Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 15

Для обеспечения необходимыми напряжениями компонентов схемы используется узел вспомогательного электропитания, обеспечивающий Ряс. 2.42. Схема узла автоматики и контроля напряжения 5 В и ~15 В. Узел выполнен на двух интегральных стабилизаторах 142ЕН5А и 142ЕНБА.

2.4.5. Источники электропитания с микропропессорным регулированием напряжения Стабилизирующие источники электропитания обеспечивают нагрузку напряжением с заданными характеристиками при воздействии влияющих величин. В ряде случаев влияющие величины отличаются весьма широким диапазоном значении.

Так, в цепи нагрузки в рабочем режиме могут иметь место короткие замыкания, т.е, возможно изменение выходного тока источника электропитания от нуля до максимального значения. В некоторых системах электропитания входное напряжение источника электропитания в процессе работы может принимать значения, отличающиеся в 2 раза и более. Последний случай имеет место при электроснабжении электронных средств от солнечных батарей, аккумуляторов или их комбинации. В светлое время суток солнечные батареи обеспечивают энергией нагрузку и заряжают аккумуляторы. В темное время суток энергия в нагрузку поступает только от аккумуляторов. Аккумуляторы должны также обеспечивать работу при пиковых нагрузках в любое время суток. Энергия от солнечных Батарей не стабилизирована.

Для ее преобразования и стабилизации наиболее подходящими являются цифровые стабилизаторы параллельного типа с микропроцессорным управле- ж 89 88 Рис. в йз. Структурная схема системы электроснабжения с цифровым стабилизатором нием. Основным преимуществом таких стабилизаторов по сравнению со стабилизаторами других типов является незначительное увеличение их массы и объема при существенном повышении мощности источника электроэнергии. Микропроцессор используется также для управления процессами заряда и разряда аккумуляторной батареи.

На рис. 2.43 приведена структурная схема системы электроснабжения с цифровым стабилизатором НС параллельного типа. Стабилизатор НС осуществляет преобразование и регулирование электроэнергии, поступающей от солнечной батареи СН Солнечная батарея разделена на Н секций. Основная секция с.О постоянно подключена к выходной шине, а остальные секции (от с.1 до с.Л) подключаются дополнительно к шине с помощью управляемых ключей Кл1...КлН. В состав цифрового стабилизатора входит стабилизатор непрерывного действия НС (рис.

2.44), рассчитанный на стабилизацию одной основной секции с.О батареи. Цифровой стабилизатор обрабатывает информацию о токе, протекающем через стабилизатор НС, и в зависимости от его значения подключает или отключает дополнительные секции. Так осуществляется грубая стабилизация напряжения. Точная стабилизация осуществляется стабилизатором непрерывного действия НС. Сигнал с делителя напряжения Я1, Я2, НЗ (см. рис. 2.44), подключаемого к выходной шине, сравнивается с опорным напряжением стабилитрона и'П1. Усиленный устройством ВА1 сигнал рассогласования определяет ток, протекающий в силовой цепи стабилизатора. Для контроля этого тока предусмотрен резистор А9, сопротивление которого выбирается в зависимости от уровня максимального тока стабилизатора, Сигнал с резистора 29 подается на схему сравнения, которая фиксирует превышение током допустимо максимального уровня 1 „или уменьшение тока ниже допустимо минимального уровня 1 ы.

Микропроцессор анализирует сигналы 1;„и 1„, „и выдает команду на подключение или отключение секций солнечной батареи, Для обеспечения устойчивой работы системы электроснабжения выдача команд микропроцессором синхрониэируется тактовыми сигналами. Рис. З.44. Схема стабилизатора непрерывного действия в цепи основной секции При неизменных нагрузке и освещенности солнечной батареи напряжение стабилизируется стабилизатором НС, а микропроцессор свободен от выполнения задач стабилизации системы и выполняет фоновые программы. Если ток стабилизатора НС выходит эа пределы 1пиэ и 1ы „, то выполнение микропроцессором фоновых программ прерывается.

При этом инициируется подпрограмма считывания слов состояния системы и определения необходимости подключения или отключения секций солнечной батареи, изменяется слово состояния батареи, определяющее число подключенных секций. Затем микропроцессор переходит на выполнение фоновых программ, ожидая следующего прерывания. С целью обеспечения максимального быстродействия микропроцессора в течение одного прерывания подключается или отключается только одна секция. Однако этого Быстродействия недостаточно, чтобы система успевала отреагировать на подключение или отключение секции к тому моменту, когда микропроцессор уже готов возвратиться к фоновой программе. Если такой возврат будет разрешен, то фоновая программа может сразу же вновь прерваться, так как система не сможет отреагировать на корректирующее воздействие. Для устранения подобного режима коммутация секций солнечной батареи и возврат микропроцессора к выполнению фоновой программы синхронизируются тактовыми сигналами, частота которых принимается меньшей по сравнению с частотой микропроцессора.

Так, если частота микропроцессора составляет несколько мегагерц, то частота тактовых сигналов выбирается равной нескольким килогерцам. Выбор пониженной частоты синхронизации определяется несколькими факторами. Желательно, чтобы частота синхронизации имела максимально возможное значение. Однако емкость на выходе стабилизатора снижает скорость подключения или отключения солнечной батареи. Энергия, накопленная этой емкостью, должна обеспечивать подпитку нагрузки в течение времени, необходимого для подключения микропроцессором дополнительной секции.

Чем дольше микропроцессор обрабатывает информацию и подключает секцию, тем Большая емкость к о х х о ш О и о к и х х О х л о х С3 3 о ЪЪ К х х О о .е ь Я О О о ЧР Ч: х хе х х О Х сь х О » сс'з О и ХЧЗ а к ЪО О Ю' ~д й о Р и х д а Г О сч сч „„сч м сч сч сч и О а О Я о О о х к 3- 33 О~ х О 3~ С3 о 'О 5 О к » к к к м к к ОО » ОЗ со к х >, Э м О С Ш 'л м В м С О СО х х х и О. о а сс и 33 ц3 д 33 К Ю О й х и о м х ИЪ СО ОЪ СЪЪ М О Сп ш ш ш ш ОО СО ОЗ со ЪО О О ЪО СО СО СО Ф И\ СО м г ш ш СО СО о о \3 33 СО СО М ЧЪ ш ш СО СО ЧЪ о о ез М 33 ОЪ СО :О 'О.

ЬС 3-3 Ъп ш ш Оэ СО 'О ЧЭ Ф СО О. О а О у у ъс О О. О. О. х. ЧС 'СС х. необходима для поддержания выходного напряжения в допустимых пределах. При снижении нагрузки емкость должна быть достаточно велика, чтобы пропускать избыточный ток в течение времени, необходимого для отключения микропроцессором секции от Батареи. Необходимо отметить также влияние емкости на работу стабилизатора, что учитывается при выборе тактовой частоты синхронизации.

Для подключения или отключения одной секции и возврата микропроцессора к фоновой программе после прерывания требуется 46 циклов, Отсюда следует, что при тактовой частоте микропроцессора 1 МГц,максимально возможная частота синхронизации системы не должна превышать 10~/46 = 21700 Гц. В источниках электропитания с микропроцессорным регулированием напряжения могут быть использованы однокристальные микро- ЭВМ семейства МК48 или МК51, выполненные по высококачественной ОМОП-технологии (серия 1816) и КМОП-технологии (серия 1830).

Переход на КМОП-технологию позволил на порядок снизить ток потребления по сравнению с и-канальной МОП-технологией. МикроЭВМ семейства МК51 по сравнению с МК48 имеют больший объем памяти команд и памяти данных. Кроме того, бьютродействие системы увеличивается от 2 до 10 раз 1в зависимости от условий использования). В табл.

2.4 приведены основные параметры микроЭВМ семейств МК48 и МК51. Укаэанные схемы выполняются в корпусе 2123.40-2. На рис. 2.45 показана схема включения микроЭВМ семейства МК51. В цепях электропитания микросхем фильтрующие высокочастотные конденсаторы емкостью 0,022...0,15 мкФ устанавливаются вблизи корпуса (не далее 50 мм). Допустимое значение статического потенциала не должно превышать 200 В. Как отмечалось ранее, работа ряда источников электропитания характеризуется короткими замыканиями в цепи нагрузки. Такие режимы имеют место в передающих устройствах, содержащих мощные широкополосные клистроны, а также в ионных и ионно-плазменных устройствах на Базе магнетронов для ионной имплантации, нанесения диэлектрических и металлических пленок, травления микрорельефа, осуществления операций очистки поверхности полупроводников.

К источникам электропитания указанных устройств предъявляются требования стаБильности выходного напряжения, ограничения выходного тока и устойчивой работы при изменении нагрузки. При возникновении дугового разряда в клистроне или магнетроне должно обеспечиваться отключение устройства от источника электроэнергии. Источники электропитания должны обеспечивать также заданный диапазон регулирования выходных токов и напряжений.

Приведенные требования могут быть удовлетворены при помощи источника электропитания, выполненного по схеме на рис. 2.46 на базе микропроцессорного управления, Источник обеспечивает работу на активную или реактивную нагрузку и обладает малыми потерями в широком диапазоне регулирования. Учитывая большую мощность подобных ЪО ЧЪ О О о о о Ф Ф чъ чъ м Ф СО сч Х, Х СЧ Х - т О О Х 90 7/0 ык 07 а,гх Сг 70мх Рг.а Р17 Рг.г 017 Рк.г Р70 Рг.а Р7.7 ЕМС 720 РЕ7 кгг РЕ1 РЕг Рга Реа РЕ? РМЕ П гг гг гг га га 17 га 07 гав сг л гг 01 И 70 70 7/а га Га аа асс Рнс.