Проектирование комбинированного лабораторного блока питания

СОДЕРЖАНИЕ

стр

ВВЕДЕНИЕ

3

1 ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

5

1.1 Применение комбинированных блоков питания

7

1.2 Разновидности схем стабилизаторов

7

1.3 Выбор и обоснование структурной схем блока питания

14

2 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ БЛОКА ПИТАНИЯ

16

2.1 Выбор и расчет выпрямителя и фильтров

16

2.2 Разработка принципиальной схемы стабилизатора

17

3 Конструкция блока питания

19

3.1 Выбор и расчет трансформатора

19

3.2 Разработка печатной платы стабилизатора

25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

25

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

26

ПРИЛОЖЕНИЯ

27

ВВЕДЕНИЕ

Для нормальной работы любого радиоэлектронного устройства требуется внешний источник энергии, за счет которого компенсируются потери энергии в активных элементах схемы и соединительных проводах, а также выполняются различные преобразования входных сигналов, связанные с изменением их мощности (1). В качестве таких источников энергии часто используются преобразователи различных видов энергии в электрическую энергию (гальванические и солнечные, термоэлементы и т.д.). Такие источники электропитания электронных устройств называются первичными.

Но чаще всего для питания различных электронных устройств используется электроэнергия промышленной частоты, вырабатываемая на электростанциях. Для того, чтобы сделать ее пригодной для питания электронных устройств, с ней придется провести ряд операций.

Во-первых, напряжение электрической сети переменного тока, как правило, отличается от напряжений, необходимых для питания электронных схем, поэтому требуется преобразование по напряжению.

Во-вторых, переменное напряжение не пригодно для обеспечения нормального режима работы многих электронных приборов (например, диоды, транзисторы, тиристоры, оптоэлектронные приборы, микросхемы, микропроцессоры), для которых требуются постоянные межэлектродные напряжения. Поэтому необходимо выполнить преобразование переменного напряжения в постоянное, то есть осуществить выпрямление напряжения. Отклонения напряжения от номинального значения не должны, как правило, выходить за границы определенных допусков. Например, для микросхем серии К155 транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) питающее напряжение должно составлять 5 в ± 5 %. Поэтому источник питания устройств, кроме выпрямителя должен содержать еще и стабилизатор напряжения.

Структурную схему источника питания можно представить в виде совокупности отдельных устройств. Трансформатор Тр служит для преобразования сетевого переменного напряжения в необходимое по величине выходное переменное напряжение. Диод (или группа диодов) Д преобразует выходное напряжение трансформатора в пульсирующее, то есть неизменное по направлению, но изменяющееся по величине напряжение, представляющее собой периодическую последовательность синусоидальных полуволн одного знака. Главная особенность выпрямительных диодов − большие площади p-n перехода, поскольку они рассчитаны на выпрямление больших по величине токов.

Сглаживающий фильтр (СФ) уменьшает пульсации выпрямленного напряжения до необходимого значения.

Совокупность этих трех узлов (рисунок 2) принято называть выпрямителем (узлы выделены пунктиром). Такой выпрямитель представляет собой нестабилизированный ИП.

Чтобы получить стабилизированный ИП между фильтром и нагрузкой включается еще один блок – стабилизатор напряжения (СтН). Его задача –поддерживать неизменным напряжение на выходе при изменениях входного напряжения или сопротивления нагрузки Rн в определенных пределах

Чтобы не создавать дополнительных помех в работе электронных устройств, коэффициент пульсаций питающего напряжения не должен превышать долей процента. Для уменьшения пульсаций до заданного уровня применяют сглаживающие фильтры.

Компонентами фильтра могут быть только элементы с частотнозависимыми сопротивлениями, к числу которых относятся индуктивные, емкостные элементы и полупроводниковые приборы (транзисторы). По типу фильтрующего элемента различают индуктивные, емкостные, комбинированные и электронные (транзисторные) фильтры.

Основные разновидности и главные характеристики лабораторных блоков питания:

1) По принципу работы: линейные или импульсные.

2) Диапазон напряжения и тока: фиксированный или с автоматическим ограничением мощности.

3) Количество каналов: одноканальные или многоканальные.

4) Изоляция каналов: с гальванически изолированными каналами или с неизолированными.

5) По мощности: стандартные или большой мощности.

6) Наличие защиты: от перегрузки по напряжению, по току, от перегрева и другие.

7) Форма выходного сигнала: постоянное напряжение и ток или переменное напряжение и ток.

8) Варианты управления: только ручное управление или ручное плюс программное управление.

9) Дополнительные функции: компенсация падения напряжения в проводах подключения, встроенный прецизионный мульти метр, изменение выхода по списку заданных значений, активация выхода по таймеру, имитация аккумулятора с заданным внутренним сопротивлением, встроенная электронная нагрузка и другие.

10) Надёжность: качество элементной базы, продуманность дизайна, тщательность выходного контроля.

В настоящем курсовой работе необходимо спроектировать комбинированный лабораторный блок питания. Разработанное устройство должно отвечать следующим параметрам: питание от сети переменного тока 220 В, 50 Гц; напряжение на выходе блока питания в режиме стабилизации напряжения от 4 до 12 В при токе нагрузки 1,5 А; коэффициент стабилизации от 500 до 1000; максимальный ток в нагрузке до 1,5 А; выходное сопротивление 0,05 Ом.