Рассчитываем емкость сглаживащего конденсатора C2

Расчет бестрансформаторного источника питания

Рис 1 Расчетная схема

Схема источника питания приведена на рис.1. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.

Цель расчета – рассчитать/выбрать все элементы источника питания.

Порядок расчета:

Рассчитываем входной ток источника питания.

Ток нагрузки рассчитываем по формуле:

(1)

Рассчитываем значение тока на входе источника питания I_АС.

Пояснения; (В отличие от постоянного тока нагрузки, ток на входе бестрансформаторного источника питания переменный. А переменный ток характеризуется такими величинами как амплитудное и действующее значение. Амплитудное значение переменного тока - это максимальное значение тока за период колебания. Действующее значение переменного тока - это такая величина постоянного тока, который за время равное одному периоду колебания переменного тока, выделит на том же сопротивлении R такое же количество тепла, что и переменный ток. Для переменного тока, изменяющегося по синусоидальному закону, амплитудное и действующее значения связаны следующим соотношением:

 

Амплитудное значение тока на входе источника равно:

(2)

где I_АС - действующее значение А, I_А – амплитудное.

Действующее значение переменного тока на входе схемы I_АС рассчитывается из тока нагрузки I_Н по следующей формуле:

(3)

 

Определяем входное напряжение стабилизатора

В качестве стабилизатора используется интегральный стабилизатор, который необходимо выбрать из таблицы 2 из условия U_ВЫХ=U_Н, I_{СТ МАХ}>I_Н

Стабилизаторы постоянного положительного напряжения

Таблица 2

Тип	Входное напряжение	Udropout [B]	Выходное напряжение UСБ ВЫХ [B]	Ток стабилизатора IСТБ МАХ [A]
UСТБ ВХ MIN [B]	UСТБ ВХ MAX [B]
78L05	7.2		2…4		0.1
78L06	8.2		2…4		0.1
78L08	10.2		2…4		0.1
78L09	11.2		2…4		0.1
78L12	14.2		2…4		0.1
78L15	17.2		2…4		0.1
78L18	20.2		2…4		0.1
78L24	26.2		2…4		0.1
78L05	7.5		2…4		0.5
78М06	8,5		2…4		0.5
78М08	10,5		2…4		0.5
78М12	14,5		2…4		0.5
78М15	17,5		2…4		0.5
78М20	22,5		2…4		0.5
78М24	26,5		2…4		0.5
78Н05			2…4
78Н05КС			2…4
78Н12КС			2…4
78Н15КС			2…4
LM323K			2…4
78P05			2…4

 

 

 

Рис 2 Внешний вид стабилизаторв

 

У всех линейных стабилизаторов, к которым относится и микросхема 7805, есть такой параметр как Udropout - наименьшая разность напряжений между входом и выходом. Этот параметр определяет минимальное входное напряжение стабилизатора, при котором он все еще будет работать в номинальном режиме.

Напряжение на входе стабилизатора U_{СТ_ВХ} рассчитываем по формуле:

 

(4)

 

Рассчитываем емкость сглаживащего конденсатора C2

Ток в нагрузку поступает от сети во время положительного полупериода входного напряжения. Во время отрицательного полупериода нагрузка получает энергию от конденсатора С2. За время отрицательного полупериода он не должен успеть разрядиться до напряжения меньше U_{СТ ВХ}. Этого не случиться, если начальное напряжение на конденсаторе и его емкость достаточны для поддержания заданного тока нагрузки.

Емкость сглаживающего конденсатора рассчитывается по следующей формуле.

C > I_Н/(2*f*dU) (5)

где I_Н- ток нагрузки [A]; f - частота переменного напряжения [Гц]; С - емкость конденсатора [Ф]; dU - размах пульсаций [В].
dU = Umax - Umin
Umin = U_{СТ ВХ}
Umax выбираем из следующих соображений. Большее напряжение позволяет использовать конденсатор меньшей емкости, но сильнее нагружает стабилизатор, который вынужден гасить на себе остаточное напряжение. Меньшее напряжение разгружает стабилизатор напряжения, но требует конденсатор большей емкости.

 

Umax следует выбирать из соотношения:

Umax= (1.15…1.25) U_{СТ ВХ} (6)

Вычисленное по формуле (6) значение С следует округлить в большую сторону и по справочнику выбрать тип конденсатора из ряда стандартных значений. Напряжение, на которое рассчитан конденсатор С следует выбрать с двойным запасом, т.е. равным 2U_{СТ ВХ}.

 

Выбираем стабилитрон VD1

Требуемое номинальное напряжение стабилитрона равно максимальному напряжению на сглаживающем конденсаторе С2 плюс величина падения напряжения на диоде VD2, то есть:

 

U_СТ* = U_{СТ ВХ}+ U_ПР (7)

 

Здесь U_СТ* - расчетное значение номинального значения напряжения стабилизации, которое следует скорректировать в большую сторону до стандартного значения U_СТ.

U_ПР = 0. 7 - значение падения напряжения на диоде, включенном в прямом направлении. Стандартное значение, используемое в инженерных расчетах.

Таблица 3

Тип прибора	UСТ [B] (номинальное)	PМАХ [мВт]	UСТ МАХ [B]	UСТ МИН [B]	IСТ МИН [мА]	IСТ МАХ [мА]	Максимально допустимый ток стабилитрона IМАХ[мА]
Д815А	5.6		5.66	6.76
Д615Б	6.8		6.12	7.48
2С175А	7.5		7.0	8.5
2С41А	8.0		6.28	8.21
2С482А	8.2		7.0	8.5
Д815Г	10.0		9.0	11.0
Д815Д	12.0		10.8	13.3
Д814Д	13.0		11.5	14.0
Д815Е	15.0		13.3	16.4
Д815Ж	18.0		16.2	18.8
2С524А	24.0		22.8	25.2
Д816А	22.0		19.8	24.2
Д816Б	27.0		24.2	29.5

 

Стабилитрон следует выбирать по таблице 3 с учетом следующих соотношений:

I_{СТ МАХ} > I_Н + I_{СТ МИН} (8)

 

 

U_СТ* = U_СТ (9)

U_СТ - напряжение стабилизации для выбранного стабилитрона, взятое из таблицы 3.

I_МАХ> I_A (10)

I_МАХ берется из таблицы 3

Затем для выбранного стабилитрона проверяют условие

 

Р_СТ =(0.637 * I_A)*(U_СТ* + U_ПР) >Р_МАХ (11)

Здесь Р_МАХ максимальная мощность выбранного стабилитрона, берется из таблицы 3.

Выбираем диод VD2

Диод следует выбирать из таблицы 4 по прямому допустимому току I_ПР и обратному допустимому напряжению U_ОБР с двойным запасом. Для нашего случая

I_ПР > 2I_Н; U_ОБР > 2U_СТ (12)

Таблица 4

Тип прибора	UОБР [B]	IПР [мА]	UПР [B]
Д219А			1.0
Д310			0.55
КД410
КД424А			1.1
2Д504А			1.2
2Д509А			1.1
2Д510А			1.1
КД 202Д		3.5	0.9

Рассчитываем резистор R2

Номинал резистора R2 рассчитывается из условия ограничения броска тока через стабилитрон в момент включения схемы, когда конденсатор С1 разряжен.

R2 > 1,41U_AC/ I_{СТ МАХ} (13)

Мощность резистора рассчитывается по формуле

Р = (I_АС)² * R2 (14)

Мощность резистора округляют в большую сторону и по справочнику выбирают тип номинал и мощность (0.125, 0.25, 0.5; 1; 2Вт.) из ряда стандартных значений.