Стабилизатор-регулятор постоянного напряжения

Вход ограничения по току подключен  паралИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

11

1206.435051.000ПЗ

лельно нагрузке через сопротивление 40 Ом.

Регулируемый  выход подключен к нагрузке напрямую.

Для защиты выходных элементов от перенапряжения должен быть установлен нулевой вентиль, пропускающий через себя ток индуктивности при закрытом ключе.

Исходя  из приведенных параметров схемы, в качестве возвратного диода выберем отечественный выпрямительный диод большой мощности КД2995А, обладающий следующими параметрами:

˗ Uoбp и max - Максимальное импульсное обратное напряжение: 50 В;

˗ Iпp max - Максимальный прямой ток: 25 А;

˗ fд - Рабочая частота диода: 20... 200 кГц;

˗ Uпp - Постоянное прямое напряжение: не более 1,1 В при Inp 30 А;

˗ Ioбp - Постоянный обратный ток: не более 10 мкА при Uoбp 50 В;

˗ tвoc обр - Время обратного восстановления: не более 0,05 мкс

 

 

2.3 Обратная связь

 

Обратная  связь обеспечивает передачу информации об уровне выходного напряжения на модуль широтно импульсной регуляции. В рамках данного проекта возможна разнообразная ее реализация. В частности  находят применение оптронные пары, трансформаторы, резистивные делители.

Исходя  из условий проекта наиболее оптимально использование резистивного делителя.

Делитель  подключается параллельно нагрузке и фактически шунтирует ее. Для  обеспечения достаточного КПД рассчитаем делитель на ток  не более 1мА.

 

При этом КПД делителя составит

 

Для дальнейшего  расчета необходимо учесть номинальное  напряжение обратной связи, подаваемое на вход обратной связи микросхемы ШИР. данное падение напряжения должно обеспечиваться делителем при максимальном выходном напряжении 10В.

Исходя  из формулы и условия

Для выходного  напряжения 10В

Для выходного напряжения 2Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

1206.435051.000ПЗ

В

 

Величина  переменного сопротивления 

Окончательная принципиальная схема  делителя представлена на рис 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5. Резистивный делитель напряжения

 

Таким образом, делитель будет представлять собой последовательное соединение двух постоянных сопротивлений , и переменного сопротивления .

 

2.4 Линейно осредняющий фильтр.

 

Линейно осредняющий фильтр выберем и рассчитаем исходя из рекомендаций, приведенных в [1] и [2].

Исходя  из полученных ранее расчетов и условий  проекта, сформируем требования, предъявляемые к фильтру.

Выходное  сопротивление ,

напряжение  на нагрузке ,

ток нагрузки ,

коэффициент заполнения ,

частота работы регулятора ,

пульсации напряжения на нагрузке .

 

Представленные значения вынуждают  испоИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

1206.435051.000ПЗ

льзовать Г-образный LC фильтр. Принципиальная схема данного фильтра представлена на рисунке 6.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6. Линейно осредняющий фильтр

 

Проведем  расчет требуемых величин индуктивности  и емкости.

Исходя  из приведенных данных, оценим минимальную величину индуктивности

 

Учитывая  возможные потери, требуемая величина индуктивности

 

Зная  значения индуктивности, рассчитаем требуемую величину используемой емкости

 

 

Проведем  расчет основных параметров рассчитанного  фильтра.

Выходное  сопротивление фильтра

 

Условие отсутствия резонанса

 

 

Рассчитанный  фильтр удовлетворяет поставленным условиям и не входит в резонанс на рабочей частоте, что позволяет  перейти к конструктивному расчету  его элементов.

 

3 Конструктивный расчет элементов

 

3.1 Конденсатор фильтра

Конструктивный расчет производится с целью определения габаритов  рассчитанного фильтра, как наиболее массИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

1206.435051.000ПЗ

ивного элемента схемы.

Пульсации напряжения на конденсаторе в несколько  раз меньше среднего действующего значения, что позволяет использовать емкие  электролитические конденсаторы.

Емкость конденсатора, рассчитанная ранее 

Номинальное значение напряжения рассчитаем с учетом возможных пульсаций на элементе.

Коэффициент затухания фильтра

 

 

Отношение коэффициента затухания к резонансной  частоте

 

Из рисунка 7 определим амплитуду  переходного напряжения при резком изменении нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7. График амплитуд переходного  процесса

 

 

Таким образом, максимальное напряжение на конденсаторе составит

 

 

Для повышения  надежности возьмем конденсатор  с избыточным номинальным напряжением 

Данным параметрам удовлетворяют  оксидно-электролитические алюминиевые конденсаторы серии К50-6. Они предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего напряжений, а также в импульсных режимах.Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

1206.435051.000ПЗ

 

Исходя  из стандартного ряда современных конденсаторов, емкость конденсатора составит 2200 мкФ

 

 

3.2 Дроссель фильтра

 

Конструктивный  расчет дросселя начнем с определения  типа и используемого материала.

В данном случае целесообразно использовать кольцевой ферритовый сердечник. Это  обеспечит малую массу и количество витков провода.

В качестве материала выберем феррит.

Сердечники  из Mn-Zn ферритов применяют в слабых и средних магнитных полях (В ~ 0,05 0,2 Тл) при отсутствии жестких требований к температурной и временной стабильности: в трансформаторах и дросселях одно- и двухтактных DC/DC-DC/AC-AC/AC конверторов, в сетевых фильтрах, фильтрах ВЧ-помех, в высоковольтных трансформаторах, в импульсных, согласующих и развязывающих сигнальных трансформаторах, в дросселях НЧ- фильтров акустических систем, в делителях напряжения, статических преобразователях. Сердечники из феррита рекомендуется использовать при температуре окружающей среды от -60ºС до +155º и в диапазоне частот до 450 кГц.

Габаритная  мощность дросселя на данной частоте

 Вт

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8. Зависимость плотности  тока от габаритной мощности

Из рисунка 8 зададим плотность  токаИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

1206.435051.000ПЗ

 

 

Определим основные габаритные размеры

 

 

Воспользовавшись  стандартными таблицами, выберем кольцевой  ферритовый сердечник К28х16х9.

 Данный  сердечник имеет следующие параметры: 

 

Вычислим  требуемое число витков провода

 

Исходя  из плотности протекающего тока площадь  необходимого сечения провода составит . Используем провод с эмалевой изоляцией ПЭВ, диаметр при этом составит

Оценим  заполнение сердечника проводом

 

Следовательно, данное число витков провода возможно разместить в выбранном сердечнике.

 

Исходя  из формулы сечение сердечника магнитопровода составит 0,52 см.

Оценим  потери в обмотке

 

Оценим  потери в сердечнике магнитопровода

 

Используя эмпирические таблицы найдем удельные потери

 

Таким образом потери в сердечнике составят

 

Суммарные потери в дросселе

 

КПД дросселя

 

 

3.3 Резисторы делителя напряжения

Исходя из приведенной принципиальной схемы и характеристик используемых элементов, можно предположить, что  делитель напряжения является наиболее ответственной частью схемы. Его  показатели отвечают за стабильность выходного напряжения и Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

1206.435051.000ПЗ

отказоустойчивость всей схемы.

Для обеспечения  максимальной стабильности в качестве резисторов делителя используем прецизионные постоянные резисторы серии С2-29С. Данный тип резисторов обеспечивает стабильность напряжения % в течении 2000 часов. Температурный коэффициент сопротивления

.

Величины  сопротивлений выберем исходя из стандартного ряда E192

 

Максимальные  отклонения по температуре составят %

%

В качестве переменного сопротивления применим прецизионный потенциометр СП4-8. Допустимые отклонения сопротивления составляют %. Температурный коэффициент сопротивления .

Величину  сопротивления выберем исходя из стандартного ряда выпускаемых номиналов.

 

Максимальные  отклонения по температуре составят %

 

 

4 Оценка показателей схемы

 

КПД схемы  оценивается исходя из КПД всех ее элементов

 

 

Нестабильность  выходного напряжения определим  исходя из показателей резисторов делителя напряжения.

Временная нестабильность

%

Температурная нестабильность

%

 

 

 

Заключение

 

В результате выполнения проекта была разработана  принципиальная схема высокоэффективного импульсного регулятора напряжения постоянного тока. Параметры данной схемы соответствуют техническому заданию. При этом схема имеет минимальные массогабариты для текущей рабочей частоты.

КПД рабочей  схемы составила 93%

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

1206.435051.000ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источниковИзм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

1206.435051.000ПЗ

 

 

1. Горюнов Н.Н. Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. - М.:Энергоатомиздат, 1983;

2. Горячева Г.А., Добромыслов Е.Р. Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1984;

3. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. 2-е изд., испр. и доп. - М.:Додэка-XXI, 2001.

4. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М.:Техносфера, 2005.

5. Четверкова И.И. Резисторы: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991.

6.  Кокшаров В.С., Шуляк А.А. Преобразовательная техника. Выбор и расчет элементов сглаживающих фильтров: Учебное пособие/ В.С.Кокшаров, Шуляк А.А.: УГАТУ. – Уфа, 2002. – 129 с.

7.  Кокшаров В.С. Преобразовательная техника. Сглаживающие фильтры.: Учебное пособие/ В.С.Кокшаров,: УГАТУ. – Уфа, 1995. – 86 с.

8.     http://www.ti.com Texas Instruments

9.     http://www.intersil.com Intersil company

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист