Курсовая работа: Расчет импульсного источника вторичного электропитания

Рис. 1. Обобщенная структурная схема "безтрансформаторного" ИВЭП.

Здесь обозначения соответствуют: - действующее значение переменного напряжения, выражаемого функцией , где -максимальное значение функции, , Сет.В- сетевой выпрямитель с выходным напряжением ; Сгл.Ф- низкочастотный сглаживающий фильтр; ИПН - импульсный преобразователь постоянного напряжения, на вход которого подается постоянное напряжение . Выходные постоянные напряжения ИПН: , поступают в приборы-потребители (электронные приборы - нагрузка для ИВЭП).

В курсовом проекте принято, что первичным для ИВЭП является переменное напряжение и частоты . Однако это не исключает правомерности изложенных положений и применимости приведенных уравнений для любых других значений напряжения .

Величины выходных напряжений ИВЭП определяются выбранной для электронных приборов элементной базой.

Функции структурных узлов Сет.В и Сгл.Ф заключаются в выпрямлении переменного напряжения сети и его последующем сглаживании фильтром, который практически во всех случаях является емкостным. Импульсный преобразователь ИПН предназначен для выполнения двух функций.

Первая из них заключается в электрической изоляции выходных напряжений от от первичного . Она обеспечивает выполнение требований техники безопасности и помехоустойчивости функционирования электронной аппаратуры. Эту функцию может реализовать только индуктивный трансформатор.

Вторая функция ИПН заключается в необходимости стабилизации напряжений при изменениях первичного напряжения , мощности нагрузок и воздействии различного рода эксплуатационных дестабилизирующих факторов. Поэтому в качестве ИПН используются преобразователи с регулированием выходных напряжений при помощи схем управления, использующих широтно-импульсную, частотно-импульсную или другой вид модуляции.

1.2 Функциональная схема практического "безтрансформаторного" ИВЭП

Функциональная схема "безтрансформаторного" ИВЭП с использованием ОПНО приведена на рис. 2.

Рис.2. Функциональная схема ИВЭП.

Здесь обозначения функциональных узлов соответствуют: ФВФ — блок высокочастотных и низкочастотных фильтров и сетевой выпрямитель; TV -силовой трансформатор; S - силовой ключ, включаемый и выключаемый схемой управления СУ (сигнал ) и осуществляющий коммутацию постоянного напряжения в цепи первичной обмотки трансформатораTV; УГР - устройство гальванической развязки, выполняющее функции электрической изоляции аналогового сигнала управления; СС - схема сравнения, осуществляющая сравнение выходного напряжения ОПНО с внутренним опорным напряжением СС и вырабатывающая на этой основе аналоговый сигнал для передачи на УГР. Напряжение вторичной обмотки трансформатора TV выпрямляется диодом VD_B , и через фильтр C_ф1 , С_ф2 , L_ф поступает на выход ИВЭП - U_H (в нагрузку). Параллельно первичной обмотке включена демпфирующая цепь, осуществляющая снижение амплитуды импульсов перенапряжения на ключе S, возникающих при его размыкании.

1.3 Сетевой выпрямитель с фильтрами

На рис. 3. приведена схема сетевого выпрямителя ФВФ с фильтрующими элементами.

Рис.3. Схема сетевого выпрямителя ФВФ.

Мостовой выпрямитель напряжения сети выполнен на диодах . На его выходе включен емкостной фильтр, в качестве которого используется конденсатор , сглаживающий низкочастотные пульсации выпрямленного напряжения. Резистор является нелинейным сопротивлением, ограничивающим пусковой ток заряда конденсатора при первоначальном подключении ИВЭП к сети . Необходимость введения этого резистора в схему ИВЭП вызвана тем, что емкость конденсатора велика (составляет десятки-сотни микрофарад), и его заряд, например, в момент времени, когда мгновенное значение синусоиды сетевого напряжения равно максимальному значению обусловит появление импульса тока большой амплитуды. Практически, если не принимать специальных мер, амплитуда может значительно превышать установившееся значение тока, потребляемого ИВЭП от сети, достигая величин в десятки, иногда сотни, ампер. Сопротивление нелинейного резистора в холодном состоянии (в момент включения ИВЭП) максимально. По мере заряда конденсатора резистор разогревается, его сопротивление уменьшается и после полного заряда сопротивление практически не влияет на энергетические характеристики ИВЭП.

Кроме низкочастотного фильтра () в схеме выпрямителя, рис. 3, имеются высокочастотные фильтры. Во входной цепи установлен фильтр, состоящий из двухобмоточного дросселя и конденсаторов . Дроссель и конденсатор С_вч3 ослабляют синфазные ВЧ помехи, которые существуют между питающими проводниками ИВЭП, а конденсаторы и снижают уровень дифференциальных ВЧ помех, которые возникают и распространяются между корпусом прибора и питающими проводниками. Для ВЧ помех проводник Общ.ВЧ является эквипотенциальным для всех высокочастотных напряжений, возникающих в ИВЭП или приходящих извне от сети. В общем случае этот проводник рекомендуется соединять, если это возможно, с соответствующим качественным внешним заземлением.

Как известно, нагрузочная характеристика выпрямителя с емкостным фильтром имеет падающий вид, т.е. с увеличением тока нагрузки напряжение уменьшается, а с уменьшением тока нагрузки – увеличивается. Максимальное значение напряжения, которое имеет место при холостом ходе выпрямителя, определяется:

Т.е. Е_пмакс больше, чем действующее значение напряжения сети Е_С.Д .

Выпрямители с емкостным фильтром обладают и недостатками: 1) падающий характер нагрузочной характеристики является недостатком выпрямителя, так как появляется дополнительная составляющая нестабильности напряжения на входе импульсного преобразователя; 2) существенно несинусоидальной и импульсной форме тока, потребляемой им от сети переменного напряжения. Причем, чем больше емкость конденсатора , то есть чем выше качество сглаживания напряжения (меньше величина пульсаций ), тем меньше длительность импульсов потребляемого тока и больше их амплитуда.

Средний ток, протекающий через каждый из диодов выпрямительного моста VD_{c 1} ,…,VD_{c 4} , находится:

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диодам сетевого выпрямителя VD_{c 1} ,…,VD_{c 4} , равно Е_пмакс , т.о.

Емкость конденсатора сглаживающего низкочастотного фильтра:

Наличие в ИВЭП пускового тока требует, чтобы в выбранных диодах нормированная величина максимально допустимого импульсного тока превышала среднее значение в 5...20 раз. В справочных данных для выпрямительных диодов этот параметр приводится как одноразовый импульс прямого тока.

При выборе элементов рассматриваемых электронных схем следует учитывать, что для надежной работы ИВЭП требуется применение коэффициента запаса по средним и импульсным электрическим параметрам .

1.4 Силовой каскад ОПНО