Меню

Разработка блока питания курсовая



Разработка блока питания курсовая

    Главная
  • Список секций
  • Физика
  • ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОЦЕЛЕВОГО РЕГУЛИРУЕМОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ШКОЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МНОГОЦЕЛЕВОГО РЕГУЛИРУЕМОГО БЛОКА ПИТАНИЯ

  • Авторы
  • Руководители
  • Файлы работы
  • Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

На сегодняшний день известно большое количество устройств, питающихся от различной величины тока и напряжения. Кроме того, расчет число самодельных электронных устройств. В следствии чего создание многоцелевого блока питания является актуальным.

Цель работы – разработка и реализация функционального лабораторного блока питания (ЛБП) для тестирования, питания, исследования различных устройств. Известны лабораторные блоки питания с возможность изменения выходного тока и выходного напряжения с помощью специального модуля FBcontroller [1], с помощью регулирования через микропроцессер [4] или ПК [5]. Однако, мы предлагаем более простой способ регулирования выходных параметров, способом ограничения тока.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

– изучение истории блоков питания, их классификации и современного устройства;

– произвести расчет лабораторного блока питания под заданную цель;

– подбор модулей для блока питания;

– проведение испытаний изготовленного устройства и проверка заданных характеристик.

Методами исследования данной работы являются: анализ литературы, сравнение разных способов проектирования блоков питания, синтез известных модулей для сборки регулируемого блока питания, моделирование блока питания, расчет выходных параметров устройства, сборка и оптимизация корпуса ЛБП, построение принципиальной электрической схемы изготовленного и предполагаемого устройства.

В результате выполненной работы получен лабораторный блок питания с возможность регулировать ток и напряжение. Спроектирована модель ЛБП с возможность управлять через компьютер, и имеющая встроенный осциллограф и тестер.

Глава 1. Основные сведения о блоках питания1.1 Исторический аспект БП

Одним из первых изобретателей в области источников питания был А. Вольта в начале 19 века. В 1876 году изобретен трансформатор, патент на который получил П.Н. Яблочков. Конец 19 века известен открытиями Н. Теслы – генератор переменного тока, и К.Ф. Брауна – выпрямитель на кристалле (диод). Уже в начале 20 века открыта электронная лампа Д.А. Флемингом. Тем самым данные открытия послужили появлению нового направления в физике – электроники, основным объектом которой является создание устройств преобразование электромагнитной энергии для различных целей.

Для работы электронных приборов и устройств необходимы источники питания, которые подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся источники, непосредственно вырабатывающие электрическую энергию: аккумуляторы, батареи, солнечные батареи, генераторы постоянного и переменного тока.

Вторичные источники питания преобразуют энергию первичного источника в энергию питания конкретных электронных устройств, радиоэлектронной аппаратуры, измерительных приборов.

Питание широко используемых электронных устройств и бытовой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется в основном вторичными источниками питания, преобразующими энергию переменного тока с номиналами напряжения 5, 9, 12, 15 и 27 В.

1.2 Классификация БП

Одно из устройств, которое всегда требует оптимизации и усовершенствования на базе постоянно развивающихся материалов и технологий – блок питания. На сегодняшний все устройства работают от постоянного тока, преобразуя переменный.

Первый вид БП – трансформаторные. Он преобразует напряжение сети 110-220 В, частотой 50-60 Гц в напряжение постоянного тока. Как правило, состоят из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра, где последний может быть заменен на стабилизатор напряжения.

Рис. 1. Трансформаторный блок питания

Второй вид – импульсные, впервые появились в 1940-х годах. Для блоков питания в 1976 году была разработана интегральная схема и уже на сегодняшний день существуют самые различные по напряжению и току и мощности в целом блоки питания. Данный аспект подводит к тому, что разнообразие устройств и приборов на столько велико, что необходимо иметь сразу большое множество питающих устройств.

Эту проблему решает регулируемый блок питания. Первое упоминание о нем встречается в журнале «Радио» [2]. Предназначен данный лабораторный блок питания (ЛБП) для использования в домашней мастерской. Имеет следующие характеристики, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики ЛБП для радиолюбителя

Источник

Повышение оригинальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.

Результат поиска


Наименование:

Информация:

Описание (план):

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 3
2. ВВЕДЕНИЕ 5
3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ 9
3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 9
3.2. ЛИНЕЙНЫЕ И НЕЛИНЕЙНЫЕ НАГРУЗКИ 11
3.3. КОЭФФИЦИЕНТ АМПЛИТУДЫ (ПИК-ФАКТОР) ТОКА ПОТРЕБЛЕНИЯ 13
3.4. ГАРМОНИКИ 14
3.5. СВОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 15
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 21
5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 72

1. Техническое задание

Разработать источник питания для системного блока компьютера удовлетворяющий следующим техническим характеристикам:
Входное сетевое напряжение 95-125/200-240 В.
Частота входного сетевого напряжения 40-60 Гц.
Общая максимальная выходная мощность 200 Вт.
Стандартные выходные параметры :
Выход 1: +5В, 20А max, ЗА min;
Выход 2: +12В, 7Amax, 1A min;
Выход 3: -5В, 1 A max. 0A min;
Выход 4: -12В, 1Amax, 0A min;
Осуществить гальваническую развязку цепей потребителя и источника энергии.
Так как источник питания эксплуатируется в закрытом помещении, то специальных мер защиты источника питания предусматривать не следует. Рабочий температурный охват для источника питания – от +5 до +40°С, допустимая относительная влажность воздуха при 30°С – от 40 до 90%, атмосферное давление – от 84 до 107 кРа.
Использование источника питания для персонального компьютера предусматривает габариты и компоновку блока питания, исходя из размеров и расположения комплектующих частей компьютера, а также удобство в эксплуатации. Конструкция источника питания должна обеспечивать в полной мере выполнение технических требований, предъявляемых к прибору, и обеспечивать нормальный тепловой режим.
Из анализа условий эксплуатации следует, что выбор электрорадиоэлементов (ЭРЭ) должен обеспечивать работу источника питания в заданных условиях без снижения надежности.
Разрабатываемая конструкция источника питания должна быть технологична. Технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, обеспечивающая оптимизацию затрат при производстве, эксплуатации, ремонте с учетом заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.
Конструкция источника питания, разрабатываемого в данной дипломной, является технологичной. Разработанный прибор удовлетворяет всем задачам, поставленным в техническом задании. Прибор отличается сравнительно небольшими габаритами, относительной простотой и надежностью конструкции.

2. Введение
Актуальность, цели и задачи данной дипломной работы определяются следующими положениями.
Блоки питания (БП) для системных модулей IBM PC XT/AT предназначены для преобразова¬ния входного переменного напряжения сети в вы¬ходные постоянные напряжения, обеспечиваю¬щие работу всех узлов и блоков компьютера
Основной функцией источника электропитания является обеспечение стабильного заданного вы¬ходного напряжения при изменении я широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Степень, с которой источ¬ник электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных усло¬виях, является основным показателем качества источника.
БП системных модулей вырабатывают напря¬жения +5В, -5В. +12В. -12В., сигнал POWER GOOD (PG) и, как правило, имеют выходную мощность 150 или 200 Вт.
Радиоэлектронная аппаратура, в том числе и персональные компьютеры, предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в большинстве случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. В связи с этим одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходит бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии (часто многократные), обеспечивая при этом:
• требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного однофазного или многофазного токов;
• электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника;
• высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок;
• эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока;
• требуемую форму напряжения переменного тока, постоянство сдвига фаз и высокую стабильность их частоты и т.д.
Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечения высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.
Современный блок питания компьютера – сложное многокаскадное устройство, в котором стабилизированное напряжение вырабатывается после ряда преобразований
Приведенными положениями обусловлена актуальность темы данной дипломной работы.
В данной дипломной работе проектируется и разрабатывается импульсный блок питания для персонального компьютера. При этом выполнение требований технического задания обеспечивается как схематическими, так и конструкторскими мерами.
В персональных компьютерах и их периферийных устройствах применяется много типов источников питания. В первых микрокомпьютерах большинство устройств монтировалось на системной плате в составе монитора, блок питания обеспечивал напряжения и для компьютера и для монитора. Сейчас такие персональные компьютеры не выпускаются, мониторы стали отдельными устройствами и обычно имеют свой блок питания. Это намного упростило блоки питания компьютеров, так как для монитора требуются специальные напряжения. Блоки питания, не рассчитанные на периферийные устройства, должны вырабатывать только низкие напряжения, обычно +5 и -5, +12 и -12 В. Основное требование к этим напряжениям — высокая стабильность, так как иначе компьютер просто не будет работать.
Блоки питания для системных модулей IBM PC предназначены для преобразования входного переменного напряжения сети в выходные постоянные напряжения, обеспечивающие работу всех узлов и блоков компьютера. Основной функцией источника электропитания является обеспечение стабильного заданного выходного напряжения при изменении я широких пределах входного напряжения, выходного тока и рабочей температуры. Степень, с которой источник электропитания обеспечивает стабильность выходного напряжения в вышеприведенных условиях, является основным показателем качества источника.
Блоки питания для компьютеров строятся по бестрансформаторной схеме подключения к питающей сети и представляют собой импульсные блоки питания, которые характеризуются высоким КПД (более 70%), малым весом и небольшими габаритами.
Однако импульсный блок питания является источником импульсных помех, что предъявляет к его схеме высокие требования в части электромагнитной совместимости с остальной схемой компьютера, а также с другими бытовыми электронными устройствами.
Основными функциональными частями импульсного блока питания являются:
• входной помехоподавляющий фильтр;
• сетевой выпрямитель;
• сглаживающий емкостной фильтр;
• схема пуска;
• ключевой преобразователь напряжения с импульсным силовым трансформатором (силовой инвертор);
• схема управления;
• цепи формирования выходных напряжений, гальванически развязанные от питающей сети;
• цепи формирования и передачи сигнала обратной связи на схему управления;
• помехоподавляющие цепи;
• схемы защиты от перегрузок по току, а также от входного и выходного пере- и недонапряжения.
Для получения постоянных напряжений с помощью импульсного блока питания с бестрансформаторным входом в нем осуществляется тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение сети выпрямляется и сглаживается. Полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсное прямоугольное напряжение частотой несколько десятков килогерц, которое трансформируется с соответствующим коэффициентом на вторичную сторону, выпрямляется и сглаживается. Определяющим узлом любого импульсного блока питания является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад).
Целью данной дипломной работы является проектирование и разработка импульсного блока питания для персонального компьютера. Поставленная цель достигается путем решения следующих взаимосвязанных задач:
• исследование основных электрических параметров импульсных блоков питания;
• изучение принципа работы импульсного блока питания;
• проектирование и разработка блока питания;
• обобщение выводов по проделанной работе.
В соответствии с последовательным решением указанных задач выстроена структура данной дипломной работы.

Читайте также:  Блок питания 24в 800ma

1. 300 схем источников питания; Выпрямители. Импульсные источники питания. Линейные стабилизаторы и преобразователи: Пер. с англ. / Г. Шрайбер.—М.: ДМК, 2000.—224 с.
2. Активная коррекция коэффициента мощности в импульсных источниках питания / А. Ремнев, В. Смердов // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 6.—С. 6-11.
3. Безик Д. Сетевой (импульсный) блок питания // Радио. 1998. №11.
4. Блоки питания для системных модулей типа IBM РС-ХТ/АТ.—М.: Б.и., 1995.—151 с.
5. Блок питания с защитой / И. Цаплин // Радиомир: Ежемесячный массовый журнал.—М.—2002.—№ 2.—С. 17.
6. Двухтактный импульсный источник питания / С. Горшенин // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 5.—С. 23-24.
7. Ещё один блок питания / М. Майоров // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2004.—№ 2.—С. 8-9.
8. Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств / В. Носов // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 6.—С. 13-14.
9. Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств / В. Носов // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 7.—С. 11-12.
10. Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств / В. Носов // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 8.—С. 6-7.
11. Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств / В. Носов // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 9.—С. 9-10.—(Источники питания).—Окончание. Начало: 2003, №5.
12. Искусство схемотехники: Пер. с англ. / П. Хоровиц, У. Хилл.—6-е изд.—М.: Мир, 2001.—704 с.
13. Источники питания для импульсных электротехнологических процессов: Монография / А. В. Лоос, А. В. Лукутин, Ю. Н. Сараев.—Томск: Изд-во ТПУ, 1998.—158 с.
14. Источники питания: Пер. с англ. / И. М. Готтлиб.—М.: Постмаркет, 2000.—552 с.
15. Источники питания; Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы: Пер. с англ. / И. М. Готтлиб; Пер. А. Л. Ларина; Под ред. С. А. Лужанского.—М.: Постмаркет, 2002.—544 с.
16. Источники питания ПК и периферии / Д. П. Кучеров; Под ред. С. Л. Корякина-Черняка.—СПб.: Наука и техника, 2002.—384 с.
17. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение: Справочник.—2-е изд., испр. и доп.—М.: Додэка, 2000.—608 с.
18. Микросхемы для современных импульсных источников питания.—М.: Додэка, 1999.—287 с.
19. Микросхемы для современных импульсных источников питания- 2.—М.: Додэка, 1999.—288 с.
20. Насыров И.К., Сухарев А.А., Насырова Р.Г., Евдокимов Ю.К. Разработка автоматизированных учебных комплексов. – Казань, 2002.
21. Онищук В. Блок питания компьютера AT 200W // qrz.ru/schemes/contribute/power/bp_at200.shtml
22. Простые блоки питания / М. Туров // Радиомир: Ежемесячный массовый журнал.—М.—2002.—№ 1.—С. 41.
23. Поликарпов А. Г., Сергиенко Е. Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА. — М.: Радио и связь, 1989.
24. Сергеев Б. С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания. — М: Радио и связь, 1992.
25. Сетевой прямоходовый источник питания на микросхеме TOP247Y для персонального компьютера / С. Бирюков // Схемотехника: Научно-технический журнал.—М.—2003.—№ 9.—С. 11-13.
26. Современные источники питания: Справочник / Р. Г. Варламов.—М.: ДМК, 1998.—188 с.
27. Современные источники питания: Справочник / В. Р. Варламов.—2-е изд., испр. и доп.—М.: ДМК Пресс, 2001.—224 с.
28. Сопряжение мостовых цепей с импульсным питанием с электронными блоками / Г. И. Передельский // Измерительная техника: Научно-технический журнал / Государственный комитет РФ по стандартизации и метрологии.—М.—2002.—№ 5.—С. 46-49.
29. Справочник инженера-схемотехника: .—М.: Техносфера, 2004.
30. Шадрин Н. Источник питания для трансивера из компьютерного БП // Радио — о связи. — 2003. — N3.- С. 70.
31. Шустов М.А. Практическая схемотехника / М. А. Шустов.—М.: Альтекс-А, 2001. Кн. 2: Источники питания и стабилизаторы.—2002.—192 с.
32. Шустов М.А. Практическая схемотехника / М. А. Шустов.—М.: Альтекс-А, 2001. Кн. 4: Контроль и защита источников питания.—2002.—175 с.
33. Электрические машины и источники питания радиоэлектронных устройств: Учебник / А. Б. Грумбина.—М.: Энергоатомиздат, 1990.—366 с.
34. Электроника и схемотехника: Учебное пособие / А. И. Кучумов.—М.: Гелиос АРВ, 2002.—304 с.
35. Энциклопедия ремонта. Микросхемы для современных импульсных источников питания — 2. Вып. 13: .—М., 1999.
36. Энциклопедия ремонта. Микросхемы для импульсных источников питания — 3. Вып. 20: .—М., 2002.

Читайте также:  Почему блок питания отключается под нагрузкой

Перейти к полному тексту работы

Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.

Источник

Привет студент

Проектирование схемы регулируемого блока питания на транзисторах

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет энергетики и систем управления

По дисциплине «Конструирование и технологии систем управления»

Пот теме: «Проектирование схемы регулируемого блока питания на транзисторах»

Ст.пр Каревская Ю. Н.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ», ВГТУ)

на курсовой проект

по дисциплине _________________________________________________________

Тема работы ___________________________________________________________

Студент группы ________________________________________________________

Фамилия, имя, отчество

Номер варианта ________________________________________________________

Технические условия ___________________________________________________

Содержание и объем работы (графические работы, расчеты и прочее)

Сроки выполнения этапов ________________________________________________

Срок защиты курсовой работы ____________________________________________

Подпись, дата Инициалы, фамилия

Задание принял студент _________________________________________

Подпись, дата Инициалы, фамилия

1 Описание устройства

1.1 Принцип работы регулируемого блока питания

2 Механический расчёт конструкции

3 Расчёт запаса прочности при вибрациях

3.1 Запас прочности печатной платы при вибрациях

4 Расчёт надёжности

В повседневной жизни блоки питания применяются для преобразования параметров электроэнергии основного источника электроснабжения (например промышленной сети ) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования устройств например зарядка для телефона или любого устройства работающего от постоянного тока подключаемого в промышленную сеть таких как компьютеры.

Блок питания представленный в курсовой работе предназначен для применения в лабораториях или людьми у которых электрика является увлечением, хобби или работой. Такие люди просто обязаны иметь у себя в наличии блок питания с плавной регулировкой напряжения. Ведь работая с различной электрической и электронной техникой постоянно приходится сталкиваться с её питанием, а оно, как известно, не всегда одинаково. Постоянно искать источники питания с подходящим напряжением, тоже не выход. Схема регулятора достаточно проста в сборке даже для начинающего радиолюбителя и, главное, не содержит дорогих и дефицитных деталей.

В ходе данной курсовой работы необходимо выполнить следующие задачи: — спроектировать схему нашего электронного устройства, разобрать принцип работы схемы, дать характеристику отрицательных и положительных сторон; — провести механический расчёт конструкции, включающий расчёт частоты собственного колебания конструкции, расчёт запаса прочности при вибрациях и расчёт запаса прочности при вибрациях печатного узла; — рассчитать запас прочности при вибрациях; — произвести расчёт надёжности конструкции.

1 Описание устройства.

Схема устройства приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема регулируемого блока питания на транзисторах

Мной была разработана схема, на основе которой и будет произведён регулируемый блок питания который позволяет получить на выходе регулируемое напряжение 0-12V, при силе тока до 1,5 А. Данная схема приведена на рисунке 1. Основными её элементами будут являться трансформатор – любой, со вторичной обмоткой рассчитанной на выходное напряжение 15-18 вольт и силу тока -2 – 3 ампера (т.е. мощность трансформатора должна быть около 40 ватт). Массой 90 грамм. На входе схемы находится трансформатор ТВК-110-Л и диодный мост КД202, состоящий из кремниевых однофазных диодов, предназначенных для работы в выпрямительных схемах с максимально допустимым средним прямым током 3 А, масса такого моста составляет ≈ 8 грамм, максимальное постоянное обратное напряжение составляет 100 В, максимальный прямой ток 5 А, максимальное прямое напряжение 0,9 В. Как и любому диоду, из-за невысокого прямого напряжения в схеме необходимо использовать делители напряжений. В данном случае эту роль играет резистор.

Можно заметить, что в данной схеме используются сразу четыре резистора. Резистор R1 имеет сопротивление 390 Ом и рассеивает мощность 2 Вт. Рассеиваемая на резисторе мощность – один из важнейших его параметров. Она целиком и полностью влияет на надёжность его работы. Это обусловлено тем, что если будет пущен ток выше определённого значения, резистор будет нагреваться больше, мощность будет рассеиваться больше, и он просто выйдет из строя, перестав выполнять свои функции. Резисторы R3 и R4 не имеют оговариваемого значения рассеиваемой мощности, а их сопротивления 1 кОм и 10 кОм соответственно. Помимо вышеуказанных, в схеме присутствует регулируемый резистор R3 сопротивлением 10 кОм. Его наличие позволяет изменять значение сопротивления на нём. Но делать это можно не постоянно, а при проведении каких-либо профилактических работ, связанных с устранением неполадок устройства.

Читайте также:  Hoco блок питания сетевой

На плате присутствуют и другие элементы. К примеру, транзисторы КТ315. Транзистор КТ315 изготовлен из кремния, имеет n-p-n структуру, применяется в переключателях высокой частоты, выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами, масса не более 0,5 грамма, постоянная рассеиваемая мощность коллектора 150 мВт, максимальное напряжение между коллектором и эмиттером 25 В, максимально допустимый ток коллектора 0.5 мкА. Такой транзистор предназначен в основном для работы только на высокой частоте, что ограничивает диапазон использования этого электрорадиоэлемента (ЭРЭ). И транзистор К815 так же изготовленный из кремния и имеющий n-p-n структуру массой 1 грамм с постоянной рассеиваемой мощностью коллектора 10 Вт. Также в схеме присутствует стабилитрон Д814Г. Стабилитрон вообще, как это понятно из его названия, стабилизирует напряжение цепи, работая в режиме пробоя. То есть, до наступления пробоя через стабилитрон протекает очень малый ток. Но как только наступает пробой, ток мгновенно возрастает, что позволяет поддерживать напряжение в определённом диапазоне. Конкретно же стабилитрон Д814Г изготовлен из кремния, выпускается в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами, предназначен для стабилизации напряжений в диапазоне от 9 до 10,5 В для токов стабилизации от 3 до 32 мА, прямое напряжение составляет 1 В, обратное напряжение может превышать прямое в десятки раз. Если говорить проще, то при прямом включении стабилитрон работает как диод, поэтому используется обратное включение и, соответственно, обратная ветвь вольт-амперной характеристики. Последним элементом данной схемы будет являться конденсатор C1. Его ёмкость будет составлять 2200 мкФ, а номинальное напряжение равно 25 В. Конкретная модель конденсатора не указана, но можно предположить, что он будет изготовлен из кремния, как и большинство элементов. Из-за достаточно большой ёмкости, данный конденсатор будет выполнять функции фильтра. Масса не будет превышать 3,5 грамма. Так как были рассмотрены все элементы цепи, пора переходить к принципу её работы.

  • Принцип работы регулируемого блока питания.

Трансформатор Tr1 понижает сетевое напряжение 220V до напряжения 15-18V которое поступает на выпрямитель VD1 собранный по мостовой схеме из четырех диодов. Конденсатор С1 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Далее напряжение поступает на стабилизатор напряжения выполненный на стабилитроне VD2 и составном эмиттерном повторители на транзисторах VT1 и VT2.С помощью переменного резистора R2 регулируется напряжение на выходе блока питания.

  • Механический расчёт конструкции.

Была выбрана схема со следующими параметрами, указанными в таблице 1.

Источник

Разработка блока питания на основе термогенераторного модуля. Часть 2.

Страницы: 1 2

Раздел 2. Разработка принципиальной схемы блока питания

2.1. Разработка схемы на основе DC/DC преобразователя LTC3109

Одной из задач, решаемых в ходе данной работы, было разработать блок питания, обеспечивающий автономное питание микроконтроллера от термоэлектрического генератора (ТЭГ). Таким образом, была разработана принципиальная схема блока питания.

Требования по питанию термоэлектрических генераторов (ТЭГ) в качестве первичного источника питания диктуют использование специализированной микросхемы LTC3109 [6], позволяющей получить требуемое выходное напряжение с достаточной точностью и мощностью.

LTC3109 – высоко-интегрированный DC/DC повышающий преобразователь разработанный для применения в низковольтных источниках, таких как ТЭГ. Применение LTC3109 позволяет использовать режим работы ТЭГ при небольших перепадах температур между обкладками (≤25 ºC).

Работа микросхемы обеспечивается при входном напряжении начиная с 35 мВ, что соответствует перепаду температуры на ТЭГ ΔT=1 ºC, однако мощность, получаемая в таком режиме от ТЭГ недостаточна для питания системы беспроводной передачи данных и может использоваться только во вспомогательном режиме. Необходимую мощность можно получить в униполярной схеме включения (Рис. 2.1) при перепаде температуры на ТЭГ ΔT≥20 ºC. Используемый при этом трансформатор должен иметь коэффициент трансформации от 1:7 до 1:20.[6] Рис 2.1. Схема включения ТЭГ и микросхемы LTC3109[6] Применение беспроводных систем передачи данных требует большого пикового тока, в нашем случае он достигает 80 мА. Для питания в таких условиях используется накопительная емкость Cstore, напряжение этой емкости поддерживается выше основного и в данной схеме составляет примерно 5.25 вольт. В качестве накопительной емкости используется ионистор 1.5-5Ф. К дополнительным функциям можно отнести:

наличие низковольтного питания VLDO, обеспечивающего 2.2 В при максимальном токе 5 мА для питания низкопотребляющих схем;

наличие управляемого выхода VOUT2 напряжением с которого можно управлять с помощью сервисного входа VOUT_EN. Напряжение на этом выходе равно основному VOUT и может использоваться для питания беспроводных систем передачи информации;

наличием выхода PGOOD, логический уровень на котором соответствует готовности устройства.

Временные диаграммы напряжений представлены на Рис. 2.2.

Рис. 2.2. Временные диаграммы напряжений на выводах микросхемы LTC3109[6] Электрические параметры схемы при униполярном включении представлены на Рис. 2.3. Последовательное эквивалентное сопротивление такого конденсатора должно быть минимальным, рекомендуется параллельное соединение нескольких конденсаторов различной емкости.

Рис. 2.3 Электрические параметры при униполярном включении микросхемы LTC3109[6] Монтажная плата содержит микросхему LTC3109 (D1) которую возможно использовать как в униполярном так и двухполярном включении (с двумя трансформаторами).

Для выпрямления используются внешние диоды 1N4148 (VD1, VD2). Возможно использование и внутренней схемы выпрямления, коммутационные соединения при этом осуществляются с помощью перемычек R1-R7. Модуль ТЭГ подключается к разъему XR1. С помощью перемычки JP1 выбирается выходное напряжение микросхемы D1 на выводах VOUT и VOUT2(3.3 или 5 вольт). В качестве потребителя электроэнергии выступает микроконтроллер DD2 (stm32f051rct), напряжение питания которого поступает с вывода VLDO микросхемы D1, равное 2,2В. Микроконтроллер так же управляет выходом VOUT2 с микросхемы D1 Для индикации также используются светодиод VD3.

Печатная плата выполнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита размером 60*80 мм. Большинство электронных компонентов предназначены для поверхностного монтажа, за исключением ионисторов, оксидных конденсаторов большой ёмкости и разъёмов. Печатная плата имеет защитную маску, выполненную лаком. Полный список используемых компонентов представлен в Таблице 2.1.

Таблица 2.1. Список компонентов блока питания на основе ТГМ.

Наименование Обозначение Номинал Кол-во
1 1N4148 VD1, VD2 MELF-D5023-2009 2
2 C0805 C9,C15,C16, C20,C22 0.1мкФ 5
3 C0805 C10 1мкФ 1
4 C0805 C13,C17,C18, C19, C21 2.2мкФ 5
5 C0805 C23, C24 15пФ 2
6 C0805 C3,C8 470пФ 2
7 C0805 C1,C11 1000пФ 2
8 JP3*2.54 JP1 PIN3 1
9 Клемма винтовая XR1,XR2, XR3 5MM 3
10 L0805 L1 10мкГн 1
11 LED0805 VD3 1
12 LTC3109EGN D1 TSOP20 1
13 R0805 R1,R2,R3,R4, R5,R6,R7 7
14 R0805 R14 470 Ом 1
15 STM32F103R DD2 LQFP64 1
16 TANTAL_A C14 22 мкФ*7В 1
17 TANTAL_C C4 47мкФ*7В 1
18 TANTAL_C C7 220мкФ*7В 1
19 TRANS LPR6235 T1, T2 1:10 2
20 Кнопка тактовая SW1 TS_KEY 1
21 ZQ_HC49SM ZQ1 8 МГц 1
22 ИОНИСТОР C2, C5 1.5Ф*5.5В 2

2.2. Расчет основных параметров ТГМ

Из соотношений (1.13), (1.14)и (1.15) были рассчитаны параметры для ТГМ-199-1,4-0,8 и ТГМ-287-1,0-2,5(таблица 2.2)

Таблица 2.2. Основные параметры ТГМ

Источник