Лекция 3 - Конспекты (1095370), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Система зажигания для двигателя внутреннего сгорания представляетсобой ни что иное, как самый первый вариант импульсного ИЭП. Затем такиеисточники использовали в высоковольтных блоках телевизоров.Упоминания о некоторых видах импульсных ИЭП относят к 1940-м гг. Вто время, в частности, в маломощных ИЭП с электропитанием отгальванических батарей и аккумуляторов в качестве силовых ключейиспользовалисоздавалиэлектромагнитныйвибрационныепрерыватель-вибратор.преобразователи.ЧащеНавсегоегоосновевибраторыизготавливали на частоту 100 Гц, но иногда и на повышенную частоту (200400 Гц). По своей структуре такие ИЭП представляли собой ключевыепреобразователи, предназначенные для получения более высокого напряженияпостоянного или переменного тока.
Естественно, их массогабаритныепоказатели и надёжность были низкие. В то время РЭА, включая электронновычислительные машины, выполнялась на электронных лампах, а значит,требовала для электропитания ИЭП с выходным напряжением в сотни вольт, нопри сравнительно небольших токах (десятки миллиампер, иногда единицыампер).В 1950-х гг. в ИЭП повышенной и большой мощности с успехомиспользовали регуляторы и преобразователи на тиратронах, которые работалиуже на повышенной частоте: до единиц килогерц.
Тиратрон – трёхэлектродныйуправляемый ионный прибор дугового разряда с положительной пусковойхарактеристикой.электровакуумныеВкачестве(кенотроны)диодовиспользоваливыпрямители.КПД,селеновыеимассогабаритныепоказатели и надёжность таких ИЭП также оставляли желать лучшего. Однакотакие ИЭП применялись преимущественно в военной РЭА как альтернативалинейным ИЭП, применявшимся в бытовой технике.После разработки промышленных образцов транзисторов в РЭА вместоэлектронных ламп стали всё более широко использоваться полупроводниковые56Электропитание РЭАприборы:вначалеГлава 3германиевые,азатемкремниевые.Применениеполупроводниковых приборов потребовало изменения номенклатуры ИЭП,которые обеспечивали бы на выходе низкие напряжения (до 60 В), но набольшие токи (до десятков ампер).Вместе с тем массовое применение импульсных ИЭП вплоть до конца1960-х гг.
было ограничено функциональными возможностями трёх главныхкомпонентов ИЭП: магнитопровода, силового ключа и выпрямителя. Лишь в1970-е гг. достижения в разработке всех категорий компонентов кардинальноизменили ситуацию на рынке ИЭП, особенно в тех секторах, где применениелинейных стабилизаторов было невозможно вследствие их неспособностиобеспечить требуемый уровень мощности.Отметимопределяласьтакже,чтоэволюциейэволюциясиловогоимпульсныхключа.ОпускаяИЭПвосновномпервыйэлемент(электровакуумный), их можно расположить в следующей очередности:- магнитный усилитель (дроссель насыщения), используемый в основномв цепях переменного или пульсирующего тока;- двухслойные и трёхслойные полупроводниковые приборы: диоды итранзисторы, применимые в однополярных цепях;- четырёхслойные приборы: тиристоры, симисторы;- интегральная приборы.В настоящее время в той или иной степени применяют почти все видысиловых ключей.
Только каждый из них занял свою нишу. Так, и мощные, изапираемые тиристоры могут применяться в системах электропривода на 1001000 кВт и более. В меньшей степени используются высокочастотныемагнитные усилители, в ряде случаев применимые в мощных низковольтных(2-5 В) цепях на выходные токи 500-1000 A. В основной массе импульсныхИЭП различной мощности (от десятков до тысяч ватт) применяются полевыетранзисторы.57Электропитание РЭАГлава 3Со временем стоимость одного ватта импульсных ИЭП упала на столько,чторазработчикамсталоневыгоднопроектироватьиизготавливатьсобственные ИЭП. Поэтому на рубеже XX и XXI веков многие компаниипредставили на рынок линейки импульсных ИЭП со стандартными выходныминапряжениями.В настоящее время сильна тенденция улучшения различных показателейкачества импульсных ИЭП: растут выходная мощность, КПД, надёжность,улучшаются и массогабаритные показатели, электромагнитная совместимость.В частности, диапазон выходных мощностей современных импульсных ИЭП ссетевым входом (AC/DC) составляет от 5-10 Вт до 5-10 кВт и более.
ВеличинаКПД реально достигает 80-96% в зависимости от структуры и типа первичнойсети. Максимальные значения удельной мощности у AC/DC-преобразователейсоставляют до 2500 Вт/дм3 (данные на 2015 г.).3.6 Сравнение импульсных и линейных источников электропитанияДля всех линейных ИЭП требуется входное напряжение, которое вышевыходного на определённую минимальную величину, которая называется"падением" напряжения.Возьмём для примера устройство, работающее от 6 В и потребляющеемаксимальный ток 2 А. Типичный линейный ИЭП будет иметь "падение"напряжения 2 В.
Если мы будем использовать аккумуляторную батарею, то онабудет разряжаться до напряжения примерно 1,9 В на элемент. Так как длякорректной работы требуется напряжение минимум 8 В (6 В для нагрузки иплюс 2 В на "падение" напряжения"), для получения требуемого напряженияпонадобится как минимум 5 элементов. Следовательно, при разряженнойбатарее минимальное входное напряжение равно 9,9 В.
Поступающая внагрузку мощность при токе 2 А равна 12 Вт, а стабилизатор должен рассеиватьпри разряженной батарее 7,8 Вт. Отсюда КПД равен 60%. При полностьюзаряженной батарее напряжение каждого элемента равно 2,26 В – и батарея58Электропитание РЭАГлава 3выдаёт 11,3 В. Мощность нагрузки по-прежнему равна 12 Вт. Но стабилизатортеперь должен рассеивать 10,6 Вт, откуда КПД получается равным 53%.Ситуацию можно улучшить, если не полностью разряжать каждыйэлемент. Можно увеличить производительность и снизить стоимость батареи(ценой более частой подзарядки, например), если будем прекращать работу,когда напряжение на каждом элементе упадёт до 2 В. При этом понадобитсятолько 4 элемента.
Мощность, рассеивая в стабилизаторе, при разряженнойбатарее, составит 4 Вт – поэтому КПД возрастёт до 75%. При полной зарядкеКПД увеличится до 67%.В первом примере 2 из 5 элементов расходуют всю свою энергию нанагрев окружающей среды. Во втором примере на такой нагрев полностьюработает 1 из 4 элементов. Выходит, что линейная стабилизация – слишкомдорогой способ получения постоянного напряжения в системе, работающей отбатарей.Длявышеприведённогослучаяможноприменитьимпульсныйстабилизатор – в первом приближении КПД при полной зарядке составит 92%,а при разряженной батарее окажется близок к 99%.
Другое преимущество – слинейным стабилизатором батарея должна состоять минимум из 4 элементов. Симпульсным стабилизатором достаточно и 1 элемента.Примерно так же обстоят дела и с сетевыми ИЭП. Для сетевоголинейного ИЭП мощностью 1000 Вт потребуется трансформатор массой около50 кг, массивные радиаторы с вентиляторами, по объёму он займёт околополукубометра. Для сравнения импульсный ИЭП будет иметь массу около 5 кги стоить будет гораздо дешевле.Однако не всегда импульсные ИЭП являются наилучшим вариантом. Навыходе импульсного ИЭП обязательно присутствует высокочастотный шум.Линейные ИЭП шумят на два-три порядка меньше.
Для очень чувствительныхк шуму аналоговых цепей обычно рекомендуют линейные ИЭП. Либоиспользуют комбинированные схемы электропитания.59Электропитание РЭАГлава 3Несмотря на то, что линейные ИЭП имеют много достоинств, таких какпростота, малые уровни пульсаций выходного напряжения и шума, отличныезначения нестабильности по напряжению и току, малое время восстановлениянормативного уровня выходного напряжения после скачкообразного изменениятока нагрузки, главными их недостатками, ограничивающими их применение,являются: низкий КПД (а значит, повышенное тепловыделение) и значительныемасса и габариты (для мощных стабилизаторов).Импульсные ИЭП находят широкое применение главным образомблагодаря их большой удельной мощности и энергетической эффективности.Важным достоинством импульсных ИЭП также является большое времяудержания, то есть время, в течение которого выходное напряжение ИЭПостаётся в допустимых пределах при пропадании входного напряжения.Особую актуальность это приобретает в цифровой технике.Обобщённые результаты сравнения линейных и импульсных ИЭПпредставлены в таблице 3.1.Таблица 3.1№п/п1234567ПараметрЛинейный ИЭПИмпульсный ИЭПКПД,%Удельная мощность, Вт/дм3Нестабильностьпо напряжению, %Время нарастания переходнойхарактеристики, мксВозможность инвертированияВозможность увеличениявходного напряженияЭлектромагнитные помехи30-5050-10080-981000-100000,01...0,050,05...0,120-50100-500нетестьнетдане значительнытребуют подавления3.7 Устройства бесперебойного электропитанияДля электроснабжения ответственной РЭА, которая не допускаетперерывов в электропитании, широко используют устройства бесперебойногоэлектропитания (УБЭ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
