Универсальный блок питания (стр. 3 из 9)

(9)

Выбираем стандартное значение мощности равное 0,125 Вт.

1.4 Расчет источника питания

1.4.1 Определение тока потребления

Определяем значения токов потребляемых схемами от своих источников питания по формуле (10)

, (10)

где I_потр–Ток потребляемый схемой, А

-суммарный ток потребляемый активными элементами, А

-суммарный ток протекающий через ограничительные, добавочные резисторы, А

I_потр_DD1=2*10^-5 A

I_потр_DD2=2*10^-6 A

I_потр_Т₂=30*10^-3 A

R5=22 кОм

R1=R2=R7=100 кОм

( А)

1.4.2 Расчет стабилизатора

Исходные данные

входное напряжение U_вх= 220 В 50Гц

напряжение питания схемы управления U_вых= 12 В

ток потребляемый схемой I_потр= 0,03 А

допустимые пульсации – 0,15%;

Рисунок 2—Источник питания

С учётом значения тока нагрузки и напряжения нагрузки, из справочника подбираем стабилизатор КР1157ЕН12А с параметрами:

Таблица 2 -Параметры стабилизатора КР1157ЕН12А

Выходное напряжение, В	11,76-12,24
Ток потребления, I_пот, мА	≤5
Минимальная разность между входным и выходным напряжениями, ΔU, B	2
Максимальное входное напряжение	35
Выходной максимальный ток I_вых_max, А	0,1
Мощность рассеивания P_рас, Вт	0,5
Температура корпуса, Т_к ,˚С	70
Температура среды, Т_с ,˚С	100

Согласно справочным данным для выбранного стабилизатора необходимо применение на входе и выходе конденсаторы. На входе номиналом не менее 2 мкФ, а на выходе – не менее 10мкФ. Поэтому выбираем конденсатор С8 К50-35-25В-2мкФ±10% и конденсаторы С5 К50-35-25В-10мкФ±10%

С учетом колебаний напряжения сети +10%, -15% выбираем разницу между выходным и входным напряжением стабилизатора на 15% больше

(11)

Тогда входное напряжение стабилизатора

Найдём максимальную мощность, которая выделяется стабилизатором,т.е. для случая, когда напряжение в сети максимально.

U_вх._max= U_вх._c_т+0.1× U_вх.ст(12)

U_вх._max=14.3+0.1×14.3=15.73(В)

P=(U_вх._max-U_вых)×(I_пот._DA₁+I_пот) (13)

P=(15.73-12)×(0.005+0.03)=0.13(Вт)

Т.к. расчетная мощность меньше допустимой то радиатор для стабилизатора не требуется

1.4.3 Расчет выпрямителя

Определяем переменное напряжение U_вых.тр, которое должно быть на вторичной обмотке сетевого трансформатора по формуле

U_вых.тр = B ×U_вх.ст, (14)

где U_вх.ст - постоянное напряжение на нагрузке, В;

В - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (В=1,2)

U_вых.тр =1,2×14,3=17.6 В

Согласно напряжения U_вых.тр и тока нагрузки выбираем трансформатор типа ТПП204 с последовательным соединением обмоток

По току нагрузки определяем максимальный ток, текущий через каждый диод выпрямительного моста:

Iд = 0,5× С× Iн, (15)

где Iд - ток через диод, А;

Iн - максимальный ток нагрузки, А;

С - коэффициент, зависящий от тока нагрузки (С=2,4)

Iд=0,5 ×2,4 ×0,03=0,036 А

Подсчитываем обратное напряжение, которое будет приложено к каждому диоду выпрямителя

Uобр = 1,5 ×U_вх.ст, (16)

где Uобр - обратное напряжение, В;

U_вх.ст - напряжение на нагрузке, В.

Uобр=1,5 ×16,7=25В

По значению тока текущего через диод и значению обратного напряжению приложенному к нему выбираем диоды типа КД206А

Определяем емкость конденсатора фильтра:

, (17)

где Сф - емкость конденсаторного фильтра, мкФ;

U_вх.ст - напряжение на нагрузке, В;

Kп - коэффициент пульсации выпрямленного напряжения

(мкФ)

Выбираем в качестве С8 конденсатор К50-35-25В-470мкФ±10% /5/, /6/

1.6 Расчет надежности

Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения транспортирования. Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность, и сохраняемость или определённые сочетания этих видов.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или наработки. Свойства проявляются как в период использования объекта по прямому назначению, так и в период его хранения и транспортировки.

Показателями безотказной работы прибора могут служить вероятность безотказной работы и средняя наработка по отказу. В схеме блока можно выделить j-е количество элементов, отказ каждого из которых может привести к отказу всего устройства в целом, отсюда условием безотказной работы устройства является отсутствие отказов этих элементов. Для расчёта безотказной работы и средней наработки на отказ необходимо найти L, значение которой рассчитывается по формуле

, (18)

где n_j – количество элементов j – группы, шт.;

l_i – интенсивность отказа j – группы, 1/час;

а_j – эксплуатационный коэффициент

Условия эксплуатации

- температура окружающей среды от 20 до 40°С;

- влажность воздуха 60-70%, при температуре 20°С;

- влияние высоты 0-1 км.;

- прибор не герметизирован;

- прибор не амартизирован;

- P(t) заказчика 0,8

Вероятность безотказной работы P(t) прибора в течении заданного промежутка времени (t) определяется по формуле

, (19)

где е – основание натурального логарифма 2,72;

Λ – интенсивность отказа прибора, 1/час

t – заданный промежуток времени, час

Для конденсаторов, полупроводниковых приборов, микросхем, резисторов, эксплуатационный коэффициент определяется по формуле

a_j = b₁ × b₂ × b₃ × b₄ × b₅ , (20)

где b₁ b₂ – коэффициенты, учитывающие механические воздействия на прибор;

b₃ – коэффициент, учитывающий влияние влажности на прибор;

b₄ – коэффициент, учитывающий влияние высоты на прибор;

b₅ – коэффициент, учитывающий влияние температуры на прибор.

Для печатных плат и датчиков эксплуатационный коэффициент определяется по формуле

a_j = b₁ × b₂ × b₃ × b₄ , (21)

Для мест пайки эксплуатационный коэффициент определяется по формуле

a_j = b₆ × b₇ × b_8, (22)

где b₆,b₇ - коэффициент, учитывающий влияния механических воздействий на интенсивность отказов механических элементов

b₈ – коэффициент, учитывающий влияние влажности воздуха на интенсивность отказов электрических и механических приборов.

По формулам определяем a_j

a₁ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,75 = 1,35;

a₂ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,75 = 1,35;

a₃ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,5 = 0,9;

a₄ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,175 = 0,315;

a₅ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,175 = 0,315;

`a₆ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,175 = 0,315;

a₇ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,57 = 1,026;

a₈ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,25 = 0,45;

a₉ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,25 = 0,45;

a₁₀ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,07 = 0,126;

a₁₁ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,8 =1,44;

a₁₂ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,24 =0,432;

a₁₃ = 1,5 × 1,2 × 1 × 1 × 0,24 =0,432;

a₁₄ -a ₂₂ =1,5 × 1,2 × 1 × 1 =1,8 ;

a₂₃ = 5 × 2 × 1 =10;

Необходимые для расчета суммарной интенсивности отказов данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3 – Данные по расчету суммарной интенсивности отказов