Лабораторна робота №4. Дослідження джерел живлення з перетворенням частоти

ДОСЛІДЖЕННЯ ДЖЕРЕЛ ЖИВЛЕННЯ З ПЕРЕТВОРЕННЯМ ЧАСТОТИ

5.1. Опис лабораторного макету

При виконанні ЛР №4 використовується додатковий блок живлення з перетворенням частоти, який на схемі лабораторного макету (рис.2) позначений як БЖЧП. Живлення БЖЧП, схема якого приведена на рис.3, здійснюється від регульованого стабілізованого джерела напруги з ЛР №3, яке подається за допомогою перемикача SA5.

Схема являє собою мостовий інвертор на транзисторах VT1...VT4, який керується сигналами управління, що поступають з ШІМ-контролера (мікросхема TL494). Структурна схема контролера проведена на рис.4, а епюри напруг, що пояснюють його роботу – на рис.5.

Рис.3. Схема БЖПЧ

Рис.4. Структурна схема мікросхеми TL494

Рис.5. Часові діаграми роботи мікросхеми TL494

5.2. Мета і зміст роботи

Мета роботи: ознайомитися з роботою мостового інвертора та ШІМ-контролера на мікросхемі TL494; дослідити роботу транзисторів інвертора в ключовому режимі; дослідити залежність випрямленої напруги від зміни напруги живлення та навантаження при вимкненому та увімкненому зворотному зв’язку; дослідити залежність ширини імпульсів керування транзисторами від зміни вхідної напруги та навантаження при ввімкненому зворотному зв’язку.

5.3. Завдання для самостійної підготовки

1. Ознайомитися зі внутрішньою структурою мікросхеми TL494.

2. Накреслити мостову схему інвертора з трансформатором, випрямлячем, фільтром, подільником зворотного зв’язку, навантаженням та показати підключення баз транзисторів інвертора до вихідних транзисторів мікросхеми TL494.

5.4. Порядок виконання роботи

1. При максимальному значенні вхідної напруги та середньому активному навантаженні і вимкненому колі зворотного зв’язку розглянути та замалювати одна під одною в єдиному масштабі часу осцилограми напруг генератора (точка 1 правого блоку контрольних точок (ПБКТ)), напруги керування транзисторами інвертора (точка 2 ПБКТ), колекторної напруги (точка 3 ПБКТ), напруги первинної обмотки трансформатора (точки 4 та 5 ПБКТ), випрямленої напруги (точка 6 ПБКТ), форми струму первинної обмотки трансформатора (точки 3 та 4 ПБКТ).

2. При вимкненому колі зворотного зв’язку зняти залежність випрямленої напруги від зміни вхідної напруги та зняти зовнішню характеристику БЖЧП. Вихідну напругу змінювати від 9 В до максимального значення.

3. Завдання п.2 виконати для ввімкненого кола зворотного зв’язку.

4. При мінімальному (але не в режимі холостого ходу) активному навантаженні і ввімкненому колі зворотного зв’язку замалювати осцилограми керуючих імпульсів (точка 2 ПБКТ) при кількох значеннях вхідної напруги вибраному в інтервалі напруг від 9 В до максимального значення.

5. При максимальному значенні вхідної напруги та ввімкненому колі зворотного зв’язку замалювати осцилограми керуючих імпульсів (точка 2 ПБКТ) при мінімальному, максимальному та кількох проміжних значеннях навантаження.

5.5. Контрольні запитання

1. Дати класифікацію джерел живлення з перетворенням напруги.

2. Пояснити принцип роботи однотактних прямоходових інверторів.

3. Пояснити принцип роботи однотактних зворотноходових інверторів.

4. Пояснити принцип роботи мостових схем інверторів.

5. Пояснити принцип роботи напівмостових схем інверторів.

6. Пояснити принцип роботи інверторів із середньою точкою.

7. Дати класифікацію ключових (імпульсних) стабілізаторів напруги (КСН).

8. Пояснити принцип роботи знижувального КСН.

9. Пояснити принцип роботи підвищувального КСН.

10.Пояснити принцип роботи полярно-інвертуючого КСН.

5.6. Зміст звіту – див. у п.1.3.

6. ЛІТЕРАТУРА

6.1. Основна

1. Китаев В.Е. Расчет источников электропитания устройств связи / В.Е.Китаев, А.А.Бокуняев, М.Ф.Колканов – М.:Радио и связь, 1993. – 232 с.

2. Векслер Г.С Электропитающие устройства электроакустической и кинотехнической аппаратуры / Г.С.Векслер, В.В.Пилинский - К.: Вища школа, 1986. – 383 с.

3. Костиков В.Г. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование / В.Г.Костиков, Е.М.Парфенов, В.А.Шахнов – М.: Гарячая линия – Телеком, 2001. – 344 с.

4. Енергозабезпечення електронної апаратури. Практикум:Навч. посібник /В.В.Пілінський, М.В.Радіонова та ін. – К.: Вища школа, 1994. – 258 с.

5. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник / Б.С.Сергеев – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.

6. Берзин О.К. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры / О.К.Берзин, В.Г.Костиков, В.А.Шахнов – М.: «Трил», 2000. – 400 с.

7. Варламов В.Р. Современные источники питания: Справочник / В.Р.Варламов – М.: ДМК Пресс,2001. – 192 с.

8. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов / Б.Ю.Семенов – М.: «СОЛОН-Р», 2001. – 323 с.

6.2. Допоміжна

1. Радіотехніка: Енциклопедичний навчальний довідник / За ред. Ю.Л.Мазора, Є.А.Мачуського, В.І.Правди. – К.: Вища шк., 1999. – 838 с.

2. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. / В.А.Прянишников – СПб.: КОРОНА принт, 2000. – 416 с.

3. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем / А.И.Иванов-Цыганов - М.: Высшая школа, 1991. – 304 с.

4. Готтлиб И.М. Источники питания. Инверторы, конверторы, линейные и импульсные стабилизаторы / И.М.Готтлиб – М.: Постмаркет, 2000. – 192 с.

5. Браун Марти. Источники питания. Расчет и конструирование / М.Браун – М.: МК-Пресс, 2007. – 288 с.

6. Никитин А.П., Шумаков А.Г. Источники вторичного электропитания. – К.: НАУ, 2006.

7. ДОДАТКИ

7.1. Інженерний розрахунок силового трансформатора

Вихідні дані для розрахунку:

Напруга первинної обмотки трансформатора,
Форма напруги первинної обмотки трансформатора – синусоїда чи меандр
Напруга вторинної обмотки трансформатора,
Струм вторинної обмотки трансформатора,

Розрахунок

1. Визначаємо потужність трансформатора, Вт

P =(U ₁ I ₂)/h

де h- ККД трансформатора, h =

2. За величиною добутку площі поперечного перетину сталі S _СТна площу вікна S _B вибираємо осердя трансформатора, м²

де - коефіцієнт форми напруги

для синусоїди -

для меандру -

- частота напруги, Гц

- максимальна магнітна індукція, Тл

Для сталі на частоті 50 Гц Тл

Із зростанням частоти падає (табл.1)

Таблиця 1. Залежність від частоти

, Гц
,Тл	1,4	1,0	0,8	0,6

Для феритів Тл

- густина струму в обмотках трансформатора

А/м²

3. Визначаємо кількість витків первинної та вторинної обмоток

7.2. Визначення кута відсічки в струму вторинної фазової обмотки схеми випрямлення

Кутом відсічки імпульсу струму називається половина часу, вираженого в електричних градусах, на протязі якого у вторинній фазній обмотці у діоді тече струм. При активному навантаженні схема випрямлення, якщо прийняти індуктивність розсіювання обмотки силового трансформатора рівної нулю, . Кут відсічки стає меншим 90°, якщо паралельно увімкнена ємність.

Визначається методом відношень по екрану контрольного осцилографа (рис.6)

де N – розмір зображення тривалості імпульсу струму, мм;

М – розмір зображення періоду повторення імпульсів струму, мм.

Рис.6. Вигляд екрану осцилографа при визначенні кута відсічки

7.3. Визначення амплітудного і середнього значення струму вторинної фазної обмотки схеми випрямлення

Струм I _z, проходячи за час, рівний , по вторинній фазній обмотці силового трансформатора, утворює на опорі R _ш падіння напруги, пропорційне миттєвому значенню струму.

Максимальне значення струму I _mz визначається з допомогою контрольного осцилографа непрямим методом. Для цього потрібно на вхід подати напругу з опору R _Ш, виміряти його амплітуду U _m, потім вирахувати амплітуду струму вторинної фазної обмотки:

Знаючи величину I _mz і кут відсічки імпульсу струму, можна визначити середнє значення струму схеми випрямлення:

де d ₀ ( θ ) - коефіцієнт розкладу косинусоїдального імпульсу, необхідний для визначення середнього значення струму, d ₁() – коефіцієнт розкладу косинусоїдального імпульсу, необхідний для визначення першої гармоніки пульсацій (табл.2).

Таблиця 2. Коефіцієнти розкладу косинусоїдального імпульсу

	d ₀	d ₁		d ₀()	d ₁()
0.866	0.111	0.215	0.469	0.225	0.400
0.848	0.118	0.229	0.438	0.232	0.410
0.829	0.125	0.241	0.407	0.239	0.419
0.809	0.133	0.255	0.375	0.246	0.427
0.788	0.140	0.268	0.342	0.253	0.436
0.766	0.147	0.280	0.309	0.260	0.444
0.743	0.154	0.292	0.276	0.266	0.452
0.719	0.162	0.304	0.242	0.273	0.459
0.695	0.169	0.316	0.208	0.279	0.466
0.669	0.176	0.327	0.174	0.286	0.472
0.643	0.183	0.339	0.139	0.293	0.478
0.588	0.197	0.360	0.070	0.305	0.490
0.559	0.204	0.371	0.035	0.312	0.496
0.530	0.211	0.381	0.000	0.319	0.500

7.4. Визначення коефіцієнту пульсацій
схеми випрямлення

Коефіцієнт пульсацій випрямленої напруги k _п1 - відношення амплітуди першої гармоніки пульсацій на навантаженні до середнього значення випрямленої напруги:

k _п1= U _п/ U ₀

Форма змінної напруги на RC- навантаженні випрямляча має пилковидний характер. Така форма пульсацій випрямленої напруги визначається періодичним зарядом-розрядом ємності, увімкненої паралельно опору навантаження.

Амплітуда основної гармоніки пульсацій U _п приблизно дорівнює половині пилкоподібної напруги на RC- навантаженні випрямляча і може бути виміряна контрольним осцилографом (рис.7). Тоді коефіцієнт пульсацій на RC- навантаженні дорівнює U _п/ U ₀, де U ₀ – середнє значення випрямленої напруги, виміряне вольтметром постійного струму (на макеті).

Рис.7. Форма напруги на навантаженні

При роботі випрямляча на активне навантаження амплітуда основної гармоніки пульсацій визначається коефіцієнтом розкладення d ₁() і максимальним значенням випрямленої напруги U _max рівним максимальному значенню напруги вторинної фазної обмотки силового трансформатора, тому що внутрішній опір діода значно менше R _н.