4. Источники питания.

Э лектропитание большинства электронных схем осуществляется от стабилизированных источников питания постоянного напряжения в пределах от 5 до 25 вольт. Как правило, такие источники содержат: трансформатор, диодный выпрямитель, емкостный фильтр и интегральный стабилизатор

Рис. 8 Структурная схема источника питания

Перечень элементов использованных в схеме:

Таблица 28

Элемент	Количество	Icc, мА
К155ЛА3	10	22
КР1533ТМ8	1	8
КР1531КП7	5	14
ЗЛ336Б	9	20

В качестве исходных данных для расчёта источника питания принимаются напряжение и ток нагрузки, а так же значение напряжения питающей сети и его колебания.

Исходя из серии элементов выбираем напряжение нагрузки – U_p=5В.

Найдём ток нагрузки:

(3)

A

Напряжение питающей сети – переменное 220 В, которое может изменятся в пределах 15%.

Найдём мощность потребляемую каждым элементом по формуле:

(4),

где U_p – напряжение питания, I_cc – ток потребления

Таблица 29

Элемент	Потребляемая мощность
К155ЛА3	0,11 Вт
КР1533ТМ8	0,04 Вт
КР1531КП7	0,105 Вт
ЗЛ336Б	0,1 Вт

Минимальное падение напряжение на стабилизаторе – U_C=4 В. Тогда

минимальное напряжение на выходе выпрямителя с фильтром при минимальном напряжении первичной сети:

(5)

В

При максимальном напряжении в первичной сети (колебания 15%):

(6)

В этом случае на падение напряжения на стабилизаторе будет:

(7)

В

Нормальном напряжение сети:

(8)

В

Падение напряжения на стабилизаторе при нормальном напряжении в сети:

(9)

В

Так как в качестве выпрямителя будем использовать мостовую схему, то на диодах будет теряться порядка 1В. Это нужно учесть при расчёте трансформатора. Номинальное действующее напряжение и максимальный действующий ток на вторичной обмотке трансформатора:

(10)

В

(11)

А 5.1 Выбор трансформатора.

Выбор трансформатора для источника питания – задача, не допускающая небрежности. Недогруженный трансформатор – это излишняя масса и большие размеры, ещё хуже перегруженный, нагревающийся трансформатор, неспособный отдавать необходимую пиковую мощность или пиковый ток в обмотках.

Прежде всего, необходимо оценить полная мощность всех вторичных обмоток:

(12),

где n_i число элементов.

Вт

Мощность трансформатора P_тр рекомендуется брать на 40% больше при P_<10 Вт. Это связанно с тем, что чем меньше КПД трансформатора и, как правило, меньше его габаритные размеры и тем легче должен быть его температурный режим.

(13)

Вт

Определив мощность трансформатора P_тр, можно найти суммарное поперечное сечение пластин сердечника:

(14),

где B – допускаемая индукция, Тл: f_c – частота питающей сети. При частоте питающей сети f_c=50 Гц обычное значение В=1,2 Тл.

мм²

Истинное сечение сердечника будет выше S_C,ЭФФ, так как для предупреждения потерь на вихревые пластины покрыты изолирующим слоем. Коэффициент заполнения сечения сталью k_з от толщины пластин _пл:

(15)

_пл примем 0,25 мм.

мм

Истинное сечение сердечника:

(16)

мм

По значению S_C выбирается сердечник, причём желательно с сечением как можно более близким к квадрату и во всяком случае отношение сторон должно быть в пределах 0,5-2.

Теперь определяются параметры трансформатора.

Число витков на 1 В падения напряжения на обмотке:

(17)

Число витков в обмотках:

Для первичной обмотки:

(18),

где U_C.ЭФФ – действующее напряжение цепи. U_C.ЭФФ=220В.

Для вторичной обмотки:

(19),

где U₂ – действующее напряжения вторичной обмотки.

В (19) учитывается, что под нагрузкой падение напряжение на вторичной обмотке составит около 10% напряжения холостого хода.

Диаметр проводов вторичных обмоток:

(20),

где I_{ЭФФОБММАКС} – максимальный действующий ток обмотки.

мм

Формула (12) предполагает относительно малую плотность тока – примерно 2,7 А/мм², при этом омический нагрев трансформатора будет минимальным.

Для первичной обмотки диаметр провода берут с запасом:

(21)

мм

Важное конструктивное замечание: чем более число витков у обмотки, тем ближе к сердечнику её следует наматывать. Кроме того, всегда следует предусматривать экран с отдельным заземлённым выводом, отделяющим первичную сетевую обмотку от вторичных обмоток. Этот экран выполняется из металлической изолированной (лакированной) фольги. Желательно выносить клеммы сетевой и вторичной обмоток по разные стороны каркаса. При выборе по каталогам сердечника и марок провода берутся ближайшие сечения по отношению к расчётным.