Расчет блока питания
 |
|---|
Иногда возникает необходимость изготовления и расчета собственного блока питания по своим параметрам. И в большинстве случаев достаточно воспользоваться простыми практически пригодными расчетами.
Расчет выпрямителя
Основа выпрямительного устройства - это выпрямительные диоды и сглаживающий конденсатор (фильтр). Исходными данными для расчета выпрямителя служат требуемое напряжение на нагрузке Uн и потребляемый ею максимальный ток Iн. Расчет ведут поэтапно.
1)Во-первых, необходимо определить выходное напряжение, которое должно быть на вторичной обмотке выбранного или рассчитанного нами понижающего трансформатора. Вычисляется оно с применением таблицы, показанной ниже и формулы U2 = B*Uн, где В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки, а Uн - постоянное напряжение на нагрузке.
табл.1
| Коэффициент | Ток нагрузки, А |
|||||
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
|
В |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,5 |
1,7 |
С |
2,4 |
2,2 |
2,0 |
1,9 |
1,8 |
1,8 |
2)Во-вторых, по току нагрузки определяют максимальный ток через каждый диод выпрямительного моста, а именно Iд = 0,5С*Iн, где Iд - ток, протекающий через диод в амперах (А), С - коэффициент, определяемый током нагрузки согласно табл.1.
3)В-третьих, высчитывают обратное напряжение, под которым будет находится каждый диод выпрямителя по формуле Uобр = 1,5Uн, где Uобр - обратное напряжение в Вольтах (В), Uн - напряжение на нагрузке в вольтах (В).
4)В-четвертых, подбирают диоды согласно расчетных значений выпрямленного тока, который будет протекать через диод и обратного напряжения. Справочные значения данных величин должны быть у выбранных диодов не менее расчетных значений, вычисленных по вышеприведенным формулам.
5)И в-пятых, определяют емкость сглаживающего конденсатора (сглаживающего фильтра): Сф = 3200*Iн/Uн*Кп, где Сф - емкость конденсатора в мкФ, Iн - максимальный ток нагрузки, Uн - напряжение на нагрузке, Кп - коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения (отношение амплитудного значения переменной составляющей частотой 100Гц к среднему значению выпрямленного напряжения).
Для различных нагрузок коэффициент пульсаций не должен превышать определенного значения, иначе, скажем, в динамике или наушниках будет прослушиваться фон переменного тока. Обычная рекомендуемая величина - это диапазон от 0,01 до 0,0001.
Расчет трансформатора питания
Теперь, зная напряжение на вторичной обмотке трансфоорматора и максимальный ток нагрузки, рассчитывают сам трансформатор:
1)Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку по формуле I2 = 1,5Iн, где I2 - ток вторичной обмотки трансформатора, Iн - максимальный ток нагрузки. Все величины в Амперах.
2)Находят мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора: Р2 = U2*I2, где Р2 - максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора в Ваттах, U2 - напряжение на вторичной обмотке (В), I2 - максимальный ток через вторичную обмотку (А).
3)Рассчитывают мощность трансформатора: Ртр = 1,25*Р2, где Ртр - мощность трансформатора, Р2 - максимальная мощность, потребляемая выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора (Вт).
4)Находят значение тока, протекающего в первичной обмотке: I1 = Ртр/U1, где Ртр - рассчитанная выше мощность транформатора, U1 - сетевое напряжение.
5)Рассчитывают необходимую площадь сечения сердечникка магнитопровода:
где S - сечение сердечника магнитопровода в квадратных сантиметрах, см².
6)Определяют число витков сетевой (первичной) обмотки как w1 = 50*U1/S, где U1 - напряжение сетевой обмотки, S - сечение магнитопровода, см².
7)Определяют число витков вторичной обмотки как w2 = U2/S, где U2 - напряжение на вторичной обмотке.
8)Определяют диаметры проводов обмоток трансформатора в квадратных миллиметрах, мм²:
где d1 и d2 - рассчитываемый диаметр провода первичной и вторичной обмоток соответственно, а I1 и I2 - рассчитанные ранее токи первичной и вторичной обмоток соответственно. Для некоторых расчетных токов при определении диаметра провода первичной и вторичной обмоток можно воспользоваться готовой таблицей:
|
|
| Iобм | ≤25 |
25...60 |
60...100 |
100...160 |
160...250 |
250...400 |
400...700 |
700...1000 |
| d,мм | 0,1 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
Если вы сможете найти старые завалявшиеся трансформаторы советской промышленности из серии ТВК, то можно приспособить и их. Некоторые их параметры приведены в табл., которая, возможно, окажется полезной.
| Трансформатор | выпрямленное напряжение при токе нагрузки, А |
||||
0 |
0,3 |
0,5 |
0,8 |
1,0 |
|
| ТВК-70Л2 | 14 |
11,5 |
10,5 |
9 |
8 |
| ТВК-110Л1 | 28 |
26 |
25 |
24 |
23 |
| ТВК-110Л2, ТВК-110ЛМ |
17 |
15 |
14 |
13,5 |
12,5 |
Расчет стабилизатора напряжения
Для получения более постоянного напряжения на нагрузке при изменении потребляемого тока выход выпрямителя можно дополнить простой схемой стабилизатора, выполненного на стабилитроне и транзисторе. Расчет удобнее вести в следующем направлении:
1) Определяем необходимое для работы стабилизатора входное напряжение Uвып при заданном выходном Uн:
Uвып = Uн + 3
Цифра 3 взята для учета потери напряжения на переходе коллектор-эмиттер при наихудших условиях и параметрах в расчете на использование как кремниевых так и германиевых транзисторов. При подключении к готовому или уже рассчитанному выпрямителю, в дальнейших расчетах надо использовать реальное значение выпрямленного напряжения Uвып.
2) Рассчитываем максимально рассеиваемую транзистором мощность:
Рмакс = 1,3*(Uвып - Uн)*Iн
3)Выбираем регулирующий транзистор. Его предельно допустимая рассеиваемая должна быть больше значения Рмакс, предельно допустимое напряжение между эмиттером и коллектором - больше Uвып, а максимально допустимый ток коллктора - больше Iн.
читать далее...
4) Определяем максимальный ток тазы регулирующего транзистора: Iб.макс = Iн/h21э мин где h21э мин - минимальный коэффициент передачи тока выбранного (по справочнику) транзистора. 5) Подбираем стабилитрон. Его напряжение стабилизации должно быть равно выходному напряжению стабилизатора, а значение максимального тока стабилизации превышать максимальный ток базы Iб.макс. 6) Подсчитываем сопротивление резистора R1: R1 = (Uвып - Uст)/(Iб.макс + Iст.мин) Здесь Uст - напряжение стабилизации стабилитрона, Iб.макс - вычисленное значение максимального тока базы транзистора, Iст.мин - минимальный ток стабилизации для данного стабилитрона, указанный в справочнике (обычно 3...5мА). 7) Определяем мощность рассеяния резистора R1: Ррас. = (Uвып - Uст)²/ R1
|
Может случиться, что маломощный стабилитрон не подойдет по максимальному току стабилизации и придется выбирать стабилитрон значительно болльшей емкости - такое случается при больших токах потребления и использовании транзистора с малым коэффициентом h21э. В таком случае целесообразно ввести в стабилизхатор дополнительный транзистор Vдоп малой мощности , который позволит снизить максимальный ток нагрузки для стабилитрона примерно в h21э раз и применить маломощный стабилитрон. |