Разработка вторинного стабилизированного джерела електроживлення постійного тока

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Розробка вторинного стабилизированного джерела електроживлення постійного тока

Технічне задание.

Вихідні данные.

Первинний джерело харчування — трифазний генератор змінного струму з порушенням від постійних магнитов.

1) Мінімальна частота обертання генератора nmin, об. /мин.

1000 2) Максимальна частота обертання генератора nmax, об. /мин.

2000 3) Кількість пар полюсів, р

6 4) Діапазон вхідного напруги Uвх., У 30−60 5) Номінальне вихідний напруга Uн., У 28 6) Номінальна потужність навантаження Рн., Вт 250 7) Мінімальна мошность навантаження Рн хв., Вт 0 8) Амплітуда пульсацій напруги на навантаженні, Uвыхм, У 0.1 9) Сплеск вихідного напруги при стрибкоподібному зменшенні потужності на навантаженні від Рн до Рн хв., У 1 10) Дозволене відхилення вихідного напруги в що встановилася режимі у відсотках від номінального значення, %

1 11) Температура оточуючої Середовища, З -60 — +60 12) Вологість повітря, %

98 13) Термін служби, лет

10 14) ККД стабілізатора п більш, %

90

Гальваническая розв’язка між первинним джерелом харчування і навантаженням не требуется.

Розробка електричної схеми імпульсного стабілізатора напряжения.

Аналіз технічного задания.

Стабілізатор напруги — цей прилад, підтримує незмінним напруга своєму виході, тобто. на навантаженні, за зміни вхідного напруження і струму нагрузки. С погляду режиму роботи регулюючого елемента стабілізатори напруги поділяють на безперервні (регулюючий елемент працює у лінійному режимі) і дискретні (регулюючий елемент працює у ключовому режимі). Безперервний стабілізатор напруги немає сенсу вибирати, оскільки головним недоліком явлиется низький ККД. Отже, свій вибір зупинимо на дискретному стабілізаторі напруги. Дискретні стабілізатори напруги діляться на релейні і імпульсні. Релейний стабілізатор працює у режимі автоколебаний, частота і амплітуда яких залежить від значень зовнішніх збурюючих впливів (вхідного напруження і струму навантаження), що є головним його недоліком. Наявність у системі живлення автоколебаний можуть призвести до нестійкою роботі деяких систем, є споживачами цієї енергії. Тож у ролі стабілізуючого джерела вторинного електроживлення вибираємо імпульсний стабілізатор напруги, характеризующийс тим, що він частота комутацій регулюючого транзистора постійна і регулюючі транзистор управляється від модулятора ширини імпульсу (МШИ), т. е. стабилизация вхідного напруги здійснюється з допомогою зміни часу перебування транзистора у відкритому состоянии.

Т.к. в технічному завданні зазначений діапазон зміни вхідного напруги: 30−60 У, а значание вихідного напруги: 28 У і потрібно гальванічної розв’язки між первинним джерелом харчування і навантаженням, то вибираємо імпульсний стабілізатор напруги понижувального типа.

Електрична схема імпульсного стабілізатора напруги понижувального типа.

Iп. ср. Ік L

VT

Iсп IL Uп VD

Сп Iд Iсн

Сп Uн Rн

Рис. 4

У імпульсному стабілізаторі напруг регулюючий елемент транзистор (VT) працює у режимі переключений. VT комутується з постійної і високої частотою. Регулювання напруги на навантаженні здійснюється з допомогою зміни часу включення VT. Коли VT включений, конденсатор Сп заряджається, і струм тече по контуру, показаний на рис. 5а.

Сп Сн

Рис. 5а.

Відбувається накопичення електромагнітної енергії в дросселе і конденсаторі, причому у дросселе виникає ЭДС самоиндукции Ulнак. Энергия джерела харчування передається в нагрузку.

При вимиканні VT струм в дросселе миттєво впасти неспроможна: він повільно зменшується, що зумовлює виникненню ЭДС розсмоктування Ul рас., котра перешкоджає зменшенню тока. Если не було діода VD при великий швидкості вимикання VT, то Uрас. досягла б великою величини, т.к. по формуле:

Ul = L*di dt За наявності VD, щойно Ul рас. досягне величини Uvd+Uн ін то утворюється контур розсіювання накопиченої в дросселе енергії, й під дією Ul струм потече по контуру, показаний на рис. 5б. Накопичена в елементах L і Сп енергія передається на додачу. Осциллограммы роботи стабілізатора напруги показані на рис. 6.

VD Cн Rн

Рис. 5б. Uвх

Uп

t Uкэ

Uкэн Uп-Uд пр.

UL

ULнак

UL расс. Uд Uд пр.

Uп-Uкэн

IL

Рис. 6.

Временем включеного стану VT управляє модулятор ширини імпульсу (МШИ). Це пристрій, перетворююче сигнал постійного струму в послідовність імпульсів незмінних висоти і періоду прямування. Класична структура МШИ приведено на див. мал.7. Воно складається з:

1) генератора тактових імпульсів (ГТИ), який виробляє короткі імпульси стабільної частоти, отже й постійного періоду следования;

2) генератора пилообразного напруги (ГПИ), який запускається імпульсами ГТИ. Після приходу кожного короткого імпульсу ГТИ з’являється лінійно дедалі більше напруга, що з приходом чергового імпульсу швидко падає нанівець і і знову починає нарастать;

3) компаратора (До), на инвертирующий вхід якого подається пилиобразное напруга, але в неинвертирующий вхід — сигнал постійного струму, що є вхідним для МШИ.

На див. мал.8 показані сигнали на входах компаратора і вихідний сигнал МШИ. На ділянці (0 — t1) напруга на неинвертирующем вході компаратора, однакову Uвх. мши, більше пилообразного напруги на инвертирующем вході. Отже не вдома компаратора буде позитивний сигнал, рівний Є звт. На ділянці (t1 — t2) пилообразное напруга вище, ніж постійний вхідний сигнал, і непередбачуване напруження не вдома компаратора буде отрицательным.

Uтг Uгпн

t t т

Епк

K Uвых. мши

Uвх. мши Епк

Uвых. мши

t

T

Рис. 7.

Uвх. мши Uвх. мши Uгпн

Uгпн

t

Uвых. мши

t

0 t1 t2

Рис. 8.

Розрахунок силовий частини стабилизатора

Uкэ

tи tп t

T

Середнє значення напруги на навантаженні залежить від співвідношення між часом перебування транзистора у відкритому tи і закритому tп состояниях.

Період комутації дорівнює: T = tи + tп.

Частота комутації: f = 1/T = 1/(tи + tп).

Ставлення тривалості відкритого стану транзистора, при якому генерується імпульс тривалістю tи, на період T називається коефіцієнтом заповнення: = tи / Т = tи*f.

Схема управління стабілізатора подає на транзистор управляючі сигнали постійної частоти. З рекомендацій з проектування імпульсного стабілізатора напруги, відображених у літературі, попередньо вибираємо тактову частоту рівної 20 кГц. Оскільки підвищення частоти веде до зменшення є і розмірів реактивних елементів системи (индуктивность дроселі і ємність конденсаторів можна зменшити, збільшуючи частоту переключень). Проте подальше збільшення частоти зажадає застосування високочастотних елементів, що підвищить собівартість стабілізатора. Також збільшення частоти веде до зменшенню ємності конденсаторів, ККД системи падает.

Принцип дії функціональний схема імпульсного стабілізатора напруги понижувального типа

Функціональна схема імпульсного стабілізатора напряжения

Імпульсний стабілізатор зазвичай будують з урахуванням однотактных бестрансформаторных перетворювачів, і навіть однотактных і двухтактных перетворювачів з трансформаторним поділом ланцюгів. Однотактные бестрансформаторные перетворювачі використовуються, зазвичай, підвищує і понижувального типів. Двухтактные перетворювачі з трансформаторним поділом ланцюгів відрізняються одна від друга місцем включення дроселі і алгоритмом перемикання транзисторів. Узагальнена функціональна схема однотактного бестрансформаторного перетворювача зі стабілізацією вихідного напруги представлена на рис. 9.

Uвх

Uвых

UOПI

UOПmin

UОПmin

UОПКРН

Рис. 9.

Принцип роботи схеми ось у чому. Вхідний напруга Uвх через вхідний фільтр Фвх надходить на вхід ключового підсилювача потужності РОЗУМ, не вдома що його процесі роботи стабілізатора з’являються прямокутні імпульси, амплітуда яких дорівнює вхідному напрузі з відрахуванням падіння напруги на насиченому транзисторі підсилювача потужності РОЗУМ. Тривалість цих імпульсів формується схемою управління СУ. Для фільтрації вихідного напруги підсилювача потужності РОЗУМ у схемі передбачено вихідний Uвых LCD — фільтр. Сигнал зворотної зв’язку звільняє з виходу стабілізатора і вимірюється датчиком напруги ДН, вихідний напруга якого порівнюється зі опорним напругою UОПКРН, вироблюваним що ставлять пристроєм каналу регулювання напруги ЗУКРН. Сигнал неузгодженості, получающийся внаслідок цього порівняння, посилюється підсилювачем неузгодженості КР і перетворюється на послідовність імпульсів постійної частоти, але різною тривалості модулятором ширини імпульсів МШИ. Підсилювач неузгодженості КР і модулятор ширини імпульсів МШИ входить у схему управління УМ.

У випадку малопотужний сигнал із виходу схеми управління СУ може надходити на схему гальванічної розв’язки СГР й надалі посилюватися попереднім підсилювачем потужності ПУМ, вихідні сигнали якого управляють підсилювачем потужності УМ.

Щоб не допустити перенапруги не вдома стабілізатора, викликаного перехідним процесом при підключенні стабілізатора до неї, зазвичай передбачається його плавний вихід на режим, що забезпечується схемою плавного включення СПВ.

Для харчування ланцюга управління підсилювача потужності РОЗУМ у схемі управління котрі задають пристроїв попереднього підсилювача потужності ПУМ часто потрібні низькі стабілізовані напруги, створених джерелами харчування внутрішніх потреб ИПВН, чи, як його часто називають, сервісними источниками.

Для захисту системи від стрибків струму застосовують схему захисту за току СЗТ, управляючим сигналом якої є сигнал неузгодженості, получающийся внаслідок порівняння сигналу з датчика струму ДП і опорного напруги UОПI, яке надходить із задає устрою схеми захисту за току ЗУСЗТ.

Для аналогічної захисту системи від підвищення або зниження напруги використовується схема захисту від напруги СЗН (Umax) і схема захисту за напрузі СЗН (Umin), куди сигнали управління надходять із датчика напруги ДН і лобіювання відповідних котрі задають пристроїв схем захисту за напрузі ЗУСЗН.

Розглянемо функціональну схему імпульсного стабілізатора напруги ПН — типу як елемента системи автоматичного управління, представленої на рис. 10.

Uвх

UОП

Uвых

Рис. 10

З погляду теорії автоматичного управління схема гальванічної розв’язки СГР попередній підсилювач потужності ПУМ є ланками з коефіцієнтом передачі k = 1, оскільки вони лише повторюють сигнали в виходу схеми управління СУ, тому під час упорядкування функціональної схеми системи ці елементи годі й показывать.

На рис. 10 використані такі позначення: Uвх — вхідний напруга, Фвх — вхідний фільтр, UОП — опорне напруга, КР — підсилювач неузгодженості, МШИ — модулятор ширини імпульсів, РОЗУМ — підсилювач потужності, Фвых — вихідний фільтр, Iн — струм навантаження, ЧЭ — чутливий елемент, Uвых — вихідний напряжение.

Підсилювач неузгодженості КР посилює результат порівняння опорного напруги UОП з напругою, що надходять із виходу чутливого елемента ЧЭ, що у ланцюга зворотної связи. Далее сигнал перетворюється на послідовність імпульсів модулятором ширини імпульсів МШИ, які у підсилювач потужності РОЗУМ. Сигнал з виходу підсилювача потужності фільтрується вихідним фільтром Фвых.

Зміни вхідного напруги Uвх і струму навантаження Iн є зовнішніми возмущающими впливами для стабілізатора напряжения.

----------------------- СУ

ГТИ

ГПН

ИПВН

Фвых

УМ

Фвх

ДТ

ПУМ

ДН

СГР

ЗУСЗТ

СЗТ

CЗН (Umin)

СПВ

ЗУСЗН

СЗН (Umax)

ЗУСЗН

ЗУКРН

Фвх

Фвых

УМ

МШИ

УР

ЧЭ

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой