Разработка перспективного источника питания

Особенности построения и применения импульсных источников питания. Структура, схемотехническое решение и принцип действия импульсного блока питания. Разработка структуры прибора Master-Slave с применением современных интегральных микросхем TEA 2260.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассмотрены вопросы о разработке перспективного источника питания, который позволяет работать с динамически меняющими параметрами нагрузки.

Разработана структура прибора Master-Slave с применением современных интегральных микросхем TEA 2260 и TEA 2170. Разработана конструкция прибора в виде моноблочного компоновочного решения.

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ, ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР, КОМПОРАТОР, МИКРОСХЕМА



АНОТАЦІЯ

У даній роботі розглянуті питання про розробку перспективного джерела живлення, яке дозволяє працювати з динамічно міняючими параметрами навантаження.

Розроблена структура приладу Master-slave із застосуванням сучасних інтегральних мікросхем TEA 2260 і TEA 2170. Розроблена конструкція приладу у вигляді моноблочного компонувального рішення.

ІМПУЛЬСНИЙ БЛОК ЖИВЛЕННЯ, ШИРОКО-ІМПУЛЬСНИЙ МОДУЛЯТОР, КОМПОРАТОР, МІКРОСХЕМА



ABSTRACT

In this work questions are considered about development of perspective source of feed, which allows to work with the dinamically changing parameters of loading.

The structure of device of Master-slave is developed with the use of modern integral microcircuits of TEA 2260 and TEA 2170. The construction of device is developed as a monosectional layout decision.

IMPULSIVE POWER MODULE, LATITUDINAL-IMPULSIVE KEYER, KOMPORATOR, MICROCIRCUIT



СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений

Введение

1. Особенности функционирования импульсных блоков питания

1.1 Особенности построения и применения импульсных источников питания

1.2 Сравнение импульсных и линейных источников питания

1.3 Структура и принцип действия ИБП

1.4 Схемотехническое решение и принцип действия ИБП

1.5 Тенденции развития импульсных источников питания

2. Анализ технического задания

3. Обзор аналогичных приборов

4. Назначение и структура ИБП

4.1 Структура ИБП построенного в соответствии с концепцией Master-Slave

4.2 Микросхемы архитектуры Master-Slave

4.3 Практическая схема ИБП архитектуры Master-Slave

5. Конструктивно-технологические особенности проектирования ИБП

5.1 Импульсный силовой трансформатор

5.1.1 Материал сердечника

5.1.2 Форма сердечника

5.1.3 Габаритная мощность

5.1.4 Величина немагнитного зазора

5.1.5 Количество витков первичной обмотки

5.1.6 Количество витков вторичной обмотки трансформатора

5.1.7 Конструктивные особенности размещения обмоток

5.2 Расчет импульсного трансформатора

5.3 Расчеты по обеспечению вибропрочности и ударопрочности

5.4 Выбор системы охлаждения для разрабатываемого устройства



СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ИБП - импульсный блок питания ;

КПД- коэффициент полезного действия;

ИБП - импульсный блок питания ;

СВ - сетевой выпрямитель;

ПН - преобразователь напряжения;

ИПК - источник питания контроллера;

МДИ - модулятор длительности импульсов;

УЗ - устройство защиты;

ЛС - логическая схема;

ФУН - формирователь управляющего напряжения;

ШИМ - широтно-импульсная модуляция;

ФИН - фазоимпульсная модуляция;

ЧИН - частотно-импульсная модуляция;

ИОН - источник опорного напряжения;

УСО - усилитель сигнала ошибки;

ЗГ - задающий генератор;

ШК - ШИМ - компаратор.



ВВЕДЕНИЕ

Для устойчивой работы устройств электроники необходимо наличие стабилизированных источников питания. Формирование этих напряжений осуществляется блоками питания. Работа блоков питания подвержена ряду дестабилизирующих факторов, воздействие которых может пагубно сказаться на качестве формируемых им напряжений или привести к выходу из строя блока питания и всего электронного аппарата в целом. Прежде всего, это изменения сетевого напряжения, вызванные коммутацией потребителей, питающихся от общей сети, а также качества и соответствия стандарту параметров самой сети. Помимо этого, стабильность питающих напряжений существенно зависит от режимов работы электронного устройства, от типа нагрузки.

Для обеспечения нормальной работы электронного устройства применялись различные схемы стабилизации питающих напряжений, выполненных по традиционной схеме: силовой трансформатор; выпрямитель; линейный стабилизатор напряжения. Блоки питания, построенные по такому принципу, получаются слишком громоздкими, имеют значительный вес, габариты, низкий КПД, поэтому находят применение лишь в маломощных недорогих устройствах бытовой техники.

Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопотребления в электронной аппаратуре связано с использованием импульсных блоков питания (ИБП). Переход от непрерывного режима работы стабилизатора в блоке питания к ключевому режиму работы регулирующих элементов позволяет получить высокий КПД, достигающий до 0,8 - 0,9. В то же время, уменьшенная мощность, рассеиваемая регулирующим элементом (как правило - транзистором), ведет к уменьшению габаритов и массы теплоотводящего радиатора. Улучшение теплового режима для силового регулирующего элемента приводит к существенному повышению надежности функционирования ИБП и всего электронного аппарата в целом.

Уменьшение габаритов и массы ИБП обусловлено еще тем, что вместо громоздкого силового трансформатора, работающего на частоте промышленной сети (50 или 60 Гц), применяется небольшой импульсный трансформатор, работающий на частотах порядка 60 - 120 кГц. На этих частотах отпадает необходимость в использовании электролитических конденсаторов большой емкости, что также ведет к снижению массы и габаритов ИБП.

Все вышеперечисленные достоинства позволили ИБП занять ведущее место в электронной аппаратуре, включая практически всю бытовую, офисную технику, компьютерные системы и системы питания бортовых устройств автомобилей, самолетов и ряда устройств медицинской техники.

Несмотря на современные достижения в области микроминиатюризации электронной аппаратуры наблюдается возрастание степени сложности техники, расширение ее функциональных и сервисных возможностей, что неизбежно ведет к повышению потребляемых мощностей от источников питания. Разработка мощных устройств медицинской электронной терапевтической техники связана с возникновением оригинальных режимов энергопотребления, вызывающих значительные дестабилизирующие факторы, справиться с которыми традиционными методами не всегда удается.

Перечисленные особенности развития электронной техники и использования в них заманчивых достоинств ИБП привели к тому, что в настоящее время многие разработчики пытаются исследовать предельные возможности ИБП и предложить конструкции блоков питания, близкие к оптимальным.



1 ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

Так исторически сложилось, что первые ИБП нашли преимущественное применение в бытовой электронной технике, в первую очередь в телевизионной и видео технике, в мониторах компьютеров, в копировальной технике и телефаксах. Это объясняется тремя главными причинами. Во-первых, чувствительность вышеперечисленной электронной техники к импульсным помехам, создаваемым ИБП, значительно ниже, чем у другой высокочувствительной и высококачественной техники. Во-вторых, потребляемая мощность у перечисленного типа техники невысока и составляет величину 10 - 100 Вт, в отдельных случаях может, конечно, достигать и большего значения. В-третьих, характер энергопотребления имеет относительно постоянный характер, то есть изменения режимов работы электронных устройств приводят к колебаниям потребляемых мощностей не более 30 % от максимальной мощности. Для сравнения можно отметить, что в высококачественных системах звуковоспроизведения колебания потребляемой мощности в зависимости от режима работы и от характера фонограммы составляют до 80 % от максимальной мощности.

Поэтому для большого класса электронной аппаратуры разработчики широко используют хорошо зарекомендовавшие себя с точки зрения надежности, экономичности и простоты принципов построения ИБП. Основные усилия направляются на применение современной высокоинтегрированной элементной базы, применение широкого спектра методов защит и ограничений, повышения коэффициентов стабилизации, снижения уровня пульсаций выходных напряжений, расширения зоны устойчивости при воздействии мощных дестабилизирующих факторов. Последнее время конструкторы ИБП уделяют немалое внимание применению оптимальных систем обеспечения тепловых режимов блоков питания наряду со снижением габаритов устройства.

На сегодняшний день имеется три типа импульсных электронных устройств, использующихся в качестве источников питания: преобразователь - переменный ток / постоянный ток (АС / DC конвертор), преобразователь - постоянный ток / постоянный ток (DC / DC конвертор) и преобразователь - постоянный ток / переменный ток (DC / АС инвертор). Каждый из них имеет собственную нишу применения.