Физика и схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с импульсным регулированием

Исходные данные:

1. провести поиск в технической, патентной, учебно-методической литературе и Интернете интегральных микросхем, реализующих компенсационный стабилизатор напряжения постоянного тока с импульсным регулированием;

2. выбрать одну микросхему устройства, изучить ее физику и схемотехнику, прикрепить к отчету по курсовой работе документацию разработчика (datasheet);

3. провести расчет компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с импульсным регулированием по исходным данным, приведенным в таблице:

вариант 23: 𝑈вх min = 14,5 В; 𝑈вх max = 28,0 В; 𝑈вых = 12,5 В; 𝐼н = 2,2 А; Тср = 40 ℃.

Перечень вопросов, подлежащих разработке, и обязательного графического материала:

‒ принципиальная электрическая схема компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с импульсным регулированием и описание принципа действия устройства;

‒ выбрать транзистор для использования в качестве силового транзистор и возвратный диод;

‒ рассчитать основные параметры КСН с ИР:

‒ минимальный и максимальный коэффициенты заполнения;

‒ минимальную и максимальную частоту преобразования;

‒ мощность потерь на коммутаторе;

‒ мощность потерь на диоде;

‒ тепловое сопротивление 𝑅 радиатора;

‒ параметры дросселя: индуктивность , объём магнитопровода и его материал, число витков на магнитопроводе, диаметр провода с изоляцией;

‒ емкость выходного конденсатора . Выбрать тип конденсатора, его номинальное напряжение и емкость.

Введение

Постоянное совершенствование электронной аппаратуры предъявляет все более высокие требования к таким показателям качества источников вторичного электропитания, как надежность, коэффициент стабилизации, выходное сопротивление, масса и габариты, энергетическая эффективность и др.

Эти требования противоречивы. Так, уменьшение выходного сопротивления может быть достигнуто за счет усложнения схемы стабилизатора, что приводит к уменьшению надежности и увеличению его массы. Повышение КПД стабилизаторов напряжения и тока возможно только за счет уменьшения потерь мощности в элементах стабилизатора, что при непрерывном способе регулирования весьма затруднено. При увеличении мощности, отдаваемой стабилизатором в нагрузку, увеличиваются габариты и масса радиаторов, необходимых для нормального теплового режима работы регулирующих транзисторов.

Эффективным способом достижения компромиссного решения для удовлетворения указанных противоречивых требований является использование компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с импульсным регулированием (КСН с ИР), в которых регулирующий транзистор стабилизатора работает в импульсном режиме, периодически переключаясь из режима насыщения в режим отсечки.

Такие схемы стабилизаторов напряжения отличаются резким уменьшением мощности, рассеиваемой регулирующим транзистором, а значит, масса и габариты радиаторов также резко уменьшаются, и повышается КПД стабилизатора. При импульсном режиме работы регулирующего транзистора стабилизация напряжения на нагрузке осуществляется за счет изменения соотношения времени открытого и закрытого состояний регулирующего элемента таким образом, что на нагрузке поддерживается неизменным среднее значение напряжения с заданной степенью точности при воздействии возмущений, стремящихся вызвать отклонение этого напряжения от его номинального значения. Применение импульсного режима работы регулирующего элемента позволяет повысить КПД стабилизатора постоянного напряжения до 90—95%.

Основным недостатком КСН с ИР является наличие высокочастотных помех на основной частоте переключения регулирующего транзистора (РТ) и ее гармониках КСН с ИР, от которого питается электронное устройство. Этот недостаток исключается при питании цифровых электронных устройств путем синхронизации частоты переключения РТ и основной частоты синхрогенератора электронного устройства.

Литература

1. Битюков В. К., Симачков Д.С., Бабенко В.П. Источники вторичного электропитания: учебник – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Инфра-Инженерия. 2020. – 376 с.

2. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2-х т.: пер. с нем. – Т.1. – М.: Додэка-XXI, 2008. – 832 с.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2-х т.: пер. с нем. – Т.2. – М.: Додэка-XXI, 2008. – 942 с.

4.https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2594.pdf?ts=1652000593928&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.rlocman.ru%252Fdatasheet%252Fdata.html%253Fdi%253D297281%2526%252FLM2594