Эскизное проектирование преобразователя питания

Выберем тип преобразователей, составим функциональную и принципиальную схемы преобразователя питания. Т.к. заданная амплитуда выходного напряжения больше одного вольта, то обойтись без преобразователей повышающих и инвертирующих напряжение питания не удастся. Преобразование напряжения 3В (от двух батарей по 1,5В) в напряжения (где ориентировочное значение получено в разделе 1.2) осуществим двухступенчатым преобразованием с повышением входного напряжения до стандартного уровня +6В, а затем преобразование его в 12В. Для этого выберем микросхему типа МАХ681 и MAX660. Параметры микросхем приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Параметры микросхем источника питания.

Тип МС	Входное напряжение, В	Выходное напряжение, В	Сила выходного тока, mA	КПД, %	Наличие дополнительных элементов
МАХ 681	2…6	без стабилиз.		80…88	Нет
МАХ 660	1,5…5	2Uвх			конденсатор

 

Выбор варианта преобразования напряжения питания произвели по уровню требуемого напряжения и потребляемой силы тока в инструментальном усилителе. Силу потребляемого тока (по цепи питания) ориентировочно (в эскизном расчете это допустимо) определили таким образом:

где 3mA (для ОУ общего применения);

1mA (ориентировочно);

 

Функциональная схема преобразователя питания показана на рисунке 6. Здесь кроме тех элементов, которые рассматривались ранее, имеется устройство контроля разряда батарей, которое должно сигнализировать оператору о том, что работа с данными батареями далее невозможна.

Рисунок 6 - Функциональная схема преобразователя питания.

 

Пример принципиальной электрической схемы преобразователя питания показан на рисунке 7.

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема преобразователя питания.

В этом варианте преобразователя питания сигнализация о разряде батарей осуществляется с помощью светодиода VD1.7. Светодиод должен начать светиться если выходные напряжения преобразователя питания снизятся до уровня minEп, значение которого было определено в разделе 1.2. Рассчитаем преобразователь питания.

,

где (max U_вых1) и (max I_вых1) – соответственно максимальные значения выходных напряжения и силы тока для MAX660

Мощность потерь в MAX660:

,

где η_DA1.7 – значение КПД для MAX660

Аналогичные вычисления произведем для второй микросхемы преобразователя питания MAX681:

,

где (max U_вых2) и (max I_вых) – соответственно максимальные значения выходных напряжения и силы тока для MAX681

Мощность потерь в MAX681:

где η_DA2.7 – значение КПД для MAX681, т.к.в таблице 1 указан диапазон возможных значений КПД, то расчетное значение КПД определяем по формуле:

,

где (minη) и (maxη) – соответственно, минимальное и максимальное значение КПД.

 

 

Устройство контроля разряда батарей включено между MAX660 и MAX681. Для этого устройства:

,

где

Для красных светодиодов силы тока 5мА достаточно для яркого свечения.

Сила тока, потребляемая от электрохимических батарей:

где: ;

;

I_потр – сила тока, потребляемая проектируемым ИУ и подавителем помех (определена в разделе 2.1)

В первый момент, после включения питания, напряжение на электрохимических батареях равно номинальному (паспортному) значению, т.е. для двух последовательно включенных батарей 2 Е_б. За счет разряда током I_бат, напряжение на батареях будет уменьшаться по мере увеличения продолжительности работы. Если ограничить время работы проектируемого устройства интервалом, в конце которого выходное напряжение преобразователя питания снизится до уровня (minE_п), то длительность непрерывного рабочего времени можно определить по формуле:

где

,

,

Значения С_номин и I_номин – значения емкости и тока разряда для выбранного типа батареи. Характеристики выбранной батареи представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 - Емкость электрохимического источника тока (батареи).+

Тип батареи	Емкость батареи, А×Час	Номинальное напряжение, В	Сопротивление нагрузки, не менее, Ом	Номинальная сила тока разряда, А
	0,7	1,55..0,85	6…10	0,06