Пример расчета

Дано:

f_c = 50 Гц – частота сетевого напряжения;

p < 0,19 – коэффициент пульсации после сглаживающего фильтра;

_ΔU₁ = _ΔU₂ = 7 В – разброс напряжения на входе выпрямителя (колебания питающего напряжения)

U_н = 22 В

I_н = 20 мА

Рис.1 Принципиальная схема ИВЭ

Цель расчета: при заданных параметрах обеспечить стабилизацию напряжения на нагрузочном устройстве.

РЕШЕНИЕ

Из практики известно, что напряжение U₂ = (1.5÷2)∙U_н. Следовательно, можем найти напряжение на входе стабилизатора:

U₂ = 2∙U_н = 2∙22 = 44 В

Так как напряжение подается не постоянное, то находим U_2min и U_2max по формулам:

U_2min = U₂-_ΔU₂-p_ΔU₂ = 44 – 7 – 0,19∙7 = 35,67 В

U_2max = U₂+_ΔU₂+p_ΔU₂ = 44 + 7 + 0,19∙7 = 52,33 В

Рис. 2 Схема параметрического стабилизатора напряжения.

Для ограничения тока через стабилитрон ставим Rбал. Составим систему уравнений Кирхгофа:

- по I закону Кирхгофа

(1)

- по II закону Кирхгофа, для контура 2

- по II закону Кирхгофа, для контура 1

Для определения R_бал мы должны знать I_{ст min}, I _{ст min} ≤ (10-15)%* I_н

I_стmin≤0.01*20 мA=2мA.

Стабилитроны имеют номиналы токов I _{ст min} : 0.1, 0.25, 0.5, 1, 3, 5, 10 мА, поэтому выбираем

I _{ст min}=1 мА

Рассчитываем балластное сопротивление

Для выбора стабилитрона необходимо знать два основных параметра:

напряжение стабилизации U_ст и

максимальный ток стабилизации – I_ст.max:

U_ст = U_н = 22 В

Ток предельно допустимый выбирается с запасом:

где 1,3 – коэффициент запаса

Выбираем стабилитрон типа 2С522А и выписываем параметры этого стабилитрона:

I_cт.min = 1 мА

I_cт.max = 37 мА

U_ст.min = 19,8 В

U_ст = 22 В

U_ст.max = 24,2 В

R_диф = 25 Ом

Определим номинальное значение тока стабилизации I_ст, которое соответствует U_ст

U_ст = U_cт.р.т., то

Графический метод расчета стабилизатора

Алгоритм расчета:

1). Стоим ВАХ стабилитрона.

Для этого отмечаем характерные точки стабилитрона:

А – (U_ст.min; I_cт.min);

B – (U_ст.max; I_cт.max).

(Если используются 2 стабилитрона или более, то строим суммарную ВАХ двух или более стабилитронов).

2) Строим ВАХ R_н, так как R_н соединен со стабилитроном параллельно, то ВАХ Rн будет иметь вид прямой проходящей из 0 и точки (U_н; I_н).

3) Теперь строим суммарную ВАХ (стабилитрон + R_н)

4) Построим «опрокинутую» ВАХ Rбал, ВАХ строится по точкам из уравнения:

U_2min=U_стmin + I₂R_бал

- первая точка хх: I₂=0, т.е. U_ст=U_2мин

- вторая точка А^I

проведем прямую через точки U_2min и точку А^I суммарной ВАХ до пересечения с осью тока получим Iкз и рассчитаем балластное сопротивление.

Порядок построения

Рис. Графический расчет стабилизатора.

Рассчитанные R_бал аналитическое и графическое могут не совпасть, возможны ошибки связанные с:

1. округлениями;

2. неточностями графического метода.

Но ошибка не должна превышать 25%.

В нашем случае ошибка составляет 4,5%.

При определении номинала сопротивления резистора значение выбирают в меньшую сторону. Из ряда Е-24 ГОСТ 2825-67, выбираем номинал сопротивления 600 Ом тип ОПВ (см. учебник под ред. Герасимова книга 3, стр. 416)

Рассчитываем мощность, рассеивающуюся на резисторе:

Мощность выбирается в соответствии с ГОСТ 24013-80

Выбираем резистор: ОПВ-5Вт-680Е

Коэффициент стабилизации

∆Uвых=23-20=3В

РАСЧЕТ СГЛАЖИВАЮЩЕГО ФИЛЬТРА

Рис. Схема стабилизатора со сглаживающим фильтром.

Рассчитываем С_ф для наихудшего случая:

Обозначим сопротивление нагрузки для фильтра через R_н.общ, найдем его

Теперь зная R_н.общ может найти емкость фильтра по формуле (для однополупериодного выпрямителя):

Выбираем конденсатор.

Конденсатор выбирается по его рабочему напряжению:

U_раб ≥ (1,3-2)∙U₂ =2 ∙44 = 88 В, где от 1,3 до 2 – коэффициент запаса.

Определив параметры конденсатора, выбирается его тип по справочнику, номинал из ряда Е24 (см. учебник под ред. Герасимова книга 3, стр. 421)

или специального справочника.

Так как С_ф≥74 мкФ и U_раб≥88 В, то по справочнику выбираем конденсатор типа К50 с номинальными параметрами

С = 100мкФ и U_раб = 100 В.

Находим коэффициент сглаживания фильтра: см лекции.

РАСЧЕТ ВЫПРЯМИТЕЛЯ

I_{пр д} =I_н.ср = I_2.max для наихудшего случая (для однополупериодного выпрямителя)!

I_2max = 57мА

Для определения необходимого выпрямительного диода нужно рассчитать два основных параметра:

1. прямой постоянный ток – I_пр.max

2. обратное максимальное напряжение – U_обр.max

для их определения воспользуемся формулами для однополупериодного выпрямителя:

I_{пр.max.доп} ≥ (1,3 ÷ 2)I_н.ср

U_{обр.max.доп} ≥ (1,3 ÷ 2)2∙√2∙U₂

где: I_н.ср = I_2.max

I_{пр.max.доп} ≥ 1,3∙57 = 74 мА

U_{обр.max.доп} ≥ 2∙ 2∙√2∙44 = 248 В

По справочнику выбираем выпрямительный диод типа КД102А с характеристиками

I_{пр.max.доп} =100 мА;

U_{обр.max.доп} = 250 В

Рассчитываем амплитудное значение напряжения U₁:

U₁=U_2max= √2∙U₂= √2∙44 =62,22 B

СПЕЦИФИКАЦИЯ

№	Наименование	Обозначение	Тип	Количество	Примечание
1	Диод выпрямительный	VD1	КД102А	1
2	Конденсатор	C1	К50	1
3	Резистор	Rбал	ОПВ-2-620Е	1
4	Стабилитрон	VD	2С522	1