Контрольная работа: Источники вторичного электропитания

Ом.

Определим мощность резистора R-C-D цепи:

P_R=0.5×C×U_T²×f_пр=0,5×1,2×10^-9×375,5² ×10×10³=0,846 Вт.

Выбираем резистор типа С2-23-1-13 кОм±5%.

8.Выбор датчиков тока и напряжения аккумуляторной батареи

Для обеспечения гальванической развязки обмоток трансформатора примем, что измерения тока заряда АБ и напряжения АБ производится с помощью датчиков холла (ДХ). Датчик холла - это измеритель постоянного тока или напряжения, состоящий из обмотки питания и информационной обмотки. Обе обмотки размещаются возле проводника с током в определенном расположении, благодаря чему выходное напряжение ДХ пропорционального измеряемому напряжению или току. Принципиальная схема ДХ является довольно сложной, поэтому, в данном курсовом проекте рассматриваться не будет. Примем условие, что при максимальном токе заряда выходное напряжение ДХ, измеряющего тока, будет равно 79 мВ, а выходное напряжение ДХ, измеряющего напряжения ДХ, будет построено в соответствии с выходным напряжением на ИОН.

9.Расчет и выбор элементов входного фильтра

Для импульсных преобразователей постоянного напряжения, его коэффициент пульсаций должен быть не выше 5% (лит. [3]), поэтому коэффициент пульсаций на входе фильтра примем равным к_пвых=5%. Коэффициент пульсаций на входе фильтра при мостовой схеме выпрямления будет равен к_пвх=67% (лит. [5]).

Исходя из этого, определим коэффициент сглаживания фильтра:

Определим произведение индуктивности на емкость фильтра: , где m=2 - пульсность мостовой схемы выпрямления.

ГнФ.

Определим критическую (минимальную) индуктивность дросселя фильтра:

 Гн.

Кроме того, выбираемый дроссель должен быть рассчитан на ток подмагничивания не ниже I_1эф=0,656 А. Выбираем дроссель типа Д273 с последовательным соединением обмоток. Дроссель имеет параметры:

Номинальная индуктивность: L_номвх=0,6 Гн;

Сопротивление обмоток: R_дрвх=6,08 Ом;

Уточним значение падения постоянного напряжения на активном сопротивлении дросселя входного фильтра DU_дрвх=I_1эф×R_дрвх=0,656×6,08=3,988 В.

Определим величину напряжения и емкости фильтрового конденсатора исходя из допустимого отклонения емкости от номинального значения на ±20%:

U_вх>U_c×1.1×=220×1.1×=342.24 В; Ф.

Выбираем конденсатор типа К50-27-450В

Определим резонансную частоту входного фильтра:

Эта частота является не опасной, так как выполняется условие

10.Расчет и выбор диодов входного выпрямителя

Определим соотношение для выбора диодов входного мостового выпрямителя. Максимальное обратное напряжение прикладывается к диоду: U_обрmax>U_с×1,1×=220×1,1×=342,24 В;

Прямой средний ток, протекающий через диод:

Исходя из этих соотношений выбираем диоды типа КД202Н с параметрами:

U_обрдог=500 В; I_прср=1 А; DU_VD=1 В.

11.Контактные соединения

Для соединения преобразователя с питающей сетью и заряжаемый аккумуляторной батарей используем циклические приборные соединения типа ШРН-2 с параметрами:

Общее число контактов: 2;

Напряжение в цепях контактов: до 800 В;

Токовая нагрузка на один контакт: до 5 А.

12.Расчет и выбор элементов устройства управления. Согласующее устройство

Согласующее устройство, сопрягающее датчик тока с составной частью устройства управления, должно усиливать выходное напряжение ДТ до напряжений, воспринимаемых блоками УУ, т.е. до единицы вольт, и, кроме того, иметь высокое входное и низкое выходное сопротивление. Все эти условия выполнимы при использовании усилителя постоянного тока (УПТ). На основе не инвертирующего включения ОУ, описанного в лит. [4] изображенного на рис. 6.1.

Для этой схемы коэффициент усиления СУ по напряжению равен:

Для выполнения условия примем коэффициент усиления СУ равным К_СУ=100.

Отсюда определим соотношение для выбора резисторов и схемы.

Для уменьшения погрешности усиления выходного напряжения ДТ, эти резисторы должны быть выбраны прецизионными. Исходя из этого, выбираем резисторы типа:

R1: С2-29В-0,125-1кОм±0,1%;

R_ос: С2-29В-0,125-99кОм±0,1%;

Выбор ОУ был произведен выше.

13.Источник опорного напряжения

Схема источника опорного напряжения основанная на не инвертирующем включении ОУ и описанная в лит [4] изображена на рис. 6.2.

Для схемы характерно соотношение:

где U_ион - максимальное выходное напряжение ИОН, примем U_ион = 9В.

U_ст - напряжение, стабилизируемое стабилитроном VD. Стабилитрон VD для схемы на рис. 6.2. выбирается типа 2С130Д1 с параметрами:

Напряжение стабилизации: U_ст = 3В

Разброс тока стабилизации: I_ст = 0,2¸16,7мА

Для дальнейших расчетов ток стабилизации стабилитрона примем равным:

I_ст = 1 мА

Приняв напряжение равным U_n = +15В, рассчитаем сопротивление и мощность резистора R_ст:

Выбирается резистор типа С2-23-0,062-12 кОм±10%.

Определим соотношение для выбора резисторов R_ос и R₁:

Для уменьшения погрешности задания выходного напряжения ИОН резисторы R₁ и R_ос следует выбрать прецизионные. Выбираем резисторы:

R₁: С2-29В-0,125-50кОм±0,1%

R_ос: С2-29В-0,125-100кОм±0,1%.

Для возможности задания тока нагрузки в качестве нагрузочного сопротивления R_н на выход ОУ выбирается регулировочный резистор типа СП2-2-0,5-3,3кОм±20%.

14.Суммирующий усилитель

Суммирующий усилитель должен вычитать выходное напряжение СУ из выходного напряжения ИОН. Такое устройство реализуемо на основе схемы сложения - вычитания на ОУ, описанной в лит. [4] изображенной на рис. 6.3.

Для схемы справедливо соотношение:

В качестве напряжения U1 будет использовано выходное напряжение СУ, а в качестве U2 - выходное напряжение ИОН. Для уменьшения погрешности вычитания и одинаковости масштабов напряжений все резисторы схемы рис. 6.3. должны быть выбраны прецизионные и равными по величине. Выбираем резисторы типа С2-29В-0,125-100кОм±0,1%.

15.Широтно-импульсный модулятор

Структура широтно-импульсного модулятора, описанная в лит. [3] и временные диаграммы его работы изображены на рис. 6.4.

Рис. 6.4. а.

Рис. 6.4. б.

Широтно-импульсный модулятор состоит из аналогового компаратора напряжений (К), сравнивающего пилообразное напряжение заданной частоты преобразования с выходным напряжением устройства коррекции (U_УР), и генератора пилообразного напряжения (ГПН), формирующего это пилообразное напряжение (U_ГПН). На выходе компаратора образуется широтно-модулированный сигнал U_ШИМ. Сигнал принимает значение логической единицы при условии U_УР (t) > U_ГПН (t).

При резком возрастании входного напряжения нагрузки сначала тоже увеличивается. При этом уменьшается напряжение U_УР, и следовательно относительная длительность управляющих импульсов, что приведет к снижению тока нагрузки до заданного значения. При резком снижении входного напряжения все перечисленные величины изменяются в обратную сторону. Таким образом, в широтно-импульсном модуляторе реализована обратная отрицательная связь.

Схема генератора пилообразного напряжения, реализованная на двух ОУ, описанная в лит. [9], и временные диаграммы ее работы изображены на рис. 6.5.

Рис. 6.5. б.

Задающий генератор (ЗГ), вырабатывающий прямоугольные импульсы, собран на ОУ1, а интегратор на выходе которого линейно нарастает и падает напряжение - на ОУ2.

Для схемы на рис. 6.5. характерны соотношения:

Время нарастания:

Время спада:

Время нарастания пилообразного напряжения принимается равным:

Время спада пилообразного напряжения принимается равным:

Резисторы R1 и R2 для схемы рис. 6.5. выбираются типа С2-23-0,125-10кОм±5%.

Конденсаторы С1 и С2 для схемы рис. 6.5. выбираются типа КМ-6Б-Н90-0,01мкФ.

Определим величины сопротивлений резисторов R3-R6:

Для более точной настройки времен нарастания и спада выбираем построечные многооборотные резисторы:

R4: СП5-2ВА-0,5-15кОм±10%

R6: СП5-2ВА-0,5-10кОм±10%

R3: СП5-2ВА-0,5-150Ом±10%

R5: СП5-2ВА-0,5-100Ом±10%

Диоды ГПН выбираются типа КД111А с параметрами(для уменьшения номенклатуры)

В качестве аналогового компаратора выбирается микросхема типа К554СА3А с типовой схемой включения, описанную в справочнике [10].

Микросхема имеет открытый коллекторный выход, повышенную нагрузочную способность по выходному току и следующие параметры:

Номинальное напряжение питания: U_п = ±15В

Потребляемый ток: I_п = 6мА

Допустимая разность входных напряжений: DU_вхдоп = 30В

Допустимое напряжение закрытого выходного транзистора DU_выхдоп = 33В

Допустимый выходной ток микросхемы (при открытом выходном транзисторе): I_выхдоп = 0,2А.

16.Усилитель разностного сигнала и статическая точность стабилизатора тока

Перед проектированием усилителя разностного сигнала вначале необходимо определить его коэффициент усиления К_УР, величина которого определяется из выражения для допустимой нестабильности тока нагрузки вызванной изменением входного напряжения:

где DI_Н = 2∙I_н∙I_m = 2∙0,02∙2=0,08В

U_ГПНМ = U_{выхmaxоу} = 12В - амплитуда пилообразного  напряжения;

эквивалентное сопротивление нагрузки;

- номинальное сопротивление датчика Холла.

Подставив все известные значения в уравнение (6.5.1.) определим значение коэффициента усиления: К_ур = 1,009. Усилитель разностного сигнала можно спроектировать на основе не инвертирующего включения ОУ, изображенного на рис. 6.1. определится как:

Для уменьшения погрешности преобразователя, выбираемые резисторы должны быть прецизионными. Выбираются резисторы:

R₁: С2-29В-0,125-100кОм±0,1%

R_ос: С2-29В-0,125-900Ом±0,1%

17.Элемент «И» и усилитель мощности

Перед проектированием усилителя мощности необходимо определить минимальный ток базы транзистора, необходимый для его открывания:

Схема элемента «И» и усилителя мощности изображена на рис. 6.6.

При уровне логической «1» на выходе элемента «И» с открытым коллектором его выходной транзистор является закрытым. Ток от источника «+Uп» протекает по цепи R1 - VD1 - базо-эмиттерный переход силового транзистора. При этом последний будет открыт.         При уровне не логического нуля на выходе элемента «И» его выходной транзистор является открытым и ток от источника «+Uп» протекает по цепи R1-выходной транзистор микросхемы. При этом силовой транзистор будет закрыт поскольку его базо-эмиттерный переход не насыщается.

Определим соотношение для выбора диода VD1.

Максимальное напряжение, прикладываемое к диоду: U_эбрmax>U_КЭmax=375,5 В;

Максимальный прямой ток через диод: I_прmax>I_бmin=0.0051 A.

Исходя из этих соотношений выбираем диод типа КД411А с параметрами:

U_обрдаг =700 В;

I_прср = 1 А;

U_пр = 1.2 B.

f_раб = 10 кГц (рабочая частота).

Выбираем ближайшее минимальное значение ряда Е24-330 Ом с допуском ±5%.

Определим при этом минимальный ток базы:

Определим максимально возможную мощность, рассеиваемую на резисторе:

Выбираем резистор типа С2-23-00125-330 Ом±5%

Определим номинальный выходной ток логического элемента:

В качестве элемента «И» с открытым коллекторным выходом используем микросхему типа К1533ЛИ8 (справочник [10]), у которой I^’_внихmax= 0.02 A.

18.Проектирование источника питания собственных нужд

Нагрузкой для блока питания собственных нужд являются узлы и каскады схемы управления силовым инвертором, усилителя мощности, устройства контроля за напряжением АБ.

Учитывая, что выпрямленное напряжение питающей сети переменного тока может изменятся в пределах от 180 В до 343 В, а выходное напряжение повышающего преобразователя не выходит за рамки этих пределов, а также потребляемую мощность всех каналов, не превышающую 10 Вт, целесообразно реализовать блок питания на базе однотактового преобразователя напряжения. Это позволит уменьшить количество компонентов силовой части схемы и упростить схему управления. Для уменьшения напряжения на силовом транзисторе воспользуемся схемой однотактового преобразователя на двух транзисторах. В выходных цепях примем прямое включение выпрямительных диодов. Передача энергии в нагрузку в таких схемах осуществляется на этапе включенного состояния транзисторов. Относительная длительность времени открытого состояния транзисторов не превышает 0,5. Принципиальная схема блока питания приведена на рис. 7.1.