Вторичный источник электропитания с защитой от перегрузок

Остановим выбор на компенсационном стабилизаторе.

Схемы компенсационных стабилизаторов постоянного напряжения бывают последовательного и параллельного типов [1].

	Рисунок 2

	Рисунок 3

Различие приведенных схем состоит в следующем. В последовательных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе возрастает при увеличении напряжения на нагрузке, а ток приблизительно равен току нагрузки. В параллельных стабилизаторах напряжение на регулирующем элементе не зависит от входного напряжения, а ток находится в прямой зависимости от напряжения на нагрузке.

Параллельные стабилизаторы не чувствительны к перегрузкам по току, так как с увеличением тока Iн ток регулирующего элемента уменьшается. При токах Iн, заметно больших расчётного значения Iн.макс, регулирующий элемент запирается. При коротком замыкании на выходе напряжение Uвx полностью падает на балластном сопративлении Ro и регулирующий транзистор оказывается в не опасности. Последовательные стабилизаторы чувствительны к перегрузкам, поскольку ток нагрузки и ток регулирующего элемента возрастают одновременно и в равной степени. При токах Iн>Iн.макс усилительный и опорный элементы оказываются запертыми, а регулирующий транзистор работает с максимальным базовым током, определяемым величиной токоотводящего сопротивления и разностью потенциалов Uвх-Uвых. Короткое замыкание на выходе (Uвых=0) увеличивает базовый ток регулирующего транзистора и напряжение на нём обычно в несколько раз. При этом рассеиваемая мощность возрастает на порядок и больше и транзистор неизбежно выходит из строя. Этот недостаток последовательных стабилизаторов заставляет дополнять их схему тем или иным типом защиты.

Такая защита при заданном повышении нагрузочного тока над расчётным значением Iн.макс либо быстро снимает напряжение питания, либо резко уменьшает ток регулирующего транзистора, отключая его базу от токоотводящего резитсра.

При одном и том же выходном напряжении и обчных значениях допусков в последовательных стаблизаторах требуется менее высоковольтный транзистор, чем в параллельных. Однако этот вывод не учитывает аварийной ситуации, когда на регулирующем транзисторе может в течении короткого времени действовать полное напряжение питания. Поэтому практически в обоих типах стабилизаторов ориентируются на одно и то же условие Up.доп≥Uвх.макс. Усилительные транзисторы выбирают из того же условия, что и регулирующий элемент.

При одном и том же токе нагрузке в параллельных стабилизаторах требуется примерно вдвое более сильноточные транзисторы, чем в последовательных. По мощности разница получается ещё больше. Однако при наличии «гасящего» сопративления в параллельных стабилизаторах разница в допустимой мощности регулирующих элементов делается практически несущественной.

Коэффициент полезного действия у последовательных стабилизаторов зависит от напряжения Uр.мин, которое не входит в выражении для параллельных стабилизаторов. Поэтому однозначное сравнение, строго говоря, невозможно. Всё же, КПД у последовательных стабилизаторов несомненно выше, чем у параллеьных.

Таким образом, при решении конткретных задач параллельные стабилизаторы могут быть практически равноценным, а с учётом перегрузочной способности – даже оптимальным вариантом.

Учитывая всё выше сказанное, выбираем компенсационный параллельный стабилизатор.

Согласно заданию курсовой работы, нам необходимо разработать вторичный источник электропитания с защитой от перегрузок. Параллельный компенсационный стабилизатор идеально подходит условию защиты от перегрузок. Тем более, что целью разработки данного источника питания является ничто иное, как получение более стабильного напряжение. КПД схемы и Кст не являеются решающими величинами в расчёте. Поэтому, я считаю, оптимальным выбром для построения вторичного источника питания с защитой от перегрузок является компенсациооный стабилизатор параллельного типа.

Структурная схема компенсационного стабилизатора параллельного типа.

Рисунок 4

где

Rб - баластное сопративление

Р – регулирующий элемент

СУ – сравнивающее устройство

О – опорный элемент

Rн – сопративление на нагрузке

На основании рис. 4 легко записать:

Iy+Ip+Iн=Uвх-Uвых/Ro.

Т.е. ток регулирующего элемента зависит от двух величин – тока нагрузки и входного напряжения. А именно, если Uвх=const, то изменение тока Iн сопровождается таким же, но противоположным по знаку изменением тока Ip; иначе говоря, токи Ip и Iн меняются во взаимно противоположных направлениях:

ΔIp=-ΔIн.

Данное выражение приводит к выводу, что ток регулирующего элемента минимален при максимальном токе нагрузки и минимальном входном напряжении.

Оканчательная схема, по которой будем проводить расчёт представлена на рис. 5.

Рисунок 5

Где транзистор Т1 играет роль регулирующего элемента, Т2 усилительного транзистора, стабилитрон Д – источник опорного напряжения, резисторы Rд1 и Rд2 – делитель напряжения.

Основными параметрами, характеризирующими стабилизатор, являются:

1. Коэффициент стабилизации, представляющий собой отношение относительного изменения напряжения на входе к относительному изменению напряжения на выходе стабилизатора при постоянной нагрузке.

Kсти = DUвх / Uвх : DUвых / Uвых ,

где Uвх и Uвых - номинальное напряжение на входе и выходе стабилизатора.

DUвх и DUвых - изменение напряжений на входе и выходе стабилизатора.

Коэффициенты стабилизации служат основными критериями для выбора рациональной схемы стабилизации и оценки ее параметров.

1	2	3	4	5