Расчет источника питания

Двухполупериодные мостовые выпрямители, как и две предыдущие схемы, часто используются для построения не стабилизированных источников питания.

Рисунок 6.1 - Схема двухполупериодного выпрямителя

Трансформатор Т понижает напряжение осветительной сети до некоторого необходимого значения, диоды VI — V4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют это напряжение, а конденсатор фильтра Сф сглаживает его пульсации. Резистор RH символизирует нагрузку, питающуюся от выпрямителя. При конструировании сетевого блока питания сначала с учетом конкретной нагрузки рассчитывают параметры

выпрямителя, а затем по полученным результатам — его трансформатор.

Исходные параметры при расчете выпрямителя: Uн требуемое напряжение на нагрузке, которое, как правило, равно напряжению на выходе фильтра выпрямителя Uo, и Iн - максимальный ток, потребляемый нагрузкой. От этих данных, определяемых конкретным радиотехническим устройством, зависит выбор диодов для выпрямителя, мощность сетевого трансформатора и числа витков в его вторичной и первичной обмотках.
Переменное напряжение на вторичной обмотке трансформатора (UII) подсчитывают по формуле (6.1):

(6.1)

где А — коэффициент, численное значение которого зависит от тока
нагрузки (таблица 6.1). Зная ток нагрузки, определяют максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста, формула (6.2):

(6.2)

где Б — коэффициент, зависящий от максимального тока нагрузки (таблица 6.1).

Таблица 6.1 – Коэффициент максимального тока нагрузки

Коэффициент	Максимальный ток нагрузки А
0.1	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0
А Б	0.8 2.4	1.0 2.2	1.2 2.0	1.4 1.9	1.5 1.8	1.7 1.8

Обратное напряжение диодов, используемых в выпрямителе, должно быть в 1,5 раза больше напряжения питания, формула (6.3):

(6.3)

Емкость фильтрующего конденсатора Сф в мкФ определяют по формуле(6.4):

(6.4)

где КII — коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения, характеризующий отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100 Гц на выходе выпрямителя к среднему значению выпрямленного напряжения.

Чем больше емкость фильтрующего конденсатора и меньше ток, потребляемый нагрузкой, тем меньше пульсация выпрямленного напряжения и, следовательно, слабее прослушивается фон переменного тока в динамической головке или громкоговорителе радиотехнического устройства. Для большинства любительских транзисторных конструкций допустим коэффициент пульсаций питающего напряжения Кп = 0,01. Номинальное напряжение фильтрующего конденсатора не должно быть меньше напряжения на выходе выпрямителя, иначе он может оказаться пробитым более высоким напряжением.

Трансформатор выпрямителя рассчитывают в такой последовательности. Сначала определяют максимальное значение тока, который будет течь во вторичной обмотке: In = 1,5 • Iн max. Далее подсчитывают максимальную мощность, Вт, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки: Р2= U2 * I2, а затем мощность самого трансформатора: Ртр = 1,25 • Р2.

Площадь сечения магнитопровода S (см2), соответствующую расчетной мощности трансформатора, определяют по формуле(6.5):

(6.5)

Где 1,3 — постоянный усредненный коэффициент. Рассчитав магнитопровод трансформатора, определяют число витков первичной и вторичной обмоток по формулам (6.6 и 6.7):

(6.6;6.7)

Диаметр проводов обмоток трансформатора (в мм) можно определить из таблицы 6.2 или по формуле (6.8):

(6.8)

где Iобм — ток в обмотке, мА. Познакомившись с методикой расчета выпрямителя, рассчитывают сетевой блок питания для одного из собранных устройств.

Таблица 6.2 – Зависимость силы тока от диаметров проводов обмоток трансформатора

(I) обм, мА	d, MM
	0,1
25…60	0,15
60…100	0,2
100…160	0,25
160…250	0,3
250…400	0,4
400…700	0,5
700…1000	0,6

Для примера приведем расчет выпрямителя для питания приемника. За исходные данные принимаем:

UН=9В, Iн. тах=0,1А (с некоторым запасом), U1 = 220 В.

На вторичной обмотке трансформатора должно быть переменное напряжение:

U2 = A * UH = 0,8 * 0,9 ~= 7 В.

Ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста, составит:

Iv = 0,5 * Б • Iн. max = 0,5 * 2,4 • 0,1 = 0,12 А.

Следовательно, для выпрямителя можно использовать диоды серий Д7, Д226, Д229 с любыми буквенными индексами, потому что их средний выпрямленный ток и обратное напряжение значительно больше расчетных. Пригоден также выпрямительный блок КЦ402Б.

Емкость конденсатора фильтра (при коэффициенте пульсаций выпрямленного напряжения Кп = 0,01) может быть:

Сф = 3200 * Iн. max / Uн * Кп = 3200 * 0,1 / 9 * 0,01 ~= 3500 мкФ.

Можно использовать электролитический конденсатор емкостью 4000...5000мкФ, например типа К50-6, на номинальное напряжение 10 В. Теперь определим значение тока во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = 1.5 * Iн.max = 1,5 * 0,1 = 0,15 А.

Мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора, будет:

Р2 = U2 * I2 = 7 * 0,15 ~= 1 Вт.

Таким образом, мощность самого трансформатора выпрямителя должна составить:

Ртр = 1,25 * Р2 = 1,25 * 1 = 1,25 Вт.

Для трансформатора такой мощности можно использовать магнитопровод с минимальной площадью сечения сердечника (6.9):

(6.9)

Предположим, подобран магнитопровод УШ12 X 12 (площадь поперечного сечения сердечника принимаем равной 1,4 см2). В таком случае первичная обмотка, рассчитанная на напряжение сети 220 В, должна содержать w1 = 50 * U1 / S = 50 * 220 / 1,4 = 7856 витков, а вторичная обмотка w2 = 55 * U2 / S = 55 * 7 / 1,4 = 275 витков. Для первичной обмотки трансформатора можно использовать провод диаметром 0,1...0,12 мм, а для вторичной — 0,2...0,25 мм.

Рисунок 6.2 – Электрическая схема блока питания

Определим емкость конденсатора фильтра.

Cф=3200Iн/UнKн

где Iн - максимальный ток нагрузки,
Uн - напряжение на нагрузке,

Kн - коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

Cф=3200*1/17*0,01=18823.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так:

Uобр max=2Uн, то есть Uобр max=2*17=34 Вольта.

Заключение

Персональные компьютеры, мобильные телефоны, автомобильная электроника и многие другие изделия массового спроса придали ускорение новым методам создания печатных плат и печатных узлов. Здесь, прежде всего, следует отметить монтаж на поверхность, создание новых видов корпусов для интегральных схем, а также новых технологических приемов изготовления печатных плат: создание микропереходов, сверхплотный монтаж, применение встроенных пассивных элементов и др.

Зарождаясь как уникальные технологии, они со временем стали доступны для массового производства. Производители технологического оборудования обеспечили поддержку этим процессам, и в настоящее время проектировщик плат должен опираться на новые технологические нормы. Соответствующие изменения происходят в развитии интегральных микросхем.

Уменьшение размеров элементов полупроводниковых структур привело к повышению быстродействия микросхем, увеличению их степени интеграции и повышению функциональной сложности. При этом резко возросло число выводов у корпусов, и видоизменилась их конструкция. Все это сказывается как на топологических аспектах проектирования плат, так и на их электрических характеристиках.

В данной работе были закреплены знания, полученные на лекциях по предмету МСХТ. Реализована логическая функция заданного комбинационного устройства (Регистр на 8 входов), составлены его логическая и электрическая принципиальная схемы.

Дата добавления: 2015-07-19