной обмотке. Обычно, чтобы покрыть просадку на трансформаторе, вторичную обмотку мотают на большее напряжение, так чтобы выходное напряжение составляло 75% от максимального.

Питание подводится на 13 и 15 выводы в пределах 8-35 В.

,7 выводы задают частоту осциллятора.

софт старт, плавный старт микросхемы, то есть после подачи питания коэффициент заполнения плавно увеличивается, а не рывком до максимального, так как в начальный момент напряжение на вторичной «0».

На 6 вывод ставят резистор, он нужен для более точной подстройки частоты.

Вывод 9 - выход операционного усилителя, С18 и R7 нужны, чтобы замедлить нарастание потенциала на выходе ОУ.

11, 14 выходы А и В питают GDT (Gate Drive Transformers <#"730655.files/image003.gif">

Для повышения КПД вторичная обмотка намотана со средней точкой, это позволяет использовать 2 диода для выпрямления. В этом случае прямо смещен один диод, а не два . Для выпрямления используют диоды шотки, так как падение на них меньше чем на обычных диодах, что так же повышает КПД. Дросель 2 и конденсаторы С9, С10 образуют выходной фильтр.

Vc выход питания для ИС, Vo выход для защиты по напряжению.

2.       Схема с линейным регулированием

Данный линейный источник постоянного напряжения разбит на 2 схемы.

.        Управляющая схема. Осуществляет регулировку напряжения и тока через нагрузку.

.        Схема управления обмотками трансформатора. Подстраивает уровни входного напряжения под нагрузку, что позволяет повысить КПД за счет уменьшения рассеиваемой мощности на силовых транзисторах.

Схема 1

Регулировка по напряжению реализовано на операционном усилителе с обратной связью с сопротивления нагрузки. Делитель R 10 и R 11 нужен для понижения управляющего напряжения. ОУ 1 будет открывать VT 3, пока напряжение на входах ОУ 1 не уровняется.

Регулировка тока происходит через датчик тока R 12, ОУ 2 уменьшает потенциал базы транзистора VT 3, если ток через нагрузку превышает установленный уровень бегунком R 4. R 7 и R 8 устанавливают приоритет регулировки тока над напряжением. Конденсатор С3 замедляет скорость обратной связи, что бы цепь - VT 3, VT4, DA 1 и VT1, успела отреагировать на изменение напряжения на нагрузке, тем самым избежав режим генерации.

Схема 2

Данная схема позволяет уменьшить максимальную рассеиваемую мощность на транзисторах с 350 до 120 ватт.

Через обратную связь схема следит за уровнем напряжения на нагрузке и подключает обмотки трансформатора через реле.

В данной схеме реализованы два основных правила:

.        Переключение с одной обмотки на другую должно осуществляться в устойчивое положение. Для этого использованы триггеры Шмитта, реализованных на ОУ с положительной обратной связью.

.        Переключение обмоток должно осуществляться так, чтобы избежать одновременного подключения более одного реле.

Для этого эмиттеры управляющих транзисторов приподняты на 5 вольт, это позволяет сначала отключить нижнее реле, а задержка на переключение определяется RC цепочкой на выходе соответствующего ОУ.

. Расчет ПСН

Рассчитать однокаскадный параметрический стабилизатор напряжения постоянного тока. Исходные данные:

 = 9.2 В, = 15 мА,

= 30 мА, = 17, = = 0,1, = 10 мВ/К.

.        По заданному выходному напряжению  был выбиран стабилитрон Д814Б. Его параметры: =8,0...9,5 В, = 3 мА, = 36 мА, = 10 Ом, = 0,08 , = 340 мВт.

2.       температурная компенсация выходного напряжения для выбранного стабилитрона:

мВ/К.

, стабилитрон выбран верно.

3.       Уточняют величину выходного напряжения ПСН по формуле

Напряжение стабилизации ПСН:

 = 9.2 , под активным нагревом напряжение на стабилитроне будет увеличиваться и будет по величине равно 9 - 9.2 В.

.        Определяют максимальное значение коэффициента стабилизации . Принимают Icт min = 3∙10-3 А, тогда и

Кст = 17< Кст max = 28.

.        Задаются значением α~ = 0,03.

6.       Определяют напряжение на входе ПСН

,

.

трансформатор напряжение ток

7.       Величина резистора ограничивающего ток через стабилитрон:

8.      
Определяют

,

Предельное значение тока стабилитрона Д814Б равно 36 мА, что больше максимального значения тока через стабилитрон, равного 35 мА.

.        Определяют РVD max

Выбранный стабилитрон может рассеять при Tc = 600 C мощность, равную 340 мВт.

.        Находят Uвых m1

11.     Вычисляют КПД стабилизатора

.        Определяют максимальный ток , потребляемый стабилизатором

 мА.

Список используемой литературы

1.       Статья «Импульсный блок питания для трансивера» с интернет ресурса <http://www.cqham.ru/pow54_72.htm> Udo Theinert DL2YEO 2009 г.

.        «Искусство схемотехники» издание 1. Авторы: Хоровиц П. <http://padabum.com/search.php?author=%D0%A5%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%86%20%D0%9F.> Хилл У. <http://padabum.com/search.php?author=%D0%A5%D0%B8%D0%BB%D0%BB%20%D0%A3.> 1998 г.

.        Статья из интернет ресурса http://datagor.ru/.

Раздел: Практика <http://datagor.ru/practice/> » Автомобильная электроника <http://datagor.ru/practice/car-electronics/>.

IRF3205+SG2525/SG3525. Импульсный преобразователь напряжения для автомобильного аудиокомплекса.

Автор: Spirit. 2008 г.

4.       Интернет ресурс <http://gete.ru/post_1178825954.html>

Статья 2007 г. Характеристики отечественных стабилитронов.

5.       Статья «Справочник радиолюбителя» <http://www.radiolibrary.ru/reference/resistorseries/e24.html>

Ряды номиналов Е24 резисторов. 2014 г. город Магнитогорск.

.   Методы проектирование электронных устройств.

Автор: Шеин А.Б., Лазарева Н.М. 2011 г.

.   Микросхемы для современной бытовой аппаратуры.

Автор: Кашкаров А.П. 2013 г.

.   Создаем современные сварочные аппараты.

Автор: Володин В.Я. 2011 г.

.   Маркировка радиоэлементов: справочник, 2 издание.

Автор: Кашкаров А.П. 2012г.

.   Основы схемотехники микроэлектронных устройств

Авторы: Белоус А. И., Емельянов В. А., Турцевич А. С.