Расчет импульсных стабилизаторов напряжения

Введение
Принципы построения импульсных источников питания (ИИП) используются уже более 100 лет. Система зажигания бензинового двигателя представляет собой первый вариант обратноходового импульсного источника питания.
Компоненты для построения импульсных источников питания стали общедоступны с середины 1960 – х годов после изобретения транзистора, но их массовое применение особенно в схемах малой мощности было экономически нецелесообразно, пока цена полупроводниковых материалов не стала достаточно приемлемой.
Уже с 1970 г. прогресс в технологии производства всех видов компонентов значительным образом изменил ситуацию на рынке источников питания и главным образом в тех областях, в которых применение линейных стабилизаторов было невозможно из-за их неспособности обеспечить необходимую мощность. Уровень технологии того времени позволял создавать малогабаритные импульсные источники питания с выходной мощностью до нескольких десятков ватт. При этом весь источник питания, состоящий из ИС, индуктивности и нескольких конденсаторов имел габариты меньшие, чем первые транзисторы 1960-х годов.
С тех пор цена 1 ватта сетевого источника питания настолько снизилась, что многим разработчикам проектировать собственные источники питания оказалось невыгодно, если только не вести производство в больших масштабах. На этом этапе некоторые производители стали специализироваться на производстве источников питания и их компонентной базы.
Ведущие производители линейных источников питания, такие как Infineon Technologies, Texas Instruments, Analog Device, Linear Technologies и др. производят серии импульсных стабилизаторов, предназначенных для преобразования напряжения или локальной стабилизации. Выпускаемые этими фирмами компоненты имеют малые габариты и высокую эффективность. Многие компоненты современного производства содержат в одном корпусе практически все элементы ИИП ключ, выпрямитель, схему управления.
Вторичными источниками питания или (ВИП) называют устройства, предназначенные для преобразования входной электроэнергии постоянного или переменного напряжения в выходную электроэнергию при некоторых заданных качественных параметрах, необходимых для питания электронных устройств.
Система вторичного электропитания - представляет собой совокупность взаимосвязанных функционально источников электроэнергии, устройств управления, коммутации, защиты, распределения, контроля и сигнализации.
Объектом исследования данного курсового проекта является –импульсный источник питания.
Целью выполнения курсового проекта является – проектирование импульсного источника питания.
Задание на курсовой проект
Таблица 1.1
Таблица 1.2
1. Расчет электрической принципиальной схемы
1.1. Расчет сетевого выпрямителя
Рис.1. Однофазный мостовой двухполупериодный выпрямитель
Рассчитаем параметры сетевого выпрямителя для однофазной двухполупериодной мостовой схемы выпрямления.
Среднее значение выпрямленного напряжения:
U_0=0.9·U_с·√2=0.9·220·√2=280.014 В (1)
Пределы допустимых отклонений значения выпрямленного напряжения:
U_(0 min)=U_0·(1-δU_0 )=280.014·(1-0.15)=238.012 В (2)
U_(0 max)=U_0·(1+δU_0 )=280.014·(1+0.15)=322.016 В (3)
Определим мощность нагрузки:
P_наг=U_наг·I_(наг max)=5·8=40 Вт (4)
Рассчитаем среднее значение мощности:
Определим для расчета КПД преобразователя напряжения равным η = 0.9
P_0=P_наг/η=40/0.9=44.444 Вт (5)
P_0=U_0·I_0 (6)
I_0=P_0/U_0 =(44.444 )/(280.014 )=0.159 А (7)
Определяем значение ёмкости С3 в (мкФ):
C_3=2·P_0=2·44.444=88.888 мкФ (8)
По стандартному ряду E24 принимаем:
C_3=91 мкФ
Для диодного моста выберем диоды VD1-VD4 – КД111А
Таблица 1. Выпрямительный диод КД111, основные характеристики
Диод Uоб/Uимп В/В Iпр/Iимп А/А Uпр/Iпр В/А Cд/Uд пф/В Io(25)Ioм мкА/мкА Fmax
кГц P
Вт Корпус
КДС111А 300/400 0.2/0.5 1.2/0.1 3/50 20 27
КДС111Б 300/400 0.2/0.5 1.2/0.1 3/50 20 27
КДС111В 300/400 0.2/0.5 1.2/0.1 3/50 20 27

1.2. Расчет сетевого фильтра
Рис.2. П-образный сетевой фильтр
Для определения значения индуктивности Lф (L1) используем соотношение:
ωL_ф≫R_0 (9)
Принимаем рекомендованное для расчета значение
ωL_ф=10·R_0 (10)
где
R_0=U_(0 max)/I_(0 min) =322.016/0.138=2333.449 Ом (11)
I_(0 min)=P_0/U_(0 max) =(44.444 )/322.016=0.138 А (12)
Подставляя в (10) найденное значение R_0 получим:
ωL_ф=10·2333.449=23334.490 Ом (13)
Из (13) находим
L_ф=23334.490/ω=23334.490/(2·π·50)=74.276 Гн (14)
Определим значение ёмкостей Cф (С1-С2), используем соотношение:
C_ф=1/(0.1·ω·R_0 )=1/(0.1·2·π·50·2333.449)=13.641 мкФ (15)
По стандартному ряду E24 принимаем:
C_1=C_2=C_ф=15 мкФ