г. Барнаул
  natasha.webuspex.ru




Параллельное включение источников эдс



Последовательное включение источников тока
__________________

Рейтинг@Mail.ru
Наташа Суворова, студентка АлтГТУ, дипломный проект
Наталья С.
студентка 5 курса
специальности ИИТ
АлтГТУ
Здесь я намерена разместить заключительную статью в рамках учебного процесса в качестве студентки специальности ИИТ (информационно- измерительная техника). Эта статья представляет собой доклад- публикацию, включенную в сборник 10-ой Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь - 2013».
Привожу в качестве примера две схемы положительного и отрицательного напряжений питания, а также их ориентировочный инженерный расчет.
------------------------------------------
...Не свели меня с ума римляне и греки,
Сочинившие тома для библиотеки.
Даже те профессора, что студентов учат,
Кандидата в доктора также не замучат.
Вот стою, держу диплом, и карман не тянет он,
Эх, ля-ля-ля-ля-ля...

МИКРОМОЩНЫЕ ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАНИЯ НА КОММУТИРУЕМОМ КОНДЕНСАТОРЕ

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
(г. Барнаул)

Пришло время опубликовать статью, пора раскрывать карты.
В практической схемотехнике обычная ситуации, когда схема питается каким-либо одним стандартным напряжением. Иногда возникает необходимость запитать какой-либо элемент схемы другим, повышенным напряжением, даже противоположной полярности. Потребление от такого источника может быть очень малым, поэтому делать отдельный источник с самостоятельной обмоткой трансформатора весьма нецелесообразно. Возможно применение импульсного источника с накопительной индуктивностью [1], но для этого необходим дроссель, намоточное изделие, с увеличенными габаритами и возможный источник электромагнитных помех. Гораздо проще для этих целей применить в качестве активного элемента стандартный конденсатор. Ниже рассмотрены схема преобразователя напряжения положительной полярности с удвоением основного напряжения и схема источника питания отрицательной полярности. Схема положительного источника с повышением исходного напряжения рассмотрена на рисунке 1.


Рисунок 1
Источник положительного напряжения
Здесь будет камень размещен (текст статьи конференции). Россия же будет прирастать Сибирью...


Управляющие прямоугольные импульсы, меандр, подаются от внешнего генератора. В первый полупериод открыт транзистор VT2 и конденсатор Ск через VD1 заряжается положительным напряжением от источника питания Uп. Во втором полупериоде закрывается VT1, открывается VT2 и конденсатор Ск через VD2 разряжается на нагрузку Rн.

Производя коммутацию конденсатора Ск с высокой частотой (10-20 кГц), получается некоторое постоянное напряжение на нагрузке. При сложении с основным напряжением источника питания это дает почти удвоенное выходное напряжение. Конденсатор Сф служит для сглаживания пульсаций напряжения на нагрузке. Таким образом, реализован дополнительный источник питания почти равный по напряжению основному источнику.

Потери напряжения на коммутирующих элементах составят Uпотери = 2Uд + 2Uост, (1) где Uд – прямое напряжение на диоде, Uост – остаточное напряжение на транзисторе (~ Uд). Выполнение оценочного расчета схемы достаточного для практического применения. При построении экспериментального макета можно произвести корректировку параметров под конкретную нагрузку.
Анализ коммутационной схемы источника (рисунок 2).



Рисунок 2 – Эквивалентная схема коммутатора

Ключи К1 и К2, управляющие переключением конденсатора Ск, работают в противофазе от блока управления БУ. Емкость конденсатора С2 для подавления пульсаций выберем больше емкости С1 как минимум в 10 раз; напряжение пульсаций при коммутации конденсатора Uп = 0.5 В (3.3%), частота коммутации 10 кГц, Iн=10 мА.

Оценка емкости конденсатора С1.
Заряд, потребляемый нагрузкой от конденсатора С2 за один период управляющего напряжения Т, равен ΔQ2 = Iн×Т = Iн/f. (2)
Заряд, привносимый конденсатором С1 за время коммутации Т/2, должен быть равен потребленному за весь период нагрузкой заряду и составит ΔQ1 = Uп×C1 = ΔQ2. (3)
Подставив в (3) значение ΔQ2, получается Iн/f = Uп×C1, (4) С1 = Iн/(f×Uп), (5)
С1 = 10-2/(0.5×104)= 2×10-6 = 2 мкФ

Проверка полученных значений.
Заряд на С1 в исходном состоянии до коммутации Q1 = Uк×С1, (6),
заряд на фильтрующем конденсаторе С2 равен Q2 = Uн×С2. (7)
После коммутации конденсаторы соединены параллельно, общий заряд на них Q = Q1+ Q2, суммарная емкость составит С = С1 + С2, напряжение - U. Подставив эти данные, учитывая C2 >> С1, получается напряжение после коммутации с учетом пульсаций U = Q/C = (Q1+Q2)/(С1+С2) = (U1×С1+Uн×С2)/(С1+С2)= U1×С1/С2 + Uн = Uп + Uн. (8)

Напряжение пульсаций составляет Uп = U1×(С1/С2). (9) Так как её величина принята 0.5 В, а расчетное значение С1 = 2 мкФ, то при U1 = 15 В получается С2 = 30×С1 = 60 мкФ. Все данные, необходимые для построения источника питания, получены.

По аналогии с приведенной схемой на рисунке 1 положительного источника питания построена схема с инверсией напряжения, то есть отрицательный источник питания (рисунок 3).



Рисунок 3 – Источник питания с отрицательным напряжением


В данном случае конденсатор Ск заряжается через VT1 и VD1 входным напряжением относительно общего провода. Затем транзистором VT2 он коммутируется положительной обкладкой на общий провод. На выходе на нагрузке получается отрицательное напряжение питания - U.

Литература
1. А. Г. Алексенко, Е. А. Коломбет, Г. И. Стародуб. Применение прецизионных аналоговых ИС. – М.: Советское радио, 1980.
2. В. Е. Китаев, А. А. Бокуняев, М. Ф. Колканов. Расчет источников электропитания устройств связи. Учебное пособие для высших учебных заведений. – М.: Радио и связь, 1993.

Источник тока и его внутреннее сопротивление. Миф или реальность?
Где грань между источником тока и напряжения. Проверим с помощью утюга
Инструментальные измерительные усилители. Подавление синфазного сигнала new!
(с) 2013г.

Дополнительная литература:
Л.А. Бессонов. Теоретические основы электротехники
У.Титце, К. Шенк. Полупроводниковая схемотехника.



Последовательное включение двух источников тока. Параллельное соединение источников эдс. Внутреннее сопротивление источника тока. В чём отличие источника тока и напряжения. Эквивалентная схема.