Выпускная квалификационная работа специалиста. Тема: Импульсный блок питания. Студент(ка) Руководитель Консультанты.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
«Санкт
-
Петербургский государственный электротехнический университет

"ЛЭТИ" им.
В.И.Ульянова (Ленина »

(СПбГЭТУ "ЛЭТИ"


Специальность

210302.65


Радиотехника

Специализация

Телевизионная техника

акультет

О

Кафедра

ТВ

К защите допустить


Зав. кафедрой


Лысенко Н. В.



ВЫПУСКНАЯ КВАЛИ ИКАЦ
ИОННАЯ РАБОТА

СПЕЦИАЛИСТА


Т
ЕМА
:

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ



Студент(ка




Усков В.Д.



подпись



Руководитель




Похвалин

А. А.


(Уч. степень, уч. звание

подпись



Консультанты






(Уч. степень, уч. звание

подпись









(Уч. степень, уч. звание

подпись









(Уч. степень, уч. звание

подпись




Санкт
-
Петербург

2016


РЕ ЕРАТ

7 с., 19 рис., табл., библ. 24 ист.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

Источник питания с характеристиками, приведенными в технических
требованиях, предназначен для использования в
составе широкого класса
оборудования, составляющего системы часофикации и единого времени,
производимого и разрабатываемого вновь предприятием ОАО «Хрон
о-
трон».

В частности, данный источник питания предполагается использовать
в составе модернизированной мод
ели цифровых первично
-
вторичных ч
а-
сов типа ЦПВ, с целью улучшения их эксплуатационных характеристик и
расширения функциональных возможностей.

Часы типа ЦПВ занимают значительную долю (до 20 в произво
д-
ственной программе предприятия. Эти часы включены в бо
льшинство с
и-
стем часофикации, проектируемых для производственных, оборонных и
транспортных объектов.

3


СОДЕРЖАНИЕ


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

................................
..............






ВВЕДЕНИЕ

................................
................................
................................
................


1.ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА П
И-
ТАНИЯ

................................
................................
................................
.......................


1.1. Выбор топологии импульсного источ
ника питания
................................
.......


1.2. Порядок проектирования импульсного источника питания

.........................


1.3.
Разработка структурной схемы

................................
................................
.........


1.4. Разработка функциональной схемы

................................
................................
.


1.
5
. Предварительная оценка

................................
................................
...................


1.
5
.1. Определение требований к системе

................................
..............................


1.
5
.2. Выбор цепи обратной связи

................................
................................
...........


2.
ВЫБОР КОММУТИРУЮЩЕГО КЛЮЧА И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

........


2.1. Выбор режима работы коммутирующего ключа

................................
............


2.2. Выбор схемы управления

................................
................................
..................


3. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

................................
............................


3.1. Выбор материала сердечника, рабочего значения индукции и формы
магнитопровода

................................
................................
................................
.........


3.2. Расчет параме
тров обмоток трансформатора
................................
..................


3.3. Проверка выбранных параметров

................................
................................
....


4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВХОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ И ИЛЬТРОВ

..........


4.1. Выходная цепь

................................
................................
................................
....


4.2. Входная цепь

................................
................................
................................
.......


5
. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

................................
...............


6
. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА РАЗРАБОТКИ

................................
...................


ВЫВОДЫ

................................
................................
................................
...................


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

................................
................................
................................
.........


СПИСОК ИС
ПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

................................
...............




4


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ


ИИП


-

импульсный источник питания

U
ACMIN

-

минимальное переменное входное напряжение

U
ACMAX

-

максимальное переменное входное напряжение

D
MAX


-

максимальн
ая

длительность открытого ключа

f
S


-

р
абоч
ая

частот
а

выходного каскада

I
LIMIT


-

ко
э
ффициент тока

Ƞ


-

КПД

I
RMS


-

средневыпрямленный ток первичной обмотки

L
P


-

максимальная индуктивность первичной обмотки

P
O


-

суммарная выходная мощность

A
E


-

э
ффективная площадь сердечника

A
L


-

и
ндуктивность без зазора

L
E


-

основная эффективная длина намотки

BW


-

ширина намотки

N
S


-

количество витков первичной обмотки

N
P


-

количество витков во вторичной обмотке

U
OR


-

величин
а

обратного выброса

U
D


-

падение напряжения на выходном выпрямителе

U
O


-

выходное напряжение

UD
B


-

падение напряжения в цепи обратной связи

U
B



-

рабочее напряжение в цепи обратной связи

/


-

диаметр провода первичной обмотки

L


-

число слоев первичной обмотки

"



-

максимальная плотность потока

L
g


-

в
еличина зазора

-


-

плотность потока
первичной обмотки

 


-

голый диаметр проводника

"



-

магнитный поток

5



ୗ୔


-

пиковый ток во вторичной обмотке


ୗୖ୑ୗ


-

средневыпрямленный ток во вторичной обмотке


ୖ ୔୔୐୉


-

ток пульсации

0


-

максимальное пиковое обратное
значение вторичной обмотки

0



-

максимальное пиковое обратное значение обмотки

обратной
связи

I
0


-

выходной ток

U
R


-

напряжение смещения выпрямителя

I
D


-

диод номинального тока



6


ВВЕДЕНИЕ


Для функционирования большинства электронных устройств
,

треб
у-
ются источники электрической энергии, общее название которых
-

исто
ч-
ники питания. Источниками
питания могут быть электрическая сеть, в
ы-
прямители, стабилизаторы, инверторы, преобразователи, аккумуляторы,
солнечные батареи, а также генераторы постоянного и п
еременного тока.
Немного поразмыслив, можно прийти к выводу, что они
-

"близкие ро
д-
ственники", у которых много общих черт.

Возможно, самым важным общим свойством всех источников пит
а-
ния, в том числе импульсных стабилизаторов, инверторов и преобразов
а-
телей
является применение в них полупроводниковых приборов. Кроме т
о-
го, "мозгом" перспективных источников питания в большей степени, чем
когда
-
либо, служат интегральные микросхемы. Интересно отметить также,
что логически сложные современные системы и сложные раз
работки не
обязательно оказываются сложными в реализации.
Ч
асто одной микросх
е-
мы управления достаточно для выполнения несметного числа функций,
для реализации которых раньше потребовалось бы множество дискретных
компонентов.

Источники импульсного электропи
тания радиоэлектронной аппарат
у-
ры за последние годы существенно изменились. Это вызвано непрерывным
стремлением уменьшить их массу и габариты, повысить КПД за счёт пр
и-
менения

наиболее рациональных схем, использования высокочастотного
преобразования энергии

постоянного тока, экономичных импульсных м
е-
тодов регулирования, интегральных микросхем. Повысились также треб
о-
вания к питающим напряжениям. Номинальные значения напряжений т
е-
перь составляют единицы или десятки вольт при токах нагрузки в десятки
и даже сот
ни ампер. Это привело к созданию разнообразных структурных
схем построения источников импульсного электропитания, каждая из к
о-
торых находит применение в конкретных условиях.

7


В то же время методы, применявшиеся главным образом в прошлом, и
сегодня остаются
полезными. Происходит это потому, что во многих пр
и-
ложениях можно ограничиться относительно простыми источниками п
и-
тания, и не всегда необходимы высокая стабилизация и наличие блока си
г-
нализации о неисправностях, для реализации которых нужна управляющая
ин
тегральная схема. По этой причине в книге рассматриваются как пр
о-
стейшие источники питания, так и сложные системы, берущие свое начало
из примитивных схем.



8


1. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИИП


1.1.
Выбор топологии

источника

питания


Существует несколько
основных областей применения различных т
о-
пологий источника питания. Из графика 1.1 видно что для данной реализ
а-
ции ИИП по входному напряжению и выходной мощности подходит о
б-
ратноходовые преобразователь. В таблице 1.1 приведены основные хара
к-
теристики исто
чников питания, что еще раз подтверждает данный выбор.



Рис
унок

1
.
1

-

Области применения источников питания


Обратноходовые
источники одни из самых популярных топологий
ИИП. Их область очень широкое применение за его простату и минимум
элементной база.

Таблица 1.1

Основные характеристики топологий

Топология

Диапазон
мощн
о-
стей, Вт

Диапазон
напряж
е-
ний
Vin
(
dc
)
, В

Изоляция
вход/выход

Типи
ч-
ный
КПД, 

Относител
ь-
ная стоимость
элементов

9


Топология

Диапазон
мощн
о-
стей, Вт

Диапазон
напряж
е-
ний
Vin
(
dc
)
, В

Изоляция
вход/выход

Типи
ч-
ный
КПД, 

Относител
ь-
ная стоимость
элементов

Понижающие

0
-
1000

5
-
40

Нет

78

1,0

Повышающие

0
-
150

5
-
40

Нет

80

1,0

Инвертирующие

0
-
150

5
-
40

Нет

80

1,0

Однотранзисторные
прямоходовые

0
-
150

5
-
500

Да

78

1,4

Обратноходовые

0
-
150

5
-
500

Да

80

1,2

Пушпульные

100
-
1000

5
-
1000

Да

75

2,0

Полумостовые

100
-
500

5
-
1000

Да

75

2,2

Полномостовые

400
-
2000

5
-
1000

Да

73

2,5


1.2.
Порядок проектирования импульсного

источника


В общем случае проектирование импульсного источника питания
(ИИП представляет собой многоэтапный итерационный процесс. Упр
о-
щенная блок схема проектирования источника приведена на

рис
унке
1.
2



Задание
исходных данных

Выбор топологии
источника

Предварительная оценка
параметров

Проектирование ключа и
схемы управления

Расчет магнитных
элементов

Разработка выпрямителя и
выходного фильтра

Проектирование входного
фильтра

Рисунок 1.2

-

Упрощенная блок схема проектирования импульсного источника


10


Помимо указанных стадий, проектиро
вание включает так же операции
корректировки расчетов
, уточнение параметров схемы, обеспечение
устойчивости и другие процессы, сопровождающие полноценную

разр
а-
б
отку.

При базовой конфигурации схемы, показанной на рисунке 1 в кач
е-
стве своего основания, логика этого подхода к проектированию можно
суммировать следующим образом:

Первостепенной задачей этой процедуры является "
проектирование
для эффективности затрат
".

Использование более мелких компонентов, как
правило, пр
иводит к менее дорогим источника
м питания. Тем не менее,
для примене
ния в

размер или вес

жесткими

ограничениями
, проектиро
в-
щик
у

может потребоваться компромисс между стоимостью и конкретных
конструктив
ных требований для достижения оптимальной эффективности
затрат в случае конечного продукта.


1.3.
Разработка принципиальной схемы




Рисунок 1
.3

-

Типовая схема обратноходового источника

Из
-
за высокой степени интеграции уровня
TOPSwitch
-
GX
, многие в
о-
просы

проектирования питания разрешаются в микросхеме. Гораздо
меньше проблем оста
ется решать конструктивно
. Различные уровни в
ы-
ходной мощности могут потребоваться различные значения для некоторых
компонентов схемы. Дополнительные функции, такие как под напряже
н
и-
11


ем, защита от перенапряжения, внешний
I
LIMIT
.
, дистанционного включения

выключения легко реализуются с минимальным числом внешних комп
о-
нентов, но не включают дополнительные конструктивные соображения.
Тем не менее, такие требования могут быть удовлетвор
ены путем добавл
е-
ния дополнительных схем к
структурной схеме
преобразователя.
При п
о-
строении заданного изде
лия на основе нерегулируемого ИИП для
заданной
стабилизации
выходных

напряжений разработаем структурную схему п
о-
казанную
на рисунке

1.4
.

Н
еобходимо
в
вести в

ИИП устройство обратную
связь,

для обеспечения
стабилизации выхода.


Рисунок

1.4

-

Структурная схема


1.4 Разработка функциональной схемы


На основании структурной схемы ИИП проведем выбор функци
о-
нальной схемы и внесем в них недостающие части. Во
входную схему з
а-
щиты надо ввести входной фильтр. В высоковольтный преобразователь
добавим высоковольтовый выпрямитель и схему управления с высок
о-
12


вольтовым ключом и трансформатор. В качестве регулирования точности
выхода и гальванической развязки добавим

обратную связь. В каждом
выходном канале поставим выпрямительный диод и выходной фильтр. На
этом выбор основных компонентов закончен и на рисунке

1.5

представим
функциональную схему ИИП
.



Рисунок

1.5

-

ункциональная схема ИИП


1.5
.
Предварительная
оценка основных параметров


1.5
.1.

О
пределение требований к системе.


Исходя из технических требований:



м
инимальное
переменное

входное напряжение,
U
ACMIN
=100
B
;




м
аксимальное входное переменное напряжение,
U
ACMAX
=242
B
;



выходное выпрямленное постоянное напряжение
U
O
1
=12
B

-

по о
б-
мотке обратной связи,
U
O
2
=12
B

и
U
O
3
=5
B
;



коэффициент потерь принимаем
Z
0. в соответствии с рекоменд
а-
циями расчета
;



суммарная выходная мощность
P
O
=58
B
т
;



КПД ƞ

0,7
.


13


Таблица 1.2

Диапазон входных
напряжений

Входной (
B
AC)

U
ACMIN

(
B
AC)

U
ACMAX

(
B
AC)

Универсальный

85

265

230 или 11 с удвоением

195

265


Согласно техническим требованиям диапазон входного переменного
напряжения от 100 до 242В,то из таблицы 1.2 выбираем универсальный
вход. И в
дальнейшем все расчеты будут для универсального входа.


1.5
.2.

Выб
ираем

цепь обратной связи
в связи с техническим заданием


Рассмотрим несколько вариантов схем
обратной связи. На рисунке 1.

представлена простейшая схема обратной связи без гальванической ра
з-
вязки. У такой схемы очень большая погрешность установки выходного
напряжения. Суммарная нестабильность не удовлетворяет технических
требований.


Рисунок 1.

-

Простая схема обратной связ
и


На рисунке 1.7

представлена схема обратной связи построена на
стабилитроне. В таком исполнении отсутствует гальваническая развязка и
точность установки всего , что не удивлетворяет технических
требований.

14



Рисунок 1.7

-

Р
асширенная схема обратной
связи


На рисунке 1.

рассмотрим схему реализованную на оптроне и стаб
и-
ли
троне. В такой схеме увеличение выходного напряжения приводит к
возрастанию тока через диод оптрона, что в свою очередь приводит к
уменьшению тока котроллера в микросхеме
TOP
. Такая с
хема не может
обеспечивать необходимую стабилизацию по выходному напряжению из
-
за погрешности стабилитрона и оптрона.


Рисунок 1.

-

Схема обратной связи со стабилитроном


На рисунке 1.
9

представлена модернизированная схема предыдущей,
и реализована на оптроне и интегральной микросхеме. Интегральная ми
к-
15


росхема работает как источник тока. Коррекция опорного напряжения ре
а-
лизована на резистивном делителе. Данная схема обеспечивает

наилу
ч-
шу
ю

стабильность преобразователя
.



Рисуно
к 1.9

-

Схе
ма обратной связи на
TL
431


В соответствии с техническими требованиями суммарная нестабил
ь-
ность напряжения по выходу
U
O
1
,
U
O
2

не должна превышать 4 и  от
выхода
U
O
3
. Из таблицы 1.3

выбираем

элементы

цеп
и

обратной связи на
интегральной микросхеме
TL
431, т.к. у нас суммарная нестабильность
обеспечивается.

Таблица 1.3

Цепи обратной связи

Цепь обра
т-
ной связи

U
B

(
B
)

Точност
ь

установки
,
%

Нестабильность

во всем диап
а-
зоне
,
%

Нестабильность

входного
напряжения
,
%

Суммарная н
е-
стабильность
,
%

Простая

5.8

±10

±

±
1.
5

2
±1 .

Расширенная

27.8

±

±2.

±1.

±9

Стабилизирон

12

±

±1

±0.

± .

TL431

12

±1

±0.2

±0.2

±4


В таблице 1.4 выбираем
CNY
17
F
-
2, так ка
к на предприятии имеется в
номенклатуре и
подходит для реализации проекта.


16


Т
аблица 1.4

Опт
р
о
н
ы

P
/
N

CTR

(%)

BVCEO

Производитель

4
Pin

DIP




PC123Y6

80
-
160

70
B

Sharp

PC
817
X
1

80
-
160

70
B

Sharp

SFH
615
A
-
2

63
-
125

70
B

Vishay, Isocom

SFH617A
-
2

63
-
125

70
B

Vishay, Isocom

SFH618A
-
2

63
-
125

55
B

Vishay, Isocom

ISP817A

80
-
160

35
B

Vishay, Isocom

LTV817A

80
-
160

35
B

Liteon

LTV816A

80
-
160

80
B

Liteon

LTV123A

80
-
160

70
B

Liteon

K1010A

60
-
160

60
B

Cosmo

6 Pin DIP




LTV702FB

63
-
125

70
B

Liteon

LTV703FB

63
-
125

70
B

Liteon

LTV713FA

80
-
160

35
B

Cosmo

K2010

60
-
160

60
B

Sharp

PC702V2NSZX

63
-
125

70
B

Sharp

PC703V2NSZX

63
-
125

70
B

Sharp

PC713V1NSZX

80
-
160

35
B

Sharp

PC714V1NSZX

80
-
160

35
B

Vishay, Isocom

MOC8102

73
-
117

30
B

Vishay, Isocom

MOC8103

108
-
173

30
B

Vishay, Isocom

MOC8105

63
-
133

30
B

Vishay, Isocom

CNY17F
-
2

63
-
125

70
B

Vishay, Isocom,

Liteon


И
сходя из диапазонов входных напряжений и
мощности (рисунок
1
.
10
)

определим минимал
ьное и максимальное выпрямленное

напряжение
и ёмкость входного конденсатора
C
IN
.



Рисунок
1
.
10
-
Входной
си
гнал напряжения

17


Рассчитаем максимальное и минимальное выпрямленное входное
напряжение:


୑ ୒


୅େ୑ ୒

ʹ

ͳͲͲ

ʹ

ͳͶͳ"
;






୅େ୑୅ଡ଼

ʹ

ʹͶʹ

ʹ

͵Ͷʹ"
.

Как и в любом сетевом блоке питания входной конденсатор выб
и-
рается исходя из компромисса между габаритами и
100
-
герцовыми
пульсациями на нем. Как правило, пульсациями на частоте преобраз
о-
вания пренебрегают, поскольку емкость входного конденсатора зав
е-
домо значительно больше необходимой для подавления
высокочасто
т-
ных пульсаций.

Грубо можно сказать, что достаточн
о 2
-
3uF на ватт при унив
е
р-
сальном входном питании

сети
-
270
B
AC.

C
IN
=
3
х
P
O
=150
µ
F
, выбрали максимальное значение, чтобы обеспечить
лучшее сглаживание.
В качестве конденсаторов используют оксидно
-
эл
ектролитические алюминиевые конденсаторы. При необходимости
ко
н-
денсатор С
IN

набирают из нескольких параллельно соединенных конденс
а-
торов меньшей емкости.

Параллельно с С
IN

должен быть также включен
керамический конденсатор емкостью порядка 0,1мк для сглаживания в
ы-
сокочастотной пульсации.

Уточняем значение
U
MIN
, пр
инимая во внимание время открытого с
о-
стояния входного диапазона t
C
3ms, согласно рекомендациям методич
е-
ского пособия.


Получить
минимальное
DC

U
MIN

входного напряжения


୑ ୒



ʹ

୅େ୑ ୒






(




ି

ి
)




;


୑ ୒



ʹ
ͳͲͲ





଺଴
(



ఱబ
ି


଴଴ଷ
)






଴଴଴ଵହ଴

ͳͳ͸
B
.


Рассчитае
м

максимальное

выпрямленное

входное напряжение
U
MAX
:



୑୅ଡ଼


ʹ

୅େ୑୅ଡ଼
;

18



୑୅ଡ଼


ʹ

ʹͶʹ

͵Ͷʹ
"



19


2. ВЫБОР КОММУТИРУЮЩЕГО КЛЮЧА И СХЕМЫ УПРАВЛ
Е-
НИЯ


2.1. Выбор режима работы коммутирующего ключа


Определ
яем величину обратного выброса

U
OR

и

выбираем огранич
и-
тельный диод

U
CLO

(рисунок
2.
1
)
.

В соответствии методическим рекомендациям для наше
го диапазона
входных напряжений
U
OR
=100
B
.



Рисунок 2.1

-

Отраженное напряжение
U
OR

и фиксирующего напряжение
U
CLO



େ୐୓

ͳ

ͷ

୓ୖ
;


େ୐୓

ͳ

ͷ

ͳͲͲ

ͳͷͲ
;


େ୐୑

ͳ

Ͷ

େ୐୓
;


େ୐୑

ͳ

Ͷ

ͳͷͲ

ʹͳͲ
.

В
ыбираем режим работы коммутирующего каскада первичной обмо
т-
ки и определяем коэффициент тока

K
P

(скорость нарастания тока в пе
р-
вичной обмотке .

При выборе коммутирующего каскада первичной обмотки следует
учесть что при непрерывном режиме
минимальны токи пульсации на в
ы-
20


ходе схемы. А при непрерывном режиме хоть и коэффициент пульсаций
невелик, при условии что выходной ток будет мал.

В связи этим выбираем режим работы обратноходового преобразов
а-
теля непрерывный, показанного на рисунке
рисунок

2.
2
.

+


+
ୖ୔




ୖ୔

где
I
R

-

ток

пульсации первичной обмотки
,
I
P

-

пиковы
й

ток в первичной
обмотке
.

В соответствии с методическими указаниями

по таблице определяем
коэффициент K
P

от 1 до 0,4 и выбираем нижнее значение
.


Рисунок 2.2

-

Режим работы


2
.2
.

Выбор преобразователя


Определяем максимальную длительность открытого ключа

D
MAX



୑୅ଡ଼





౉ ొ
ି






;


୑୅ଡ଼

ଵ଴଴

ଵଵ଺
ି
ଵ଴


ଵ଴଴

ͲͶͻ
.

где
U
DS

-

падение напряжения в открытом состоянии на 10
В

в соответствии
с техническими данными на данный преобразователь.


21


По
графику выбираем тип преобразователя


Рисунок 2.3

-

График зависимости КПД и выходной мощности

12В


Таблица 2.1

Параметры компонентов
TOPSwitch
-
GX

Flyback

с универсальным
входом и выходом 12
В

Параметры компонентов выходного источника 12
В


Универсальный

вход

(85
-
265
В
AC)

Параметры

Единицы

245Y

246Y

247Y

248Y

249Y

Максимальная индуктивность

первичной обмотки
L
P

µH

693

462

346

277

231

У
течк
а индуктивности

трансформатора

%/Lp

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

Индуктивность вторичной обиотки

nH

30

30

30

30

30

Резонансная частота

(вторичная открытая

kHz

900

950

1000

1050

1100

Первичная обмотка трансформатора

Сопротивление переменного тока

mΩ

700

600

500

400

300

Вторичная обмотка трансформатора

Сопротивление переменного тока

mΩ

8

6

4

2

1

Выходной конденсатор эквивалентное
последовательное сопротивление

100
кГц

mΩ

12

10

8

6

4

Выходное сопротивление

DC

mΩ

15

13

10

7.5

5

Обычный режим

С
опротивление постоянному току

mΩ

280

250

220

190

160

Потери в сердечнике

%/PIN

2

2

2

2

2

22


На рисунке 2.3 и 2.4 изображены графики зависимости выходной
мощности и КПД выбираем тип преобразователя, можно использовать
TOP

246
-
249
. В таблице 2.1 и 2.2 приведены основные параметры высок
о-
вольтных ключей.


Рисунок 2.4

-

График зависимости КПД и
выходной мощности

В


Таблица 2.2

Параметры компонентов
TOPSwitch
-
GX

Flyback

с универсальным
входом и выходом
В

Параметры компонентов выходного источника
В


Универсальный вход

(85
-
265
В
AC
)

Параметры

Единицы

245
Y

246
Y

247
Y

248
Y

249
Y

Максимальная
индуктивность

первичной обмотки
L
P

µH

693

462

346

277

231

У
течк
а

и
ндуктивност
и трансформатора

%/Lp

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

Индуктивность вторичной обиотки

nH

20

19

16

13

10

Резонансная частота

(вторичная открытая

kHz

900

950

1000

1050

1100

Первичная обмотка трансформатора

Сопротивление переменного тока

mΩ

600

500

300

200

100

Вторичная обмотка трансформатора

Сопротивление переменного тока

mΩ

3

2

1

0.75

0.5

Выходной конденсатор эквивалентное
п
о-
следовательное сопротивление

100 кГц

mΩ

5

4

3

2

1

В
ыходное сопротивление
DC

mΩ

3

2.5

2

1.5

1

23


Параметры компонентов выходного источника
В


Универсальный вход

(85
-
265
В
AC
)

Обычный режим

С
опротивление постоянному току

mΩ

280

250

220

190

160

Потери в сердечнике

%/PIN

2

2

2

2

2


Из выходной мощности и КПД выбираем тип преобразователя, можно
использовать
TOP

246
-
249. Исходя из того, что в номенклатуре предпри
я-
тия есть
TOP
24 выбираем его для дальнейшего использования.

Рабочую частоту выходного каскада для данного
TOP
24 выбираем
f
S
132 кГц. Из графика КПД 77 и в дальнейших расчетах будем испол
ь-
зовать этот КП
Д.

Т.к. мы выбрали преобразование минимальной мощности для наших
условий установим коэффициент тока
I
LIMIT
1. В соответствии с технич
е-
скими данными для
TOP
240
Y

внутреннее ограничение по току установл
е-
но в пределах
:

,
୐ ୑ ୘

- .



୑ ୒

ʹ

ͷͳͳ



;

,
୐ ୑ ୘

-



୑୅ଡ଼


ʹ

ͺͺͻ



.

Определяем правильность выбора преобразователя и пиковый ток:

для
K
I

1.0, проверить
I
P

≤ 0.9
x

I
LIMIT
. (мин .

Т.е. доступный пиковый ток с
о-
ответствует
TOP
24 , нас он устраивает.




24


3. РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ


3.
1.
Выбор материала сердечника

и магнитопровода


Вычисляем пиковый ток первичной обмотки. Для этого нам понад
о-
бится
I
O

первичной обмотки
.

Входной средний ток:


୅୚





౉ ొ
;


୅୚

ହ଼




ଵଵ଺

Ͳ

͹ͳ
;

К
P

≤ 1,0:





(

ି



)

౉ఽ
;






଻ଵ
(

ି




)


ସଽ

ͳ

ͺ
-
пиковый ток
.

Теперь

следует

узнать

среднеквадратичное

значение

первичного

тока



это

необходимо

для расчета потерь в силовом ключе и в обмотке
трансформатора:


ୖ୑ୗ





୑୅ଡ଼
(





+


ͳ
)
;


ୖ୑ୗ

ͳ

ͺ

Ͳ

Ͷͻ
(






Ͳ

Ͷ

ͳ
)

ͳ
.

Вычисл
яем

индуктивность первичной
обмотки
L
P

,


ଵ଴








(

ି



)









ି





;

,


ଵ଴


ହ଼








(

ି




)
଺଺






ି












Ͷ͸Ͳ


H
)
.

где





-

минимальная рабочая частота преобразователя.

Выбираем тип импульсного трансформатора основываясь на рабочую
частоту и мощность.

Таблица 3.1

Сердечники

Выходная

66 kHz

132 kHz

25


м
ощность
,
Вт

Тройной

изолированный

провод

С запасом

прочности

Тройной

изолированный

провод

С запасом

прочности

0
-
10

EF12.6

EE13

EF16

EE16

EE19

EI22

EI22/19/6

EI22

EE19

EI22/19/6

EEL16

EF20

EI25

EEL19

EF12.6

EE13

EF16

EE16


EI22

EE19

EI22/19/6

EEL16

10
-
20

EF20

EI28

EEL22

EF25

EE19

EI22

EI22/19/6

EF20

EF20

EI25

EEL19

20
-
30

EF25

EI30

EPC30

EEL25


E128

30
-
50

EI28

EI30

E30/15/7

EER28

E30/15/7

EER28


EI35

EI33/29/13
-
Z

EER28L

EF25

EEL22

EF25

EI30

EPC30

50
-
70


EI35

EF32

EF32


EI28

EEL25

E30/15/7

EER28

70
-
100


E36/18/11

EI40

EI40

E36/18/11

EER35

EI30

E30/15/7

EER28



EI35

EI33/29/13
-
Z

EER28L

EF32

100
-
150


EER40


EER40

E42/21/15

EI35

EF32



EI40

E36/18/11

EER35


150

E42/21/15

E42/21/20

E55/28/21

E42/21/20

E55/28/21

E36/18/11

EI40


EER40

E42/21/15

E42/21/20

E55/28/21


EER40

E42/21/15

E42/21/20

E55/28/21


Верхний предел рабочей частоты определяется выбором феррита для
сердечника. Сердечник выбран Ш
-
образного типа
29/1 /10 потому,
что это упрощает намотку
и допускает хороший отвод тепла. Позже, в
процессе вычисления, будет показано, что этот выбор сердечника выпо
л-
нить не просто из
-
за требований, наложенных на его геометрию. В этом
26


случае изменяется материал сердечника и делается соответствующая ко
р-
рекция ра
счета. Такие шаги методом "проб и ошибок" часто необходимы
потому, что первоначально не могли знать, будут ли требуемые размеры
сердечника найдены в каталоге изготовителя. Идея состоит в том, чтобы
достичь приемлемого соответствия с небольшим отклонением о
т требу
е-
мого размера окна в сторону увеличения.

Поскольку мы начали выбор материала сердечника с феррита марки
EFD
30, то из каталога изготовителя записываем его параметры:




Эффективная площадь сердечника, A
E
7 мм
2
(см
2
).




Основная эффективная длина намотки, L
E
70,4 мм (см .




И
ндуктивность без зазора, A
L
2000 нГн/мм
2

(нГн /виток
2
).




Ш
ирина намотки,
BW
19,4 мм.


3.2.
Расчет
обмот
ок трансформатора


Следующим шагом является вычисление требуемого диаметра пров
о-
да для каждой из обмоток.

О
пределяем количество витков в первичной и вторичной обмотках.

В соответствии рекомендациям количество витков
первичной обмотки
должно быть 1
-
2, а количество вторичной является методом итераций,
начиная с показателей с
N
S

= 0,
оборота / вольт.

Начинаем с
L
2 слоев первичной обмотки. Последовательно вычисл
я-
ем количество витков первичной по количеству витков вторичной обмотки
и
,

учитывая геометрические параметры трансформатора
, остановились
3
В
/виток для 12
В

и 2
В
/виток для
В
.

Приведем к
онечный расчет числа первичной

обмотки и обмотки о
б-
ратной связи, полученной из итерации расчета.

.

భమ

.








;

.

భమ

͵

ͻ͸
ଵ଴଴
ଵଶ





͵ʹ

витка
;

27


.



.








;

.



Ͳ

͵
ଵ଴଴






ʹ

витка
.

Расчет площади сечения провода обмотки обратной связи подобен

предыдущим вычислениям, за исключением того, что скважность соста
в-
ляет 100. Это следует из того, что ток этой обмотки в течение всего п
е-
риода колебания течет то в базу одного транзистора, то в базу другого.

Вычисл
яем

число
витков обмотки обратной связи

N
B
.

.


.





ీా





;

.


ͳͲ







ଵଶ





ͷ

ʹ
.

Где
U
B

-

равное ,
В
;

U
DB

-

равное 0,7
В
.

Число витков обмотки обратной связи
.


рассчитывается из предп
о-
ложения, что напряжение на ней должно быть между 3, и ,0 В. Эти зн
а-
чения были получены на основании
практического опыта. Если наведенное
напряжение намного меньше 3, В, то могут возникнуть трудности в пол
у-
чении достаточного тока базы при наихудших режимах работы. Напряж
е-
ние больше ,0 В превышает безопасную величину для транзисторов. И
с-
пользование более

высокого напряжения обратной связи снижает, кроме
того, КПД схемы.

О
пределяем диаметр провода первичной обмотки
OD

/



୆୛
ି





;

/



ଵଽ


ି




ଷଶ

ͳ

ʹ
.

Г
де
L

-

число
слоев
первичн
ой обмотки
,
BW

-

ширина
катушки

в мм, М

-

запас прочности в мм.


3
.3

Провер
яем
трансформатор по выбранным параметрам для М 0.

"


ଵ଴଴









;

"


ଵ଴଴





ସ଺଴
ଷଶ



଻଺

͵ͶͲͶ

[
Гс
]
.

28



П
о методическим указаниям максимальная плотность потока должна
вписываться от 3000 ≥
B
M

≥ 2000, значит, корректируем количество витков
во вторичной обмотке
N
P
=38.

"


ଵ଴଴








;

"


ଵ଴଴





ସ଺଴
ଷ଼



଻଺

ʹͺ͸͹
.

Величина зазора
:

,


ͶͲ



(



ଵ଴଴






)
;

,


ͶͲ

͵

ͳͶ

Ͳ

͹͸
(
ଷ଼

ଵ଴଴

ସ଺଴


ଶ଴଴଴
)

Ͳ

ʹͷ

[
мм
].

П
о рекомендациям должна быть
L
G

>0,1 мм
.

П
лотность потока
п
ервичн
ой

обмотк
и
:


-



ଶ଻
ୈ ୅





(
ଵ଴଴଴
ଶହ


)

;

-



ଶ଻








భర



(
ଵ଴଴଴
ଶହ


)


ͻ͵Ͷ
.

Г
де
DIA

голый диаметр проводника в мм
.

Е
сли мы уменьшим диаметр провода в 2 раза, то CMA будет в этом
диапазоне 00 ≥ CMA ≥ 200.

-



ଶ଻
ୈ ୅





(
ଵ଴଴଴
ଶହ


)

;

-



ଶ଻








భర



͵ͺ͸
.

Таблица 3.2

Итерация изменения
L
,
N
S

и сердечника


B
M

L
g

CMA

L



-

-



N
S









Размер

сердечника










CMA
=386

укладывается в выбранный сердечник.

Проверяем магнитный поток.

29


"










"

;

"




଼଼ଽ




ʹ

ͺ͹

Ͷ͸Ͳ͸
.

П
ровер
яем

B
P

≤ 4200 Гаусс
, чтобы избежать насыщения трансформ
а-
тора при

запуске и выходе над нагрузкой. Чтобы вписаться в

B
P

≤ 4200
Гаусс, ограничить ток до 2, 3А.

"










"

;

"




଼଼ଽ




ʹ

͸͵

ͶͳͲͲ
.

К
I

= 0,91
-

подобрать резистор
.

Выбираем ограничительный диод из таблицы
3.3

и блокирующий д
и-
од из таблицы
3.4

.

Таблица 3.3

Огр
аничительные диоды

Количество в
ыход
ов

U
OR

Блокир
ующий

д
иод

С
табилитрон

Несколько

о
бмоток

100
В

BYV26C

MUR160

UF4005

P6KE150

Од
н
а обмотка

120
В

BYV26C

MUR160

UF4005

P6KE180


Для случая с несколькими обмотками диод должен быть не менее
P
6
KE
150.

Так как на предприятии имеется в номенклатуре
P
6
KE
200
с тем
же форм
-
фактором, то будем использовать его.
А блокирующий диод
U
F
4006
доступный в свободной продаже.

Таблица 3.4

Выходные выпрямители

Rec. Diode

UR
(V)

ID(A)

Пакет

Производитель

Шоттки





1N5819

40

1

Axial

General Semi

SB140

40

1

Axial

General Semi

SB160

60

1

Axial

General Semi

MBR160

60

1

Axial

IR

11DQ06

60

1.1

Axial

IR

1N5822

40

3

Axial

General Semi

SB340

40

3

Axial

General Semi

30


Rec. Diode

UR
(V)

ID(A)

Пакет

Производитель

MBR340

40

3

Axial

IR

SB360

60

3

Axial

General Semi

MBR360

60

3

Axial

IR

SB540

40

5

Axial

General Semi

SB560

60

5

Axial

General Semi

MBR745

45

7.5

TO
-
220

General Semi
,
IR

MBR760

60

7.5

TO
-
220

General Semi

MBR1045

45

10

TO
-
220

General Semi
,
IR

MBR1060

60

10

TO
-
220

General Semi

MBR10100

100

10

TO
-
220

General Semi

MBR1645

45

16

TO
-
220

General Semi
,
IR

MBR1660

60

16

TO
-
220

General Semi

MBR2045CT

45

20(2x10)

TO
-
220

General Semi
,
IR

MBR2060CT

60

20(2x10)

TO
-
220

General Semi

MBR20100

100

20(2x10)

TO
-
220

General Semi
,
IR

UFR





UF4002

100

1

Axial

General Semi

UF4003

200

1

Axial

General Semi

MUR120

200

1

Axial

General Semi

EGP20D

200

2

Axial

General Semi

BYV27
-
200

200

2

Axial

General Semi,
Philips

UF5401

100

3

Axial

General Semi

UF5402

200

3

Axial

General Semi

EGP30D

200

3

Axial

General Semi

BYV28
-
200

200

3.5

Axial

General Semi,
Philips

MUR420

200

4

TO
-
220

General Semi

BYW29
-
200

200

8

TO
-
220

General Semi,
Philips

BYV32
-
200

200

18

TO
-
220

General Semi,
Philips


Определяем

пиковый ток
во вторичной обмотке
:


ୗ୔
భమ







;


ୗ୔
భమ

ͳ

ͺ

ଷଶ
ଵ଴

͸

ͺ
;


ୗ୔








;


ୗ୔


ͳ

ͺ




͵

͸
;


Вычисл
яем

среднеквадратичное значение тока в выходной обмотке:


ୗୖ୑ୗ


ୗ୔
భమ


ͳ


୑୅ଡ଼

(





+


ͳ
)
;


ୗୖ୑ୗ

͸

ͺ


ͳ

Ͳ

Ͷͻ

(






Ͳ

Ͷ

ͳ
)

͵

ͻ
;

31



ୗୖ୑ୗ


ୗ୔



ͳ


୑୅ଡ଼

(





+


ͳ
)
;


ୗୖ୑ୗ

͵

͸


ͳ

Ͳ

Ͷͻ

(






Ͳ

Ͷ

ͳ
)

ʹ

ͳ
.

Проверим
параметр
ы

вторичной обмотки

диаметр
а провода
в
изол
я-
ции,
мм
:

/


୆୛
ି






;

/


ଵଽ


ି





ଵ଴

ͳ

ͻ
.

Проверим параметры вторичной обмотки

диаметр
а провода неизол
и-
рованного,
мм
:

 




େ୑୅





ଶ଻


ଶହ


ଵ଴଴଴
;

 





ଶ଴଴






ଶ଻



ଵସ

Ͳ

͹ͳ
.

В соответствии с рекомендациями
CMA
S

принимаем равным
CMA
S

200.

Т.к. диаметр получился больше, чем 27
AWG

130 кГц, что
еще раз
подтверждает выбор.

Определ
яем
величину среднеквадратичного тока через выходной
конденсатор
следующей
формулой:


ୖ ୔୔୐୉



ୗୖ୑ୗ






;


ୖ ୔୔୐୉


͵

ͻ


ʹ


͵

͵

;


ୖ ୔୔୐୉




ୗୖ୑ୗ






;


ୖ ୔୔୐୉



ʹ

ͳ


ʹ


Ͳ

͸Ͷ
.

П
ри максимальной нагрузке
,
где
I
O

-

постоянный выпрямленный

выходной
ток
,


M


-

среднеквадратичное значение тока в выходной обмотке
.

Определ
яем

максимальн
ое

пик
овое

обратно
е

значение
вторичн
ой

о
б-
мот
ки
:


0

భమ




(

୑୅ଡ଼




)
;

32


0

భమ

ͳʹ

(
ͳʹ

ͷ



ଽ଺
ଷଶ
)

Ͷͺ
;

0






(

୑୅ଡ଼




)
;

0



ͷ

(
ͷ

ͷ



଺ହ
ଶହ
)

ʹ͵
.

Выбор обратного диода максимальных пиков
:

0





(

୑୅ଡ଼




)
;

0


ͷ

ͺ

(
ͳʹ

ͷ




ଷ଼
)

ʹ͵

ͺ
.

U
R

≥ 1,2

23.8=29
,
75
-

допустимое напряжение обратной связи.

Из таблицы 3
. выбираем
1
N
4148
, т.к.

подходит по параметрам.

Таблица 3
.5

Э
лементы обратной связи

Выпрямитель

U
R

(
B
)

Производитель

BAV
21

200

Philips

UF
4003

200

General

Semi

1
N
4148

75

Motorola





33


4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВХОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ
И ИЛ
Ь-
ТРОВ


4.1
Выходная цепь.


На рисунке 4.1 представлены выходная цепь, в нее входят: выпрям
и-
тельный диод и сглаживающий фильтр.


Рисунок

4.1

-

Схема выходного фильтра


Конденсатор выходного фильтра является тем
элементом, с которого
удобно начать. Во
-
первых, о
сновные формулы расчета ИИП

п
оказывают,
что Вы не можете по
-
прежнему исходить из предпосылки "
если много, это
не значит что хорошо
". В нашем случае взаимодействуют между собой ч
а-
стота переключений, рабочий ц
икл, индуктивность дросселя и напряжение
входа и выхода, так что любой метод решения "в лоб" должен быть искл
ю-
чен. Также важно понять, что с электролитическими конденсаторами, и
с-
пользуемыми в фильтре, все оказывается сложнее, чем Вы ожидаете. Не
должно выз
ывать удивления, что эти конденсаторы содержат сопротивл
е-
ние и индуктивность. Паразитные параметры постоянно встречаются в
электронных конструкциях и деталях и часто игнорируются. Паразитная
индуктивность и внутренне сопротивление электролитических конденс
а-
34


торов оказывает большое влияние на работу ИИП, и поэтому они не могут
игнорироваться.

Эквивалентные последовательные
R

и
L

ответственны за следующие
нежелательные эффекты в ИИП:



орма и величина пульсирующего напряжения отличаются от тех,
которые были бы
получены при идеальной ёмкости.



Рассчитывать ИИП труднее, потому что пульсации на выходе этих
источников являются одним из конструктивных параметров при оптимиз
а-
ции частоты переключений, длительности рабочего цикла и катушки и
н-
дуктивности.



азовая и частот
ная характеристики, определяющие стабильность
петли обратной связи, могут измениться так, что приведут к неустойчив
о-
сти из
-
за "не конденсаторного" поведения фазы на высоких частотах.



Хотя много сделано для улучшения стабилизации постоянного
напряжения в ис
точниках питания, обычно требуются стабилизированные
источники, имеющие низкое полное сопротивление для переменного в ш
и-
роком диапазоне частот. Присутствие последовательно включенных экв
и-
валентных
R

и
L

препятствует реализации этого требования.



Величину со
противления
R

определить не просто, и оно может сил
ь-
но изменяться в зависимости от качества конденсатора и со временем. Это
затрудняет производство конденсаторов в соответствии с жестко заданн
ы-
ми техническими условиями.



Высокая стоимость, свойственная ИИП
связана с использованием
конденсаторов с очень низкими значениями
R

и
L
.

Последовательное эквивалентное сопротивление
R

изменяется с те
м-
пературой, что дополнительно усложняет расчет и использование
.

Выб
ираем

выходн
ые

выпрямитель
ные диоды

U
R

≥ 1,2 PIV
S

ͳ

ʹͷ

Ͷͺ

͸Ͳ

,

где
допустимое обратное напряжение должно быть больше 0
В
.


U
R

≥ 1,2

23=28
,
7
,

35


где допустимое обратное напряжение должно быть больше 30
В
.

Допустимые токи должны быть:

I
D

≥ 3I
O
=3

3=6

-

для всех обмоток

I
D

≥ 3

0
,
04=0
,
12

Из таблицы 3.4 выбираем
MBR
20100 для 12В цепи. Для В цепи по
д-
ходит
MBR
10100.

Вычислим индуктивность выходного фильтра по следующей форм
у-
ле:

,



୅େ୑୅ଡ଼




ͳ

Ͷ

୑ ୒


,
ଵଶ


ʹͶʹ

ͳʹ

ͳ

Ͷ

ͳ

ͺ

ͷͲ

ʹͳ

ͷ

,



ʹͶʹ

ͷ

ͳ

Ͷ

ͳ

ͻͷ

ͷͲ

ͳͻ

ͺ

Индуктивности получились примерно одинаковые, поэтому примем
их
равными 22 мГн.

При выборе выходного конденсатора следует учитывать требования:

• Пульсация тока спецификация при 10 °
C
, 100 кГц д
олжен быть р
а-
вен или больше, чем
I
RIPPLE
,
где

I
RIPPLE
=3
,
3


Использовать

низкий
ESR
, электролитический конденсатор. Выход
переключения пульсации напряжения является
I
SP

=6
,
8

ESR
.


4
.
2

Входная цепь


Рисунок

4.2

-

Входная цепь


36


На рисунке

4.2

представлена типовая схема входной цепи. В нее вх
о-
дят следующие блоки, схема защиты, входной фильтр и выпрямители
VD
.
Большинство ИИП являются источниками электромагнитных помех
(ЭМП , интенсивность и спектральные характеристики которых зависят от
скорости и степени изменения тока ,конструкции помехоизлуч
ающих эл
е-
ментов, монтажа межузловых соединений и контуров заземления.

Схема защиты предназначена для предотвращения преобразователя от
перегрузок и от перенапряжения. Предохранитель
FU
1предназначен для
защиты ИИП от пожара при повреждении. Его номинал при
нимаем ра
в-
ным 1 0
-
200 от максимального среднего так ИИП и равен

3.1 А.

Выбираем входные выпрямительные диоды

U
R

≥ 1,2


ʹ




CMA

42


;




ʹ


୅୚

=1
,
5

А
.

Т
.к. мы используем 2 полупериода, получаем допустимый ток



0
,
75

Из формулы видно, что диоды
выпрямительного моста должны де
р-
жать обратное напряжение не ниже 42 В и 0
,
7 А
среднего входного тока,

так как на предприятии имеются диоды импортные 1
N
4005
,

обладающие
необходимыми параметрами, то будем использовать их.

Конденсаторы С1 и С2 служат фильтром

помехи со стороны сети п
и-
тания. Определим емкость фильтра по формуле









ఽి౉ఽ
;








ଵସ

ହ଴

ଶସଶ

Ͳ

ͳ
.

Т
ак как эти конденсаторы одинаковые выбираем 0
,
1 мк на 30В
.

Конденсатор С11 предназначен для подавления помех. Его выбор
прост "чем больше тем
лучше",но есть ограничения он может иметь ма
к-
симальную емкость 4
,
7 н . Конденсатор С11 должен подключаться как
можно ближе к трансформатору и с минимальной индуктивностью пр
о-
водника.

37


. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Параметры трансформатора рассчитанные

в работе имеют вид:

Сердечник
EFD
30
из материала
N
7, соответствующим индуктивн
о-
сти 1 0 нГн/Виток
2
(0,55)

Первичная обмотка Т1
-
2: 1 витков проводом ПЭЛШО
-
0,5.

Вторичная обмотка 12В Т7
-
: 4 витка в 2 провода ПЭВ2
-
0,5.

Вторичная обмотка 12В Т9
-
10: 4 витка в

2 провода ПЭВ2
-
0,5.

Вторичная обмотка В Т11
-
12: 2 витка провода ПЭВ2
-
0,5.

Обмотка питания Т4
-
: витков проводом ПЭВ2
-
0,125.

Первичная обмотка Т3
-
4: 1 витков проводом ПЭЛШО
-
0,5.

В данной схеме применена цепь обратной связи на элементах инт
е-
гральной мик
росхемы
TL
431

и оптопары. Резистивным делителем
R
9,
R
10

и

R
11

задается рабочая точка в диапазоне от 32, В до 7, В.

Гальваническая развязка выполнена на микросхеме
CNY

17
-
2, которая
защищает выходной сигнал от импульсных помех.

Микросхема
TOP
246
Y

имеет за
щиту от долговременного короткого
замыкания во вторичной цепи, с последующим восстановлением работ
о-
способности по устранении короткого замыкания.

Входная цепь защищает от кратковременного повышения питания
напряжения до 2 0В.





38


. ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА
РАЗРАБОТКИ


.1. Программа обеспечения качества



6.1
.
1

Определение потребителей разработки


У разрабатываемого в настоящей работе
ИИП

есть и внутренние и
внешние потребители.

Группу внутренних потребителей составляют сотрудники предпри
я-
тия, следующих спе
циальностей:



разработчики РЭА (электрические характеристики
ИИП
),



конструкторы и технологи (размер, масса, выделяемое при работе
количество тепла ,



снабженцы (доступность для приобретения комплектующих .

Группу внешних потребителей составляют:



монтажники
систем часофикации (инсталляторы ,



пользователи часов (заказчики .


6.1
.
2.

Выбор метода

выявления требований потребителя


Основными причинами создания некачественного
ИИП

являются не
только отказы элементов, но и ошибки, допущенные человеком при прои
з-
водст
ве и эксплуатации приборов. Хотя в некоторых случаях разработчик
и не отвечает формально за многие из этих причин отказов, он, как прав
и-
ло, может оказать решающее влияние на качество разрабатываемых им
приборов, если позаботиться об этом на раннем этапе пр
и проектировании
ИИП
.

Разработка технических требований к источникам питания ведется з
а-
казчиком с участием разработчика
ИИП
. При этом разработчик нередко
знает значительно больше, чем заказчик, не только о том, как выполнить
39


требования ТЗ, но и как нужно и
х сформулировать, чтобы прибор был к
а-
чественным. Поэтому разработчик
ИИП

должен не только формально, но и
по существу чувствовать

себя ответственным за качество
разрабатываем
о-
го устройства. Нередко при согласовании ТЗ возникают противоречия
между заказчико
м и разработчиком, разрешить которые можно только д
о-
стигнув взаимопонимания. Заказчик должен четко сформулировать усл
о-
вия эксплуатации
ИИП
, возможные режимы работы аппаратуры и треб
о-
вания к питающим напряжениям, их стабильности, допустимым уровням
пульсаци
и. Необоснованно завышенные требования к параметрам усло
ж-
няют электрическую схему прибора, снижают надежность
ИИП
.


6.1.
3. Требования потребителей


Все выявленные требования разбиты на три группы:



характеристики входных и выходных электрических цепей,



экс
плуатационные требования,



конструктивно
-
технологические требования.

Состав каждой из групп требование приведен в пункте …. настоящей
работы.


6.1.
4. Операциональные определения


В таблице 1 приведены операциональные (по Э. Демингу определ
е-
ния двух из
всего множества выявленных требований.






40


Таблица 1.



Измерение (Тест

Анализ (Решение

Название критерия

ормулирование
требования
(критерия

Характеристик
а качества

Ед.
изм.

Процедура
измерения
характеристики

Целевое
значение

Процедура анализа и пр
и-
нятия решения о соотве
т-
ствии/несоответствии

Операциональные определения х
арактеристики входных и выходных электрических цепей

« ормируемое
напряжение»

ИИП

должен фо
р-
мировать три в
ы-
ходные
цепи с н
о-
минальными
напряжениями п
о-
стоянного тока:
U
1
12В,

U2 12В,

U3 В

Напряжение в
выходных
цепях

В

1. На вход
ИИП

поочередно
подается напряжение 10
значений от 100В до 242 В.

2. С помощью вольтметра
измеряются напряжения в
каждой из выходных цеп
ей.

Измеряемые
значения выхо
д-
ных напряжений
отличаются от
номинальных
2%

Если все измеренные зн
а-
чения напряжения отлич
а-
ются от номинальных < 2,
то критерий выполнен.

«Нагрузочная
способность»

Выходные цепи
ИИП

должны одн
о-
временно выдерж
и-
вать нагрузку не

менее 2А каждая

Сила тока в
выходных ц
е-
пях, напряж
е-
ние в выхо
д-
ных цепях

А

1.На выходы
ИИП

подкл
ю-
чаются нагрузки, обеспеч
и-
вающие ток 2А.

2.В течение суток провер
я-
ется работоспособность
ИИП
.

Измеряемые
значения выхо
д-
ных напряжений
отличаются от
номинальных
2%

Если все измеренные зн
а-
чения напряжения отлич
а-
ются от номинальных < 2,
то критерий выполнен.

«Защита от
повышенного
напряжения»

ИИП

должен быть
защищен от кратк
о-
временного пов
ы-
шения входного
напряжения более
2 0В

Входное
напряжение

В

1.На вход
ИИП

по
дается не
фазное (220 В , а линейное
напряжение (3 0В

2.При этом на выходах
ИИП

наблюдается пульс
и-
рование выходного напр
я-
жения в пределах ном
и-
нальных значений.

3.После подачи на вход
фазного напряжения, в
ы-
Сохранение р
а-
ботоспособности
ИИП

при норм
а-
лизации входн
о-
го напряжения
после кратк
о-
срочного (н
е-
сколько минут
его повышения
выше 2 0В

Если:

1.При подаче на вход
ИИП

линейного напряжения, на
выходах наблюдается пул
ь-
сирующее в пределах но
р-
мы напряжение;

2. После подачи на

вход
фазного напряжения, в
ы-
ходные напряжения прих
о-
дят в норму;



41




Измерение (Тест

Анализ (Решение

Название критерия

ормулирование
требования
(критерия

Характеристик
а качества

Ед.
изм.

Процедура
измерения
характеристики

Целевое
значение

Процедура анализа и пр
и-
нятия решения о соотве
т-
ствии/несоответствии

ходные напряжения прих
о-
дят в норму.

то критерий выполнен.

«Защита от
короткого
замыкания»

ИИП

должен быть
защищен от долг
о-
временного коро
т-
кого замыкания в
выходных цепях

Сила тока в
выходных ц
е-
пях

А

1.На выходах
ИИП

создае
т-
ся
короткое замыкание.

2.В течение нескольких ч
а-
сов замеряется сила тока в
выходных цепях

Отсутствие тока

Если замеры в течение вс
е-
го времени наличия коро
т-
кого замыкания показыв
а-
ют отсутствие тока,
то
критерий выполнен.

Операциональные определения э
ксплуатационных требований

«Время
включения»

Время прихода
ИИП

в рабочее с
о-
стояние после
включения соста
в-
ляет не более 1 с
е-
кунды

Время выхода
ИИП

на раб
о-
чий режим

сек

1. На вход
ИИП

подается
напряжение 10 значений от
100В до 242 В.

2. При помощи секундом
е-
ра измеряется задержка п
о-
явления каждого выходного
напряжения после подачи
входного

1 секунда

Если все 30 измеренных
значений времени задержки
меньше, чем 1 секунда,
то
критерий выполнен.

«Устойчивость к
температуе
воздуха»

ИИП

работоспос
о-
бен в диапазон
е
температур окр
у-
жающего воздуха
от 0°
C

до + 0°
C
,
при относительной
влажности от 20
до 0

Температура
окружающего
воздуха

°C

1.На вход
ИИП

подается
напряжение 220В.

2.
ИИП

помещается на 2 ч
а-
са в термокамеру с темп
е-
ратурами от 0°
C

и + 0°
C

(поочередно .

3.

С помощью вольтметра
измеряются напряжения в
каждой из выходных цепей.


Измеряемые
значения выхо
д-
ных напряжений
отличаются от
номинальных
2%

Если все измеренные зн
а-
чения напряжения отлич
а-
ются от номинальных < 2,
то критерий выполнен.





42



Вывод

Разработка ИИП позволит предприятию избежать сложности поиска, п
о-
купки источника у сторонней организации. Так как этот блок является
универсальным, то может использоваться в других новых разработках
устройств на предприятии
.

Разработанный ИИП полностью соответствует техническому требованию
.
Габаритные размеры ИИП получились 220 мм в длину, 40 мм по ширине и
32 мм по высоте. КПД составил 77

,что больше чем в технических треб
о-
ваниях.























43


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В результате
данного проекта был разработан
импульсный источник
питания. А именно были разработаны:



Схема электрическая структурная Э1;



Схема электрическая функциональная Э2;



Схема электрическая принципиальная Э3.

Минимал
ьное допустимое напряжение на нагру
зке,
1
1
.5
В, 4. В

Максималь
ное напряжение на нагрузке, 12. В, . В

Максимальный ток нагрузки

на каждом выходе
,
2
А

Разработанный
импульсный
источник питания полностью удовлетв
о-
ряет техническому заданию, обладает малыми габаритами и весом
,

отн
о-
сительно
недорогой

стоимостью
. Может эксплуатироваться и использ
о-
ват
ься для питания радиоаппаратуры.






44


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1.

Балбашова Н. Б. Миниатюрные импульсные трансформаторы
на ферритовых сердечниках.


М.: Энергия, 197 .



120

с.

2.

Бамдас А. М.,
Савиновский Ю. А. Дроссели переменного тока
радиоэлектронной аппаратуры (катушки со сталью .


М.: Советское р
а-
дио, 19 9.

3.

Браун М. Источники питания. Расчёт и конструирование.: Пер.
с англ.


К.: «МК
-

Пресс», 2007.


2 с., ил.

4.

Булгаков Н. И. Расчёт транс
форматоров.
Госэнергоиздат, 19 0
.

5.

Дж. Барнс . Электронное конструирование: методы борьбы с
помехами.
Пер. с англ.


М.: Мир, 1990.



23 с., ил.

6.

Ермолин Н.П., Ваганов А.П. Расчет маломощных трансформ
а-
торов.
Госэнергоиздат, 19
7.



144 с., ил.

7.

Искусственный

интеллект. Справочник. Книга 2. Модели и м
е-
тоды./ Под ред. Профессора Д.А. Поспелова.



М.: Радио и связь,1990.

8.

Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры:
Справочник./ Г.С. Найвельт, К.Б. Мазель, Ч.И. Хусаинов и др.; Под ред.
Г.С. Найвельта.


М.: Радио и связь,19
85.



7 с., ил.

9.

Мазель К. Б. Теория и расчёт выпрямителя, работающего на
ёмкость, с учётом индуктивности рассеяния трансформатора.


М.: Го
с-
энергоиздат, 19 7.



40 с.

10.

Митрофанов А.В., Щеголев А.И. Импульсные источники вт
о-
ричного элект
ропитания в бытовой аппаратуре.


М.: Радио и связь,19 .



72 с., ил.

11.

Мэк Р. Импульсные источники питания. Теоретические основы
проектирования и руководство по практическому применению./Пер. с
англ.


М.: Издательский дом "ДОДЕКА
-
ХХ
I
", 2008.



272 с., ил.

12.

Стародубцев Ю.Н. Теория и расчет трансформаторов малой
мощности.


М.: ИП РадиоСофт,200 .



320 с., ил.



45


13.

Хоровиц П., Хилл У. Искуствосхемотехники.


М.: Мир, 19 4.

14.

https
://
ac
-
dc
.
power
.
com
/
design
-
support
/
product
-
documents
/
application
-
notes
/
an
-
32
-
topswitch
-
gx
-
flyback
-
design
/

15.

http
://
pdf
1.
.
com
/
-
pdf
/
view
/34956/
POWERINT
/
TOP
246
Y
.
html

16.

http
://
www
.
.
com
/
view
.
jsp
?
Searchword
=
TL
431

17.

http
://
www
.
.
com
/
datasheets
_
pdf
/
C
/
N
/
Y
/1/
CNY
17
-
2.
shtml

18.

http
://
www
.
.
com
/
-
pdf
/
pdf
/3134/
MOTOROLA
/
MBR
20100
CT
.
html

19.

http
://
www
.
.
com
/
datasheets
_
pdf
/
M
/
B
/
R
/1/
MBR
10
100
CT
.
shtml

20.

http
://
www
.
.
com
/
-
pdf
/
pdf
/160917/
BOURNS
/
RLB
0914
-
102
KL
.
html

21.

http
://
www
.
buy
4
semi
.
com
/
search
.
php
?
sWord
=
PLA
10
AS
1


46




Приложенные файлы

  • pdf 8507049
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий