ВКР (Выпускная квалификационная работа) по электронике на тему Стабилизированный вторичный источник постоянного напряжения

ВВЕДЕНИЕ
Развитие радиоэлектроники, усложнение ее функциональных возможностей привели к необходимости использования нескольких напряжений питания, а это в свою очередь приводит к увеличению массогабаритных параметров аппаратуры, в случае работы источника питания переменным напряжением частотой 50 Гц. Уменьшение массогабаритных параметров источников питания связано с применением импульсных вторичных источников электропитания (ИВЭП). В последние годы получены качественно новые результаты, обеспечены высокая надеж-ность, экономичность, малые габариты и масса ИВЭП. Эти успехи связаны с переходом на полупроводниковую элементную базу и применением силовых ИМС, определяющим видом которых являются стабилизаторы напряжения.
Современные устройства вторичного питания вышли за рамки простейших электронных устройств, содержащих малое число силовых транзисторов и реактивных элементов, какими они были 30-40 лет назад. Сейчас это устройства, содер¬жащие большое количество разнообразных элементов, выполняющих функцию преобразования электриче¬ской энергии и повышающих её качество. В результате разработок в нашей стране и за рубежом создан широкий класс полупроводниковых элементов, не имеющих аналогов среди ранее известных. Один из возможных способов решения этой проблемы это преобразование одного переменного напряжения в несколько других постоянных напряжений.

1. ОБЗОР НАУЧНОЙ И ПАТЕНТНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ
Импульсный источник это устройство, преобразующий энергию источника с помощью ключевого элемента, такого как транзистор. Малые массо-габаритные параметры и высокий КПД делают их популярными для самых разнообразных применений. Например, бытовая аппаратура, такая как зарядное устройство для аккумулятора и компьютерные источники питания, как правило, включают в себя импульсный источник питания (ИИП), формирующий одно или несколько напряжений из сети электропитания.
Импульсные источники питания, как правило, строятся с возможностью формировать вспомогательное напряжение для управления ключом или иным элементом. В патенте US 2011/0157919 A1 рассмотрен пример того, как формируется напряжение питания для интегральной схемы, управляющей системой регулирования ключа. Необходимо, чтобы выработка этого напряжения была энергоэффективной и недорогой в реализации. Интерес представляет Российский патент 2019 года, патент на изобретениеRU2687055C2 по МПК H02M3/155 и его аналоги сходные по тематике представленные в таблице 1.

Таблица 1 Патенты по тематике выполняемой работы.

ПЕРЕКЛЮЧАЮЩАЯ СХЕМА И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МОДУЛЬ 2012 Дзуси Юсуке
Мураками Йосинори
Танимото Сатоси
Сато Синдзи
Мацуи Кохеи RU2557456C2

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы разработать ИИП обладающий отличительными особенностями перед аналогами. Конкретная задача заключается в разработке недорогой схемы обладающей высоким КПД, которая обеспечит формирование вспомогательного напряжения импульсного источника питания для контроллер или драйвера ключевой схемы.
Описание изобретения.
ИИП (1) питания имеет основную схему (6), формирующую из постоянного входного напряжения постоянное выходное напряжение. Основная схема (6) включает в себя: индуктивный элемент (12), вырабатывающий постоянное выходное напряжение, ключевой элемент (9), подключенный к индуктивному элементу (12), и процессор (7), управляющий ключевым элементом (9) между проводящим состоянием и непроводящим состоянием, причем ключевой элемент (9) выполнен с возможностью подключения импульсного постоянного тока на потенциал (10) земли. Импульсный источник (1) питания также имеет вспомогательную схему (16), выполненную с возможностью подачи вспомогательного напряжения. Вспомогательная схема (16) содержит вспомогательный индуктор (18), подсоединенный для приема импульсного постоянного тока и магнитно изолированный от индуктивного элемента (12).8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Рисунок 1 - Иллюстрация изобретения







2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ
На основании исходных данных технического задания, определим ориентировочно мощность разрабатываемого источника:
1. Выходное напряжение 100 В, ток в нагрузке 0,5 А
Р2N = UN2∙I2N = 100∙0,5 = 50 Вт
2. Выходное напряжение 15 В, ток в нагрузке 1,0 А
Р3N = UN3∙I3N = 15∙1,0 = 15 Вт
Тогда РΣ = Р2N + Р3N = 50 + 15 = 65 Вт
С учетом КПД импульсного источника ( примем 87%), мощность, потребляемая от сети переменного тока 220 В составит:
Р1 = Р_Σ/η = 65/0,87 = 75 Вт.
Так как в соответствии с техническим заданием разрабатываемый источник должен иметь безтрансформаторный вход, то на входе источника должен располагаться выпрямитель с фильтрами на входе для фильтрации высокочастотных помех от работы ключевого каскада и на выходе для получения постоянного выпрямленного напряжения.
2.1 Расчет выпрямителя
Используем однофазный двухполупериодный мостовой выпрямитель, представленный на рисунке 2.1.
В схему входят 4 диода, соединенные по схеме моста. В первую диагональ моста включена вторичная обмотка трансформатора, во вторую – нагрузка RH. Ток протекает от В к А через диод VD3, сопротивление нагрузки RН, диод VD2 через вторичную обмотку трансформатора, это занимает время половины периода.
Ток протекает от точки А через диод VD4, сопротивление нагрузки RН, диод VD1 к точке В во вторую половину периода.
Ток, протекающий через нагрузочное сопротивление Rн в течение обоих полупериодов имеет одно направление, поэтому наблюдается двухполупериодное выпрямление. Временные диаграммы токов и напряжений представлены на рисунке 2.2