Стабилизатор напряжения импульсный
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
амного меньше, чем при его работе в непрерывном режиме. Поэтому импульсные стабилизаторы напряжения по сравнению с непрерывными имеют более высокий КПД и, при высокой частоте переключения, лучшие массогабаритные показатели.
Недостатки импульсных стабилизаторов: более сложная схема управления, повышенный уровень шумов радиопомех и пульсации выходного напряжения, а также худшие динамические характеристики.
2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАТОРА
Целью данного проекта является разработка одного из видов ИВЭ - импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.
Импульсный последовательный стабилизатор повышающего типа выполняется по схеме, показанной на рисунке 2.1,а, в которой регулирующий элемент РЭ и дроссель фильтра L включены последовательно с нагрузкой Rн. В качестве РЭ используется транзистор, работающий в режиме переключений, при котором он поочередно находится в режиме насыщения (когда он полностью открыт) или в режиме отсечки (когда он полностью закрыт). При открытом транзисторе в течении времени tu входной источник входного напряжения Uп (Uп = Uвх) замыкается через дроссель L, в котором накапливается избыточная энергия. При закрытом транзисторе в течении времени tп накопленная в дросселе энергия через диод VD совместно с напряжением питания передается в нагрузку.
РЭ - регулирующий элемент, СУ - схема управления,
ИЭ - измерительный элемент.
Рисунок 2.1
Период коммутации (преобразования) равен:
Tп = tu + tn
Частота коммутации (преобразования):
fn = 1 / Tn = 1 / ( tu + tn )
В импульсном стабилизаторе регулирующий элемент РЭ преобразует (модулирует) входное постоянное напряжение Uп(Uвх) в серию последовательных импульсов определенной длительности и частоты, а сглаживающий фильтр, состоящий из диода VD, дросселя L и конденсатора С демодулирует их опять в постоянное напряжение Uн. При изменении входного напряжения Uп(U0) или тока в нагрузке Rн в импульсном стабилизаторе с помощью цепи обратной связи (рисунок 2.1,а), состоящей из измерительного элемента ИЭ и схемы управления СУ, длительность импульсов изменяется таким образом, что выходное напряжение Uн остается стабильным с определенной степенью точности.
Импульсный режим работы позволяет значительно уменьшить мощность потерь в регулирующем элементе и тем самым повысить КПД источника питания, уменьшить его массу и габариты. В этом состоит решающее преимущество импульсных стабилизаторов перед непрерывными стабилизаторами.
стабилизатор напряжение импульсный
3. РАСЧЁТ СИЛОВОЙ ЧАСТИ
Силовая часть импульсного стабилизатора включает в себя регулирующий элемент на основе транзистора, работающего в ключевом режиме, диод, дроссель и конденсатор, которые должны быть выбраны в результате расчёта.
Принимаем ориентировочное значение КПД:
hhст = 0,9.
Определяем минимальное, номинальное и максимальное значения относительной длительности открытого состояния регулирующего транзистора:
;
;
где:
Uп мак = Uп + DDUп = 9 + 0,9 = 9,9 В;п мин = Uп - DDUп = 9 - 0,9 = 8,1 В;н мак = Uн + DDUН = 12 + 1,2 = 13,2 В;н мин = Uн - DDUН = 12 - 1,2 = 10,8 В.
Из условия обеспечения режима непрерывности токов дросселя определяем его минимальную индуктивность: U п мин gмак (1 - gмак ) / (2 Iн мин fп) = 8,1 * 0,43 (1 - 0,43) / (2 * 0,1 * 40 103) 0,25 мГн.
Мощность, выделяемая в дросселе:
Для дросселя возьмем сердечник К741,5 (рисунок 3.1) из феррита 1000НМ3. Его геометрические параметры и параметры, используемые в расчетах приведены в таблице 3.1:
Число витков
.
Диаметр провода должен быть не менее:
Возьмем провод диаметром 0,15 мм. Он имеет площадь сечения Sпр = 0,01767 мм2 и удельное сопротивление r = 1,018 Ом/м.
С учетом изоляции и неплотности намотки общая площадь провода не превысит SпрS = 2 * W * Sпр = 2 * 40 * 0,0001767 0,015 см2, что значительно меньше площади окна сердечника. Следовательно, дроссель может быть реализован. Для увеличения индуктивности удвоим число витков обмотки (W = 80). Тогда
Общая длина провода и сопротивление обмотки дросселя:
Определяем средний, минимальный и максимальный ток дросселя:
IL cp = Iн мах / (1 - gмах ) = 0,2 / (1 - 0,43) 0,35 А,
IL мин = IL ср - U п мин gмах /(2 L fп ) = 0,35 - 8,1 * 0,43 / (2 * 0,8 10-3 * 40 103) 0,3 А;
IL мах = 2 IL ср. - IL min = 2 * 0,35 - 0,3 = 0,4 А.
Определим емкость конденсатора по заданной амплитуде пульсаций в нагрузке:
Cн = Iн мак (1 - gмин) / (2 Uпул fн) =
0,2 (1 - 0,092) / (2 * 40 10-3 * 50 10 3) 46 мкФ.
Выбираем импульсный [3] электролитический конденсатор К50-19 емкостью 47 мкФ.
Определяем требования к регулирующему транзистору по току и напряжению:
IK maxіі 1,2 IL cp = 1,2* 0,3 = 0,36 А;
Uкэіі (1,2 ... 1,5) Uн мак = 1,3* 13,2 20 B.
Выбираем транзистор п-р-п типа КТ646Б. Его основные параметры [4]:
IK max= 0,5 A; Uкэ = 40 В; Pk max = 1 Вт;Э мин = 150; Uкэ нас тип = 0,25 В; UБЭ нас = 1,2 В;Ко= 10 мкA; fгр = 250 МГц; Скиъ тип = 10 пФ.
Аналогично определяем требования к импульсному диоду:
Iпpіі (1,2 ... 1,5) ILmax = 1,25* 0,4 0,5 A;обр іі (1,2 ... 1,5) Uн мак = 1,2 * 16,5 20 В.
Выбираем диод КД212Б. Его основные параметры [1]:
Iпp = 1 А; Uобр = 100 В; Uпр = 1 В; tвост обр = 0,3 мкс.
Зададимся коэффициентом насыщения транзистора VT Кн = 1,1 и током базы
Iбн1 = Кн IL мак / h21Эмин = 1,1 * 0,4 / 150 = 2,7 мA.
Сопротивление резистора в цепи ба