Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

кафедра САПР

Пояснительная записка

к курсовому проекту

«Проектирование интегрального стабилизатора

постоянного напряжения»

вариант 1

Выполнил

ст.гр.3371

Артемьев Ю.Г.

Преподаватель:

Соколов Ю.М.

Санкт Петербург

2005

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………………………………….3

Техническое задание………………………………………..………………………………………………3

1. Общие сведения об ИВЭП…..……………………….…………………………….…………………..4

2. Стабилизаторы постоянного напряжения и их параметры…………………………………….……6

3. Проектирование ИСН на уровне инженерного синтеза схемы

   1. Выбор функциональной схемы ИСН………………………………………………………….…9

   2. Выбор основных функциональных узлов ИСН

1. Регулирующий элемент………………………………………………………………..…11

2. Источник опорного напряжения…………………………………………………………12

3. Дифференциальный усилитель сигнала рассогласования……………………………..13

4. Проектирование ИСН на уровне принципиального расчета

функциональной схемы

1. Выбор начального варианта схемы и его анализ………………………………………………14

2. Корректировка принципиальной схемы, расчет цепей защиты………………………………16

3. Расчет статического режима принципиальной схемы…..………….........................................18

Заключение.

Список литературы……………………………………………………………………..…………………19

Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование интегрального стабилизатора напряжения (далее ИСН) для источников вторичного электропитания (далее ИВЭП).

Вообще, ИСН представляет собой функционально законченную трехвыводную интегральную микросхему, целиком и полностью реализованную в одном кристалле кремния, размером примерно 1 кв.мм. Все элементы схемы – фрагменты этого кристалла, – которые вычленить и рассмотреть по отдельности можно только абстрактно.

Техническое задание

Параметры	Обозначение	Значение
Номинальное выходное напряжение	Uвых, В	15
Максимально допустимый ток нагрузки	Iн.max, А	1
Падение напряжения вход-выход	Uвх-вых, В	не более 3
Диапазон допустимых входных напряжений	Uвх.min, В	18
	Uвх.max, В	30
Ток потребления в режиме холостого хода	Iпотр, мА	не более 10
Коэффициент стабилизации	Kст	не менее 10^4
Выходное сопротивление	Rвых, Ом	не более 0.001
Относительная температурная нестабильность выходного напряжения	%/ C	не более 0.01
Коэффициент сглаживания пульсаций	дБ	не менее 60
Диапазон рабочих температур	C	-10…+70

1. Общие сведения об источниках вторичного электропитания ивэп.

ИВЭП, как правило, преобразуют напряжение сети переменное нестабилизированное Uс = 220 В ± 10% с частотой fс = 50 Гц в напряжение с малой пульсацией Uвых = 15 В ± 0.1%.

Это обусловлено тем, что большинство электронных устройств и приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения.

Традиционная структура ИВЭП.

1. силовой понижающий трансформатор, преобразующий высоковольтное переменное напряжение в низковольтное переменное напряжение;

2. выпрямитель и фильтр, преобразующие низковольтное переменное напряжение в низковольтное постоянное напряжение со сравнительно большой пульсацией.

3. – стабилизатор постоянного напряжения, стабилизирующий выходное напряжение при изменении напряжения сети и тока нагрузки ИВЭП.

Основной недостаток  большие габариты и вес силового понижающего трансформатора, что обусловлено его работой на низкой частоте (50 Гц)

От этого недостатка свободна другая структура ИВЭП (перспективная):

1 – входной выпрямитель и фильтр (например, диодный мостик с конденсатором на выходе). Преобразует высокое переменное напряжение в высокое постоянное напряжение с некоторой пульсацией.

2 – преобразователь напряжения. Преобразует высокое постоянное напряжение

200-300 В в низкое переменное напряжение, как правило, сигнал периодический прямоугольной формы.

3 – выходной выпрямитель и фильтр.

4 – выходной стабилизатор (во многих случаях интегральный). Используется для уменьшения выходного сопротивления.

Иногда преобразователь напряжения выполняет и функцию стабилизации напряжения. В перспективной структуре также имеется силовой понижающий трансформатор (преобразователь напряжения), но он работает на частоте коммутации fk в сотни и тысячи раз большей частоты сети (fk мы выбираем сами), поэтому силовой трансформатор в перспективной структуре ИВЭП будет иметь в десятки раз меньшие массогабаритные характеристики по сравнению с традиционной структурой ИВЭП. Таким образом, двойное преобразование напряжения из переменного в постоянное в перспективной структуре необходимо для того, чтобы силовой понижающий трансформатор работал на высокой частоте коммутации fk. При этом весь ИВЭП имеет малые габариты и вес.

2. Стабилизаторы постоянного напряжения (спн) и их параметры.

СПН – электронное устройство, стабилизирующее напряжение Uвых при изменении в широких пределах входного напряжения Uвх и тока нагрузки Iн.

Uвх и Uвых оба постоянные, т.е. не меняют свой знак, только Uвх нестабильное, а Uвых – стабильное. Нестабильность Uвх в основном обусловлена нестабильностью сети (±10 %), а нестабильность тока нагрузки Iн обусловлена изменением нагрузки Rн в процессе эксплуатации электронного устройства, подключенного к выходу стабилизатора. Стабилизатор должен поддерживать выходное напряжение с заданной точностью при изменении тока нагрузки Iн от 0 до Iн.макс.,

где Iн.макс., А – максимальный ток нагрузки.

Кст – коэффициент стабилизации.

Если рассматривать стабилизатор, как четырехполюсник, то Ku – коэффициент передачи по напряжению.

Rвых – выходное сопротивление стабилизатора.

α_T – [ %/C ] – относительная температурная нестабильность выходного напряжения.

Параметры идеального стабилизатора.

Uвых -> const

Iн.макс. -> ∞

Kст -> ∞

Ku -> 0

В плане параметров Kст и Ku стабилизатор дуален усилителю. Усилитель (идеальный) действительно должен увеличивать входной сигнал, а идеальный стабилизатор напряжения должен ослаблять сигнал, воспринимая его как нестабильность. В плане параметра Rвых идеальный стабилизатор напряжения дуален идеальному стабилизатору тока, для которого Rвых -> ∞, aT -> 0.

СН подразделяются на:

1. параметрические (η=0,2-0,4; I_н.макс=10-100 мА): Их действие основано на нелинейности кремниевых стабилитронов или диодов.

2. компенсационные непрерывные (η=0,6-0,8; I_н.макс= сотни мА) : Их действие основано на общей отрицательной обратной связи (ООС), стабилизирующей напряжение на выходе СН. Регулирующий элемент (РЭ) в этих СН работает в непрерывном (активном) режиме, поэтому на нем рассеивается достаточно большая мощность.

3. импульсные (η=0,9-0,97; I_н.макс= единицы-десятки мА): В этих СН РЭ работает в ключевом режиме, поэтому на нем рассеивается небольшая мощность. Напряжение на выходе поддерживается постоянным за счет вариации относительной длительности включения и отключения состояния РЭ.