Выбор элементов стабилизатора напряжения

 

Необходимые данные: выходной ток: 5 А, выходное напряжение: 50 В.

Примем пульсации входного напряжения стабилизатора не более 2 В и рассчитаем входное напряжение:

 

При этом напряжении на регулирующем транзисторе будет рассеиваться не более 50 Вт.

Входной ток составного транзистора выберем равным 5 мА. Коллекторный ток усилителя (VT20, VT21) также 5 мА. Отсюда получим ток стабилизатора тока: .

Коэффициент передачи составного транзистора не менее: 5/0.005= 1000.

В базовую цепь транзистора VT14 (VT17) включены последовательно два диода VD20, VD21. Падение напряжения на них составляет 2 В. Выберем ток через R32 12 мА, тогда:  Ом (4.7 кОм). Мощность резистора:

 Вт. Выберем 1 Вт. Диоды Д2Г ().

 Ом, 0.125 Вт.

Стабилитрон VD24 (VD25) выберем на напряжение 24 В при токе 4 мА. Тогда через резистор R38 должен протекать ток 9 мА.

 Ом. Близкий номинал 2.7 кОм. Мощность  Вт.

Возьмём P= 0.25 Вт. Стабилитрон VD24 - два последовательно соединённых 2С212Ж ().

Подстроечный резистор R41 примем равным 200 Ом, ток через резисторы R40 - R42 5мА. Тогда на резисторе R40 и части R41, а также на R42 и части R41 должно падать напряжение 25 В.

 Ом. Вычитая часть сопротивления R40, получим номиналы этих резисторов 2.4 кОм. Мощность  Вт (0.125 Вт).

Ёмкость C22 служит для повышения динамических свойств стабилизатора. При скачке выходного напряжения амплитуда и длительноть переходного процесса будут большими. Для устранения эффекта интегрирования сигнала ошибки вводится ёмкость C22 при условии: . Примем C22 200 пФ.

Для стабилизатора на 12 В примем ток через резистор R46 6 мА, тогда сопротивление этого резистора с учётом напряжения на стабилитроне 13 В будет 6.2 кОм, мощность 0.5 Вт.

Транзистор усилителя желательно применить с большим коэффициентом передачи. VT20 - КТ3102Б с . VT21 - КТ3107Б., VT15, VT17, VT19, VT25 - КТ503Д: ., VT13, VT14, VT16, VT22, VT26 - КТ502Д:

.- КТ817. VT27 - КТ816.- КТ827А: .- КТ825А: .

Для высоковольтного стабилизатора возьмём стабилитрон VD35 на напряжение 100 В, при этом через резистор R54 будет протекать ток 4 мА:

 Ом, близкое значение 51 кОм при мощности  Вт (1 Вт). Входное напряжение +330 В.

Мощные регулирующие транзисторы необходимо установить на теплоотводы, исходя из условия, что на каждый ватт рассеиваемой мощности приходится 15 - 20 см² охлаждающей поверхности. Теплоотводы для VT18, VT23 должны иметь около 700 см² площади каждый. Её можно уменьшить, если применить небольшие вентиляторы.

 

Выбор элементов АЦП

 

Процесс интегрирования входного измеряемого сигнала длится дольше, чем обратного напряжения, приложенного ко входу, так как в первом случае происходит переполнение счётчиков, а во втором случае переполнение достигаться не должно. Ограничимся амплитудой сигнала на выходе интегратора 10 В. Выберем время всего процесса около 0.5 с при максимальном измеряемом напряжении, равном 6 В (измерение тока: 0..5.9 А). Тогда:

 

 

Выберем С27= 2 мкФ, тогда R50= 75 кОм. Чтобы не было переполнения счётчиков опорное отрицательное напряжение должно быть больше 6 В. Выберем это напряжение 6.2 В. При этом напряжении процесс будет длиться:

 

 

Период следования тактовых импульсов генератора следует выбрать равным , что будет соответствовать 6 А.

 

Выберем C28= 0.5 мкФ, тогда R51= 5720 Ом. Это сопротивление подстраивается при налаживании устройства при помощи подстроечного резистора, включенного на месте R51.= 100 кОм, С29= 0.01 мкФ. Стабилитрон VD29 - 2С162А (). R49=1.2 к.

Элементы R53, VD30 служат для предохранения входа элемента DD8.2 от напряжения отрицательной полярности с выхода компаратора.

Микросхема DD5 - К561КТ3 - коммутатор аналоговых и цифровых сигналов., DD7, DD8 - К561ЛА7. DD9, DD10 - К561ИЕ11. DD11, DD12 - К176ИД3. DA4, DA5 - АЛС318.

В качестве операционных усилителей DA1 - DA3 применяются микросхемы К140УД7., VD30 - КД522. С26 - 1000 пФ.

Резистор R48 подбирается для получения на выходе DA1 напряжения 5 В при токе нагрузки 5 А:

, где k - коэффициент трансформации Т3: . Выберем k= 300, тогда R48= 300 Ом. Трансформатор Т3 намотан на кольце К10*6*3 из феррита 2000НМ1. Вторичная обмотка w₂ содержит 300 витков, первичная обмотка представляет собой провод, проходящий через отверстие кольца.

 

Заключение

 

В задачу разработки входило условие создания структурной и принципиальной схем, описания действия мощного и стабильного блока питания с защитами на всех выходах от перегрузки по току и короткого замыкания.

Результатом деятельности явилось создание схемы блока питания, обладающего следующими характеристиками: выходное напряжение:  В при токе нагрузки 5 А и высокой стабильности благодаря применению компенсационного стабилизатора, +300 В при токе нагрузки не менее 100 мА. Также высокую стабильность обеспечивает сам преобразователь напряжения, обеспечивающий преобразование с высокой стабильной частотой импульсов, тактируемых генератором на логических элементах. Благодаря такому преобразователю, устройство получается небольших габаритов из - за отсутствия, как такового, силового трансформатора, а сам высокочастотный трансформатор очень небольших габаритов. Также уменьшается ёмкость конденсаторов, сглаживающих пульсации выходного напряжения.

Стабилизаторы используются компенсационного типа с последовательным подключением регулирующего элемента к нагрузке, обладающие довольно высокими техническими характеристиками, в частности высоким коэффициентом стабилизации. Так как блок питания имеет фиксированное выходное напряжение, то это позволило работать регулирующим транзисторам с невысоким напряжением база - эмиттер, что снижает рассеиваемую тепловую мощность и позволяет применить один составной регулирующий транзистор в плече стабилизатора.

Система защиты построена с применением триггеров, отключающих нагрузку при перегрузке или КЗ и остающихся в таком состоянии сколь угодно долго для выяснения и устранения причины. После этого в рабочее состояние стабилизатор вводится нажатием соответствующей кнопки.

Для определения в цифровом виде тока нагрузки использовался трансформатор, гальванически не связанный с нагрузкой. Преобразование напряжения в нём происходит в моменты переключения ключевых транзисторов импульсного преобразователя, которое пропорционально току первичной обмотки, т.е. току нагрузки. Применение интегрирования входного измеряемого напряжения позволило разработать довольно простой аналого-цифровой преобразователь, в принципе которого лежит подсчёт числа импульсов с тактового генератора в период времени интегрирования отрицательного опорного напряжения, подаваемого на интегратор сразу после входного измеряемого напряжения. Это время линейно зависит от амплитуды входного напряжения.

Таким образом, получается линейная зависимость измеряемого числа импульсов и тока нагрузки.

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: