Загальні відомості про лінійні блоки живлення

Зміст

Вступ.

1. Розробка технічного завдання на проектування

2. Розрахунок лінійного трансформатора

3. Розрахунок і вибір елементів випрямляча

4. Розрахунок фільтра

5. Розрахунок схеми стабілізатора випрямленої напруги

Висновки.

Список використаної літератури.

Вступ

Невід'ємною частиною будь-якого радіотехнічного пристрою є джерело електроживлення.

Для живлення постійним струмом електронних керуючих, вимірювальних і обчислювальних пристроїв застосовують джерела живлення малої потужності, які звичайно одержують енергію від однофазного ланцюга змінного струму. Такі джерела живлення в цей час будуються як за традиційною схемою з випрямлячем, підключеним до мережі через трансформатор, так і за схемою з безтрансформаторним входом, робота якої заснована на багаторазовому перетворенні електричної енергії.

При виборі й розробці джерела живлення необхідно враховувати ряд факторів, обумовлених умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.

У першу чергу, звичайно, слід звернути увагу на відповідність електричних параметрів джерел живлення вимогам пристрою, а саме:

• напруга живлення;

• споживаний струм;

• необхідний рівень стабілізації напруги живлення;

• припустимий рівень пульсації напруги живлення. Немаловажні й характеристики джерела живлення що впливають на його експлуатаційні якості:

• наявність систем захисту;

• габаритні розміри.

Будучи невід'ємною частиною радіоелектронної апаратури, засоби вторинного електроживлення повинні жорстко відповідати певним вимогам, які визначаються як вимогами до самої апаратури в цілому, так і умовами пропонованими до джерел живлення і їх роботі в складі даної апаратури. Кожен з параметрів джерел живлення, що виходить за межі припустимих вимог, вносить дисонанс у роботу пристрою.

Загальні відомості про лінійні блоки живлення

Лінійні джерела живлення

В даний час традиційні лінійні джерела живлення все більше витісняються імпульсними. Однак, незважаючи на це, вони продовжують залишатися досить зручним і практичним рішенням у більшості випадків радіоаматорського конструювання (іноді й у промислових пристроях). Причин цього кілька: по-перше, лінійні джерела живлення конструктивно досить прості і легко настроюються, по-друге, вони не вимагають застосування дорогих високовольтних компонентів і, нарешті, вони значно надійніше імпульсних джерел живлення. Типове лінійне джерело живлення містить у своєму складі: мережний понижуючий трансформатор, діодний міст з фільтром і стабілізатор, який перетворює нестабілізовану напругу, що отримується з вторинної обмотки трансформатора через діодний міст і фільтр, у вихідну стабілізовану напругу, причому, це вихідна напруга завжди нижче нестабілізованої вхідної напруги стабілізатора. Основним недоліком такої схеми є низький ККД і необхідність резервування потужності практично в усіх елементах пристрою (тобто потрібна установка компонентів допускають великі навантаження, ніж передбачувані для джерела живлення у цілому, наприклад, для джерела живлення потужністю 10 Вт потрібно трансформатор потужністю не менше 15 Вт та тощо). Причиною цього є принцип по якому функціонують стабілізатори лінійних джерел живлення.

Він полягає в розсіюванні на регулюючому елементі деякої потужності

 

P_pоз = I_нагр * (U_вх - U_вих) (1.1)

 

З формули випливає, що чим більша різниця між вхідним і вихідним напругою стабілізатора, тим більшу потужність необхідно розсіювати на регулюючому елементі. З іншого боку, чим більш нестабільно вхідна напруга стабілізатора, і чим більше воно залежить від зміни струму навантаження, тим більш високим воно має бути по відношенню до вихідною напругою. Таким чином видно, що стабілізатори лінійних джерел живлень функціонують у досить вузьких рамках допустимих вхідних напруг, причому ці рамки ще звужуються при пред'явленні жорстких вимог до ККД пристрою. Зате досягаються в лінійних джерелах живлення ступінь стабілізації і придушення імпульсних перешкод набагато перевершують інші схеми. Розглянемо трохи докладніше застосовувані в лінійних джерелах живлення стабілізатори. Найпростіші (т.зв. параметричні) стабілізатори засновані на використанні особливостей вольт-амперних характеристик деяких напівпровідникових приладів - в основному, стабілітронів. Їх відрізняє висока вихідний опір. невисокий рівень стабілізації і низький ККД. Такі стабілізатори застосовуються тільки при малих навантаженнях, звичайно - як елементи схем (наприклад, як джерела опорного напруги).

Послідовні прохідні лінійні стабілізатори відрізняються наступні характеристики: напруга на навантаженні не залежить від вхідної напруги і струму навантаження, допускаються високі значення струму навантаження, забезпечується високий коефіцієнт стабілізації і мале вихідний опір. Основний принцип на якому базується його робота - порівняння вихідної напруги з деяким стабілізованою опорною напругою і управління на основі результатів цього порівняння головним силовим елементом стабілізатора, на якому і розсіюється надлишкова потужність. У більшості випадків радіоаматорського конструювання як джерела живлення пристроїв можуть застосовуватися лінійні джерела живлення на основі мікросхем лінійних стабілізаторів серії К (КР) 142. Вони мають дуже хорошими параметрами, мають вбудовані ланцюги захисту від перевантажень, ланцюги термокомпенсаціі тощо, легко доступні і прості в застосуванні (більшість стабілізаторів цієї серії повністю реалізовані всередині інтегральної схеми.

Однак при конструюванні лінійних джерел живлення великої потужності (25-100 Вт) потрібен більш тонкий підхід, а саме: застосування спеціальних трансформаторів з броньовими сердечниками (що мають більший КДП), пряме використання тільки інтегральних стабілізаторів неможливе зважаючи на недостатності їх потужності, тобто потрібні додаткові силові компоненти і, як наслідок, додаткові ланцюжки захисту від перевантаження, перегріву і перенапруги. Такі джерела живлення виділяють багато тепла, припускають установку багатьох компонентів на великих радіаторах і, відповідно, досить габаритні; для досягнення високого коефіцієнта стабілізації вихідної напруги потрібні спеціальні схемні рішення.

Рис. 1. Функціональна схема лінійного джерела живлення

 

Вхідні дані

Відповідно до технічного завдання необхідно розробити пристрій, який перетворював би змінну напругу мережі 220В 50Гц у постійну напругу.

Вихідні дані:

Напруга мережі живлення – 220В;

Активна потужність трансформатору – 30Вт;

Напруга на навантаженні – U_Н1 =10В, U_Н2 =15В;

Частота напруги живлення – 400Гц;

Схема випрямлення – двонапівперіодна;

Cosφ – 0,85…0,95;

Тип фільтра –б,д;

Стабілізатор – інтегральний.

Розрахунок фільтра.

Зміст

Вступ.

1. Розробка технічного завдання на проектування

2. Розрахунок лінійного трансформатора

3. Розрахунок і вибір елементів випрямляча

4. Розрахунок фільтра

5. Розрахунок схеми стабілізатора випрямленої напруги

Висновки.

Список використаної літератури.

Вступ

Невід'ємною частиною будь-якого радіотехнічного пристрою є джерело електроживлення.

Для живлення постійним струмом електронних керуючих, вимірювальних і обчислювальних пристроїв застосовують джерела живлення малої потужності, які звичайно одержують енергію від однофазного ланцюга змінного струму. Такі джерела живлення в цей час будуються як за традиційною схемою з випрямлячем, підключеним до мережі через трансформатор, так і за схемою з безтрансформаторним входом, робота якої заснована на багаторазовому перетворенні електричної енергії.

При виборі й розробці джерела живлення необхідно враховувати ряд факторів, обумовлених умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.

У першу чергу, звичайно, слід звернути увагу на відповідність електричних параметрів джерел живлення вимогам пристрою, а саме:

• напруга живлення;

• споживаний струм;

• необхідний рівень стабілізації напруги живлення;

• припустимий рівень пульсації напруги живлення. Немаловажні й характеристики джерела живлення що впливають на його експлуатаційні якості:

• наявність систем захисту;

• габаритні розміри.

Будучи невід'ємною частиною радіоелектронної апаратури, засоби вторинного електроживлення повинні жорстко відповідати певним вимогам, які визначаються як вимогами до самої апаратури в цілому, так і умовами пропонованими до джерел живлення і їх роботі в складі даної апаратури. Кожен з параметрів джерел живлення, що виходить за межі припустимих вимог, вносить дисонанс у роботу пристрою.

Загальні відомості про лінійні блоки живлення

Лінійні джерела живлення

В даний час традиційні лінійні джерела живлення все більше витісняються імпульсними. Однак, незважаючи на це, вони продовжують залишатися досить зручним і практичним рішенням у більшості випадків радіоаматорського конструювання (іноді й у промислових пристроях). Причин цього кілька: по-перше, лінійні джерела живлення конструктивно досить прості і легко настроюються, по-друге, вони не вимагають застосування дорогих високовольтних компонентів і, нарешті, вони значно надійніше імпульсних джерел живлення. Типове лінійне джерело живлення містить у своєму складі: мережний понижуючий трансформатор, діодний міст з фільтром і стабілізатор, який перетворює нестабілізовану напругу, що отримується з вторинної обмотки трансформатора через діодний міст і фільтр, у вихідну стабілізовану напругу, причому, це вихідна напруга завжди нижче нестабілізованої вхідної напруги стабілізатора. Основним недоліком такої схеми є низький ККД і необхідність резервування потужності практично в усіх елементах пристрою (тобто потрібна установка компонентів допускають великі навантаження, ніж передбачувані для джерела живлення у цілому, наприклад, для джерела живлення потужністю 10 Вт потрібно трансформатор потужністю не менше 15 Вт та тощо). Причиною цього є принцип по якому функціонують стабілізатори лінійних джерел живлення.

Він полягає в розсіюванні на регулюючому елементі деякої потужності

 

P_pоз = I_нагр * (U_вх - U_вих) (1.1)

 

З формули випливає, що чим більша різниця між вхідним і вихідним напругою стабілізатора, тим більшу потужність необхідно розсіювати на регулюючому елементі. З іншого боку, чим більш нестабільно вхідна напруга стабілізатора, і чим більше воно залежить від зміни струму навантаження, тим більш високим воно має бути по відношенню до вихідною напругою. Таким чином видно, що стабілізатори лінійних джерел живлень функціонують у досить вузьких рамках допустимих вхідних напруг, причому ці рамки ще звужуються при пред'явленні жорстких вимог до ККД пристрою. Зате досягаються в лінійних джерелах живлення ступінь стабілізації і придушення імпульсних перешкод набагато перевершують інші схеми. Розглянемо трохи докладніше застосовувані в лінійних джерелах живлення стабілізатори. Найпростіші (т.зв. параметричні) стабілізатори засновані на використанні особливостей вольт-амперних характеристик деяких напівпровідникових приладів - в основному, стабілітронів. Їх відрізняє висока вихідний опір. невисокий рівень стабілізації і низький ККД. Такі стабілізатори застосовуються тільки при малих навантаженнях, звичайно - як елементи схем (наприклад, як джерела опорного напруги).

Послідовні прохідні лінійні стабілізатори відрізняються наступні характеристики: напруга на навантаженні не залежить від вхідної напруги і струму навантаження, допускаються високі значення струму навантаження, забезпечується високий коефіцієнт стабілізації і мале вихідний опір. Основний принцип на якому базується його робота - порівняння вихідної напруги з деяким стабілізованою опорною напругою і управління на основі результатів цього порівняння головним силовим елементом стабілізатора, на якому і розсіюється надлишкова потужність. У більшості випадків радіоаматорського конструювання як джерела живлення пристроїв можуть застосовуватися лінійні джерела живлення на основі мікросхем лінійних стабілізаторів серії К (КР) 142. Вони мають дуже хорошими параметрами, мають вбудовані ланцюги захисту від перевантажень, ланцюги термокомпенсаціі тощо, легко доступні і прості в застосуванні (більшість стабілізаторів цієї серії повністю реалізовані всередині інтегральної схеми.

Однак при конструюванні лінійних джерел живлення великої потужності (25-100 Вт) потрібен більш тонкий підхід, а саме: застосування спеціальних трансформаторів з броньовими сердечниками (що мають більший КДП), пряме використання тільки інтегральних стабілізаторів неможливе зважаючи на недостатності їх потужності, тобто потрібні додаткові силові компоненти і, як наслідок, додаткові ланцюжки захисту від перевантаження, перегріву і перенапруги. Такі джерела живлення виділяють багато тепла, припускають установку багатьох компонентів на великих радіаторах і, відповідно, досить габаритні; для досягнення високого коефіцієнта стабілізації вихідної напруги потрібні спеціальні схемні рішення.

Рис. 1. Функціональна схема лінійного джерела живлення

 

Вхідні дані

Відповідно до технічного завдання необхідно розробити пристрій, який перетворював би змінну напругу мережі 220В 50Гц у постійну напругу.

Вихідні дані:

Напруга мережі живлення – 220В;

Активна потужність трансформатору – 30Вт;

Напруга на навантаженні – U_Н1 =10В, U_Н2 =15В;

Частота напруги живлення – 400Гц;

Схема випрямлення – двонапівперіодна;

Cosφ – 0,85…0,95;

Тип фільтра –б,д;

Стабілізатор – інтегральний.