Требуемые входные и выходные характеристики

· U_с – напряжение питающей сети переменного тока (номинальное)

· ΔU_с – отклонение напряжения питающей сети от номинального в процентах

· U_с и ΔU_с – соответственно номинальное выходное напряжение источника питания и его допустимое отклонение в процентах;

· R_{н min} и R_{н max} – соответственно минимальное и максимальное сопротивление нагрузки;

· U_н и ΔU_н – соответственно номинальное выходное R_{н min} и R_{н max} – соответственно минимальное и максимальное сопротивление нагрузки;

К_защ – коэффициент срабатывания защиты по току; (К_защ=I_{срабат.}/I_{н max}, где I_{срабат.} – ток срабатывания защиты; I_{н max} – максимальный ток нагрузки при R_н=R_{н min}).

 

Выбор структурной схемы блока питания.

На практике наиболее часто применяются две схемы блоков питания: Классическая трансформаторная, с линейным либо импульсным стабилизатором; Импульсная с тройным преобразованием энергии.

В классической схеме напряжения переменного тока понижается до выбранной величины трансформатором. Потом переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя и фильтра. Полученное нестабилизированное напряжение стабилизируется либо линейным, либо импульсным стабилизатором.

В импульсных блоках питания напряжение сети выпрямляется, преобразуется в постоянное. Этим напряжением питается генератор импульсов, вырабатывающий импульсы высокой частоты (до сотен килогерц), импульсы подаются на трансформатор. Снимаемые со вторичной обмотки импульсы снова преобразуются в постоянный ток выпрямителем.

Преимущества классической схемы

- Простота

- Надежность

- Легкость налаживания

- Относительно небольшое число элементов

 

 

Недостатки

- Большие масса и габариты (по причине применения громоздкого трансформатора и необходимости конденсаторов большой емкости для фильтра выпрямителя)

- Невысокий КПД (Много энергии в виде тепла выделяется на регулирующем элементе – транзисторе, особенно это проявляется у регулируемых источников при минимальном выходном напряжении и максимальном токе, когда на регулирующем транзисторе выделяется максимальная мощность)

- Невысокая удельная мощность (по вышеуказанной причине)

Преимущества импульсных источников питания

- Небольшие размеры и масса (на высоких частотах преобразования габариты трансформаторов невелики)

- Высокий КПД (Энергия в виде тепла выделяется только, когда транзисторы работают в активном режиме при переключении из одного состояния в другое)

- Большая удельная мощность

Недостатки

- Относительно высокая сложность проектирования и изготовления

- Сложность в налаживании

- Критичность к параметрам нагрузки

- Относительно большое число элементов

 

По массогабаритным характеристикам и КПД преимущество однозначно принадлежит импульсным блокам питания, но применение классической схемы оправдано там, где не требуется получения высоких значений указанных параметров или сложность и стоимость проектирования и изготовления

 

 

импульсных источников питания не оправдана экономически.

Выбирается трансформаторная схема с использованием линейного стабилизатора.

 

Структурная схема источника питания

Структурная схема источника питания представлена в Приложении 1.

В нее входят следующие блоки: трансформатор, выпрямитель, фильтр, блок защиты, стабилизатор

Параметры блоков схемы

Стабилизатор

Заданные параметры: номинальное напряжение U_н, допустимое отклонение напряжения ΔU_н, минимальное сопротивление нагрузки R_{н min}, максимальное сопротивление нагрузки R_{н max}, коэффициент защиты К_защ

Рассчитываемые параметры:

Определяется максимальный ток:

Определяется минимальный ток:

Для нормальной работы регулирующего элемента напряжение на входе стабилизатора должно быть выше на 4 – 7 вольт (как минимум на напряжение насыщения регулирующего транзистора).

 

Определяется мощность, выделяемая на регулирующем транзисторе при,

R_{н min},

Определяется мощность, выделяемая на регулирующем транзисторе при срабатывании защиты (режим короткого замыкания в нагрузке),

(U_н=0 при коротком замыкании в нагрузке).

Выбираем в качестве схемы стабилизатора линейный стабилизатор компенсационного типа. Максимальный ток стабилизатора I _max принимается с запасом

 

Блок защиты

Определяется ток срабатывания защиты: