Загрузка...Разработка блока питания
Содержание
Введение
1. Разработка блока
питания для электронного устройства
1.1 Расчёт выпрямителей
переменного тока и сглаживающих фильтров
1.2 Расчёт силового
трансформатора
2. Структурное
проектирование логической схемы в интегральном исполнении по заданной
логической функции
Заключение
Литература
Введение
Одним из
важнейших направлений развития научно-технического прогресса в настоящее время
является развитие электроники. Достижения электроники влияют на развитие
общества.
Современная
электроника характеризуется сложностью и многообразием решаемых задач, высоким
быстродействием и надёжностью.
электронные
устройства применяются во многих отраслях промышленности, транспорта, связи, а
также в быту. Наиболее часто применяемыми электронными устройствами являются
такие, как автоматическое технологическое оборудование, радио- и TV аппаратура, персональный
компьютер, микропрцессоры, усилители сигналов, счётчики, интегральные
микросхемы и т.д.
Для питания
большинства радиотехнических и электронных устройств требуется выпрямленное
напряжение с заданными параметрами. Для того, чтобы получить необходимое
напряжение на нагрузке, его сначала надо преобразовать с помощью
трансформатора. Далее преобразованное напряжение необходимо выпрямить при
помощи выпрямителя собранного на вентилях. Для выпрямителей, предназначенных
для питания различных радиотехнических и электронных устройств, допустимый
коэффициент пульсации напряжения на нагрузке не должен превышать определённую
величину. наличие пульсаций выпрямленного напряжения ухудшает работу
потребителей, питаемых выпрямленным напряжением, поэтому в большинстве случаев
выпрямители содержат сглаживающие фильтры.
1. Разработка блока питания
для электронного устройства
1.1 Расчёт
выпрямителя переменного тока
a) Для схемы однофазного
двухполупериодного выпрямителя с нулевым выводом
Действующее U21 = U211 = 1.11· Ud = 1.11 · 12 = 13.32 В Действующее I21 = I211 = 0.7· Id = 0.7 · 0.5 = 0.3535 А Амплитудное Uam=3.14 · Ud = 3.14 · 12 = 37.68 В Среднее Ia = 0.5 · Id = 0.5 · 0.5 = 0.25 А Амплитудное Iam=1 · Id = 1 · 0.5 = 0.5 А По полученным сделаем Uam = 100 В > 37.68 В; Ia = 300 мА > 250 мА; Iam = 2.5 А > 0.5 А Вентили Для выбора q1 0.667 S = – = – = 133.4 > 100, q2 0.005 фильтр 1.3.8 S1 = S2 = √S = √133.4 = 11.55 Ёмкость H C1= – q1 0.667 q22 · rц где: q22 = – = – = 0.0577 S1 11.55 Uн 12 rц = 0.1 · Rн = 0.1 · – = 0.1 · – = Iн 0.5 – для р · rц 3.14 · 2.4 A = – = – = 0.157 m · Rн 2 · 24 m = 2 – число пульсаций По графику Н H 260 C1= – = – = 1877.53 мкФ q22 · rц 0.577 · 2.4 По ёмкости С1 Сном = 2000 Определяем 10 · (S2 + 1) 10 · (11.55 + 1) LC = – = – = 31.375 Гп · m2 4 Принимаем LC2 31.375 Тогда, L = – = – = 0.314 Гн C2 10 б) Для Для выбора q1 0.667 S = – = – = 0.89 < 100
q2 0.75 Определяем р · rц 3.14 · 4.8 A = – = – = 0.157 m · Rн 2 · 48 Для Uн 24 Rн = – = – = 48 Ом Iн 0.5 Сопротивление rц = 0.1 · Rн = 0.1 · 48 = 4.8 Ом – сопротивление m = 2 – число пульсаций Из графиков ЭДС обмотки максимальное обратное Uобрm= 2√2 · Е3 Среднее Id Iн 0.5 Ia = – = – = – = 0.25 А 2 2 2 максимальный Iam = F · Ia = 7.2 · 0.25 = 1.8 А Действующее I3 = D · Ia = 2.35 · 0.25 = 0.588 А 1.3.20 По Uam = 100 В > 64.488 В; Ia = 300 мА > 250 мА; Iперегр = 2.5 А > 1.8 А Вентили Ёмкость H 260 C = – = – = 72.22 мкФ Q2 · rц 0.75 · 4.8 Принимаем Сном = 100 1.2 Расчёт Согласно U2 = 13.32 В; I2 = 0.5 А; U3 = 22.8 В; I3 = 0.5 А; U4 = 220 В; I4 = 0.45 А U5 = 10 В; I5 = 1 А Напряжение Определяем Sг2 = 1.7 · U2I2 Суммарная Sг2 131.722 Sг = – = – = 149.684 В·А З 0.88 По нонограмме Так как Пользуясь В результате Qс = 19.0 см2; Для выбора I1 = – = – = – = 0.68 U1 · з U1 220 учитывая По нонограмме W Wi = Ui · – · K 1B Ui – напряжение K – коэффициент, С учётом W1 = 220 · 2.8 · 1.05 = 647 W2 = 13.32 · 2 · 2.8 · 1.05 W3 = 22.8 · 2.8 · 1.05 = 67 W4 = 220 · 2.8 · 1.05 = 647 W5 = 10 · 2.8 ·1.05 = 29.4 Определяем Тогда по 1) для 2) для для I1 = 0.5 А d1 = 0.405 А/мм2 для I1 = 0.45 А d1 = 0.348 А/мм2 для I1 = 1 А d1 = 1.57 А/мм2 Для первичной W1 = 647 витков, d1 = 0.748 А/мм2 647 Общая 1.72 · 100 Для обмотки W2: W2 = 78.3 витков, d1 = 0.405 А/мм2 78.3 Общая 6.1· 100 Для обмотки W3: W3 = 67 витков, d1 = 0.405 А/мм2 67 Общая 6.1· 100 Для обмотки W4: W4 = 647 витков, d1 = 0.348 А/мм2 647 Общая 8· 100 Для обмотки W5: W5 = 29.4 витка, d1 = 1.57 А/мм2 29.4 Общая 0.455· 100 таким Qоз = g1+g2+g3+g4+g5 = 3.762 + 0.128 + 0.11 + Возможность Qоз 4.87 Ко = – = – = 0.19 Qо 25.6 Как показали 2. Структурное Процесс Минимизация синтез Минимизация Пользуясь — – — F = X·Y· (Z + X) + X·Y·Z + Z· (X·Y·Z + Z·Y) = X·Y·Z + X·Y·Z + X·Y·Z Опишем логическую X Y Z F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 Дальнейшее результат F = Y·Z + X·Y синтез Проведём Синтезируем Синтезируем В результате Заключение В данной Для блока В выпрямителе Литература 1. Макаров А.А. Электроника. 2. Арестов К.А. основы
данным в качестве вентилей для цепи 1 выбираем два диода Д226Е с параметрами Uam = 100 В; Ia = 300 мА; Iam = 2.5 А
проверку выбранных вентилей на соответствие параметрам выпрямителя:
соответствуют параметрам выпрямителя.
схемы и количества звеньев сглаживающего фильтра определяем его коэффициент
сглаживания:
следовательно нужен многозвенный
Коэффициент сглаживания каждого звена фильтра:
< 100
конденсатора C1, входящего в состав первого звена фильтра, рассчитывается по
методике для выпрямителя, работающего на активно – ёмкостную нагрузку:
2.4 Ом – сопротивление фазы выпрямителя
нахождения коэффициента Н определяем расчётный коэффициент А:
тока за период сетевого напряжения в нагрузке
= f (А): H = 260
и напряжению Uн
выбираем конденсатор: К50 – 3
мкФ; Uном
= 12 В
параметры второго звена сглаживающего фильтра:
мкФ
конденсаторы типа К50 – 3: Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В
схемы однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя
схемы и количества звеньев сглаживающего фильтра определяем его коэффициент
сглаживания:
коэффициент А:
нахождения сопротивления нагрузки используем выражение:
фазы выпрямителя:
фазы выпрямителя
тока за период сетевого напряжения в нагрузке
зависимостей В = f(A);
D = f(A); F = f(A); H = f(A) находим вспомогательные
коэффициенты В = 0.45; D = 2.35; F = 7.2; H = 260
трансформатора Е3 = B · Ud = B · Uн = 0.95 · 24 = 22.8 В
напряжение на вентиле, находящемся в непроводящем состоянии:
= 2√2 · 22.8 = 64.488 В
(амплитудный) ток вентиля:
полученным данным в качестве вентилей выбираем диоды Д226Е с параметрами:
соответствуют параметрам выпрямителя.
конденсатора фильтра находим из выражения:
стандартный оксидный (электролитический) конденсатор К50 – 3
мкФ; Uном
= 100 В
силового трансформатора
исходных требований и расчёта выпрямителя расчёт трансформатора производим по
следующим данным:
сети: U1 = 220 В; fс = 50 Гц
габаритную мощность вторичных обмоток Sг2 и суммарную габаритную мощность Sг трансформатора с учётом
выбранной схемы выпрямителя и использования остальных обмоток:
· U3I3 · U4I4 · U5I5
= 1.7 · 13.32·0.5 · 22.8·0.5 · 220·0.45 · 10·1 = 131.722 В·А
габаритная мощность трансформатора с учётом его КПД (з = 0.88):
мощности Sг
= 149.684 В·А соответствует сердечник с площадью поперечного сечения Qс = 15.5 см2
трансформатор малой мощности, то выберем обмоточный провод марки ПЭВ – провод с
изоляцией лаком винифлекс
нонограммой, для сечения проводника Qс = 15.5 см2 и наклонной линией,
построенной для использования обмоточного провода ПЭВ, определяем необходимую
площадь окна магнитопровода, которая составит Qо = 12 см2
расчётов принимаем стандартный магнитопровод Ш – 32 с параметрами
Qо = 25.6 см2
диаметра провода первичной (сетевой) обмотки, определяем ток в этой обмотке: Sг2 Sг 149.684
габаритную мощность трансформатора Sг = 149.684 В·А и принимая сердечник выполненным
из штампованных пластин получаем магнитную индукцию в сердечнике (в стали) трансформатора
Bс = 1.1 Тл
для магнитной индукции Bс = 1.1 Тл и сечения сердечника Qс = 25.6 см2
определяем число витков на 1 В напряжения для всех обмоток (W/1B), равное 2.8 Вит/1В, и
определяем число витков в каждой обмотке из соотношения:
соответствующей обмотки
учитывающий падение напряжения на активном сопротивлении вторичных обмоток (К =
1.05…1.1)
компенсации падения напряжения на активном сопротивлении обмотки число витков
вторичных обмоток увеличивают на 5%. Тогда:
Вит
=78.3 Вит
Вит
Вит
Вит
диаметр обмоточных проводов в обмотках трансформатора. Для мощности
трансформатора Sг = 149.684 В·А рекомендуемая плотность тока составляет д = 2 А/мм2.
таблице определяем:
первичной обмотки: для I1 = 0.68 А d1 = 0.748 А/мм2
вторичных обмоток: для I1 = 0.5 А d1 = 0.405 А/мм2
обмотки:
в 1 мм2 уместится 1.72 витка
площадь: g1 = – = 3.762 см2
в 1 мм2 уместится 6.1 витка
площадь: g2 = – = 0.128 см2
в 1 мм2 уместится 6.1 витка
площадь: g3 = – = 0.11 см2
в 1 мм2 уместится 8 витков
площадь: g4 = – = 0.81 см2
в 1 мм2 уместится 0.455 витка
площадь: g5 = – = 0.06 см2
образом, общая площадь окна, занимаемая всеми обмотками:
0.81 + 0.06 = 4.87 см2
размещения всех обмоток в окне сердечника можно проводить с использованием
коэффициента заполнения окна Ко:
расчёты, все обмотки в окне сердечника размещаются. Остальная оставшаяся
площадь Qост
= Qо – Qоз = 25.6 – 4.87 = 20.73 см2
используется для размещения каркаса и изоляционных прокладок между обмотками.
проектирование логической схемы в интегральном исполнении по заданной
логической функции
структурного проектирования разбиваем на два последовательно выполняемых этапа:
заданной логической функции
логической структуры
заданной логической функции
аксиомами и законами алгебры логики (булевой алгебры) упрощаем заданную
логическую функцию до образования конъюнкций, где присутствуют все независимые
переменные исходного выражения:
– — – — – — – — – — – — – — – — – — – — – — – — – — – —
структуру в виде таблицы состояний (истинности) согласно упрощенного выражения
логической функции F:
упрощение (минимизацию) заданной логической функции проводим графическим
методом с использованием карты Карно, где количество независимых переменных К =
3.
склейки клеток 1,2 и 1,7 даёт описание логической структуры в виде
минимизированной дизъюнктивной нормальной формы (МДНФ), представляющей собой
алгебраическое выражение: – – – –
логической структуры
синтез полученной логической структуры с использованием логических элементов в
интегральном исполнении.
логическую структуру в виде структурно – функциональных схем. Для
сравнительного анализа различных схемных решений рассмотрим варианты реализации
логической структуры с использованием базовых логических элементов, а также с
использованием элементов И-НЕ и с использованием элемента ИЛИ – НЕ. Результаты
проделанной работы представлены в графической части.
логическую структуру в виде принципиальных электрических схем на микросхемах
ТТЛ серии 155. Результаты проделанной работы представлены в графической части.
анализа предложенных вариантов реализации логической структуры отдаем
предпочтение варианту выполнения принципиальной электрической схемы на
микросхеме К155ЛЕ1, так как этот вариант имеет лучшие технико – экономические
показатели, а именно: меньшее количество внутрисхемных соединений, количество
электронных компонентов минимальное (всего одна ИС), выше надежность
устройства, повышенное быстродействие, минимальная потребляемая мощность.
курсовой работе был разработан блок питания для системы автоматического
управления процессом транспортировки и хранения комбикормов в животноводческом
комплексе и произведено структурное проектирование логической схемы в
интегральном исполнении по заданной логической функции.
питания представлены принципиальная и структкрно-функциональная схемы. Он
рассчитан на питание от бытовой сети с параметрами U=220 B, f=50 Гц и выдаёт два
выпрямленных напряжения (U=12 В, I=0.5 А и U=24 В, I=0.05 А), и два переменных (U=220В, I=0.45 А и U=10В, I=1 А).
этого блока питания могут использоваться диоды следующих марок: для схемы
выпрямителя с нулевым выводом – Д226Е, для мостовой схемы – Д226Е. В схеме
выпрямителя с нулевым выводом используется многозвенный фильтр с двумя
звеньями. В первом звене используется конденсатор К50 – 3 с Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В. Во
втором звене используется конденсатор К50 – 3 с Сном = 2000 мкФ; Uном = 12 В и катушка
индуктивности с индуктивностью L = 0.314 Гн. В мостовой схеме выпрямления используется С –
фильтр с маркой конденсатора: К50 – 3, Uном = 25 В, Сном = 100
мкФ.
Учебно-методическое пособие. – Кострома: изд. КГСХА, 2003.-67 с.
электроники и микропроцессорной техники. – М.: Колос, 2001
Учебная работа. Разработка блока питания