Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 4

200 /Ра /00 Рис. гдг. Зависимоств номера такта и от уровня йг. 1 — переца способ формирования импульсов; г— второе способ формировайиа импулы соа пг — [/гг~вгссоа /сг вгса!п /сгкр)+ +ф /ггг)/2(1 — т/сг). ~=ып, где /з — — 2'к(Т. При некотором значении „„= — = О,З18З 1 к 1 /гг = /гг — — ап и/1(Т), /ггкр — = О,ЗОЗЗ 1 Л+ к~ 18 19 Перенос ошибки из такта в такт приводит к ее частичной отработке, поэтому в конечном счете в некотором такте она будет отработана полностью.

Для определения этого такта предположим, что относительный уровень управляющего сигнала до момента времени гл/'Т равен кгкр, а в момент гл/Т увеличился до значения 1г. На интервале сравнения относительный уровень выходного напряжения интегратора достигает минимального значения /сг /гг;„—— /гг + — (агсв1 и /сг„р — агсип /гг)— 2я — — г/1 — /сгг — —. 2У~ г 2к В последующих тактах благодаря частичной отработке ошибки минимальное значение относительного уровня выходного напряжения интегратора снижается и в некотором такте достигает нуля.

Номер такта, при котором ошибка будет отработана полностью, определяется зави- симостью 'кг/агсв/п лг — агсв/п /сг„р) + ь/1 — /ггг 2~1 — к/гг) Перенос ошибки в такт до полной отработки приводит к изменениям ширины импульсов с частотой ошибка переносится в бесконечность, т,е. ее отработка отсутствует. При втором способе формирования ширины импульсов также имеет место перенос ошибки. Относительный уровень выходного напряжения интегратора имеет вид а относительный уровень входного тока выражается зависимостью /сз = сов 2к(г/Т) — /сг.

Критическому значению относительного входного сигнала Таким образом, при втором способе формирования импульсов коэффициент использования периода сигнала снижается примерно на 20 %. Номер такта, в котором заканчивается отработка ошибки, определяется по формуле Графики зависимости номера такта от уровня /гг показаны на рис. 1.11. В устройстве с потактовым занесением сигнала управления перенос ошибки отсутствует, поэтому коэффициент использования периода сигнала приближается к единице. 1.2. Общие требования к источникам электропитания электронных средств Источники электропитания электронных средств характеризуются следующими основными параметрами: показателями надежности работы; значениями и отклонениями напряжения и тока входной сети (системы электроснабжения); значением, нестабильностью и пульсацией выходного напряжения при воздействии влияющих величин; наличием защиты при аварийных режимах; коэффициентом полезного действия; габаритными размерами и массой.

Степень важности отдельных показателей определяется конкретным видом нагрузки и условиями эксплуатации, однако для любого источника надежность работы является его важнейшей характеристикой. Она оценивается временем наработки на отказ и вероятностью безотказной работы. Выбор показателей надежности определяется назначением электронных средств. Так, наибольшую наработку на отказ должна обеспечивать аппаратура, размещаемая на необслуживаемых обьектах (космические аппараты, морские буи и т.п.), Наибольшая вероятность безотказной работы требуется от электронных средств, функционирование которых в течение заданного (сравнительно небольшого) времени должно быть гарантировано.

К таким объектам относятся медицинская аппаратура, ракетная техника и т.п. Наработка на отказ отдельных составных частей (функциональных узлов) источников электропитания обычно находится в пределах (50...100) 10з ч, а наработка на отказ источников электропитания в пределах 120...70) 10з ч. Вероятность безотказной рзБоты источников и их функциональных узлов составляет примерно 0,95 эа 1000 ч непрерывной работы. Значение пульсаций выходного напряжения ИЭП определяет его электромагнитную совместимость с нагрузкой. Электронные средства, выполненные на цифровых компонентах, предъявляют умеренные требования к пульсациям источников электропитания.

Так, для электропитания цифровых микросхем допустимо напряжение постоянного тока с переменной составляющей не более 1 ~. Для аналоговой аппаратуры в большинстве случаев допустима пульсация (0,1...0,2) % от уровня выходного напряжения. К источникам электропитания высокого напряжения передающих устройств могут предъявляться требования по значениям и составу гармонических составляющих выходного напряжения.

Наличие этих требований определяется режимом обработки сигнала в приемопередающей аппаратуре (непрерывный, кваэинепрерывный, импульсный). Изменение входного тока источника электропитания при динамическом характере нагрузки определяет возможность его электромагнитной совместимости с системой электроснабжения, особенно с системой ограниченной мощности. Уровень электромагнитных помех со стороны источника электропитания в систему электроснабжения в существенной степени зависит от значения реактивной составляющей входного тока, а при коммутации переменного така — также от мгновенного значения входного напряжения. Применение входного фильтра уменьшает пульсации нз входе источника как со стороны системы электроснабжения, тзк и со стороны самого источника.

Помехи от источника электропитания не должны превышать значений, установленных в нормативно- технической документации. Нестабильность выходного напряжения стабилизирующего ИЭП до 2 еге от номинального напряжения для многих видов нагрузок (в том числе передающих и индикаторных устройств) может Быть приемлемой. В отдельных случаях требования могут быть более жесткими и отклонение напряжения от номинального не должно превышать 1 е4. Наибольшее влияние на нестабильность выходного напряжения оказывают диапазоны изменения температуры окружающей среды и выходного тока. При импульсном характере и широком диапазоне изменения тока, потребляемого нагрузкой, обеспечение требований по нестабильности выходного напряжения может вызвать значительное усложнение схемы и конструкции.

Нестабильность выходного напряжения в течение заданного промежутка времени (например, в течение 24 ч) может быть задана не более 0,02 %. Нестабильность выходного напряжения высоковольтных источников электропитания должна обеспечиваться не только схемными, но и конструктивно-технологическими мерами. Это вызвано тем, что наличие высокого напряжения является предпосылкой для увеличения токов утечки. В маломощных устройствах под воздействием влияющих величин (в первую очередь — повышенной влажности) токи утечки могут быть сравнимы с выходным током, что приведет к изменению выходного напряжения. Коэффициент полезного действия источника электропитания во многом определяется сочетанием выходных напряжений и тока.

При одинаковой выходной мощности источники с более высоким выходным напряжением, как правило, имеют более высокий КПД. Однако в маломощных ИЭП высокого напряжения (например, в источниках электропитания ЭЛТ) получение высокого КПД затруднено, так как режим их работы близок к режиму холостого хода, В источниках с Большими выходными токами КПД определяется в основном мощностью тепловых потерь и возможностью ее отвода от источника при заданных условиях охлаждения и конструктивном исполнении.

В низковольтных источниках электропитания КПД обычно составляет: при непрерывном , преобразовании 45...55 еА, при импульсном преобразовании 75...80 %. В источниках высокого напряжения при выходной мощности до 1 кВт оптимальный КПД составляет примерно 55...70 еУе. Технические требования к характеристикам источников электропитания должны выполняться в заданных условиях эксплуатации электронных средств.

Эти условия определяются назначением аппаратуры, в которой используются источники, и могут существенно различаться. Если электронные средства размещаются в отапливаемом помещении, то они рассчитываются на температуру окружающей среды от +5 до +40'С, атмосферное давление не ниже 460 мм рт.ст. и относительную влажность воздуха 95 еге при температуре 30'С. Если электронные средства размещаются на подвижных наземных носителях (колесных и гусеничных самоходах), то диапазон изменения температуры расширяется от -50 до +65'С, а относительная влажность воздуха повышается до 98...100 е/о.

Источники электропитания должны выдерживать циклическое изменение температуры окружающей среды. Особенно критичны к такому режиму герметиэируемые конструкции, а также устройства высокого напряжения, для конструкций которых характерна большая толщина слоя изолирующего компаунда. Значительный перепад температур обычно имеет место при подъеме и последующем снижении аппаратуры. Так, при подъеме на высоту более 9000 м температура окружающей среды 20 21 эа короткое время достигает — 60'С.

При эксплуатации в составе самолетной аппаратуры источники электропитания должны сохранять работоспособность в условиях атмосферного давления 5 мм рт.ст. К источникам электропитания электронных средств предъявляются также требования устойчивости к воздействию проникающей радиации. В этом случае необходимо учитывать обратимые и необратимые изменения, происходящие в полупроводниковых структурах, конденсаторах, электромагнитных компонентах и др. Наиболее критичным параметром для высоковольтной конструкции ИЭП является сопротивление изоляции. При плотности потока нейтронов 10ысм с и мощности дозы Т-излучения 10 Р/с сопротивление изоляции может снижаться на несколько порядков.

Конструкции источников электропитания (помимо допустимых значений массы и объема) должны обеспечивать заданный температурный режим, уровень технологичности, уровень унификации, уровень миниатюризации, а также удобство обслуживания и безопасность работы обслуживающего персонала. 1.3. Системы автономного алектроснабжения Показатели источников электропитания в значительной степени определяются их электрической и конструктивной совместимостью с системой электроснабжения, выходное напряжение которои является входным для ИЭП. Если источники электропитания являются составной частьа ствиаь«врным влвхтььциы«средств, ть ь «вчвствв системы впехтрьснабжения используется стационарная промышленная сеть, отвечающая требованиям ГОСТ 13109 — 87. При размещении электронных средств нз подвижном носителе должна быть обеспечена совместимость источников электропитания с системой автономного электроснабжения (САЭС) и с транспортным средством.

При этом может использоваться аккумуляторная батарея транспортного средства для работы в буферном режиме с САЭС или генератор транспортного средства в качестве САЭС. К системе автономного злектроснабжения предъявляются следующие требования: обеспечение заданными значениями напряжений и мощности постоянного и переменного токов, стабильность выходных напряжений, бесперебойность электроснабжения, высокая наработка на отказ, возможность размещения в непосредственной близости к источникам электропитания, минимальное время готовности к работе, минимальны й ра сход топлива.