7 Расчет источника питания
Источник питания (ИП) является важнейшей составной частью любой радиоэлектронной аппаратуры. ИП предназначен для питания устройств электроэнергией постоянного и переменного токов. Тип, параметры и количество напряжений ИП определяются, как правило, электрической схемой самого радиоэлектронного устройства, а именно, количеством и типами питающих напряжений и суммарным током потребления по каждому напряжению. Расчет производится согласно методике, указанной в [6].
В разрабатываемом микропроцессорном блоке необходимо использование трех питающих напряжений постоянного тока: +5, -5 и +12 вольт, следовательно, источник питания будет состоять из следующих основных узлов: трансформатор, три независимых выпрямителя, фильтра и стабилизатора.
7.1 Расчет требуемой мощности ИП.
Расчёт суммарного тока потребления по каждому из напряжений сведём в таблицу 7.1.
7.2 Выбор схемы источника питания
Выбор схемы источника питания производится с учетом параметров питающей сети, выходной мощности по каждому напряжению, а так же характеру нагрузки (активной и реактивной составляющих) В нашем случае можно воспользоваться общей схемой с применением стабилизаторов в интегральном исполнении, приведенной на рисунке 7.1, которая отличается хорошими надежностными характеристиками.
Рекомендуемое выходное напряжение E0 II при колебаниях сети 10% и токе I0 II =0,3 А составляет 18 В, E0 III при токе 0,5 А - 9 В и E0 IV при токе 0,1 А 9 В.
Выпрямленная мощность трансформатора:
(7.1)
Вт
7.3 Расчет источника +12В
Выпрямленное сопротивление кремниевого диодного моста при работе на нагрузку с ёмкостным характером:
(7.2)
где: =1 В падение напряжения на кремниевом диоде;
- выпрямленный ток для мостовой схемы.
(7.3)
где: =0,3 А при использовании ИМС КР142ЕН8Б.
Сопротивление обмотки II трансформатора:
(7.4)
где: - коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы =4,7);
s число стержней трансформатора, несущих обмотки (для Ш-образного сердечника s=1);
B магнитная индукция в сердечнике трансформатора (при выпрямляемой мощности 50 Вт B=1,3 Тл;
f частота питающей сети, f=50 Гц;
Так как трансформатор имеет ещё две обмотки, необходимо определить сопротивление обмотки II с учетом дополнительных обмоток:
(7.5)
где: - вольт-амперы вторичных обмоток для рассчитываемого выпрямителя (для мостовой схемы =1,5 P0=1,510,8=16,2
- габаритная мощность трансформатора. Для мостовой
схемы выпрямителя =1,5 P0=1,510,8=16,2 Вт.
Активное сопротивление фазы выпрямителя r определяют по формуле:
(7.6)
Индуктивность рассеяния обмотки трансформатора LS II :
(7.7)
где: коэффициент, зависящий от схемы выпрямителя (для мостовой схемы ;
p число чередующихся секций обмоток; когда вторичная обмотка наматывается после первичной p=2.
Необходимо также учесть влияние дополнительных обмоток:
(7.8)
Основной расчетный коэффициент:
(7.9)
где m число фаз выпрямителя (для мостовой схемы m=2).
Находим угол, характеризующий соотношение между индуктивным и активным сопротивлениями фазы выпрямителя:
(7.10)
По графикам из [6] находим вспомогательные коэффициенты:
=1,06;
=2,02;
=5,5;
=22000.
Определяем э.д.с. вторичной обмотки трансформатора:
(7.11)
Определяем обратное напряжение на диодах:
(7.12)
Определяем действующее значение тока вторичной обмотки:
(7.13)
Ток через диоды:
(7.14)
Определяем импульс тока через диод:
(7.15)
Выбираем диодный мост КЦ405Е со следующими параметрами:
Выходная емкость выпрямителя:
(7.16)
где: - коэффициент, рассчитываемый по формуле:
(7.17)
где: =1 В; =18 В;
Принимаем емкость = 1000 мкф.
Рабочее напряжение конденсатора:
(7.18)
По справочнику выбираем конденсатор К50-6-1000 мкф(50В.
Коэффициент трансформации:
(7.19)
где: =220 напряжение первичной обмотки.
7.4 Расчет источника +5В
Для стабилизации напряжения +5В используем стабилизатор в интегральном исполнении КР142ЕН5В. При использовании данной ИМС рекомендуемое входное напряжение составляет 9 вольт. Таким образом, получим исходные данные для расчета:
Внутреннее сопротивление кремниевых диодов моста при работе на нагрузку с емкостным характером сопротивления:
(7.20)
где: =1 В падение напряжения на кремниевом диоде;
- выпрямленный ток для мостовой схемы.
(7.21)
где: =0,5 А при использовании ИМС КР142ЕН5В.
Сопротивление обмотки III трансформатора:
(7