Расчет бестрансформаторного источника питания

Рис 1 Расчетная схема

Схема источника питания приведена на рис.1. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Цель расчета – рассчитать/выбрать все элементы источника питания.

Порядок расчета:

1. Рассчитываем входной ток источника питания.

Ток нагрузки рассчитываем по формуле:

(1)

Рассчитываем значение тока на входе источника питания I_АС.

Пояснения; (В отличие от постоянного тока нагрузки, ток на входе бестрансформаторного источника питания переменный. А переменный ток характеризуется такими величинами как амплитудное и действующее значение. Амплитудное значение переменного тока - это максимальное значение тока за период колебания. Действующее значение переменного тока - это такая величина постоянного тока, который за время равное одному периоду колебания переменного тока, выделит на том же сопротивлении R такое же количество тепла, что и переменный ток. Для переменного тока, изменяющегося по синусоидальному закону, амплитудное и действующее значения связаны следующим соотношением:

Амплитудное значение тока на входе источника равно:

(2)

где I_АС - действующее значение А, I_А – амплитудное.

Действующее значение переменного тока на входе схемы I_АС рассчитывается из тока нагрузки I_Н по следующей формуле:

(3)

2. Определяем входное напряжение стабилизатора

В качестве стабилизатора используется интегральный стабилизатор, который необходимо выбрать из таблицы 2 из условия U_ВЫХ=U_Н, I_{СТ МАХ}>I_Н

Стабилизаторы постоянного положительного напряжения 

Таблица 2

Тип	Входное напряжение		Udropout [B]	Выходное напряжение UСБ ВЫХ [B]	Ток стабилизатора IСТБ МАХ [A]
	UСТБ ВХ MIN [B]	UСТБ ВХ MAX [B]
78L05	7.2	30	2…4	5	0.1
78L06	8.2	30	2…4	6	0.1
78L08	10.2	30	2…4	8	0.1
78L09	11.2	30	2…4	9	0.1
78L12	14.2	30	2…4	12	0.1
78L15	17.2	30	2…4	15	0.1
78L18	20.2	30	2…4	18	0.1
78L24	26.2	30	2…4	24	0.1
78L05	7.5	35	2…4	5	0.5
78М06	8,5	35	2…4	6	0.5
78М08	10,5	35	2…4	8	0.5
78М12	14,5	35	2…4	12	0.5
78М15	17,5	35	2…4	15	0.5
78М20	22,5	40	2…4	18	0.5
78М24	26,5	40	2…4	24	0.5
78Н05	7	20	2…4	5	3
78Н05КС	8	25	2…4	5	5
78Н12КС	15	25	2…4	12	5
78Н15КС	18	25	2…4	15	5
LM323K	7	20	2…4	5	3
78P05	8	35	2…4	5	10

Рис 2 Внешний вид стабилизаторв

У всех линейных стабилизаторов, к которым относится и микросхема 7805, есть такой параметр как Udropout - наименьшая разность напряжений между входом и выходом. Этот параметр определяет минимальное входное напряжение стабилизатора, при котором он все еще будет работать в номинальном режиме.

Напряжение на входе стабилизатора U_{СТ_ВХ} рассчитываем по формуле:

(4)

 

3. Рассчитываем емкость сглаживащего конденсатора c2

Ток в нагрузку поступает от сети во время положительного полупериода входного напряжения. Во время отрицательного полупериода нагрузка получает энергию от конденсатора С2. За время отрицательного полупериода он не должен успеть разрядиться до напряжения меньше U_{СТ ВХ}. Этого не случиться, если начальное напряжение на конденсаторе и его емкость достаточны для поддержания заданного тока нагрузки. 

Емкость сглаживающего конденсатора рассчитывается по следующей формуле.

C > I_Н/(2*f*dU) (5)

где I_Н- ток нагрузки [A]; f - частота переменного напряжения [Гц]; С - емкость конденсатора [Ф]; dU - размах пульсаций [В]. dU = Umax - Umin Umin = U_{СТ ВХ} Umax выбираем из следующих соображений. Большее напряжение позволяет использовать конденсатор меньшей емкости, но сильнее нагружает стабилизатор, который вынужден гасить на себе остаточное напряжение. Меньшее напряжение разгружает стабилизатор напряжения, но требует конденсатор большей емкости.

Umax следует выбирать из соотношения:

Umax= (1.15…1.25) U_{СТ ВХ} (6)

Вычисленное по формуле (6) значение С следует округлить в большую сторону и по справочнику выбрать тип конденсатора из ряда стандартных значений. Напряжение, на которое рассчитан конденсатор С следует выбрать с двойным запасом, т.е. равным 2U_{СТ ВХ}.