ГОУВПО

Воронежский государственный технический университет

Факультет АРМ

Кафедра робототехнических систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Электронные устройства роботов»

Тема: Проектирование стабилизированного источника питания

Расчетно-пояснительная записка

Разработал РС-071 М. Н. Микляев

Группа инициалы, фамилия

Руководитель ____________ _____________

подпись инициалы, фамилия

Члены комиссии ____________ __________________

подпись инициалы, фамилия

____________ __________________

подпись инициалы, фамилия

Нормоконтролер ____________ __________________

подпись инициалы, фамилия

Защищен ____________ Оценка___________

дата

Воронежский государственный технический университет

Кафедра робототехнических систем

Задание

На курсовую работу по дисциплине

«Электронные устройства роботов»

Тема работы: Проектирование стабилизированного источника питания

Студент группы : РС-071

Номер варианта:7

Технические условия:

Содержание и объем работы:

Сроки выполнения этапов:

Сроки защиты курсовой работы:

Руководитель: _________________________

Дата, инициалы и фамилия

Задание принял студент: _________________________

Дата, инициалы и фамилия

2.2 Выбор силового транзистора.

Выбираем силовой транзистор VT1.для этого необходимо предварительно оценить предельные режимы, которые испытывает транзистор в данной схеме, а именно, максимальное значение тока, напряжения и мощности рассеивания.

I_1max=I_Hmax=K_ПI_H,

где К_П- коэффициент превышения тока при перегрузке (К_П = 1,2)

U_1maxU_Пmax1,2[U_Hmax+6B], (2.2)

P_1maxI_1max(U_Пmax-U_Hmin),

Вычислим: I_1max = 1,2*6=7,2 (A),

U_1max = 1,2*(18+6)=28,8(B),

P_1max = 7,2(28,8-12)=120(Вт),

Как видно из расчета максимальная мощность рассеивания транзистора высока, что объясняется сравнительно большим диапазоном регулирования выходного напряжения. Уменьшить мощность потерь можно за счет разбиения диапазона регулирования на участки. На каждом участке устанавливается свое напряжение питания за счет дополнительной коммутации обмоток питающего трансформатора.

В качестве VT1 выбираем транзистор p-n-p типа-КТ819БМ c основными параметрами:

максимально допустимый ток коллектора I_Kmax=15 A;

максимально допустимое напряжение U_Kmax=40 B;

максимальная мощность рассеивания Р_Кmax=100 Вт, при Т_К=25 С;

максимальная температура корпуса Т_Кmax=100^С;

максимальная температура перехода Т_Пmax=125^С;

коэффициент усиления по току h_21Э=20;

напряжение насыщения U_Kэнас=2 В;

обратный ток коллекторного перехода I_Кбо=1 мА;

граничная частота усиления f_ГР=1000 Гц;

время выключения t_вык=2,5 мкс;

тепловое сопротивление переход-корпус R_Tп-к=1^С/Вт.

Определим минимально необходимое напряжение питания при условии обеспечения максимального напряжения на нагрузке.

U_Пmin= U_Hmax(1+U_H)+U_КЭ1нас+U_RЭ+U_R8, (2.3)

U_RЭ- падение напряжения на выравнивающем резисторе R_э в случае использования параллельного соединения нескольких транзисторов.

U_H- ожидаемый коэффициент нестабильности напряжения на нагрузке.

Согласно рекомендациям U_RЭ=0,1U_БЭ.

Принимаем U_БЭ.U_KЭнас

U_R8=0,7 В - падение напряжения на резисторном шунте R8.

Необходимое номинальное напряжение питания

U_П=U_Пmin/х(1-b_c)(1-U_П)], (2.4)

b_c- коэффициент снижения напряжения сети

U_Пmax = U_П (1+а_С)(1+U_П ), (2.5)

а_С – коэффициент увеличения напряжения сети

Мощность рассеиваемая на транзисторе

Р₁= [U_П (1+а_С)- U_Н- U_RЭ- U_R8]I_1max, (2.6)

U_Пmin =18*(1+0,05)+2+0,2+0,7=21,8 В

U_П =21,8/0,9*0,96=25,23 В

U_Пmax =25,23*1,1*1,04=28,863 B

На основании полученных данных проверим правильность выбора транзистора по напряжению VT1, U_Kэmax28,863 B

При напряжении на нагрузке U_Н=18 В, имеем Р₁=(25,23*1,1-18-0,2-0,7)*7,2=63,74 Вт.

При напряжении на нагрузке U_Н=12 В, имеем Р₁=(25,23*1,1-12-0,2-0,7)=106,94 Вт.

Для увеличения теплоотдачи силовые транзисторы устанавливают на внешние радиаторы.

Согласно рекомендациям, рассеиваемая мощность радиатора с одним транзистором в режиме естественной конвекции принимается не более 20 Вт, в режиме вынужденной конвекции(обдув вентилятором)-до 100 Вт.В данном примере принимаем режим естественной конвекции как наиболее распространенный в источниках питания.

Из расчета мощности видно, что в качестве силового транзистора необходимо применить несколько параллельно соединенных транзисторов. Предварительно полагаем, что мощность рассеивания на них

Р_Vtmax=(63,74+106,94)/2  90 Вт

Пусть количество параллельных транзисторов N_V1=90/20=5.

Определим минимальное напряжение на нагрузке, при котором мощность рассеивания на регулирующем элементе не превышает Р_VT1max .

U_Нmin = U_П(1+а_С)- Р_VT1max - U_RЭ- U_R8/ I_1max, (2.7)

U_Нmin =25,23*1,1-0,2-0,7-90/7,2=14 В

Данное значение является минимально возможным выходным напряжением для питающего напряжения U_П =25,23 В. Для обеспечения выходного напряжения ниже 14 В (2 диапазон регулирования) необходимо использовать меньшее напряжение питания. Максимальное значение выходного напряжения второго диапазона принимается равным минимальному значению этого напряжения в первом диапазоне регулирования

U_Н2max = U_Н1min =14 В.

Используя (2.3), (2.4) имеем

U_П2min=14*1,04+2+0,2+0,7=17,8 В

U_П2 =17,8/0,9*0,96=20,6

Минимальное возможное напряжение на нагрузке во втором диапазоне найдется из выражения (2.7):

U_Н2min=20,6*1,1-0,2-0,7-90/7,2=9,26 В

Оно меньше заданного U_Нmin=12 В, поэтому достаточно иметь 2 диапазона регулирования U_Н1 = 1214 В, U_Н2 = 1418 В, для которых используются разные напряжения питания U_П1 = 25,23 В, U_П2=20,6 В.