Расчет импульсного источника вторичного электропитания

Расчет импульсного источника вторичного электропитания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра Электроники и средств связи

Курсовой проект

по дисциплине «Электропитание устройств и систем телекоммуникаций»

на тему «Расчет импульсного источника вторичного электропитания»

г. Владивосток

Введение

Электропитание любой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется от источников вторичного электропитания, которые получают электрическую энергию от источников первичного электропитания, преобразуют их постоянное или переменное напряжение в ряд выходных напряжений различных номиналов как постоянного, так и переменного тока, с характеристиками, обеспечивающими нормальную работу РЭА в заданных режимах.

Можно выделить две основные структурные схемы ВИП: классическую (сетевой трансформатор - выпрямитель - фильтр - стабилизатор постоянного напряжения) и импульсную (выпрямитель сетевого напряжения - высокочастотный преобразователь в импульсные напряжения необходимых номиналов - выпрямитель импульсного напряжения - сглаживающий фильтр - стабилизатор постоянного напряжения).

Классическая схема, обладая простотой реализации, имеет существенный недостаток - громоздкий сетевой трансформатор, поэтому в настоящее время широкое применение получили импульсные ВИП, которые несмотря на большее число структурных блоков, в целом имеют меньшие габариты и вес поскольку эти параметры у высокочастотных трансформаторов на ферритовых сердечниках несравнимо лучше чем у сетевых трансформаторов с сердечниками из электротехнической стали.

В курсовой работе по дисциплине « Электропитание устройств систем телекоммуникаций» будет произведен расчет однотактного импульсного источника вторичного электропитания.

Исходные данные

Рассчитать импульсный стабилизатор напряжения со следующими исходными параметрами:

1. Расчет сетевого выпрямителя

Схема электрическая принципиальная трёхфазная однополупериодная отображена на рисунке 1:

Рис. 1

Среднее значение выпрямленного напряжения для трёхфазной однополупериодной схемы находится из формулы:

U0 ном = 0.95Ucо ном= 0.95·27·=36,27 В

Находится предел допустимого отклонения значения выпрямленного напряжения:

U0 min = U0 ном·(1-δUc)= 36.27·(1-0.2)= 29.02B:max = U0 ном·(1+δUc)= 36.27·(1+0.2)= 43.52B.

Рассчитывается мощность нагрузки:н= Uн· Iн max =5·8=40Вт;

Рассчитывается среднее значение мощности.

;

так как известно, что кпд преобразователя находится в промежутке (0.9 ÷0.95), выберем кпд равный 0.9: P0==44.44 Вт.

Расчет параметров вентиля:

Определяю выпрямительный ток:

P0= I0 max· U0 min;

; I0 max==1,53 A

Находится ток вентиля:аср=, где n=3, для трёхфазной однополупериодной схемы,аср==0,51 A

Найдем обратное напряжение на неработающем вентиле:

Uобр max=U0·(1+δUc) ··=36.27·1.2·=106.61 B.

Выберем диоды VD1, VD2, VD3 им соответствует сборка КД202М с параметрами Iпр ср=5А, Iпр и=9А, Uобр=500В.

Определим значение емкости С1, единица измерения мкФ:

С1=, а это тоже самое, что С1=1.3·Р0=1.3·44.44=57.77 мкФ

2. Расчет силовой части и выбор элементов однотактного конвертора

Схема электрическая принципиальная однотактного конвертора представлена на рисунке 2.

Рис. 2

Рассчитывается коэффициент трансформации, который находится из выражения:

эта формула справедлива только для однотактного конвертора. Откуда

при этом γ - коэффициент заполнения импульса, задаем самостоятельно, выбираем его из промежутка: γ=(0.3÷0.45)= γmax, γ=0.4, тогда (1- γ)=0.6. U0 =U0 ном - напряжение на выходе выпрямителя, рассчитанный ранее. ==0.21.

Рассчитывается максимальный ток коллектора транзистора VT1 по формуле:

Рассчитывается γmin- минимальный коэффициент заполнения из формулы: =0.35

Рассчитываем значение индуктивности L1:

=91.41 мкГн,

Где fк - частота коммутации, величина справочная. После того как найдены неизвестные величины  и L1, можно рассчитать ток коллектора максимальный. Iк max =, Iкmax=5А

Рассчитывается ёмкость фильтра согласно

Сн=,

где Rн min=Uн/Iн max=5/8≈0.62 Ом; Кп= 1%=0.01 - коэффициент пульсации напряжения, задан ранее. Тогда Сн=1.61мФ

напряжение коллектор-эмиттер: Uкэ max===66.95В

обратное напряжение UобрVD==66.95∙0.21=14.06В

По полученным данным выбирается транзистор и диод, используются параметры: Iк max, Uкэ max - для транзистора; Iд=Iн max, UобрVD - для диода.

Исходя из полученных данных, выбираем транзистор КТ828А и диод КД412В:

Ток управления базой транзистора будет равен:

Iбу===0.75 A, где q - коэффициент насыщений транзистора, q=(1.2÷2), выбираем q=1.5.

3. Расчет предварительного усилителя

Схема электрическая принципиальная предварительного усилителя изображена на рисунке 3.

Рис. 3

Находится напряжение предварительного усилителя на вторичной обмотке . Это напряжение должно в 3 - 4 раза превышать напряжение база - эмиттер насыщения транзистора VT1. U2=(3÷4)∙UбэнасVT1=3.5∙1=3.5Вб=U2-UбэнасVT1=3.5-1=2.5B - определение падения напряжения на резисторе Rб1.

Значение сопротивления резистора  определяется по формуле: , по ряду E24 берется резистор R=10 Ом

Задается напряжение питания вспомогательного источника Е=12В. Исходя из баланса мощностей, рассчитывается ток коллектора Iк2 транзистора VT2:

, где  - КПД трансформатора, выбирается из промежутка (0.7÷0.8),

Транзистор VT2 выбирается по следующим параметрам: Uкэmax=E, Iкmax=Iк2: выбирается КТ503 Б, Г (n-p-n), его характеристики приведены в таблице ниже:

Вычисляется ток базы управления: , тогда , по ряду Е24 берется резистор R=3.3 кОм.

4. Расчет генератора пилообразного напряжения

Схема электрическая принципиальная генератора пилообразного напряжения изображена на рисунке 4.

Рис. 4

У ГПН в качестве стабилизатора тока предлагается выбрать полевой транзистор КП302А

Ток заряда конденсатора Ic=Iси=1мА - току стока истока,зи=1.3В

Ёмкость С3 находится:

,

где Uмп - амплитуда пилы, которая выбирается из промежутка (1.5÷3)В, присвоим Uмп=2В; , тогда .

Транзистор VT3 выбирается любой маломощный, например КП315Г:

,

где Uг=11В - напряжение генератора,

,  

Значение R4 совпадает с номинальным значение резистора по ряду Е24.

5. Расчет схемы сравнения и усиления сигнала ошибки

Схема электрическая принципиальная схемы сравнения и усиления сигнала ошибки изображена на рисунке 5.

Рис. 5

Если напряжение на нагрузке  равно 5 В, то напряжение на стабилитроне рекомендуется брать 3,3 В. Был взят стабилитрон КС133А.

Рассчитывается балластное сопротивление источника опорного напряжения , соответствует номинальному значению резистора R6=3кОм по ряду Е24.

Задается значение тока делителя: Iд=1мА.

Рассчитываются сопротивление делителя Rg1, Rg2:

, по ряду Е24 значение резистора Rg1=1.8кОм.

=R5

Рекомендуемый коэффициент усиления Коу схемы сравнения и усиления сигнала ошибки: Коу=30, ,

По ряду Е24 Roc=91кОм.

6. Расчет вспомогательного источника питания

конвертор усилитель конденсатор емкость

Схема электрическая принципиальная вспомогательного источника питания изображена на рисунке 6.

Рис. 6

Коэффициент трансформатора: Ктр=1.

Рассчитаем значение ёмкости конденсатора С4:

,

’н=Е=12В, fc=400Гц - задано в начальных условиях. , по ряду Е12 С4=33мкФ

Рекомендуемый стабилитрон VD5 - Д815Д

’н=Iстmin+Iпу+Iфр+Iком+Ioy+Iгпн.

пу=Iк2·(1-γmin)=0.31·(1-0.35)=0.2 A; Iстmin=25 мА; Iфр=2 мА; Iком=6 мА; Ioy=3 мА; Iгпн=1 мА. I’н=0.025+0.2+0.002+0.006+0.003+0.001=0.237 А.

Расчет емкости конденсатора С5:

,

=400Гц, , Кп выбираем из промежутка (5÷7)%, Кп=5%=0.05.

По ряду Е12 С5=82мкФ.

Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены: методика разработки импульсных источников вторичного электропитания, основные условия стабилизации напряжения и методы их реализации. В результате проделанной работы была создана схема электрическая принципиальная.