Универсальный источник питания

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 6
1 СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 7
1.1 Анализ сигналов 7
1.2 Сравнительная оценка вариантов возможных технических решений 9
1.3 Лабораторный источник питания №1. 11
1.4 Лабораторный источник питания №2 13
1.5 Лабораторный источник питания №3 17
1.6 Аналитический обзор генераторов 19
1.7 Генератор №1 21
1.8 Генератор №2 23
1.9 Генератор №3 25
1.10 Вывод 26
2 ПРОЕКТНО–КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 27
2.1 Расчет номиналов источника питания 27
2.1.1 Расчет силового трансформатора источника питания 27
2.1.2 Расчет источника питания 27
2.1.3 Расчет защиты источника питания от перегрузки 29
2.1.4 Расчет защиты источника питания от перегрева 30
2.2 Расчет номиналов генератора 31
2.2.1 Выбор элементной базы генератора 31
2.2.2 Расчет элементов генератора 33
2.3 Проектирование печатной платы 35
2.3.1 Размещение и трассировка 35
2.3.2 Выбор материала печатной платы 36
2.3.3 Расчет материала печатной платы 37
2.4 Вывод 40
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ 41
3.1 Проектирование генератора 41
3.2 Вывод 44




4 ОРГАНИЗАЦИОННО–ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 45
4.1 Расчет себестоимости источника питания 45
5 ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 50
5.1 Действие на человека электомагнитных и ионизирующих излучений и защита от них 50
5.2 Электрическая изоляция токоведущих частей 50
5.3 Безопасность труда при обслуживании стенда 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 56

Весь текст будет доступен после покупки

Для проведения лабораторных работ, исследований и испытаний приборов необходим источник питания. К источникам питания предъявляются высокие требования. В особенности к таким параметрам, как коэффициенты пульсации и стабилизации. Так же необходимы всевозможные защиты, как самого источника, так и нагрузки. Достоинствами линейных источников питания являются простота и надежность, а также отсутствие высокочастотных помех. Для повышения надежности такие источники питания снабжаются различными устройствами защиты: тепловой защитой от повышения температуры силового ключа преобразователя, токовой защитой от превышения тока в силовом ключе, защитой от повышения или понижения напряжения питающей силовой сети, зашитой от короткого замыкания в нагрузке. Все эти зашиты усложняют преобразователь, но делают его более надёжным.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Анализ сигналов

Первичным источником питания для электронных устройств и систем обычно используют либо автономные источники переменного или постоянного тока, либо промышленную сеть переменного тока.
На практике непосредственное использования таких источников для питания разных электронных устройств и систем очень ограниченны тем, что современные электронные устройства изготавливаются на базе интегральных схем, требующих постоянное питающее напряжение низкого уровня (как правило, + 5 ...+15 В). При этом отклонения этого напряжения от заданного значения не должны превышать 5...10 %. В ряде случаев, например, при питании прецизионных аналоговых устройств, или аналогово–цифровых и цифро–аналоговых преобразователей, стабильность напряжения питания должна быть существенно выше 0,1...0,01%. Реальные параметры применяемых на практике первичных источников, как правило, этим требованиям не отвечают. Это обусловлено:
– несовпадением частот напряжения промышленной сети и потребителя, так как промышленная сеть формирует переменное напряжение с частотой 50 Гц, в то время как электронные устройства в основном используют для питания напряжения постоянного тока, те. напряжение с частотой, равной 0;
– несовпадением уровней напряжения, т.к., например, действующие значение напряжения промышленной сети равно 220 или 380 В, напряжение аккумуляторной батареи 12 В, что не соответствует диапазону напряжения питания, необходимому для надежного функционирования интегральных схем;
– несовпадением стабильностей напряжений, т.к. промышленная сеть допускает статические (долговременные) отклонения напряжения в диапазоне +15%...–20%, а напряжение аккумуляторной батареи может изменяться от 7,5 до 158, что также не соответствует требованиям, предъявляемых напряжению питания для устройств выполненных на основе интегральных схем.
Все это обуславливает необходимость применения специального электронного устройства, согласующего частоты, уровни и стабильности напряжений, необходимых для питания отдельных узлов электронных схем Роль этого электронного устройства и выполняют источник вторичного электропитания, преобразующий электрическую энергию в электрическую, т.е. выполняющий вторичное преобразование электрической энергии. Не зависимо от структурной схемы и конкретных схемотехнических решений, источники вторичного электропитания характеризуются рядом электрических параметров. К основным из них относятся следующие:
а) номинальные уровни выходного UВХ.НОМ и выходного UВЫХ.НОМ напряжений;
б) предельное отклонение входного и выходного напряжений от номинальных значений. Иногда их называют относительными изменениями или коэффициентом нестабильности напряжения:
,
.
Часто при определении выходного напряжения отдельно задают величину нестабильности от изменения тока нагрузки и напряжения питания:
,
.
где D UВЫХ (IН) и D UВЫХ(UВХ) – соответственно абсолютные изменения выходного напряжения при заданном изменении тока нагрузки и входного напряжения.
Иногда величину ?UВЫХ (UВХ) задают коэффициентом стабилизации по напряжению
.
Если источник вторичного электропитания предназначен для получения на выходе стабильного тока или мощности, то перечисленные параметры определяются относительно этих величин.
в) диапазон изменения выходной мощности РН MAX – РН MIN. Иногда этот диапазон задается значениями максимального IВЫХMAX и минимального IВЫХMIN токов нагрузки;
г) предельный уровень амплитуды переменной составляющей входного UMВХ и выходного UMВЫХ напряжений.
Иногда эта величина задается в виде коэффициента пульсаций:
,
где UMI – амплитуда переменной составляющей пульсирующего напряжения, представляющая собой амплитуду низшей (основной) его гармоники.
Способность источника вторичного электропитания пропускать переменную составляющую входного напряжения задается в виде коэффициента сглаживания:
.
Кроме перечисленных, к источникам вторичного электропитания, могут предъявляться дополнительные требования, определяющие как его электрические, так и конструктивно – технологические параметры.

1.2 Сравнительная оценка вариантов возможных технических решений

Существует четыре основных типа сетевых источников питания:
– бестрансформаторные, с гасящим резистором или конденсатором;
– линейные, выполненные по классической схеме: понижающий трансформатор – выпрямитель – фильтр – стабилизатор;
– вторичные импульсные: понижающий трансформатор – фильтр – высокочастотный преобразователь 20 – 400 кГц;
– импульсный высоковольтный высокочастотный: фильтр – выпрямитель – импульсный высокочастотный преобразователь 20 – 400 кГц.
Линейные источники питания отличаются предельной простотой и надежностью, отсутствием высокочастотных помех. Высокая степень доступности комплектующих и простота изготовления делает их наиболее привлекательными для повторения начинающими радиолюбителями. Кроме того, в некоторых случаях немаловажен и чисто экономический расчет, применение линейных источников питания однозначно оправдано в устройствах, потребляющих до 500 мА, которые требуют достаточно малогабаритных источников питания. К таким устройствам можно отнести:
– зарядные устройства для аккумуляторов;
– блоки питания радиоприемников, АОНов, систем сигнализации и т.д.
Некоторые конструкции, не требующие гальванической развязки с промышленной сетью, можно питать через гасящий конденсатор или резистор, при этом потребляемый ток может достигать сотен мА.
Эффективность и рациональность применения линейных источников питания значительно снижается при токах потребления более 1 А. Причинами этого являются следующие явления:
– колебания сетевого напряжения сказываются на коэффициенте стабилизации;
– на входе стабилизатора приходится устанавливать напряжение, которое будет заведомо выше минимально допустимого при любых колебаниях напряжения в сети, а это значит, что эти колебания высоки. Необходимо устанавливать завышенное напряжение, что в свою очередь влияет на проходной транзистор (неоправданно большое падение напряжения на переходе, и как следствие высокое тепловыделение);
– большой потребляемый ток требует применения габаритных радиаторов на выпрямляющих диодах и регулирующем транзисторе, ухудшает тепловой режим и габаритные размеры устройства в целом;
– большой потребляемый ток требует применения габаритных радиаторов на выпрямляющих диодах и регулирующем транзисторе, ухудшает тепловой режим и габаритные размеры устройства в целом.
Импульсные источники питания в отличие от традиционных линейных источников питания, предполагающих гашение излишнего нестабилизированного напряжения на проходном линейном элементе, импульсные источники питания используют иные методы и физические явления для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Бальян Р.Х. Барканов Н.А. Борисов А.В. «Краткий справочник радиоэлектронной аппаратуры» под редакцией Вараламова Р.Г. Москва-1973.
2. Бунимович С.Г. Яйленко Л.П. «Техника однополосной связи» Москва «ДОСААФ» 1969 г.
3. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. 1983 г.
4. Красько А.С. «Схемотехника аналоговых электронных устройств» учебное пособие.
5. Ленди Р. «Справочник радиоинженера» - Москва, Ленинград Государственное энергетическое издательство
6. Петухов В.М. «Зарубежные транзисторы и их аналоги», Москва «РадиоСофе» 1998 г.
7. Роткоп Л.Л.; Спокойный Ю.Е. «Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА» Москва «Советское радио» 1976 г.
8. Ромаш Э.М. «Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры». – М.: Радио исвязь, 1981г.
9. Справочник по охране труда на промышленном предприятии. / К.М.Ткачук – Киев: Техника, 1991г.
10. Справочник «Выполнение электрических схем по ЕСКД» - М: Издательство стандартов 1989 г.

Весь текст будет доступен после покупки