1. Задание курсового проекта

Курсовой проект заключается в разработке и расчете блока питания управляющего устройства. Данный блок должен обеспечивать ряд параметров необходимых для работы (нормальной работы) всей системы. В блок должен входить компенсационный стабилизатор напряжения.

1.1 .Числовые данные для расчета

Вариант	20
Напряжение выхода первого канала	+8.2 В
Напряжение выхода второго канала	-15.2 В
Ток нагрузки первого канала	ЗА
Ток нагрузки второго канала	1.5 А
Нестабильность входного напряжения	25%
Нестабильность выходного напряжения	2%
Уровень пульсации на выходе	Первый канал	15 мВ
	Второй канал	10 мВ
Температура окружающей среды min	-40 °С
Температура окружающей среды max	+45 °С

2. Введение

2.1. Анализ задания

Блок питания управляющего устройства могут снабжать питанием, например, систему управления подачей топлива в дизель-генератор. Данная система работает от постоянного тока и часто выполнена на микроконтроллерах и имеет силовые каскады, например в виде силового транзисторного моста.

При анализе структура блока можно выделить четыре основных его части:

1. сетевой фильтр (может и отсутствовать)

2. понижающий силовой трансформатор

3. блок выпрямителя с ВЧ фильтром

4. блок стабилизатора

Значит, в данной работе предстоит сделать:

- Разработка функциональной схемы блока питания;

- Выбор и расчет сетевого трансформатора и схемы выпрямителя,

- Разработка и расчет схемы стабилизатора.

2.2. Функциональная схема для блока в целом

Исходя из вышеизложенного, сконструировать функциональную схему блока питания (смысловую, для одного канала) несложно. На рисунке 2.1. эта схема и изброжена, в ней:

РЭ - регулирующий элемент; УУ - устройство управления; П - потребитель.

Сетевой трансформатор обеспечивает схему необходимым уровнем напряжения и тока (в смысле мощностного и теплового режимов). При этом ток нагрузки не должен превышать допустимый ток обмотки трансформатора, во избежание перегрева трансформатора и его выхода из строя. Также в сетевую часть трансформатора можно включить сетевой фильтр.

Выпрямитель можно построить на базе диодного моста с включением в него ВЧ фильтра в виде емкости большого номинала (как правило, это электролитический конденсатор) с соответствующим допустимым напряжением на ней.

УУ имеет источник опорного сигнала (ИОС) и контур ОС для управления РЭ по текущему состоянию выходного сигнала, что стабилизирует выходной сигнала на заданном уровне.

Стабилизация осуществляется путем выделения сигнала рассогласования между сигналами ИОС и ОС, это рассогласование и управляет РЭ. В качестве РЭ можно использовать транзистор (мощный), а в качестве ИОС - параметрический, термостабилизированный стабилизатор напряжения, например.

Потребителем может быть что угодно, но это устройство с определенным внутренним сопротивлением (суммарным внутренним сопротивлением, что соответствует определенному токопотреблению).

Стабилизатор работает, отслеживая колебания этого внутреннего сопротивления (из-за этого колеблется выходное напряжение и ток), например КЗ при поломке некоторого узла, и отслеживает колебания входного напряжения (оно из-за инерционности РЭ впервые мгновения входной сигнал проходит на выход без всяких «искажений»).

Теперь начнем анализ каждого из блоков в отдельности.

2.3.Трансформатор и выпрямитель

Трансформатор подключается своей первичной обмоткой к сети (возможно, его подключение и через сетевые фильтры). При этом желательно использовать тумблеры и применить плавкие предохранители, которые сработают при превышении определенного уровня тока в первичной обмотки.

Плавкие предохранители рассчитывают исходя из потребляемой мощности в нагрузки, а, следовательно, исходя из тока, протекающего по первичной обмотке.

Тумблеры выбирают тоже исходя из их рабочего напряжения и тока, которые не должны быть ниже тех что используются в схеме блока питания, в нашем случае, т.е.напряжение нам уже известно, это 220 В, т.е. тумблер не должен иметь рабочее напряжение меньше этого значения.

Сетевой фил ьтр - предназначен для гашения помех сети, причем эти помехи носят, как правило, высокочастотный характер. В простейшем случае, сетевой фильтр можно выполнить на следующих элементах: варистор и НЧ RC-фильтр. Варистор предназначен для гашения высоковольтных импульсов сети. Варистор работает по принципу переменного сопротивления, которое изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжению. При напряжениях меньших рабочего, варистор закрыт и ток через него пренебрежимо мал. При повышении напряжения на нем, его сопротивление резко уменьшается и напряжение замыкается через него,как раз эту особенность и применяют для гашения относительно высоковольтных импульсов сети. Рабочее напряжение выбирают большим напряжения сети (большим, чем 220 В, в нашем случае) во избежание ложных срабатываний. Варистор включают параллельно защищаемой цепи. Применяют дополнительный ограничитель тока чтоб не сгорел сам варистор. Это может быть, например, предохранитель. Расчет варистора приводиться ниже.

Что касается RC-фильтра, то его граничную частоту выбирают в пределах 100 кГц и более. Фильтр представляет собой конденсатор, включенный параллельно первичной обмотке трансформатора, с большим рабочим напряжением и относительно малой емкостью и последовательно включенный резистор относительно большой мощности и небольшого сопротивления (мощность требуется рассчитать). RC-фильтры применяют для гашения относительно низковольтных помех, которые могут быть вызваны различными. электромагнитными явлениями.

Выпрямитель собирают на базе диодного моста с НЧ фильтром из емкости большого номинала. Диоды для моста выбирают исходя из напряжения при его обратной полярности на диоде, т.е. допустимого напряжения на закрытом диоде и исходя из протекающего тока в цепи нагрузки, т.е. максимальный ток диода. Емкость выбирают исходя из требуемого уровня пульсации выходного напряжения. Возможно применение параллельного соединения нескольких емкостей из-за отсутствия требуемого номинала в производстве. Как говорилось выше - это электролитический конденсатор с определенным уровнем рабочего напряжения, которое должно быть примерно в полтора раза больше напряжения на выходе выпрямителя.

Теперь переходим к разработки основного элемента блока питания — стабилизатора напряжения.