Лекция 13 - Конспекты (1095382), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Этотребуетпримененияэффективныхзащитныхустройствиэлементов-подавителей перенапряжений на входе ИЭП.Особый вид аномалии создают бытовые и промышленные силовыеустройства, питающиеся выпрямленным током. Речь идёт об искажении формыкривой потребляемого тока, а, следовательно, и формы сетевого напряжения. Внастоящее время причиной этой аномалии являются сами импульсные ИЭП изза наличия в них фильтрующих конденсаторов с большой ёмкостью на выходесетевого выпрямителя.

Образующиеся при этом гармоники тока такжепопадают в категорию низкочастотных ЭМП. В нормативных документах, вчастности в отечественных ГОСТ Р 51417.2.5-2000 и ГОСТ 32144-2013, даныдопустимые уровни ЭМС по содержанию разных гармоник в различных зонахпотребителей.Рассмотрим подробнее основные дестабилизирующие факторы в сетяхэлектроснабжения.Во-первых, это понижение напряжения в сети. В соответствии сГОСТ 32144-2013сетевоеоднофазное28напряжениедолжносоставлятьЭлектропитание РЭАГлава 7.3220 В ± 10% (согласно ГОСТ 29322-2014 в ближайшее время долженосуществляться переход на сеть 230 В). Возникающий в зимнее время дефицитэлектроэнергии выражается в понижении напряжения, а длительная работаРЭА в таком режиме ускоряет процесс старения электронных компонентов.Во-вторых, повышение напряжения в сети. Может возникнуть в результате аварии или избытка электроэнергии, обусловленного её неравномернымпотреблением.

Длительная работа при повышенном напряжении ускоряетрасход технического ресурса РЭА, а значительное превышение номинальногонапряжения приводит к выходу РЭА из строя, а также может стать причиной еёвозгорания.В-третьих, наличие импульсов напряжения. Они проходят, как правило,по сети вследствие аварийного отключения электропитания или удара молниивблизи кабеля.Амплитуды импульсных помех могут достигать нескольких тысяч вольт.Энергия таких импульсов несёт в себе большую угрозу повреждения ИМС идругих полупроводниковых элементов РЭА.В-четвёртых, наличие высокочастотной помехи, вызываемой, какправило, работой электромеханических приборов и оборудования, а такжеэлектротранспорта. Особенность высокочастотной помехи заключается в том,что она способна проникать "вглубь" РЭА, а, следовательно, приводить к сбоямв работе компьютеров, ухудшению работы звуковоспроизводящей аппаратурыи т.

д.7.16.4 Помехи в импульсных источниках электропитанияВ настоящее время принято выделять следующие источники помех вимпульсных ИЭП:- наводки, связанные с основной частотой преобразования ПН (частотойпереключения регулирующих транзисторов);29Электропитание РЭАГлава 7.3- высокочастотные наводки по паразитным индуктивным линиям,вызванныебольшимискоростяминарастаниятокавпереключающихэлементах;- наводки, обусловленные переходными процессами в переключающихэлементах;- низкочастотные наводки в режиме пульсирующего тока;- наводки на частоте биений;- наводки по входным цепям;- наводки, генерируемые СУ.Рассмотрим указанные причины возникновения помех в импульсныхИЭП более подробно.А. Наводки, связанные с основной частотой преобразованияВ ПН основные наводки на выходе наблюдаются на частотах, кратныхрабочей частоте ПН.

Как правило, частоты преобразования составляют сотникилогерц и единицы мегагерц.Основным источником синфазных помех в ПН являются транзисторы,работающие в ключевом режиме. Это является следствием того, что при ихпереключении происходит резкое изменение напряжения во времени (dU/dt). Сдостаточнойдляпрактикистепеньюприближенияпоследовательностьформируемых импульсов может быть представлена пилообразной формой длярежима с коэффициентом заполнения, близким к единице, или треугольнойформой для режима с коэффициентом заполнения D  0,5 .При разложении напряжения в ряд Фурье амплитуда Uk k-й гармоникиопределяется зависимостямиU k  U максsin kttU k  U максsin ktпри D  0,5 ,t2при D  1 ,(7.186)(7.187)где Uмакс − максимальное значение переменной составляющей напряжения.30Электропитание РЭАГлава 7.3В соответствии с выражениями (7.186) и (7.187) при рабочей частотепреобразования, например, 100 кГц и максимальном значении переменнойсоставляющей Uмакс = 1 мВ частота гармоники, при которой её амплитудауменьшается на 26 дБ (соответствует 20 мкВ), составляет примерно 5 МГц приL << λ и 2 МГц при L ≥ λ/2, где L – линейный размер ПН, а λ – величина,обратная частоте преобразования.

Отсюда следует, что при рассмотрениинизкочастотной части спектра помех следует учитывать не менее 20 гармоник.Наиболее остро проблема наводок проявляется в случае использованияPOL-стабилизаторов. Это связано с тем, что мощные процессорные схемыоперируют большими токами (десятки ампер) при небольших напряжениях(1,2-3,3 В). Другой источник шума связан со скачкообразным изменением токанагрузки.Шумы на частоте преобразования, так как она обычно известна, можноэффективноподавить,используяLC-фильтрилинейныйрегуляторнапряжения.

В настоящее время практически все крупные зарубежныепроизводители ПН предоставляют бесплатное программное обеспечение,позволяющее производить соответствующий расчёт фильтров.Б. Высокочастотные наводки по паразитным индуктивным линиямСоединительные проводники, площадки для пайки на печатной плате,выводы ИМС и т. д. можно рассматривать как индуктивности, включенныепараллельно ёмкостям.Так как регулирующий транзистор управляется с помощью подачи на егозатвор прямоугольных импульсов, то возникающие из-за этого броски токавызываютпровалынапряжениячерезпаразитныеиндуктивности,проявляющиеся в виде высокочастотных флуктуаций напряжения на выходеПН. Такие шумы в зарубежной терминологии носят название "switchingtransition noises".

Единственным способом снижения рассматриваемых шумовявляется минимизация паразитных индуктивностей. Так как частота такогошума находится обычно в диапазоне 10-300 МГц, а стандартные LC-фильтры31Электропитание РЭАГлава 7.3на этих частотах работают неэффективно, то для подавления паразитного шумаиспользуют ферритовые фильтры. В частности, ферритовое кольцо увеличиваетиндуктивность проходящего через него участка проводника в несколько тысячраз и эффективно подавляет высокочастотные наводки.В.

Наводки, обусловленные переходными процессами в переключающихэлементахЗатухающиеколебания,возникающиеврезультатепереходныхпроцессов при включении/выключении регулирующих транзисторов (voltageringing), также обусловлены наличием паразитных индуктивностей и ёмкостей.Это явление связано с тем, что энергия, запасённая в паразитных элементах иёмкости сток-исток транзистора, переходит с затуханием из одного элемента вдругой не мгновенно, а в течение некоторого промежутка времени.Для борьбы со "звоном" применяют активные и пассивные демпферы, атакже фиксаторы. Пассивные схемы поглощают энергию "звона" и рассеиваютеё в виде тепла.

Активные схемы возвращают энергию звона в ПН, увеличиваятем самым его КПД.Г. Наводки на частоте биенийНаводки на частоте биений возникают, как правило, в сложныхраспределённых системах электропитания, где работают одновременно два иболее ПН с разными частотами преобразования. Наиболее эффективный способборьбы с биениями заключается в синхронизации одной частоты всех ПН. Еслипри этом использовать сдвиг фаз, то можно организовать переключениеотдельных ПН в разные моменты времени.На рисунке 7.113 приведена упрощённая схема полумостового ПН. Вданной схеме входной выпрямитель VD1-VD4 является источником, восновном, симметричного напряжения помех с уровнем до 90 дБ. КонденсаторС1 входного фильтра также является источником симметричного напряженияпомех в связи с наличием активной RС и индуктивной LС составляющихсопротивления, при этом индуктивность LС определяет частоту генерации32Электропитание РЭАГлава 7.3помех. Помехи во входных цепях создают обратные диоды VD5 и VD6.

Ввыходных цепях кондуктивные помехи создают выпрямительные диоды VD7 иVD8.Рисунок 7.113 – Схема полумостового преобразователя напряженияСиловыетранзисторыVT1иVT2создаютнесимметричныеисимметричные кондуктивные помехи во входной и выходной цепях ииндуктивные помехи. Силовой трансформатор TV1 генерирует индуктивные, атакже симметричные и несимметричные кондуктивные помехи во входную ивыходную цепи.СУ создаёт, в основном, индуктивные помехи низкого уровня.

ДроссельL1 генерирует индуктивные помехи. Импульсные токи в проводниках такжесоздают индуктивные помехи.Рассмотрим особенности возникновения помех в цепях ПН при системеэлектроснабжения переменного тока. Входной ток таких ПН имеет импульсныйхарактер. Если ток на входе ПН имеет синусоидальную форму, то послепрохождения черезвыпрямитель и ёмкостный фильтр он принимаетнесинусоидальную периодическую форму.Из анализа гармонического состава выходного тока выпрямителя следует,что третья гармоника составляет примерно 80% от значения основнойгармоники.

Характеристики

Список файлов лекций