Понижающий преобразователь
+ +В схеме присутствуют первичный источник напряжения $U_{вх}$, ключ $SW$, дроссель $L$, диод $VD$, выходной конденсатор $C$ и эквивалентное сопротивление нагрузки $R_{н}$. Схема работает в режиме непрерывного тока - ток дросселя не должен обращаться в 0. Ввиду инерционных свойств катушки ток в ней линейно нарастает при замкнутом ключе и линейно спадает при разомкнутом. Емкость выходного конденсатора будем считать достаточно большой, для поддержания в установившимся режиме неизменного $U_{вых}$. Для упрощения модели будем считать диод идеальным - падение на диоде равно 0. + + 
Понижающий преобразователь - I такт
+ +Ключ замкнут. Диод $VD$ оказывается в закрытом состоянии, потому что на его катоде потенциал входа, а на аноде потенциал земли. Ток протекает по контуру: источник $U_{вх}$ - замкнутый ключ $SW$ - дроссель $L$ - конденсатор $С$ - нагрузка $R_{н}$. + + 
Понижающий преобразователь - II такт
+ +Ключ разомкнут. Источник $U_{вх}$ отключен, энегрия от него не поступает, но катушка индуктивности накопила в себе энергию и будет поддерживать ток в контуре: катушка $L$ - конденсатор $С$ - нагрузка $R_{н}$ - диод $VD$. Поскольку к диоду не прикладывается обратное напряжение он открыт и по нему ток течет. + + +#### Повышающий преобразователь + + 
Повышающий преобразователь
+ +Элементы используются те же, но порядок подключения изменился. Работает схема следующим образом. + + 
Повышающий преобразователь - I такт
+ +Ключ замкнут. Катушка индуктивности оказывается подключеннй к источник $U_{вх}$. Остальная схема от источника отключена, так как диод закрыт. Ток первичного источника протекает через катушку индуктивности, благодаря чему в ней запасается энергия. + + 
Повышающий преобразователь - II такт
+ +Ключ разомкнут. Ток протекает по контуру: источник $U_{вх}$ - катушка индуктивности $L$ - диод $VD$ - конденсатор $C$ - нагрузка $R_{н}$. Катушка начинает работать как еще один источник ЭДС, напряжение которого склыдвается с напряжением источника $U_{вх}$, что позволяет сформировать повышенное напряжение на выходе. + + +#### Инвертирующий преобразователь + + 
Инвертирующий преобразователь
+ +Изображенная схема формирует отрицательное выходное напряжение из положительного входного. + + 
Инвертирующий преобразователь - I такт
+ +Ключ замкнут. Первичный источник питания подключен к дросселю. Дроссель начинает запасать энергию, ток в нем линейно нарастает, обратим внимание, что диод закрыт. + + 
Инвертирующий преобразователь - II такт
+ +Ключ разомкнут. Дроссель будет пытаться поддержать ток, протекавший через него до этого, используя запасенную ранее энергию. Это приведет к протеканию тока по контуру: нагрузка $R_{н}$ - диод $VD$ - дроссель $L$. Ток через нагрузку в данном случае течет в другую сторону по сравнению с предыдущими схемами, в следствие этого напряжение на нагрузке сформируется отрицательное. + + +## Практическая часть + +### Пример + +В рамках данной курсовой работы вам предстоит произвести расчеты для схемы на основе импульного преобразователя напряжения для формирования необходимого уровня напряжения для питания схемы. В качестве примера рассмотрим понижающий DC-DC преобразователь серии LM2575. [Cпецификация LM2575](https://static.chipdip.ru/lib/927/DOC012927213.pdf) + +Компонент представлен в версиях с фиксированным выходным напряжением (3,3 В, 5 В, 12 В, 15 В) и с регулируемым. Последние могут формировать уровень напряжения в диапазоне от 1,23 В до 37 В (57 В для HV-версии). Разберем расчет LM2575(HV)-ADJ c регулируемым выходом, Uвых которого зависит от коэффициента обратной связи. + +Для начала необходимо определиться, в каком именно корпусе будет импульсник (в спецификации предлагается 5 вариантов). Остановим выбор на компоненте в корпусе TO-220. + + 
Рисунок 1 – LM2575 в корпусе TO-220
+ +Для лучшего понимания работы стабилизатора изучим его структурную схему. + + 
Рисунок 2 - Структурная схема
+ +Кажется, что-то подобное мы уже рассматривали. Как и в схеме понижающего преобразователя здесь установлены диод $D_1$, дроссель $L_1$, выходной конденсатор $C_{out}$, нагрузка $LOAD$. Однако эта схема более усовершенствованная - здесь присутсвует обратная связь `FEEDBACK`. +Значение напряжения, которое подается на $R_{н}$, направляется на вход компаратора через резистивный делитель (делитель может находиться внутри микросхемы - в таком случае уровень выходного напряжения фиксирован 'fixed output', - или же располагаться вне корпуса - инженер сам подбирает номиналы $R_{1}, \ R_{2}$ для формирования нужного уровня $U_{out}$ 'adjustable output'). Происходит сравнение с опорным напряжением. В результате биполярный `NPN транзистор`, использующийся в качестве ключа $SW$, будет переключаться таким образом, чтобы уровень $U_{out}$ был стабильным вне зависимости от колебаний напряжения на входе. В упрощенном виде схема имеет следующий вид (ШИМ - [широтно-импульсная модуляция](https://ru.wikipedia.org/wiki/Широтно-импульсная_модуляция#Причины_применения_ШИМ)): + + 
Рисунок 3 – Упрощенная схема импульсного стабилизатора
+ + +Пусть для примера $U_{in}\ = 26 \ В,\ U_{out}\ = 7 \ В,\ R_{н}\ = 10 \ Ом,\ f \= 52 \ кГц $ + +Для формирования необходимого уровня напряжения на выходе, необходимо правильно подобрать компоненты обвязки, которые обеспечат необходимый коэффициент обратной связи. Обратимся к разделу спецификации `TEST CIRCUIT AND LAYOUT GUIDELINES` + + 
Рисунок 4 – Подключение преобразователя с регулируемым выходом
+ +#### Резисторы R_1, R_2 + +В спецификации приведено отношение номиналов резисторов обратной связи и выходного напряжения + +```math +U_{out}= U_{ref} \cdot (1 + \frac{R_2}{R_1}) +``` +$R_{1}\$ нужно выбрать из диапазона (1 - 5) кОм, возьмем, допустим, $2,4 \ кОм$. $U_{ref}\$ для данного компонента составляет 1,23 В. Учитывая выходное напряжение проебразователя, вычисляем по формуле значение $R_{2}\$. + +```math +R_{2}= R_{1} \cdot (\frac{U_{out}}{U_{ref}} - 1) +``` + +```math +R_{2}= 2,4 \cdot 10^3 \cdot (\frac{7}{1,23} - 1) ≈ 11,2\ кОм +``` +Используя `номинальный ряд E24`, $R_{2}\ = 12\ кОм$. + +#### Катушка индуктивности L + +Используя формулу из спецификации, рассчитаем константу индуктивности +```math +V \cdot T (В \cdot мксек) = (U_{in} - U_{out}) \cdot \frac{U_{out}}{U_{in}} \cdot \frac{1000}{f (кГц)} +``` +```math +V \cdot T = (26 - 7) \cdot \frac{7}{26} \cdot \frac{1000}{52} ≈ 98 \ (В \cdot мксек) +``` +$R_{н}\ = 10 \ Ом$. По закону Ома выходной ток $I_{out}$ (или $I_{н}$) равен + +```math +I_{out}= \frac{U_{R_{н}}}{R_{н}} = \frac {7}{10} = 0,7 \ А +``` +Данное значение является максимальный током нагрузки. +По схеме из спецификации (по оси X - максимальный ток нагрузки, Y - константа индуктивности) на Рисунке 5 определим необходимый регион индуктивности и воспользуемся данными на Рисунке 6 для определения номинала катушки. + + 
Рисунок 5 – Выбор области для катушки индуктивности
+ + 
Рисунок 6 – Выбор номинала катушки индуктивности
+ +Получаем $L = 470 \ мкГн$. + +#### Диод Шоттки VD + +Значение тока через диод должно быть хотя бы в 1,2 раза больше значения $I_{н}$ а максимальное обратное напряжение диода должно быть минимум в 1,25 раз больше входного напряжения. Тогда +```math +I_{f} > 1,2 \cdot 0,7 = 0,84 \ А +``` +```math +V_{DC} > 1,25 \cdot 26 = 32,5 \ В +``` +Воспользуемся подсказкой из даташита, учитывая полученные значения. + 
Рисунок 7 – Выбор диода Шоттки
+ +Остановим выбор на SR104. + +#### Конденсатор C_in + +По спецификации рекомендуется установить обычный или танталовый конденсатор емкостью $100 \ мкФ$. $С_{in}\$ располагается максимально близко к микросхеме, чтобы минимизировать появление помех на входе преобразователя. + +#### Конденсатор С_out + +Значение выходного конденсатора вместе с катушкой индуктивности определяет доминирующую пару полюсов контура переключающего регулятора. Для стабильной работы конденсатор должен удовлетворять следующему требованию + +```math +С_{out} > 7,785 \cdot \frac{U_{in_{max}}}{U_{out}\cdot L(мкГн)} +``` + +```math +С_{out} > 7,785 \cdot \frac{26}{7\cdot 470} = 61 \ мкФ +``` + +По этой формуле можно получить значение номинала $С_{out}\$ в диапазоне (10 - 2000) мкФ. Но не спешите подбирать ближайший по номинальному ряду значение конденсатора. В спецификации указан следующий нюанс: во избежание неприемлимых пульсаций на выходе рекомендуется брать $С_{out}$ номиналом не менее 220 мкФ. Итог: будем использовать в схеме танталовый конденсатор $С_{out}\ = 220 \ мкФ$. + +#### Схема подключения LM2575 + +Номиналы компонентов обвязки получились следующие: + +$R_{1}\ = 2,4\ кОм$ + +$R_{2}\ = 12\ кОм$ + +$L\ = 470\ мкГн$ + +$VD\ -\ SR104$ + +$С_{in}\ = 100 \ мкФ$ + +$С_{out}\ = 220 \ мкФ$ + +Изобразим подключенную схему согласно спецификации (Рисунок 4) в `САПР Altium Designer`: + + 
Рисунок 8 – LM2575 с компонентами обвязки
+ +Нумерация резисторов произведена как в даташите во избежание путаницы. diff --git a/Coursework/Part_0/pic/ak.png b/Coursework/Part_0/pic/ak.png new file mode 100644 index 00000000..1bfc3b82 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/ak.png differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/block.png b/Coursework/Part_0/pic/block.png new file mode 100644 index 00000000..98b8bc6c Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/block.png differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/dw.jpg b/Coursework/Part_0/pic/dw.jpg new file mode 100644 index 00000000..459d9d23 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/dw.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/dw1.jpg b/Coursework/Part_0/pic/dw1.jpg new file mode 100644 index 00000000..36323f08 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/dw1.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/dw2.jpg b/Coursework/Part_0/pic/dw2.jpg new file mode 100644 index 00000000..2f458c65 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/dw2.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/dwos.jpg b/Coursework/Part_0/pic/dwos.jpg new file mode 100644 index 00000000..cd96bdbe Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/dwos.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/e3.jpg b/Coursework/Part_0/pic/e3.jpg new file mode 100644 index 00000000..f53cf663 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/e3.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/e31.jpg b/Coursework/Part_0/pic/e31.jpg new file mode 100644 index 00000000..41269c54 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/e31.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/inv.jpg b/Coursework/Part_0/pic/inv.jpg new file mode 100644 index 00000000..4cdcad81 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/inv.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/inv1.jpg b/Coursework/Part_0/pic/inv1.jpg new file mode 100644 index 00000000..fc631cdc Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/inv1.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/inv2.jpg b/Coursework/Part_0/pic/inv2.jpg new file mode 100644 index 00000000..1931a43e Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/inv2.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/l.jpg b/Coursework/Part_0/pic/l.jpg new file mode 100644 index 00000000..fa4d6595 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/l.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/ltab.jpg b/Coursework/Part_0/pic/ltab.jpg new file mode 100644 index 00000000..f23ad1fb Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/ltab.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/ltab2.jpg b/Coursework/Part_0/pic/ltab2.jpg new file mode 100644 index 00000000..989a88cc Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/ltab2.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/p1.png b/Coursework/Part_0/pic/p1.png new file mode 100644 index 00000000..d28495c4 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/p1.png differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/p2.gif b/Coursework/Part_0/pic/p2.gif new file mode 100644 index 00000000..8fba78a5 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/p2.gif differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/sch.jpg b/Coursework/Part_0/pic/sch.jpg new file mode 100644 index 00000000..f37412e0 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/sch.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/to220.jpg b/Coursework/Part_0/pic/to220.jpg new file mode 100644 index 00000000..ec7776eb Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/to220.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/up.jpg b/Coursework/Part_0/pic/up.jpg new file mode 100644 index 00000000..fedc4769 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/up.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/up1.jpg b/Coursework/Part_0/pic/up1.jpg new file mode 100644 index 00000000..4cb4baa9 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/up1.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/up2.jpg b/Coursework/Part_0/pic/up2.jpg new file mode 100644 index 00000000..11f1f405 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/up2.jpg differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/upos.png b/Coursework/Part_0/pic/upos.png new file mode 100644 index 00000000..c0cc18d6 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/upos.png differ diff --git a/Coursework/Part_0/pic/vd.jpg b/Coursework/Part_0/pic/vd.jpg new file mode 100644 index 00000000..72ab4219 Binary files /dev/null and b/Coursework/Part_0/pic/vd.jpg differ