2.9 Выбор емкостей с3–с7

Конденсатор С6 повышает устойчивость работы стабилизатора за счет уменьшения коэффициента усиления дифференциального каскада VT4, VT5 (A1) на высоких частотах. В /5/ рекомендуется выбрать конденсатор типа КМ-6 С6=0,15 мкФ, номинальное напряжение 25 В, группа ТКЕ – Н30 (рис. 13)

Рис. 13. Конденсатор типа КМ-6

Выходной конденсатор фильтра С7 обеспечивает устойчивость при импульсном напряжении тока нагрузки и снижает уровень пульсаций. Входные конденсаторы С3, С5 необходимо включить для устранения генерации при скачкообразном изменении входного напряжения. Генерация входного напряжения может возникать из-за влияния паразитных индуктивности и емкости соединительных проводов с источником питания. Эти емкости рекомендуется /6/ рассчитать из соотношений

(2.29)

где I_H – ток нагрузки в амперах; I_П – ток, потребляемый от источника питания U_П в амперах; I_Д – ток источника питания U_Д в амперах.

В нашем случае С70,25·4=1 мкФ, С30,04·4=0,16 мкФ, С50,04·4/20=0,008 мкФ. Выберем керамические конденсаторы типа К10–47: С7=0,5 мкФ, номинальное напряжение 50 В, группа ТКЕ – Н30; С3=0,1 мкФ, 50 В, Н30; С5=0,1 мкФ, 50 В, Н30 (рис. 14).

Рис. 14. Конденсатор типа К10-47

Конденсатор С4 шунтирует выход опорного напряжения от наводок и помех со стороны других элементов схемы. Выбираем из /2/ конденсатор типа КМ–6, С4=0,1 мкФ, 50 В, группа ТКЕ – М750 (рис. 13).

2.10 Выбор резистора r1

Резистор R1 ограничивает ток внешнего выключающего сигнала U_У. Рекомендуемый ток управления 0,5…3 мА, откуда

(2.30)

Полагаем минимальное напряжение управления U_У=5В, тогда R1=5/0,5=10 кОм. Выбираем резистор типа С2–33, 10 кОм, 0,25 Вт (рис. 7).

3. Расчет выпрямителя и сглаживающего фильтра

3.1 Расчет сглаживающего фильтра

Наиболее широкое применение в источниках питания нашли фильтры, состоящие из одной емкости С–фильтры, из сопротивления и емкости RC–фильтры, из индуктивности и емкости LC–фильтры. Чисто емкостные фильтры и RC–фильтры применяют обычно при сравнительно малых токах – не более 2…3 А /5, 6/. При больших токах часто применяют LC–фильтры, причем они могут быть однозвенные или двухзвенные. Исходными данными для расчета фильтра являются амплитуда пульсаций на входе и выходе фильтра, частота пульсаций, напряжение и ток нагрузки для фильтра.

Требуемый коэффициент сглаживания фильтра определяется как

(3.1)

где U_BU_B – амплитуда пульсаций выпрямленного напряжения; U_ПU_П – амплитуда пульсаций выходного напряжения фильтра (на клеммах питания стабилизатора). Для LC–фильтров падение постоянной составляющей напряжения на фильтре невелико, поэтому можно принять U_B=U_П, тогда

(3.2)

Коэффициент пульсаций U_B определяется схемой выпрямителя. В нашем примере задана двухфазная сеть 220 В. Выберем схему выпрямителя с нулевой точкой /6/. На рис.15 приведена полная схема питания проектируемого стабилизатора. Выпрямитель VD1–VD2 обеспечивает питание силовых цепей стабилизатора U_П. Два комплекта вторичных обмоток трансформатора W2.1-W2.2 и W2.3-W2.4, имеющие общую точку, и переключатель S1 предназначены для изменения напряжения при переключении диапазонов регулирования. Выпрямитель VD3–VD4 обеспечивает формирование дополнительного питающего напряжения U_Д. Для сглаживания пульсаций питающих напряжений выбраны однозвенные LC–фильтры.

Рис. 15. Схема питания стабилизатора

Известно, что коэффициент пульсаций для выбранной схемы выпрямления составляет U_B=0,67 /6/. Отсюда требуемый коэффициент сглаживания g=0,67/0,04=16,75. В выбранной схеме выпрямителя целесообразно использовать однозвенный фильтр. Для обеспечения требуемого коэффициента сглаживания необходимо выполнить условие /5/,

(3.3)

где L_ФС_Ф – индуктивность и емкость фильтра; m – число пульсаций выпрямленного напряжения за период (m=2); f_C – частота сети (50 Гц).

Минимальное значение индуктивности фильтра находится согласно /6/

(3.4)

где U_0X – выпрямленное напряжение в режиме холостого хода; I_Hmin – минимальный ток нагрузки для фильтра, принимаем I_Hmin=0,4I_H.

Пока не выбраны силовой трансформатор и диоды выпрямителя принимаем U_0X=1,2U₀, где U₀ – номинальное выпрямленное напряжение. Для основного и дополнительного источника питания, с учетом допустимого увеличения напряжения сети, номинальные выпрямленные напряжения находятся как

(3.5)

В рассматриваемом примере имеем U_0П=32,25·1,1=35,48 В. Откуда L_1min=2·1,2·35,458/(2·3·3,14·50·1,6)=56,5 мГн. Выбираем сглаживающий дроссель L1=57 мГн, на ток 5 А. Из (32) имеем L₁C₁44,3·10^–6 Гн·Ф, откуда требуемое значение емкости фильтра C10,78·10^–3 Ф. Выбираем в качестве С1 электролитический конденсатор типа К50–24, 2200 мкФ, 50 В, +80% –20% ОЖО.464.120 ТУ.

При включении питания и сбросе нагрузки за счет колебательных процессов на выходе LC–фильтра возникает перенапряжение. Необходимо обеспечить, чтобы перенапряжение не превысило допустимое для стабилизатора значение. Согласно /6/ перенапряжение при сбросе нагрузки оценивается выражением

(3.6)

В нашем варианте U_Cm=[5,65/2,2+35,48]^1/2=39,8 В, меньше допустимого значения напряжения на входе стабилизатора. При включении выпрямителя напряжение на конденсаторе может достигать

(3.7)

где U_Cm – относительное изменение напряжения на конденсаторе фильтра, определяется из графика /1/ в зависимости от коэффициента затухания фильтра (рис. 16).

Рис. 16. Зависимость относительного изменения напряжения от коэфф. затухания

(3.8)

где _Ф – коэффициент затухания фильтра; R_B – суммарное внутреннее сопротивление трансформатора, выпрямителя и фильтра; _Ф=(L_Ф/С_Ф)^1/2 – волновое сопротивление фильтра.

Поскольку пока не известны параметры выпрямителя и трансформатора, можно принять R_B=0,2R_Н. Для рассматриваемого варианта R_Н=8,06 Ом, R_B=0,2R_Н=1,61 Ом, _Ф=(56,5/2,2)^1/2=5,06 Ом, откуда _Ф=0,5·(1,61/5,06+5,06/1,61)/(1+0,2)^1/2=1,57. Из графика /1/ (рис. 16) находим U_Cm=0. Согласно (3.7) имеем U_Cm=32,25*1=32,25 В. При включении выпрямителя, работающего на LC–фильтре ток через диоды выпрямителя также превышает свое установившееся значение и находится как

(3.9)

где I_B – определяют по графику /1/ в зависимости от соотношений R_B/R_H и _Ф/R_H.

Для нашего примера по графику находим I_B=3 откуда I_Bm=4·(1+3)=16 А. При выборе диодов выпрямителя необходимо, чтобы они выдерживали однократный ударный ток 16 А.

Для дополнительного источника питания имеем U_0Д=9,74·1,1=10,7 В. L_2min=2·1,2·10,7/(2·3·3,14·50·0,15) 180 мГн. Выбираем сглаживающий дроссель L₂=180 мГн, на ток 0,5 А. Из (3.4) имеем L₂C₇44,3·10^–6 Гн·Ф, откуда требуемое значение емкости фильтра C₇0,24·10^–3 Ф. Выбираем в качестве С₇ электролитический конденсатор типа К50–24, 1000 мкФ, 25 В, +80% –20% ОЖО.464.120 ТУ. При выборе диодов выпрямителя дополнительного источника питания необходимо, чтобы они выдерживали однократный ударный ток 2,75 А.