Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Импульсный источник питания

Содержание:

Список терминов и сокращений 6
Введение 7
1. Современные схемотехнические решения в проектировании импульсных источников питания 9
1.1 Анализ технического задания 9
1.2 Патентно-информационные исследования 10
1.3 Классификация источников электропитания 14
1.4 Отечественные и зарубежные производители импульсных источников питания. Продукция, технические показатели, сравнительные характеристики 15
2. Разработка структурной и функциональной схемы модуля импульсного источника питания УМЗЧ 16
2.1 Выбор топологии. 16
2.2 Основные блоки источника питания, их назначение и функции. 23
2.2.1 Фильтр помех 23
2.2.2 Входной выпрямительный каскад 24
2.2.3 Корректор коэффициента мощности 25
2.2.4 Импульсный преобразователь. 27
2.2.5 Выходной выпрямительный каскад и фильтр 29
3. Разработка модуля импульсного источника питания УМЗЧ (схемотехническое решение) 30
3.1 Фильтр помех 30
3.2 Входной выпрямительный каскад 31
3.3 Корректор коэффициента мощности 32
3.4 Импульсный преобразователь 33
3.5 Выходной выпрямительный каскад и фильтр 59
4. Конструкторско-технологическая часть 61
4.1 Общие требования 61
4.2 Основные параметры и характеристики 61
4.3 Требования по устойчивости 61
4.4 Требования к конструкции 62
4.5 Требования к надежности 62
4.6 Требования к безопасности 62
4.7 Транспортирование и хранение 63
4.8 Указания по эксплуатации 63
4.9 Гарантии изготовителя 63
5. Экономическая часть 64
5.1 Резюме 64
5.2 Научно-технический отдел 64
5.3 Анализ положения дел в отрасли 65
5.4 План маркетинга 65
5.5 Анализ рынка сбыта 66
5.6 Потенциальные потребители 67
5.7 Разработка маркетинговых стратегий 67
5.8 Производственный план 67
5.9 Финансовый план 68
5.10 Анализ рисков и неопределенностей 75
5.11 Экологические и социально-экономические аспекты проекта 76
6. Обеспечение безопасности и санитарно-гигиенических условий работы 76
6.1 Расчет и анализ параметров микроклимата 77
6.2 Расчет параметров систем воздушного и водяного отопления для холодного периода года 78
6.3 Расчет и компьютерное моделирование систем кондиционирования воздуха для теплого периода года 81
6.4 Результаты расчета параметров микроклимата 86
6.5 Расчет и анализ мероприятий по защите от воздействия шума 88
6.6 Расчет и анализ вредных и опасных веществ в воздухе помещений 95
6.7 Расчет и анализ опасности поражения электрическим током 98
6.8 Выводы 104
Заключение 106
Список использованной литературы 107
Приложение 1. Электрическая принципиальная схема корректора коэффициента мощности 109
Приложение 2. Электрическая принципиальная схема импульсного преобразователя 110
Приложение 3. Электрическая принципиальная схема импульсного источника питания 111
Приложение 4. Импульсный источник питания, перечень элементов 112

Введение:

Принципы построения импульсных источников питания (ИИП) используются уже более 100 лет. Система зажигания бензинового двигателя представляет собой первый вариант обратноходового импульсного источника питания.
Компоненты для построения импульсных источников питания стали общедоступны с середины 1960 – х годов после изобретения транзистора, но их массовое применение особенно в схемах малой мощности было экономически нецелесообразно, пока цена полупроводниковых материалов не стала достаточно приемлемой.
Уже с 1970 г. прогресс в технологии производства всех видов компонентов значительным образом изменил ситуацию на рынке источников питания и главным образом в тех областях, в которых применение линейных стабилизаторов было невозможно из-за их неспособности обеспечить необходимую мощность. Уровень технологии того времени позволял создавать малогабаритные импульсные источники питания с выходной мощностью до нескольких десятков ватт. При этом весь источник питания, состоящий из ИС, индуктивности и нескольких конденсаторов имел габариты меньшие, чем первые транзисторы 1960-х годов.
С тех пор цена 1 ватта сетевого источника питания настолько снизилась, что многим разработчикам проектировать собственные источники питания оказалось невыгодно, если только не вести производство в больших масштабах. На этом этапе некоторые производители стали специализироваться на производстве источников питания и их компонентной базы.
Ведущие производители линейных источников питания, такие как Infineon Technologies, Texas Instruments, Analog Device, Linear Technologies и др. производят серии импульсных стабилизаторов предназначенных для преобразования напряжения или локальной стабилизации. Выпускаемые этими фирмами компоненты имеют малые габариты и высокую эффективность. Многие компоненты современного производства содержат в одном корпусе практически все элементы ИИП ключ, выпрямитель, схему управления.
Объектом исследования данного дипломного проекта является – модуль импульсного источника питания.
Целью выполнения данного дипломного проекта является – проектирование модуля импульсного источника питания.

Заключение:

В ходе выполнения данного дипломного проекта нами разрабатывался модуль импульсного источника питания.
Основные этапы дипломной работы:
• Произведен выбор топологии источника питания на основании требований к проекту;
• Составлена структурная и функциональная схема источника питания в соответствии с требованиями к проекту и выбранной топологией;
• Выполнено описание функций и назначения блоков источника питания в соответствии со структурной и функциональной схемами устройства;
• Произведен расчет блоков источника питания, выбрана элементная базы и разработана электрическая принципиальная схема устройства;
• Разработан бизнес-план проекта модуля импульсного источника питания;
• Рассмотрены вопросы по организации безопасной жизнедеятельности, в условиях производства;
В результате выполнения данного дипломного проекта был разработан модуль импульсного источника питания в соответствии со всеми требованиями технического задания.

Фрагмент текста работы:

1 Современные схемотехнические решения в проектировании импульсных источников питания
1.1 Анализ технического задания
Таблица 1.1. Техническое задание на проектирование.

1. Основание для разработки.
Основанием для разработки является задание на дипломный проект.
2. Цель и назначение разработки
Целью данного дипломного проекта является разработка модуля импульсного источника питания мощностью 2000 Вт для усилителя мощности звуковой частоты.
3. Тип разрабатываемого модуля
Устройство является AC/DC преобразователем импульсного типа питающегося от однофазной сети переменного тока со стандартами 230 В/50 Гц.
4. Технические требования
Устройство имеет пять выходов питания, оно должно формировать:
• на выходе 1 (основном) питание ± 70В/15А имеющее заземляющий контакт;
• на выходе 2 питание ±15В/0.5А имеющее заземляющий контакт;
• на выходе 3 питание +7В/1A;
• на выходе 4 (охлаждающая система) питание +12В / 0.5A;
• на выходе 5 (охлаждающая система) питание +12В / 0.1A.
5. Требования к надежности.
Среднее время наработки на отказ не менее 20000 часов.
6. Требования к уровню унификации и стандартизации.
Максимально использовать стандартные и унифицированные детали и изделия.
7. Требования безопасности обслуживания.
Руководствоваться общими требованиями техники безопасности к аппаратуре ГОСТ 12.2.007-8.
8. Условия эксплуатации.
Климатическое исполнение УХЛ 1. ГОСТ 15150-69. Предельные климатические условия влажность 93 при Т +25°С, Т -40°С.
1.1 Классификация источников электропитания

Все источники электропитания по характеру преобразования энергии можно разделить на два типа: первичные и вторичные.
Первичные источники электропитания (ПИП) – преобразуют неэлектрические виды энергии в электрическую.
Вторичные источники электропитания (ВИП) – преобразуют электрическую энергию на входе устройства в электрическую энергию, на выходе устройства принимающую вид необходимый для потребителя (нагрузки). Нагрузка вторичных источников электропитания – радиоэлектронная аппаратура (РЭА). Соответственно электроэнергия, преобразованная вторичным источником электропитания и подведенная к потребителю (нагрузке) должна иметь ряд качественных показателей. К таким показателям, например могут относиться: отклонение выходного напряжения (тока) от номинального (нестабильность выходного напряжения) обычно выражается в %, коэффициент пульсаций напряжения на выходе или размах пульсаций %, КПД и т.д. Если вторичный источник электропитания не удовлетворяет требованиям по качеству преобразованной электроэнергии предъявляемыми аппаратурой РЭА, то ее работа может быть невозможной, неправильной или ненадежной.

Задачи вторичного источника электропитания:
• Обеспечение передачи мощности
• Преобразование напряжения — преобразование частоты и формы напряжения (например переменное напряжение в постоянное или наоборот, выработка импульсов напряжения);
• Преобразование величины напряжения — повышение/понижение
• Стабилизация выходных параметров — напряжения, тока и других параметров на выходе ИП
• Защита от перенапряжения и короткого замыкания
• Гальваническая развязка цепей — мера защиты от возможного протекания тока по неверному пути.
• Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом.
• Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит.
Вторичные источники электропитания также классифицируются по методу преобразования на линейные и импульсные.
Линейный источник питания