Курсовая работа: Понижающий импульсный преобразователь

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………. 6

Глава 1. Импульсный блок питания и его отличие от блока питания
непрерывного действия……………………………………………………………………………. 8

1.1. Импульсный блок питания …………………………..……..……...….…………....….... 8

1.2. Достоинства импульсного блока питания …………..…………….…………………… 8

1.3. Недостатки импульсного блока питания ………………………….………………..… 10

1.4. Принцип работы импульсного источника питания ………………….….…………… 10

Глава 2. Понижающий импульсный преобразователь………………………...…..…….…....... 19

2.1. Принцип работы понижающего импульсного преобразователя ……………………. 19

2.2. Схема понижающего ППН на отечественных серийных микросхемах …………….. 22

2.3. Особенности микросхемы К1156ЕУ3…………………………….….…..…………… 24

2.4. Электрические параметры микросхемы К1156ЕУ3……………….………..………... 26

2.5. Габаритные чертежи корпуса микросхемы К1156ЕУ3…………...….…...…………. 29

2.6 Отечественные микросхемы ……………………………………………………………..30

Глава 3. Описание работы понижающего преобразователя…………………..………………...35

3.1. Описание работы силовой части преобразователя…………………………………... 35

3.2. Управление на микросхеме UC3842………………………………….………………...36

Глава 4. Расчет силовой части и синтез систем управления преобразователя………………..41

4.1. Расчет силовой части преобразователя………………………………………………..41

4.2. Результаты расчетов силовой части преобразователя………………………………...52

Глава 5. Компьютерное моделирование преобразователя……………………………………...56

5.1. Simulink-модель понижающего преобразователя ……………………………………..56

5.2. Результаты моделирования понижающего преобразователя …………………………56

Заключение ……………………………………………………………..….…………...…....…….60

Список литературы …………….………………….……………….…..………………….…....…61

Введение

После широкой популярности источников питания с наличием выпрямителей, трансформаторов и емкостных фильтров, на их замену пришли устройства с использованием импульсных стабилизаторов. Предпосылками этому были характеристики трансформаторов с высокими частотами. А именно: небольшие размеры, маленькие траты на материал, что приводило к минимальным ценам на их производство. Так же можно выделить ещё один большой плюс этих схем с трансформатором, в крупных промышленных размерах, они при частотах в сети равным 50-60 Гц несложны и стойки, что указывает на долгосрочность эксплуатации и использовании их в будущем.

При использовании техники, встаёт необходимость подключения питания со пониженным номиналом напряжения, для этого используют интегральные стабилизаторы или ключи (транзистор). Но будет греться стабилизирующий элемент, из за того что будет необходимость весомо снизить питание напряжения. КПД входе этого тратит свою энергию. Поэтому на помощь к нам приходят импульсные стабилизаторы , которые трансформируют качественно питание. Достигается всё это благодаря ШИМ.

Принцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) состоит в том, что изменяется ширина импульса при постоянстве частоты следования импульса. Амплитуда импульсов при этом неизменна.

Широтно-импульсное регулирование применяется тогда, когда необходимо регулировать подаваемую к нагрузке мощность.

ШИМ позволяет повысить коэффициент полезного действия (КПД) вторичных источников питания по сравнению с низким КПД аналоговых устройств.

Сигнал, промоделированный по ширине импульса, формируется двумя способами: цифровым и аналоговым.

Аналоговая широтно-импульсная модуляция.

При ШИМ, как уже упоминалось выше, амплитуда и частота сигнала всегда постоянны.

Важными характеристиками ШИМ сигнала являются: частота, амплитуда, скважность и коэффициент заполнения

Коэффициент заполнения ШИМ сигнала это отношение длительности импульса t к периоду импульса T:

Например, если имеем сигнал ШИМ, где длительность импульса 570 мкс и период импульса 1000 мкс, то коэффициент заполнения будет 570/1000 = 0,57. Его также можно выражать в процентах, для чего коэффициент заполнения умножается на 100%. По примеру выше процентный коэффициент заполнения составляет 0,57х 100% = 57%.

Скважность импульса ШИМ сигнала – это отношение периода импульса к его длительности, то есть это величина, обратная коэффициенту заполнения:

.

Частота сигнала определяется как величина, обратная периоду импульса и представляет собой количество полных импульсов за 1 секунду.

Принцип действия ШИМ заключается в регулировании среднего значения напряжения путем изменения коэффициента заполнения. Среднее значение напряжения равно произведению амплитуды напряжения и коэффициента заполнения. Так, при амплитуде напряжения 13 В и коэффициенте заполнения 0,5 среднее значение напряжения составит 0,5·13= 6,5 В. Если изменять коэффициент заполнения в теоретически возможных пределах от 0% до 100% напряжение будет изменяться от 0 до 13 В, то есть Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать напряжение в пределах от 0 до амплитуды сигнала.

Сигнал ШИМ формируется аналоговой схемой или микроконтроллером. Этот сигнал обычно управляет мощной нагрузкой, подключенной к источнику питания через ключевую схему на полевом или биполярном транзисторе.

В переходных состояниях на ключе имеется большое напряжение с прохождением большого тока, то есть значительна и рассеиваемая тепловая мощность. Чтобы не было больших потерь из-за рассеиваемой мощности в качестве ключа требуется применение малоинерционных полупроводниковых приборов с быстрым временем переключения, порядка десятков наносекунд.

Сигнал с выхода ШИМ можно также усреднять с помощью простейшего фильтра низких частот. В том случае, когда частота ШИМ превосходит время реакции регулируемого устройства, сглаживание сигналов ШИМ происходит естественным путем.