Стабилизатор напряжения импульсный

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения. Разработка импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа и его принципиальной схемы. Расчет силовой части, коэффициента полезного действия. Структура блока управления, требования к его узлам.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

Задание

Введение

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (обзор литературы)

2. Структурная схема стабилизатора

3. Расчёт силовой части

4. Блок управления

4.1 Определение требований к узлам блока

4.2 Усилитель ошибки рассогласования

4.3 Генератор линейно изменяющегося напряжения

4.4 Компаратор

5. КПД стабилизатора

6. Разработка принципиальной схемы

Заключение

Литература

Приложение:

Схема электрическая принципиальная

Перечень элементов

ЗАДАНИЕ

В соответствии с вариантом технических требований, приведенных в табл. 1, рассчитать импульсный стабилизатор напряжения.

Таблица 1

Вариант	Uвх, B	Uвых, B	Uп, мВ	Iн мин, A	Iн мах, A	fп, кГц	Кст
26	9	12	50	0,1	0,2	40	40

Примечание:

Входное напряжение - не стабилизированное (U_вх ± 10%).

Должна быть обеспечена регулировка U_вых в пределах ±10%.

Коэффициент полезного действия (КПД) стабилизатора должно быть не меньше 0,85.

U_п - амплитуда пульсаций выходного напряжения.

Указанный коэффициент стабилизации К_ст определяет нестабильность выходного напряжения, обусловленную только нестабильностью входного.

ВВЕДЕНИЕ

Электропитание цифровой и аналоговой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) в большинстве случаев осуществляется средствами вторичного электропитания, которое подключается к источникам первичного электропитания (электросети), преобразуют их переменное или постоянное напряжение в ряд выходных напряжений с характеристиками, обеспечивающими нормальную работу РЭА в заданных режимах.

Успехи современной микроэлектроники и интегральной схемотехники обусловили появление новых методов построения конструирования электронной аппаратуры различного назначения, отличающейся малыми массой и габаритными размерами, а также высокой надежностью. В источниках вторичного питания последние достижения связаны с использованием импульсных принципов их построения. Поэтому расчет одного из главных узлов подобных источников - импульсного стабилизатора - позволит не только закрепить материал, изучаемый по курсам «Электроника и микросхемотехника» и «Цифровая и компьютерная электроника», но практически ознакомиться с методами проектирования современных электронных устройств.

СТАБИЛИЗАТОРЫ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ КЛЮЧЕВОГО ТИПА (обзор литературы)

В стабилизаторах с импульсным регулированием регулирующий элемент заменяется ключом, что сводит к минимуму рассеиваемую в нем мощность. Ключ может подсоединять или отсоединять нагрузку, тем самым, регулируя среднюю мощность, забираемую ею от источника. По существу, меняется режим работы регулирующего элемента (транзистора) с непрерывного на импульсный [1, 2]. Такие стабилизаторы получили наименование импульсных.

Если источник постоянного тока подключать к нагрузке с помощью периодически замыкаемого и размыкаемого ключа, то среднее значение напряжения на нагрузке состави

,

где tи - длительность импульса замкнутого состояния ключа; Т - период коммутации; i(t) - текущее значение тока.

Напряжение на нагрузке определяется как напряжением источника Е, так и соотношением интервалов, в течение которых ключ замкнут и разомкнут. Воздействуя на длительность замыкающих ключ импульсов, можно регулировать напряжение на нагрузке и, следовательно, поддерживать его постоянным при изменениях первичного напряжения Е. Если параллельно нагрузке подключить конденсатор достаточно большой емкости, то переменная составляющая тока контура будет замыкаться через него, а пульсации напряжения на нагрузке будут незначительны.

Преобразование сигнала ошибки, являющегося медленно меняющимся постоянным напряжением, в импульсную последовательность с переменной скважностью, необходимую для управления ключом, производится в специальном импульсном устройстве, входящем в цепь обратной связи стабилизатора. Эти устройства и цепи образуют схему управления.

Работой ключа можно управлять разными способами. Если импульсное устройство создает на своем выходе импульсную последовательность с постоянным периодом повторения и меняющейся в зависимости от сигнала ошибки длительностью импульса, то такую схему называют стабилизатором с широтно-импульсной модуляцией. Если же импульсное устройство замыкает ключ при напряжении на выходе, меньшем некоторого порога, и размыкает его при превышении порога, то такую схему называют релейным или двухпозиционным стабилизатором. Если регулирование напряжения происходит в результате изменения частоты следования импульсов, то такую схему называют стабилизатором с частотной модуляцией. Наибольшее распространение получил принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ),

Цепи и элементы, через которые проходит ток нагрузки, принято называть силовой частью (блоком) стабилизатора.

Как было сказано выше, в импульсных стабилизаторах напряжения (ИСН) регулирующий элемент (транзистор) работает в режиме переключений. В этом режиме рабочая точка транзистора большую часть периода коммутации находится в области насыщения или отсечки, а зону активной области проходит с высокой скоростью только в моменты переключения. Причем значение средней за период коммутации мощности, рассеиваемой на регулирующем транзисторе, намного меньше, чем при его работе в непрерывном режиме. Поэтому импульсные стабилизаторы напряжения по сравнению с непрерывными имеют более высокий КПД и, при высокой частоте переключения, лучшие массогабаритные показатели.

Недостатки импульсных стабилизаторов: более сложная схема управления, повышенный уровень шумов» радиопомех и пульсации выходного напряжения, а также худшие динамические характеристики.

2. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАТОРА

Целью данного проекта является разработка одного из видов ИВЭ -- импульсного стабилизатора напряжения понижающего типа.

Импульсный последовательный стабилизатор повышающего типа выполняется по схеме, показанной на рисунке 2.1,а, в которой регулирующий элемент РЭ и дроссель фильтра L включены последовательно с нагрузкой Rн. В качестве РЭ используется транзистор, работающий в режиме переключений, при котором он поочередно находится в режиме насыщения (когда он полностью открыт) или в режиме отсечки (когда он полностью закрыт). При открытом транзисторе в течении времени tu входной источник входного напряжения Uп (Uп = Uвх) замыкается через дроссель L, в котором накапливается избыточная энергия. При закрытом транзисторе в течении времени tп накопленная в дросселе энергия через диод VD совместно с напряжением питания передается в нагрузку.

РЭ регулирующий элемент, СУ схема управления,

ИЭ измерительный элемент.

Рисунок 2.1

Период коммутации (преобразования) равен:

Tп = tu + tn

Частота коммутации (преобразования):

fn = 1 / Tn = 1 / ( tu + tn )

В импульсном стабилизаторе регулирующий элемент РЭ преобразует (модулирует) входное постоянное напряжение Uп(Uвх) в серию последовательных импульсов определенной длительности и частоты, а сглаживающий фильтр, состоящий из диода VD, дросселя L и конденсатора С демодулирует их опять в постоянное напряжение Uн. При изменении входного напряжения Uп(U0) или тока в нагрузке Rн в импульсном стабилизаторе с помощью цепи обратной связи (рисунок 2.1,а), состоящей из измерительного элемента ИЭ и схемы управления СУ, длительность импульсов изменяется таким образом, что выходное напряжение Uн остается стабильным с определенной степенью точности.

Импульсный режим работы позволяет значительно уменьшить мощность потерь в регулирующем элементе и тем самым повысить КПД источника питания, уменьшить его массу и габариты. В этом состоит решающее преимущество импульсных стабилизаторов перед непрерывными стабилизаторами.

стабилизатор напряжение импульсный

3. РАСЧЁТ СИЛОВОЙ ЧАСТИ

Силовая часть импульсного стабилизатора включает в себя регулирующий элемент на основе транзистора, работающего в ключевом режиме, диод, дроссель и конденсатор, которые должны быть выбраны в результате расчёта.

Принимаем ориентировочно...