КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

АПУШЕВА АЛИНА ФЁДОРОВНА

РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА

ВЫПУСКНАЯ БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Руководитель работы: доцент В.Е. Леонтьев

Казань ­ 2012

Аннотация

В работе рассмотрены вопросы схемотехники современных импульсных стабилизаторов напряжения, интегральной компонентной базы, основы электромагнитных процессов. Разработан импульсный источник питания измерительного прибора и выполнено его моделирование и схемотехнический анализ его прототипа.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ИМПУЛЬСНЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ 9

1.1. Принцип действия и классификация импульсных стабилизаторов напряжения 9

2. РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРИБОРА 11

2.1. Первичный источник питания 12

3. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КЛАССОВ ПРОСТРАНСТВА ИМЕН PERSONNEL.COMMON 15

3.1. Класс SystemHub 15

2.3.6. Класс ParametricController 17

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 19

Введение

Развитие компонентной базы информационно-измерительных приборов, исследование и внедрение новых методов измерения, а также формирование современных требований к эргономическим показателям проектируемых приборов ставят перед разработчиками широкий спектр вопросов связанных с практическим применением новых подходов к реализации силовых преобразовательных блоков. В первую очередь эти требования включают в себя увеличение коэффициента полезного действия выпрямительно-преобразовательных блоков, улучшение параметров температурного дрейфа их выходного напряжения (тока), снижение уровня пульсаций и помех, передаваемых в первичную сеть, а также улучшение массогабаритных показателей.

Во многом перечень этих важнейших требований является противоречивым, а некоторые из них вообще взаимоисключающими. Например, полное исключение помех в первичную сеть возможно только в линейных преобразователях, работающих по компенсационному принципу. Однако КПД таких линейных стабилизаторов составляет не более 30 %. Применение импульсных преобразователей позволяет достичь КПД свыше 90 %, но требует использования многочисленных внешних реактивных компонентов (дросселей и конденсаторов) с большими номиналами, сложных схем управления и ведет к дополнительным трудностям по расчету электромагнитной совместимости. Несмотря на достоинства и недостатки линейных и импульсных преобразователей, последние находят все большее применение в самых различных областях и, в частности, при проектировании контрольно-измерительных приборов. В первую очередь это связано с совершенствованием интегральной компонентной базы импульсных стабилизаторов напряжения, использование которой позволяет разработчику с наименьшими усилиями на расчеты и проектирование силовых преобразовательных блоков максимально удовлетворить ряду важнейших требований. Одной из основных задач, которые стоят в этом случае перед разработчиком силового преобразовательного блока прибора является обоснованный выбор метода импульсного преобразования. В соответствии с методом и требуемыми параметрами, необходим выбор интегрального импульсного преобразователя и последующий типовой расчет внешних реактивных компонентов и силовых ключевых элементов.

Практика проектирования измерительных приборов показывает, что такой выбор является весьма нетривиальной задачей, что обусловлено крайне широким многообразием методов и схем построения импульсных преобразователей. Наряду с этим расчеты электромагнитных процессов в реактивных элементах требуют специальных знаний и практических навыков, позволяющих применять ряд допущений и эмпирических правил, избежав при этом дополнительных трудностей без потери точности расчетов.

На основании предварительного проведенного анализа можно заключить, что практика проектирования и расчета маломощной преобразовательной техники имеют важное значение для разработки современных информационно-измерительных приборов. Актуальность тематика связанной с применением интегральной компонентной базы импульсной преобразовательной техники обусловлена также тем, что информационно-измерительные комплексы и приборы требуют использования сложных силовых преобразовательных блоков. Такие блоки должны в ряде случаев обеспечивать большое число выходных напряжений питания с различными параметрами, а также допускать повышающее и понижающее преобразование не только от первичной сети переменного тока, но от источников автономного батарейного питания прибора на основе функционально сложных инверторных преобразователей.

Исходя из сказанного выше, можно заключить, что вопросы применения интегральных контроллеров импульсных стабилизаторов при разработке источников электропитания приборов и устройств информационно-измерительной техники имеют перспективу и определенную актуальность в области приборостроения.

Целью данной работы состоит в том, чтобы основываясь на изучении теоретических аспектов современной импульсной преобразовательной техники, методов и преобразовательных схем, номенклатуры существующих интегральных контроллеров импульсных стабилизаторов, выполнить схемотехническое проектирование, расчет и моделирование типовых импульсных маломощных стабилизаторов с параметрами, допускающими их использование в современных контрольно-измерительных приборах.

В соответствии с целью работы предполагается решить следующие важнейшие задачи:

• изучение классов и типов, базовых схем построения, а также электромагнитных процессов в реактивных накопительных элементах современных ИСН;

• изучение номенклатуры и параметров современных выпускаемых интегральных контроллеров ИСН;

• решение задачи выбора метода и типовой схемы преобразования, а также компонентой базы для реализации силового преобразовательного блока измерительного прибора на основе интегральных контроллеров ИСН;

• изучение программных средств расчета индуктивных элементов (трансформаторов и дросселей) ИСН, а также схемотехнических САПР с целью их применения для моделирования и анализа проектируемого преобразовательного блока;

• схемотехническое проектирование и расчет элементов схемы, выявление существующих проблем и недостатков на основе анализа полученных результатов моделирования.

Результаты, которые предполагается получить в работе могут иметь практическую ценность и потенциально могут быть использованы для дальнейшего изучения и расширения представлений об использовании интегральных импульсных стабилизаторов для построения силовых преобразовательных блоков измерительных приборов с применением средств современной микроэлектронной базы.