2 Расчет преобразователя питания

2.1 Эскизное проектирование преобразователя питания

Выберем тип преобразователей, составим функциональную и принципиальную схемы преобразователя питания.

Т.к. заданная амплитуда выходного напряжения больше одного вольта, то обойтись без преобразователей повышающих и инвертирующих напряжение питания не удастся. Выбор варианта преобразования напряжения питания произвели по уровню требуемого напряжения (где ориентировочное значениеполучено в разделе 1.2) и потребляемой силы тока в инструментальном усилителе. Силу потребляемого тока (по цепи питания) ориентировочно (в эскизном расчете это допустимо) определили таким образом:

где 3mA (для ОУ общего применения);

1mA(ориентировочно);

Функциональная схема преобразователя питания показана на рисунке 6. Здесь кроме тех элементов, которые рассматривались ранее, имеется устройство контроля разряда батарей, которое должно сигнализировать оператору о том, что работа с данными батареями далее невозможна. Составление принципиальной схемы преобразователя питания начнем с выбора типа используемых МС (см. таблицу 1). Выбрав тип МС, ознакомимся с рекомендуемым вариантом подключения внешних (навесных) элементов и используем эти рекомендации в проектируемом устройстве. Принципиальная электрическая схема преобразователя питания показана на рисунке 7.

Рисунок 6 - Функциональная схема преобразователя питания

Таблица 1. Параметры микросхемы источника питания.

Тип МС	Входное напряжение, В	Выходное напряжение, В	Сила выходного тока, mA	КПД, %	Наличие дополнительных элементов
МАХ 660	1,5…5	или нестаб.	100	88	конденсатор
МАХ 681	2…6	без стабилиз.	50	80…88	Нет

Рисунок 7 - Принципиальная электрическая схема преобразователя питания

2.2 Электрический расчет преобразователя питания.

В схеме на рисунке 7 использованы нестабилизированные МС, действующие по принципу переноса зарядов. В МС DA1.7 предусмотрены внешние (навесные) конденсаторы C_1.7иC_2.7, значения емкостей которых приводятся в рекомендациях по применению МС. Поэтому значения емкостейC_1.7иC_2.7рассчитывать не требуется. В МС DA2.7 конденсаторы расположены внутри МС и расчету не подлежат. Для такого преобразователя питания следует выполнить расчеты сил токов, времени непрерывной работы и элементов устройства контроля разряда батарей.

Устройство контроля разряда батарей, которое показано на рисунке 7, работает следующим образом. Если напряжение на выходе DA1 превышает уровень срабатывания устройства контроля, то светодиод не светится. По мере разряда батарей, напряжение на выходе DA1.7 уменьшается (т.к. DA1.7 не стабилизирует выходное напряжение). При этом уменьшаются силы токов через резистор R_1.7и базо-эмиттерный переход транзистораVT1.7. Когда напряжение на резистореR_2.7станет равным 0,6В транзисторVT1.7 закроется, напряжение на его коллекторе увеличится и светодиод начнет светиться. Свечение светодиода сигнализирует оператору о необходимости замены батарей.

Если в качестве светодиода выбрать красный светодиод АЛ307К, имеющий достаточную яркость свечения при силе тока 5мА и падение напряжения 1,6В, то

Здесь U_{вых. DA1.7 ном}– номинальное значение выходного напряжения МСDA1.7. Для МСMAX660U_{вых. DA1.7 ном} 6В.

Примечание: будем проектировать срабатывание устройства при разряде батарей до уровня 50% от исходного значения емкости.

Выберем транзистор VT1.7. по трем параметрам:

maxU_k1.7 =U_{вых DA1.7 ном} 6В.

maxI_{к. средн. 1.7}= (U_{вых DA1.7 ном}–U_{ост. VT1.7}) /R_3.7,

где U_{ост. VT1.7} = 0,5 В

maxI_{к. средн. 1.7}= (6 – 0,16) / 520 Ом = 11,23 мА_,

maxP_{к 1.7}=maxI_{к. средн. 1.7}∙U_{ост. VT1.7} = 11,23 мА∙0,5 В = 5,769 мВт

Выбор транзистора оформим в виде таблицы 2.

Таблица 2. Выбор транзистора VT1.7

Расчетные параметры	Значения расчетных пара-метров	Допустимые значения параметров для выбранного транзистора	Тип выбранного транзистора	Параметры выбранного транзистора
					Iк.о	Ск	Тmax
max Uк	6 В	40 В	КТ502В	80...240	1 1мкА	920пФ	1100°С
max Iк. сред	0,01123 А	0,15 А
max Pк	0,005769 Вт	0,35Вт

расч==

Определим значения сопротивлений R_1.7иR_2.7:

Далее определим силы токов в преобразователе питания.

С каждого выхода МС DA2.7 потребляется токI_потр, значение которого определено ранее. Во входной цепи МСDA2.7

где U_{вых.DA2.7.ном}– номинальное выходное напряжение МСDA2.7. Для МСMAX681U_{вых.DA2.7.ном}2∙U_{вых.DA1.7.ном};

- коэффициент полезного действия МС DA2.7.

U_{вых.DA2.7.ном}2∙ 6 В = 12 В,

Таким образом,

Во входной цепи DA1.7 (т.е. в цепи батарей) протекает ток с силой

где (R_1.7+R_2.7)||R_3.7– эквивалентные сопротивление параллельного соединения (R_1.7+R_2.7) иR_3.7.

Время непрерывной работы одного комплекта батарей до срабатывания устройства контроля можно определить следующим образом:

где C_бат.– емкость батарей.

Выберем батарею 343, справочные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3. Емкость электрохимического источника тока (батареи).

Тип батареи	Емкость батареи, АЧас	Номинальное напряжение, В	Сопротивление нагрузки, не менее, Ом	Номинальная сила тока разряда, А
343	0,7	1,55..0,85	20	0,06

Тогда .ч