4.2.2. Выбор структурной схемы блока питания.

На практике наиболее часто применяются две схемы блоков питания: Классическая трансформаторная, с линейным либо импульсным стабилизатором; Импульсная с тройным преобразованием энергии.

В классической схеме напряжения переменного тока понижается до выбранной величины трансформатором. Потом переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя и фильтра. Полученное нестабилизированное напряжение стабилизируется либо линейным, либо импульсным стабилизатором.

В импульсных блоках питания напряжение сети выпрямляется, преобразуется в постоянное. Этим напряжением питается генератор импульсов, вырабатывающий импульсы высокой частоты (до сотен килогерц), импульсы подаются на трансформатор. Снимаемые со вторичной обмотки импульсы снова преобразуются в постоянный ток выпрямителем.

Преимущества классической схемы

• Простота

• Надежность

• Легкость налаживания

• Относительно небольшое число элементов

Недостатки

• Большие масса и габариты (по причине применения громоздкого трансформатора и необходимости конденсаторов большой емкости для фильтра выпрямителя)

• Невысокий КПД (Много энергии в виде тепла выделяется на регулирующем элементе – транзисторе, особенно это проявляется у регулируемых источников при минимальном выходном напряжении и максимальном токе, когда на регулирующем транзисторе выделяется максимальная мощность)

• Невысокая удельная мощность (по вышеуказанной причине)

Преимущества импульсных источников питания

• Небольшие размеры и масса (на высоких частотах преобразования габариты трансформаторов невелики)

• Высокий КПД (Энергия в виде тепла выделяется только, когда транзисторы работают в активном режиме при переключении из одного состояния в другое)

• Большая удельная мощность

Недостатки

• Относительно высокая сложность проектирования и изготовления

• Сложность в налаживании

• Критичность к параметрам нагрузки

• Относительно большое число элементов

По массогабаритным характеристикам и КПД преимущество однозначно принадлежит импульсным блокам питания, но применение классической схемы оправдано там, где не требуется получения высоких значений указанных параметров или сложность и стоимость проектирования и изготовления

импульсных источников питания не оправдана экономически.

Выбирается трансформаторная схема с использованием линейного стабилизатора.

4.2.3. Структурная схема источника питания

Структурная схема источника питания представлена в Приложении 1.

В нее входят следующие блоки: трансформатор, выпрямитель, фильтр, блок защиты, стабилизатор

Параметры блоков схемы Стабилизатор

Заданные параметры: номинальное напряжение U_н, допустимое отклонение напряжения ΔU_н, минимальное сопротивление нагрузки R_{н min}, максимальное сопротивление нагрузки R_{н max}, коэффициент защиты К_защ

Рассчитываемые параметры:

Определяется максимальный ток:

Определяется минимальный ток:

Для нормальной работы регулирующего элемента напряжение на входе стабилизатора должно быть выше на 4 – 7 вольт (как минимум на напряжение насыщения регулирующего транзистора).

Определяется мощность, выделяемая на регулирующем транзисторе при,

R_{н min},

Определяется мощность, выделяемая на регулирующем транзисторе при срабатывании защиты (режим короткого замыкания в нагрузке),

(U_н=0 при коротком замыкании в нагрузке).

Выбираем в качестве схемы стабилизатора линейный стабилизатор компенсационного типа. Максимальный ток стабилизатора I _max принимается с запасом

Блок защиты

Определяется ток срабатывания защиты:

В качестве схемы выбирается защита ограничительного типа с резистивным датчиком тока

Фильтр

Задается коэффициент пульсаций

В качестве фильтра выбирается емкостной фильтр

Определяется ёмкость конденсатора фильтра, мкФ

,

где

I_max – максимальный ток стабилизатора

U_н – номинальное напряжение

К_п – коэффициент пульсаций

Выпрямитель

В качестве выпрямителя принимаем мостовую схему.

Определяется напряжение на выходе выпрямителя

Отсюда

Определяется обратное напряжение на диодах выпрямителя

Определяется ток через диоды выпрямителя

Трансформатор

Определяется напряжение на вторичной обмотке

Определяется ток во вторичной обмотке

I_max – максимальный ток стабилизатора

Определяется мощность, потребляемая от вторичной обмотки

Определяется мощность трансформатора

Определяется коэффициент трансформации

Определяется ток в первичной обмотке трансформатора

В данном пункте произведен расчет требуемых параметров для всех блоков структурной схемы и к ним предъявлены технические требования. Можно приступать к разработке принципиальной схемы устройства.