Міністерство освіти і науки Російської Федерації
МІНІСТЕРСТВО АГЕНСТВО ДО ОСВІТИ
Казанський державний технічний університет ім. А.Н. Туполєва
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни: Джерела вторинного електроживлення
Тема: імпульсний стабілізатор напруги
Казань 2010
ЗМІСТ
Введення
1. Принцип дії ІСН
2. Розрахунок елементів перетворювача
3. Схема управління
4. Конструкція пристрою
Висновок
Список використаних джерел
Введення
Джерела вторинного електроживлення (ІВЕП) за своєю фізичної сутності це перетворювачі виду та якості електричної енергії первинних джерел живлення (хімічних, паливних, електромеханіческіех ядерних та інших). ІВЕП є одним з основних електронних компонентів будь функціональної апаратури. Вони застосовуються у всіх сферах сучасного індустрії: в різних областях промисловості, зв'язку, електроприводі, автотранспорті, побутових приладах, телекомунікаційній, військово-космічної, комп'ютерній техніці.
Сучасним генеральним напрямком розвитку ІВЕП в світі попрежнему залишається подальше поліпшення масогабаритних характеристик при зниженні вартості і обов'язковому виконанні вимог надійності та якості електроенергії.
За завданням КП мною повинен бути розроблений імпульсний стабілізатор напруги (ІСН) - найбільш відома у сімействі імпульсних перетворювачів схема.
1. Принцип дії ІСН
Рис. 1 Базова схема ІСН
Вхідний напруги Uin подається на вхідний конденсатор Cin. Ключовий елемент VT, в якості якого може бути використаний транзистор будь-якого типу (біполярний, MOSFET, IGBT), здійснює високочастотну комутацію струму. Крім цього, в складі перетворювача повинні бути розрядний діод VD, дросель L, конденсатор Сout, що утворюють вихідний LC-фільтр, а також схема управління, що здійснює стабілізацію напруги або струму навантаження з опором Rн. Як видно з малюнка, ключовий елемент VT, дросель і навантаження включені послідовно, тому цей стабілізатор відносять до класу послідовних схем.
Ключовий елемент може стабільно перебувати тільки в двох станах - повної провідності і відсічення. Якщо зазначені стани змінюють один одного з постійною періодичністю, рівної Т, то, позначивши час знаходження ключа в провідному стані - як час провідності (t u ), а час знаходження ключа в стані відсічення - як час паузи (t n , можна ввести поняття коефіцієнта заповнення, рівного:
де f - частота комутації.
Рис. 2
На рис. 2 показана тимчасова діаграма для визначення коефіцієнта заповнення. Нульове значення D характеризує постійне знаходження ключового елемента в стані і відсічення, в го час як рівність його одиниці показує режим постійної провідності. У стані відсічення напруга на навантаженні дорівнює нулю, в стані повної провідності спостерігається рівність вхідного і вихідного напружень. У проміжку між "нулем" і "одиницею" робота перетворювача складається з двох фаз: набір енергії та розряду. Розглянемо ці фази докладніше:
Рис. 3
Отже, фаза накачки енергії протікає протягом часу t u , коли ключовий елемент VT відкритий, тобто проводить струм (рис. 3, а). Цей струм далі проходить через дросель L до навантаження, шунтувати конденсатором Сout. Накопичення енергії відбувається як в дроселі, так і в конденсаторі. Струм i L збільшується.
Після того, як ключовий елемент VT переходить в стан відсічення, настає фаза розряду (рис. 3, б), триваюча час t n . Оскільки будь індуктивний елемент прагне перешкодити зміні напрямку та величини струму, що протікає через його обмотку, в даному випадку струм дроселя i L миттєво зменшитися до нуля не може, і він замикається через розрядний діод VD. Джерело харчування у фазі розряду відключений, і дроселя нізвідки поповнювати спад енергії, тому розряд відбувається по ланцюгу "діод-навантаження". Після закінчення часу Т процес повторюється - знову настає фаза накачки енергії.
2. Розрахунок елементів перетворювача
Алгоритм розрахунку елементів СПН проводився за методикою зазначеної в [1]. Базова схема НПН показана на рис. 1.
1. Вибираємо схему випрямляча однофазну мостову, = 2, тоді:
= 1,41 Г— 220 = 310,2 В.
2. Потужність на виході випрямляча (на вході перетворювача), Вт:
де при = 10 ... 100 Вт
3. Коефіцієнтом пульсацій на виході випрямляча
= 0,5 (0,1 + 0,1) = 0,1
= 310,2 (1 - 0,1) = 217,8 В.
4. Середнє значення випрямленого струму і опору навантаження вхідного випрямляча:
== 0,41 А; == 531 Ом.
5. Мінімальне значення випрямленої напруги, В:
= 310,2 Г— (1 - 2 Г— 0,1) = 217
6. Кут відсічення, при якому через діоди починає протікати струм:
= 0,9, 26 В°.
7. Кут, при якому переривається струм через діоди випрямляча:
, = 2,3 град.
Кут можна також визначити, користуючись графіком.
8. Ємність конденсатора вхідного фільтра, мкФ:
== 105,
де, тут - частота струму мережного напруги.
9. Робоча напруга на конденсаторі, В:
= 310,2 Г— (1 +0,1) = 341,22.
Вибираємо з [3,5] конденсатор К50-28.
10. Чинне значення струму (А) через діоди мостових схем випрямлячів:
= 11.
11. Амплітудне значення струму через діоди вхідної напруги, А ^
= 4,92.
12. Середнє значення струму через діоди, А:
== 0,205.
13. Зворотна напруга, В:
= 310,2 (1 + 0,1) = 341,22.
14. Вибираємо з довідника [2] діодний міст:
W04M = 400 В, = 1,5 А.
15. Коефіцієнти заповнення імпульсів:
;
;
.
16. Орієнтовні значення опору обмотки дроселя і відкритого діода, Ом:
.
17. Твір, Гн . Ф:
18.
19. Критичне значення індуктивності, Гн:
.
20. Індуктивність дроселя, Гн (остаточно):
.
21. Змінна складова струму дроселя, А:
.
22. Максимальний струм через дросель, А:
.
23. Потужність втрат в дроселі, Вт:
.
24. Обсяг сердечника, см 3 :
,
де, мкГн;, А.
25. За величиною з [3] вибирається сердечник дроселя з фериту марки 2000НМ К40х25х11 (найближчий більший).
, мм 2 ;, мм;.
26. Число витків обмотки дроселя:
,
де, мГн.
26. Габаритна потужність дроселя, Вт:
.
27. За величиною і визначаємо щільність струму: j = 8, А/мм 2 .
14. Діаметр дроту, мм:
.
Вибирається з [3] мідний провід d = 0,55, d ізол = 0,62.
28. Середня лінія обмотки, мм:
,
де a, b, c - розміри сердечника, мм
29. Площа перерізу обмотки, мм 2 :
.
30. Активне опір обмотки дроселя, Ом:
,
де, м;, мм 2 .
.
31. Ємність конденсатора фільтра, мкФ:
.
32. Напруга на конденсаторі, В:
.
33. За значеннями і з [5] вибраний конденсатор типу К71-5 з номінальною напругою 160 В і діапазоном робочих температур в інтервалі від -60 до +60 В° С, tg d = 0,01, а ємність його дорівнює 150 мкФ.
34. Зворотна напруга на діоді, В:
.
35. Максимальний струм через діод, А:
.
36. Середній струм через діод, А:
.
37. Чинне значення струму через діод, А:
.
38. З урахуванням частоти з [6] виберемо діод типу 2Д220А. Постійне пряме напруга 1,2 В. Імпульсний прямий струм (t і 10 мкс) 3 А. Час відновлення зворотного опору 0,5 мкс. ...
