Лекция 3 - Презентация

МГТУ им. Н.Э. БауманаКафедра «Радиоэлектронные системы и устройства»Электропреобразовательныеустройства радиоэлектронных средствЛекция 3Источники электропитанияЛекция 32/44ПЛАН ЛЕКЦИИ1.1 Из чего состоит источник электропитания?1.2 Основные характеристики и показатели качества1.3 Классификация источников электропитания1.4 Нестабилизирующие и стабилизирующие, линейные иимпульсные источники электропитания1.5 Устройства бесперебойного электропитанияЛекция 33/44Что такое источникэлектропитания?Лекция 34/44ЧТО ТАКОЕ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ?Источник электропитания – это устройство силовой электроники, входящеев состав радиоэлектронной аппаратуры и преобразующее входнуюэлектроэнергию для согласования ее параметров с входными параметрамисоставных частей радиоэлектронной аппаратуры (ГОСТ 52907-2008).Лекция 35/44ЧТО ТАКОЕ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ?Источник электропитания РЭА должен:• обеспечивать РЭА электрической энергией того или иного вида и качества,удовлетворяющего её;• обеспечивать требуемые параметры надёжности подачи электрическойэнергии, удовлетворяющие желаемой надёжности работы РЭА (ни одна РЭАне может быть надёжнее её источника электропитания);• обладать высокими энергетическими характеристиками;• проектироватьсясмаксимальнымиспользованиемтиповыхунифицированных компонентов и быть экономичным в эксплуатации.Лекция 36/44ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ1.

Номинальные выходные напряжения и токи2. Нестабильность выходных напряжений в процессе эксплуатацииU U  U ном100%U номгде U – действительное значение напряжения; Uном – номинальное значениенапряжения.3. Максимальная, минимальная и номинальная мощность по каждойиз выходных цепей4. Номинальное значение тока, потребляемого ИЭП от первичной сети5. Коэффициент мощностиcos   P Sгде P – активная составляющая полной мощности S, потребляемой ИЭП отпервичной сетиЛекция 37/44ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ6.

Коэффициент полезного действия (КПД) в номинальном режиметPi 1нi .номPп.ном100%где n – число выходов (выходных цепей) ИЭП, Рнi.ном – номинальная мощность,передаваемая в нагрузку по i-му выходу, Рп.ном – номинальная потребляемаямощность.7. Внутреннее сопротивлениеRвнутрU выхI выхгде ΔUвых – изменение выходного напряжения; ΔIвых – изменение выходного тока,вызвавшее изменение выходного напряжения.Лекция 38/44ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ8. Коэффициент пульсацийKП UПU0где UП и U0 – переменная и постоянная составляющие выходного напряжения ИЭП.9. Наличие гальванической развязки между входом и выходом10. Удельная мощностьPуд PномVгде Pном – номинальная мощность, отдаваемая в нагрузку; V – объём ИЭП.11. Эксплуатационные характеристикиЛекция 39/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ1.

По типу питающей цепи (первичного источника электроэнергии):-ИЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазнойсети переменного тока;-ИЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от трёхфазнойсети переменного тока;-ИЭП, использующие электрическую энергию источника постоянного тока.2.

По напряжению на нагрузке:-ИЭП низкого (до 100 В) напряжения;-ИЭП среднего (от 100 до 1000 В) напряжения;-ИЭП высокого (свыше 1000 В) напряжения.Лекция 310/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ3. По мощности, отдаваемой в нагрузку:-микромощные ИЭП (менее 1 Вт);-ИЭП малой мощности (до 100 Вт);-ИЭП средней мощности (от 100 до 1000 Вт);-ИЭП большой мощности (свыше 1000 Вт).4. По роду тока нагрузки:-ИЭП с выходом на переменном токе;-ИЭП с выходом на постоянном токе;-ИЭП с выходом на переменном и постоянном токе.Лекция 311/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ5. По числу выходов:-одноканальные ИЭП, имеющие один выход постоянного или переменноготока;-многоканальные ИЭП, имеющие два или более выходных напряженийпостоянного или переменного тока.6. По стабильности напряжения (или тока) в нагрузке:- стабилизирующие ИЭП (имеют в своём составе стабилизатор напряженияили тока);- нестабилизирующие ИЭП (не имеют в своём составе стабилизаторнапряжения или тока).Стабилизатор напряжения (или тока) – это устройство, входящее в составИЭП и осуществляющее стабилизацию выходного напряжения (тока) безизменения рода напряжения (тока).Лекция 312/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ7.

По непрерывности подачи электроэнергии в нагрузку:-бесперебойного электропитания;-гарантированного электропитания.8. По наличию сетевого трансформатора на входе:-с трансформаторным входом;-с бестрансформаторным входом.9. По возможности установки более одного номинального значенияхотя бы одного выходного параметра:-регулируемые;-нерегулируемые.Лекция 313/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯВходноенапряжениеПреобразовательнапряженияВыходноенапряжениеDC-DCAC-DCDC-ACAC-ACизменениеамплитудыпостоянногонапряженияпреобразованиепеременногонапряжения впостоянноепреобразованиепостоянногонапряжения впеременноепреобразованиечастотыпеременногонапряженияЛекция 314/44КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСистемыэлектропитанияЦентрализованныеКомбинированныеДецентрализованныеЛекция 315/44Стабилизирующие инестабилизирующие источникиэлектропитанияЛекция 316/44НЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯЛекция 317/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯЛекция 318/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯЛекция 319/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКлассификация стабилизаторов1.

По роду стабилизируемой величины:-стабилизаторы постоянного напряжения (тока);-стабилизаторы переменного напряжения (тока).2. По принципу действия:-параметрические стабилизаторы;-компенсационные стабилизаторы;-комбинированные стабилизаторы.Лекция 320/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКлассификация стабилизаторов3. По способу включения регулирующего элемента:-последовательные стабилизаторы;-параллельные стабилизаторы.4. По типу регулирующего элемента:-транзисторные;-ламповые;-тиристорые и т.

д.Лекция 321/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКлассификация стабилизаторов5. По точности стабилизации:-прецизионные (<0,005%);-точные (0,01-0,005%);-средней точности (0,1-0,01%);-низкой точности (1-0,1%).6. По режиму работы регулирующего элемента:-непрерывные;-импульсные.Лекция 322/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯОсновные параметры стабилизаторов1. Коэффициент стабилизации по напряжению: Кст UU вх U вых:U вх.ном U вых.номгде U вх  U вх. макс  U вх. мин , U вых  U вых.

макс  U вых. мин ; Uвх.мин и Uвх.макс – минимальное имаксимальное значение входного напряжения соответственно; Uвых.мин иUвых.макс – минимальное и максимальное значение выходного напряжениясоответственно; Uвх.ном и Uвых.ном – входное и выходное номинальноенапряжения стабилизатора соответственно. Кст IU вх I вых:U вх.ном I вых.номгде I вых  I вых.

макс  I вых. мин , Iвых.мин и Iвых.макс – минимальное и максимальное значениетока через нагрузку соответственно; Iвых.ном – номинальное значение тока черезнагрузку.Лекция 323/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯОсновные параметры стабилизаторов2. Коэффициент нестабильности по напряжению (току): К Н U  К Н IU вых1U вх U вых.номU выхU вых.ном I вых3. Выходное (внутреннее) сопротивление:Rвых U выхI вых4. КПД:Pвых U вых I выхPвхU вх I вхЛекция 324/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯОсновные параметры стабилизаторов5.

Коэффициент подавления (сглаживания) пульсации:KСГ U ~ m.вх U ~ m.вых:U 0вх U 0выхгде U~m.вх и U~m.вых – соответственно амплитуды пульсаций напряжений на входеи выходе стабилизатора; U0вх и U0вых – постоянные составляющие напряженияна входе и выходе стабилизатора соответственно.6. Номинальное выходное напряжение7. Диапазон изменения входного напряжения8.

Диапазон изменения тока нагрузки9. Быстродействие10. Температурный коэффициент напряженияЛекция 325/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯОсновные параметры стабилизаторов11. Время переходного отклонения:12. Время выхода на режим / время выключенияЛекция 326/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯПараметрические стабилизаторыЛекция 327/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯПараметрические стабилизаторыRвых  rд || R0  rд , R0  rдuвых I Нuвх I вхK ст Лекция 3uвых R0uвх rд28/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯПараметрические стабилизаторыФеррорезонансный стабилизаторЛекция 329/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯЛекция 330/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКомпенсационные стабилизаторыЛекция 331/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКомпенсационные стабилизаторыЛекция 332/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКомпенсационные стабилизаторыЛекция 333/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯКомпенсационные стабилизаторыЛекция 334/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСравнение линейных и импульсных ИЭППреимущества:• мало шумят;• малые пульсации напряжения;• простые;• быстрые переходные процессы.Лекция 3Недостатки:• малый КПД;• только понижают напряжение;• большие габариты и масса.35/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСравнение линейных и импульсных ИЭПЛекция 336/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСравнение линейных и импульсных ИЭППреимущества:• высокий КПД;• могут повышать и инвертироватьнапряжение;• малые масса и габариты.Лекция 3Недостатки:• шумят;• повышенные пульсации;• пониженное быстродействие• зачастую сложные.37/44СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСравнение линейных и импульсных ИЭП№п/п1234567Лекция 3ПараметрЛинейный ИЭПИмпульсный ИЭПКПД,%Удельная мощность,Вт/дм3Нестабильностьпо напряжению, %Время нарастанияпереходнойхарактеристики, мксВозможностьинвертированияВозможность увеличениявходного напряжения30-5080-9850-1001000-100000,01...0,050,05...0,120-50100-500нетестьнетдане значительнытребуютподавленияЭлектромагнитные помехи38/44Устройства бесперебойногоэлектропитанияЛекция 339/44УСТРОЙСТВА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯАномалии в сети85%провалы напряжения4,7%7,4%высоковольтныеимпульсыполное отключениенапряженияДля электроснабжения ответственной радиоэлектронной аппаратуры,которая не допускает перерывов в электропитании, широко используютустройства бесперебойного электропитания (UPS – UninterruptablePower Supply).Лекция 340/44УСТРОЙСТВА БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ«off-line»«on-line»Лекция 341/44ИТАК, ТЕПЕРЬ МЫ ЗНАЕМ…1.1 Что такое источники электропитания и из чего онисостоят1.2 Какими характеристиками обладают и какими бываютисточники электропитания1.3 Чем отличаются нестабилизирующие истабилизирующие источники электропитания и какойисточник выбрать: линейный или импульсный1.4 Зачем нужны устройства бесперебойногоэлектропитанияЛекция 342/44СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

Проектирование источников электропитания электронной аппаратуры /О.К. Березин, В.Г. Костиков, Е.М. Парфенов и др.; под ред. В.А. Шахнова. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 504 с.2. Белопольский И.И. Источники питания радиоустройств. – М.: Энергия,1971. – 312 с.3. ГОСТ52907-2008.Источникиэлектропитаниярадиоэлектроннойаппаратуры. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2008.4. Бессонов Л.А. Применение дросселей насыщения в современной технике //Электричество.

– 1948. – № 5. – С. 7-21.5. Maniktala S. Switching Power Supplies A to Z. – Oxford: Elsevier, 2006. – 504 p.6. Brown M. Power Sources and Supplies: World Class Designs. – London:Newness, 2007. – 382 p.Лекция 343/44Спасибоза внимание.