Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего и профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра Приборы управления

Пояснительная записка к курсовой работе

По курсу «Электронные устройства электрооборудования летательных аппаратов»:

«Источники вторичного электропитания»

Выполнил:

ст.гр. 120471 Каплюжжников Ю.С.

Проверил

Орлов В.А.

Тула 2010

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего и профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра Приборы управления

Задание

на курсовой проект, по курсу «Электронные устройства, электрооборудования летательных аппаратов».

студента гр.120471

1. Тема работы: “Проектирование вторичного источника электропитания”

2. Дата выдачи: 12 сентября 2010 г.

3. Исходные данные: U_с = 40 В; f_с = 1000 Гц; a_с = 0,1; b_с = 0,1; U_н=6 В; U_{н max} = 8 В; U_{н min}=5 В; I_{н max} = 1,2 A; I_{н min} = 0,5 А; t_окрmax = +60°C; t_окрmin = -60°C; k_ст > 100; r_н < 0,1Ом; U_нпул = 10 мВ; γ_н≤±15мВ/⁰С.

4. Содержание рaсчетно-пояснительной записки 22 стр.

5. Графическая часть: Источник вторичного электропитания. Схема электрическая принципиальная (А1), Источник вторичного электропитания. Плата печатная. Источник вторичного электропитания. Чертеж сборочный (А1)

6. Срок сдачи:___________

Руководитель: Орлов В.А.

Введение

Подавляющее большинство современных источников вторичного электропитания (ИВЭ) - это источники стабильного выходного напряжения или тока. Каждый тип ИВЭ имеет определенные преимущества и недостатки в сравнении с другими известными типами ИВЭ в зависимости от совокупности предъявляемых к нему технических требований.

Довольно редко удаётся осуществить питание всех устройств непосредственно от первичного источника электроэнергии, т. е. от преобразователя неэлектрической энергии в электрическую. В большинстве случаев первичный источник оказывается непригодным для питания электронных устройств. Поэтому возникает необходимость преобразования электрической энергии.

Класс устройств, преобразующих электрическую энергию, весьма разнообразен. Преобразователи электрической энергии используются в наземных стационарных установках, на автомобилях, кораблях и летательных аппаратах. Поэтому первичные источники могут быть весьма различными, а преобразуемые напряжения - постоянными от нескольких вольт или переменными до сотен вольт.

Основной задачей проектирования ИВЭП является их миниатюризация, т. е. получение заданной мощности при минимальном объёме. Преодоление существующих трудностей возможно путём перехода от преобразования энергии на стандартных низких частотах (50 или 400 Гц) к преобразованиям на частотах в десятки и сотни килогерц при преимущественно прямоугольной форме напряжения.

Основными возмущающими воздействиями являются: изменение и пульсации напряжения источника питания и тока нагрузки, температурный и технологический разброс параметров и характеристик элементов стабилизатора. Возмущения могут быть приложены к любой точке схемы, но наибольшее дестабилизирующее воздействие они оказывают на входные цепи стабилизатора.

Выпрямительные устройства используются для преобразования переменного напряжения питающей сети в постоянное напряжение требуемой величины.

Выпрямительное устройство в большинстве случаев состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение питающей сети в более высокое или низкое, полупроводниковых диодов, осуществляющих выпрямление переменного напряжения, и сглаживающего фильтра, уменьшающего пульсации выпрямленного напряжения.

Основным элементом выпрямительного устройства является диод, который представляет собой нелинейный прибор. Сопротивление диода для тока, протекающего в прямом направлении значительно меньше, чем сопротивление для обратного тока, т. е. диод обладает свойством односторонней проводимости.

Для работы выпрямителей принципиальное значение имеет характер нагрузки, включённой на выходе выпрямителя, т. е. схема сглаживающего фильтра.

Выпрямители, работающие на фильтр, начинающийся с ёмкости (с ёмкостной реакцией), используются в широком диапазоне выпрямленных напряжений и мощностей. Трансформаторы этих выпрямителей имеют большую габаритную мощность по сравнению с выпрямителями с индуктивным фильтром. К недостаткам выпрямителей с ёмкостным фильтром относится большая амплитуда тока через диод.

1. Выбор структурной схемы ивэп

Элементы ИВЭП выбираются исходя из параметров питающей цепи и требований к выходному напряжению.

Так как в качестве питающей используется сеть переменного тока, то для преобразование его в напряжение меньшего номинала необходимо использовать трансформатор. Для получения на выходе постоянного напряжения нужно использовать выпрямитель, а для сглаживания пульсаций - фильтр.

Напряжение источников входной электроэнергии, от которых питаются ИВЭП, в силу разных причин имеет пределы изменения номинала . Кроме того в процессе работы изменяется ток, потребляемый аппаратурой. Поэтому состав ИВЭП необходимо включить стабилизатор.

Параметрический стабилизатор относится к классу непрерывных, и не обеспечивает необходимой стабильности напряжения.

Непрерывный, последовательный стабилизатор выполняется по структурной схеме, приведенной на рисунке 1. Регулирующий элемент РЭ – транзистор, включен в последовательно с нагрузкой (R_Н). При изменении входного выпрямленного напряжения (U₀) или тока нагрузки в измерительном элементе ИЭ выделяется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем У и подается на вход регулирующего элемента РЭ, изменяя его сопротивление так, что выходное напряжение (U_Н) сохраняется постоянным с определенной точностью.

Рис.1. Структурная схема непрерывного последовательного стабилизатора.

Непрерывный параллельный стабилизатор выполняется по структурной схеме, приведенной на рисунке 2. Регулирующий элемент РЭ включен параллельно нагрузке. Выходное напряжение поддерживается постоянным за счет изменения тока, протекающего через РЭ. При увеличении входного напряжения ИЭ выделяет сигнал рассогласования, усилитель У его увеличивает и подает на РЭ. Ток через РЭ увеличивается и увеличивается падение напряжения на R_б на такую величину, что U_Н остается стабильным.

Рис.2. Структурная схема непрерывного параллельного стабилизатора.

Для уменьшения энергетических потерь выберем схему с последовательным включением РЭ (Рис.1), так как она более экономична, чем схема с параллельным включением РЭ. В качестве схемы управления применяется операционный усилитель. В качестве источника эталонного питания – стабилитрон.

2 Расчет транзисторного стабилизатора напряжения с последовательно включенным рэ.

2.1 Расчет стабилизатора.

Принципиальная схема стабилизатора приведена на Рис.3.

Тр

Рис.3. Схема стабилизатора.

Принимаем минимальное коллекторное напряжение транзистора VТ₁ U_КЭ1min=5 В

Задаемся амплитудой пульсации на входе стабилизатора:

Для обеспечения запаса примем амплитуду пульсаций на входе стабилизатора, равной U_{0 пул} =0.3 В.Определяем минимальное напряжение на входе стабилизатора:

U_0min= U_КЭ1+U_нmax +U_0пул= 13.24 В

Минимальное потребление тока стабилизатором I_{о min} при U_0min, U_нmin и I_нmin слагается из токов, которыми мы задаемся, через выходной делитель R₃ - 5 мА, резистор R₁ - 6 мА, резистор R₂ ориентировочно 5 мА. Полагаем, что транзисторы VТ₂ и VТ₁ кремниевые, для которых I_{КБ 0 max}= 5 мА

I _{0 min} = I_{R1 min}+ I_R2+ I_{R3 min} =0,016 А

Принимаем I _{0 min} = 20 мА.

Максимальное потребление тока от выпрямителя I _0max при U_cmin, I _нmax, U_нmin

I' _{0 max}=I _{н max}+ I _{0 min}= 1,22 А.