Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 7

10 10 10 10 10 5 5 10 10 2,5 6 6 10 12 25 26 26 55 35 70 150 100 1000 1000 100 300 20 45 85 10 25 20 100 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 17 17 15 15 15 15 15 15 17 -20... +35 -20... +35 — 30... +50 — 30... +50 — 30... +50 — 30... +50 — 30...+50 — 30...

+50 — 15... +35 — 15... +35 — 40... +50 -15... +35 О... +45 О. +45 — 40... +50 — 40...+50 +5... +45 +5... +45 +5... +45 -30... +50 — 30...+50 — 40... +50 — 40... +50 100 250 100 100 800 800 150 150 50 50 50 392 392 150 150 18 12 18 15 18 б 18 18 18 12 12 12 12 36 36 36 36 12 12 12 15 6 36 Зб 11,65,5 15,76,6 15,66,1 20,17,1 20,06,6 27,210,3 25,29,3 25,29,3 34,69,8 151041 251241 351471 351441 45,530162 49,333,3120 2060 3461,5 1624,5 1450 1496 24,162,2 2722,5 1875 1114564,5 2,0 4,0 3,6 7,0 ' 7,0 14,0 13,5 13,5 28,0 21,0 40,0 98 61 580 440 55 Г74 15 23 41 60 29 50 680 диапазоне температур и имеют малое внутреннее сопротивление, которое в зависимости от степени разряда и объема находится в диапазоне 0,1... 10 Ом.

При увеличении тока разряда емкость уменьшается, а с повышением температуры электролита емкость сначала увеличивается, а затем уменьшается. Ртутно-цинковые элементы имеют герметичную конструкцию в форме диска. Они отличаются высокой стабильностью электродвижущей силы, которая в течение года изменяется на 0,2 %. Внутреннее сопротивление значительно выше по сравнению с марганцево-цинковыми элементами. Ртутно-цинковые элементы отличаются от других химических источников тока наибольшей удельной емкостью на единицу объ- 36 ема. К недостаткам ртутно-цинковых элементов следует отнести низкую работоспособность при отрицательных температурах.

В отличие от рассмотренных гальванических элементов аккумулятор может использоваться многократно эа счет восстановления химической энергии вещества путем пропускания электрического тока в направлении, обратном направлению тока при разряде. Применение ' находят следующие типы аккумуляторов и составленных иэ них батарей: свинцово-кислотные (СК), никелево-кадмиевые (НК), никелевожелезные (НЖ), серебряно-цинковые (СЦ), никелево-цинковые (НЦ), никелево-водородные (НВ).

Они имеют герметическое исполнение, эа 37 исключением никелево-железных, которые должны иметь вентилируемую конструкцию. Параметры некоторых типов аккумуляторов приведены в табл. 1.7. 1 Из таблицы можно заключить о технико-экономической целесо- 1 образности применения никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей. По сравнению с марганцево-цинковыми элементами они имеют в 1,5 раза более высокую удельную емкость, в 2 раза больший срок хранения, зна! чительно меньшее внутреннее сопротивление и значительно больший срок службы. Стоимость одного ватт-часа у никелево-цинковых аккумуляторов в 100...200 раз меньше, чем у марганцево-цинковых элементов. В процессе эксплуатации герметичных дисковых аккумуляторов они должны заряжаться малым током. Это позволяет удерживать давление газов внутри корпуса на допустимом уровне и обеспечивать герметичность корпуса.

Основные параметры герметичных никелевокадмиевых аккумуляторов при нормальных условиях окружающей среды приведены в табл. 1.8. 1.3.3. Автономные источники электроэнергии на базе солнечных батарей Солнечные батареи используются для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию. В темное время суток (ночью или в тени) солнечные батареи не производят энергии. Для непрерывного обеспечения нагрузки электроэнергией необходимо запасать некоторую часть энергии, производимой солнечной батареей в период освещения, и отдавать ее в нагрузку в период тени.

Поэтому автономная система электроснабжения должна содержать кроме солнечной также аккумуляторную батарею, которая разряжается на нагрузку в темное время суток и в случае пиковых нагрузок. Для получения требуемой мощности солнечные элементы объединяют в модули, а модули — в панели. Солнечные элементы по существу являются полупроводниковыми приборами большой площади с неглубоким р-я переходом, удельным сопротивлением базы 10 Ом.см и относительно низкими значениями напряжения холостого хода и тока короткого замыкания.

Коэффициент полезного действия солнечных элементов 12...14 %. В условиях излучения наблюдается деградация солнечных элементов, для снижения которой элементы покрывают слоем защитного стекла. Стекло крепится к элементам при помощи клея, стойкого к ультрафиолетовым лучам. Иногда используют солнечные элементы с интегрированным защитным покрытием из кварцевого или сапфирового стекла. Такое защитное покрытие содержит антиотражающий слой на фронтальной поверхности элемента.

Для достижения лучших характеристик температуру солнечных элементов следует поддерживать по возможности низкой С целью увеличения выходного напряжения элементы, согласованные по току, соединяют последовательно. Для обеспечения требуемого тока элементы, согласованные по напряжению, соединяют параллельно. В качестве аккумуляторов используются свинцовые или никелькадмиевые батареи. Как правило, требуемые значения напряжений и род тока не удовлетворяются тем напряжением, которое получается на выходе солнечной батареи. Поэтому автономные источники электроэнергии обычно содержат преобразователи напряжения постоянного тока в постоянный (конверторы) или постоянного тока в переменныи (инверторы). Кроме того, необходимо устройство управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи.

В светлое время суток устройство должно обеспечить заряд аккумуляторной батареи до заданного уровня. Оно предотвращает также разряд батареи ниже определенного уровня. Источники электроэнергии выполняют на основе кристаллического или аморфного кремния. Удельная стоимость источника на основе кристаллического кремния выше по сравнению с источником на основе аморфного кремния, но последний имеет меньший КПД и худшие эксплуатационные воэможности.

С целью уменьшения доли отраженного света на лицевую поверхность кремниевой пластины наносят оптически просветляющий слой, например двуокиси кремния, или полимерный рельефный слой для обеспечения эффективного поглощения света в полупроводнике при больших углах падения. Другим способом решения этой задачи является формирование на поверхности ячеистой призматической структуры путем рельефного травления кремния или придания поверхности кремния бархатистой структуры путем специального травления.

Омические контакты и токосъемные шины располагают обычно с противоположных сторон пластины. При этом для уменьшения затенения полупроводника и увеличения сечения токосъемных шин последние помещаются в предварительно протравленные канавки (рис. 1.16). Конфигурация кремниевых пластин выбирается либо в виде круглой формы, либо с обрезанными краями (в виде псевдоквадрата) для увеличения плотности заполнения при компоновке панели.

Современные серийные пластины на основе р-1-л структуры с площадью 100 х 100 мм при освещенности 100 мВт/см имеют следующие параметры: коэффициент полезного действия.... 11... 12 % напряжение холосто~о хода .......... 0,45 В ток короткого замыкания.............2,2 А. Механическая прочность панелей обеспечивается применением прочного стекла для крепления кремниевых пластин и профильной металлической рамки (рис. 1.17). Герметизация осуществляется обычно климатоустойчивыми полимерными термосплавами.

Во всех вариантах конструкции герметиком заполняется также и промежуток между кремниевыми пластинами и стеклом. Конкретные материалы панели (металл, стекло, герметик) и технологические режимы ее изготовления выбираются с учетом конкретных требований по условиям эксплуатации. Глава 2 Рис. В.вт. Конструкция панели с металлической рамкой: металлическая рамка; Й вЂ” кремниевая пластина; 3 — герметик; 4 — стекло Рис.

1дэ Структура углубленных токосъемных шин: д З вЂ” токосъемные шины;  — двуокись кремния; з — п-диффузионный слав; 4— р-кремний; З - и+-слоя 41 1 1 Нзпример, для стационарных электронных средств требуется мощность 50 Вт. Для получения такой мощности необходима активная площадь панели около 0,5 мз. Ближайший по ряду типономиналов размер панели равен 1,2 х 0,45 и. В качестве основы конструкции может быть применена рамка из стандартного алюминиевого профиля. В качестве основы для размещения кремниевых пластин берется листовое кварцевое (зыщелоченное) стекло толщиной 2...3 мм. В качестве герметика целесообразно применить полиметилбутеральную пленку. 3 ! Схемотехническое проектирование источников электропитания 2.1. Выпрямители Выпрямители в большинстве случаев содержат трансформатор, диоды и сглаживающий фильтр.

Они характеризуются следующими параметрами (2): значением входного напряжения, частотой входного тока и их отклонениями; полной мощностью, потребляемой от входной сети; значением выходного напряжения; коэффициентом пульсаций выходного напряжения; значением выходного тока и его отклонением от номинального; коэффициентом полезного действия. Коэффициент пульсаций выпрямителя принято определять как отношение двойной амплитуды переменной составляющей к постоянной составляющей выходного напряжения.

Двойная амплитуда измеряется как сумма положительной и отрицательной полуволн переменной составляющей выпрямленного напряжения. Иэ большого количества схемных решений выпрямителей рассмотрим лишь наиболее часто применяемые в источниках электропитания (рис. 2.1,а-е). Однополупериодная схема выпрямителя (рис. 2.1,а) используется обычно при выходной мощности до 10 Вт и в тех случаях, когда допускается сравнительно высокий коэффициент пульсаций, Достоинством схемы является минимальное число диодов, недостатком— низкая частота пульсаций, равная частоте входного тока.

При наличии трансформатора имеет место недостаточное его использование и подмагничиввние магнитопровода постоянным током. Двухполупериодная схема с выводом средней точки (рис. 2.1,5) используется обычно при выходной мощности до 500 Вт. Достоинством схемы является возможность применения диодов с электрически соединенными катодами в виде диодных сборок, а также воэможность установки диодов на общий радиатор.

К недостаткам следует отнести усложнение конструкции трансформатора из-за вывода средней точки вторичной обмотки трансформатора и повышенное обратное напряжение на диодах. Мостовая однофазная схема (рис. 2.1,е) используется в широком диапазоне выходных мощностей (обычно более 300 Вт). Достоинством г! д! Рис. гпц Основные схемы выпрямления источников электропитания схемы является повышенная частота пульсаций, низкое обратное напряжение на диодах, воэможность работы без трансформатора.