ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

"ЛЭТИ" имени В.И. Ульянова (Ленина)»

Кафедра САПР

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «СХЕМОТЕХНИКА»

«Интегральный стабилизатор

постоянного напряжения»

Вариант 16

Выполнил студент группы 4371 Старченко А.Ю.

Руководитель Соколов Ю.М.

ОЦЕНКА:

Санкт-Петербург

2006 г.

Содержание:

Введение 3

Техническое задание 3

1. Общие сведения об ИВЭП 4

2. Стабилизаторы постоянного напряжения и их параметры 6

3. Проектирование ИСН на уровне инженерного синтеза схемы

   1. Выбор функциональной схемы ИСН 10

   2. Выбор основных функциональных узлов ИСН

1. Регулирующий элемент 12

2. Источник опорного напряжения 13

3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования 15

4. Проектирование ИСН на уровне принципиального расчета

функциональной схемы

1. Выбор начального варианта схемы и его анализ 16

2. Корректировка принципиальной схемы, расчет цепей защиты 18

3. Расчет статического режима принципиальной схемы 20

Заключение 21

Список литературы 21

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование интегрального стабилизатора напряжения (далее ИСН) для источников вторичного электропитания (далее ИВЭП).

Вообще, ИСН представляет собой функционально законченную трехвыводную интегральную микросхему, целиком и полностью реализованную в одном кристалле кремния, размером примерно 1 кв.мм. Все элементы схемы – фрагменты этого кристалла, – которые вычленить и рассмотреть по отдельности можно только абстрактно.

Техническое задание

Таблица 1

Параметры	Обозначение	Значение
Номинальное выходное напряжение	Uвых, В	5
Максимально допустимый ток нагрузки	Iн.max, А	3
Падение напряжения вход-выход	Uвх-вых, В	не более 2,5
Диапазон допустимых входных напряжений	Uвх.min, В	7,5
	Uвх.max, В	13
Ток потребления в режиме холостого хода	Iпотр, мА	не более 20
Коэффициент стабилизации	Kст	не менее 5*104
Выходное сопротивление	Rвых, Ом	не более 5*10-2
Относительная температурная нестабильность выходного напряжения	%/C	не более 0,01
Коэффициент сглаживания пульсаций	дБ	не менее 60
Диапазон рабочих температур	C	-10…+70

1. Общие сведения об источниках вторичного электропитания (ИВЭП).

ИВЭП как правило преобразует напряжение сети в стабилизированное низковольтное напряжение с малой пульсацией. Это обусловлено тем, что большинство электронных устройств и приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения.

Традиционная структура ИВЭП:

Рис. 1.

Традиционная структура ИВЭП.

1. силовой понижающий трансформатор, преобразующий высоковольтное переменное напряжение в низковольтное переменное напряжение;

2. выпрямитель и фильтр, преобразующие низковольтное переменное напряжение в низковольтное постоянное напряжение со сравнительно большой пульсацией.

3. стабилизатор постоянного напряжения, стабилизирующий выходное напряжение при изменении напряжения сети и тока нагрузки ИВЭП.

Основной недостаток большие габариты и вес силового понижающего трансформатора, что обусловлено его работой на низкой частоте (50 Гц)

От этого недостатка свободна другая структура ИВЭП (перспективная):

Рис. 2.

Перспективная структура ИВЭП.

1. входной выпрямитель, преобразующий высоковольтное переменное напряжение в высоковольтное постоянное напряжение со сравнительно большой пульсацией;

2. высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения, стабилизирующий высокое постоянное напряжение, уменьшая пульсацию;

3. преобразователь высокого постоянного напряжения в низкое переменное напряжение, как правило, прямоугольной формы;

4. выходной выпрямитель и фильтр;

5. выходной стабилизатор постоянного напряжения;

В перспективной структуре (рис.2), также как и в традиционной (рис.1), в преобразователе напряжения (3 - рис.2) есть силовой понижающий трансформатор, но его габариты и вес в десятки раз меньше. Это обусловлено его работой на высокой частоте (50-100 кГц), для чего и осуществляется двойное преобразование переменного напряжения в постоянное.

2. Стабилизаторы постоянного напряжения и их параметры.

СН – электронное устройство, которое стабилизирует напряжение на его выходе U_выхпри изменении в широких пределах входного напряженияU_вхи тока нагрузкиI_н.

Схема СН:

Рис. 3

Схема стабилизатора напряжения.

Нестабильность входного напряжения U_вхобусловлена нестабильностью напряжения в сети, нестабильность тока нагрузкиI_н – изменением сопротивления нагрузкиR_нв процессе эксплуатации.

Основные параметры СН:

1. U_вых– выходное номинальное напряжение (напряжение стабилизации);

2. I_н.макс– максимальный ток нагрузки (СН должен стабилизировать выходное напряжение с заданной точностью при изменении тока нагрузки от 0 доI_н.макс);

3. k_ст– коэффициент стабилизации СН:

k_ст =(∆U_вх/∆U_вых)*(U_вых /U_вх)=(1/k_u)* (U_вых /U_вх),

U_вх=0.5(U_вх.мин+U_{вх.макс}),

k_u– коэффициент передачи СН как четырехполюсника по напряжению;

∆U_вх, ∆U_вых– приращения напряжений;

U_вх,U_вых– постоянные составляющие;

U_вх.мин,U_{вх.макс}– минимальное и максимальное входные напряжения;

4. R_вых– выходное сопротивление СН:

R_вых=∆U_вых/∆I_н;

5. γ_т- абсолютный температурный дрейф выходного напряжения:

γ_т= ∆U_вых/∆Т [мкВ/С];

6. α_т– относительный температурный дрейф выходного напряжения:

α_т=∆U_вых/(∆Т*U_вых)*100% [ %/С].

СН подразделяются на:

1. параметрические (η=0,2-0,4; I_н.макс=10-100 мА):

Их действие основано на нелинейности кремниевых стабилитронов или диодов.

2. компенсационные непрерывные (η=0,6-0,8; I_н.макс= сотни мА) :

Их действие основано на общей отрицательной обратной связи (ООС), стабилизирующей напряжение на выходе СН. Регулирующий элемент (РЭ) в этих СН работает в непрерывном (активном) режиме, поэтому на нем рассеивается достаточно большая мощность.

3. импульсные (η=0,9-0,97; I_н.макс= единицы-десятки мА)

В этих СН РЭ работает в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается небольшая мощность. Напряжение на выходе поддерживается постоянным за счет вариации относительной длительности включения и отключения состояния РЭ.

Импульсные стабилизаторы напряжения

В ИСН регулирующий элемент- транзистор работает в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается малая мощность, а, следовательно, стабилизатор имеет высокое КПД (0.9-0.97). Стабилизированное напряжение на выходе ИС поддерживается зачет вариации относительной длительности вкл \ выкл состояния стабилизатора.

Рассмотрим схемную стабилизацию релейного ИС:

Рис. 4.

Принципиальная схема ИСН.

Рис. 5.

Функциональная схема ИСН

Рис.6.

Характеристика передачи компаратора.

Рис.7.

Временные диаграммы.

Функциональный состав ИСН:

РЭ - регулирующий элемент VT3;

ИФ - импульсный фильтр L1,VD3,C2;

Ф - дополнительный фильтр R7,R8,C1;

ИОН- источник опорного напряжения стабилитрон VT2;

Компаратор (сх. сравнения ) с дистирезисной характеристикой передачи DA1,R2,R3;

У- ключевой усилитель VT1,VT2,R4,R5,R6;

3. Проектирование ИСН на уровне инженерного синтеза схемы.