Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций (1998) (1166121), страница 61
Текст из файла (страница 61)
окружающей ", температуры и др. Эти дополнительные устройства могут быть обеспечены собственными источниками электропитания, включая резервные аккумуляторы или ::. гальванические элементы. Классификацию ИВЭП можно выполнить по различным признакам: принципу действия, назначению, количеству каналов выходного напряжения, виду :.. используемых первичных источников и др. В зависимости от вида первичного :;.' источника электропитания ИВЭП можно разделить на две группы: инверторные и - конверторные.
Иллеерллорльле ОВЭГ1 используются для преобразования напряже, ' ния переменного тока в напряжение постоянного тока, т. е. они изменяют не толь::, ко значение, но и род выходного напряжения. К инверторным ИВЭП относятся ., также преобразователи постоянного напряжения первичного источника в переменное напряжение, питающее пал рузку.
Например„к инверторам можно отнести ':: обычный выпрямитель, который преобразует переменное напряжение сети в по:: .' стоянное выходное напряжение, а также электронный генератор, который преоб:,разует напряжение аккумулятора или гальванического элемента в переменное '; Выходное напряжение, питающее электродвигатель. : Келеерторллле ИВЭП используются для преобразования одного цапряже,.пия в другое. Например, к конверторам постоянного напряжения можно огнести - обычные электронные стабилизаторы постоянного напряжения„а к конверторам Раздел 7.
Источники элек опитаиия элект оивых ст ойств переменного напряжения можно огнищи трансформаторы. Заметим, что любой:: конвертор может содержать внутри себя инвертор, и наоборот. По принципу действия ИВЭП можно разгелить на две группы трансформа- " торные и бестрансформаторные.
В трансформаторных ИВЭП напряжение пере-- менного тока, например силовой сети, вначале изменяется по значению пря,'; помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется. В бес- трансформаторных ИВЭП, наоборот„переменное напряжение сети вначале вы- " прямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение более высокой часто- ты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформатор,," !ь'. поэтому точнее эти источники называть несколько иначе: с трансформаторпьщ:: или бестрансформаторным входом. Поскольку преобразователи в таких источни- ',. ках обычно работают в импульсном режиме.
то и ИВЭП такого типа часто на- зывают импульсными. По количеству различных выходных напряжений ИВЭП можно разделить па одноканальные и многоканальные. Если в кажлом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения. то говорят, что это многоканальный ИВЭП . -; с индивидуальной стабилизацией. Если же для стабилизации всех выходных на- пряжений используется выходное напряжение только одного источника !который называется главным или ведущим), то какие источники называются ИВЭП с груп- повой стабилизацией. По выходной мощности ИВЭП принято делить на микромощные (1 Вт), мало- ';.
1.'. мощные (от 1 до 100Вт), средней мощности (от !ООВт до !кВт) и мощные (> 1 кВт). Основные характеристики ИВЭП. При проектировании или выборе ИВЭП необходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики. Этими '.,',',,". характеристиками обычно руководствуются при использовании ИВЭП в элект- ронной аппаратуре. Все характеристики ИВЭП можно разделить на три группы: . -.;,'! вхолные, выходные и эксплуатационные. К входным характеристикам ИВЭП относят; — — значение и вид напряжения первичного источника питания, например, питшощей силовой сети или аккумулятора; — - нестабильность питающего напряжения Ь,„=ЛУЗУ,, -- частоту питающего напряжения и ее нестабильность; --- количество фаз источника переменного напряжения; — допустимый коэффициент гармоник питакицего напряжения.
К выходным характеристикам ИВЭП обычно относят. — значения выходных напряжений; --- нестабильност ь выходных напряжений Ь, „„-- ЛУ.,„/~/„,„, — ток нагрузки или выходную мощность по каждому каналу: — наличие гальванической изоляции между входом и выходом: --- иазичие защиты от перегрузки или повышения выходного напряжения К эксплуатационным характеристикам относят †. диапазон рабочих температур; †- допустимую относительную влажность; --- диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы, .7сиции РР, П иннины пост оення источников вто нчного элект оинтания Р„ Ри (29.2) Из уравнений (23.1) и (29.2) можно найти мощности Рн„и Ри„, рассеиваемые в нагрузке и ИВЭП: ) — г)„, ) -г)„ (29.3) В результате найдем мощность Рмн которая рассеивается в системе: ли и»+ н~ "):Ч.ли (29гф) б) р 1,0 0,5 0 0,5 '!,Рис 29.Х Уирощеннаи схема нагруженного ИВНП (а) н графин аависнмосги эффективности ИВ")П ог его КПД (Е) — допустимые механические нагрузки; - коэффициент полезного действия ИВЭП, -- удельную мощность, - - надежность.
КоэгРфициеггт полезного дейслгвия агВЭП Эффективность работы ИВЭП при- !,.-:;-,ч)ято оценивать его коэффициентом полезного действия (КПД). Для оценки КПД ,:;: ИВЭП рассмотрим упрощенную схему, привеленную на рис. 29.2а. Предположим„ е::; )то на вход ИВЭП из первичного источника поступает мощность Рн,. Из этой г~Р мощности часть Р,и рассеивается в ИВЭ11, а другая часть Р, поступает в нагрузку. При этом КПД г)и ИВЭП можно определить по формуле: Ри Рн (29.1) Мощность Р,н, поступающая в нагрузку, равна выходной мощности Р„ ИВЭП. Часть этой мощности Ри„рассеивается в нагрузке, а другая часть Рн явля- "; ется полезной мощностью нагрузки. При этом КПД нагрузки т)„можно оцепить )х ло формуле Раздел 7. Источники элект опитания элект онных ст окств Эффективпость ИВЭ!7 можно определить отношением мощности, рассеиваемой ИВЭП, к суммарной рассеиваемой мощности: (29.5) что позволяет приближенно оценить относительные размеры ИВЭП в общих размерах системы.
Зависимость )г(т),) при различных значениях пы приведена на рис. 29.2 б. Прямая линия при ц„=О относится к нагрузкам 1ипа ЭВМ, в которых практически вся мощность, потребляемая нагрузкой, превращается в тепло. При этом, чем выше эффективность ИВЭП, тем меньше его объем в общем объеме системы ЭВМ. Если же КПД нагрузки составляет т1,=0,75, то при КПД ИВЭП г1„='0,75 мощность, рассеиваеыая в ИВЭП, составляет около 57% суммарной рассеиваемой мощности и трудно рассчитывать, что размеры ИВЭП будут меньше размеров нагрузки, так как ИВЭП рассеиваю' всего на 7% больше, чем нагрузка. Из выполненного рассмотрения следует, что повышение КПД ИВЭП от 0,5 до 0,75 уменьшает тепловые потери в нем почти в три раза, если т1„=0 При этом можно ожидать, что пропорционально уменьшится и объем ИВЭП, если считать, что рассеиваемая мощность Р„„определяется поверхностью охлаждения.
Однако возможности увеличения КПД ИВЭП ограничены по различным причинам. Так, например, в электронных стабилизаторах непрерывного регулирования КПД можно оценить отношением выходного напряжения с7„к напряжению источника питания (7„„„„: (29. 6) а КПД ИВЭП с импульсным стабилизатором приближенно равно отношению Еес78 С'„ с (29.7) где (/,.„„„„, и (7„„,„., — минимальное и максимальное значения напряжения на входе стабилизатора, что при (7, „ы,= (/„„„„, дает т!=0,78.
Для импульсных ИВЭП теоретическое значение т)„-.!. Однако реальный КПД определяется потерями в элементах: транзисторах, диодах, конденсаторах и др., и обычно не превышает 0,95. Например, выпрямитель на диоде при напряжении 5 В имеет КПД около 0,94. В общем случае оценить зависимость КПД ИВЭП от параметров элементов очень сложно. Проблемы миниатюризации ИВЭП. В настоящее время проблема миниатюризации ИВЭП стоит достаточно остро в связи с общей тенденцией к снижению объемов и массы электронной аппаратуры. Необходимая поверхность Я охлаждения ИВЭП определяется рассеиваемой в нем мощностью Р, и условиями охлаждения: (29.8) где Я, --- поверхность, необходимая для рассеивания мощности в ! Вт 314 Лекция еС П ивцнлы пост сепия источников вто ичного элект олнтання Р„ Р„д= ~-' (29.9) Принимая, что объем ИВЭИ пропорционален поверхности охлаждения (29.8), ;:.явйдем его объем по формуле Ъ'=.
аБ= аЯ,, Рвк (29.10) В результате для удельной мощности ИВЭП получим: Рь м 1 Л ел„л„в ~хе ~ -Ч„ — л„ вд ~ — Ле' (29. 11) График зависимости приведенной удельной мощности Р„от КПД ИВЭП :;:,'изображен на рис. 29.3. Из этого графика видно, что чем больше КПД ИВЭП, тем :;:.,вмдге его удельная могдносгь, т. е. мощность на единицу объема. В настоящее '! 'время выпускаются ИВЭП с КПД т1„=0,9 и удельной мощностью до 250 Вт,'дм'.
Надежность ИВЭП. Источники электропитания должны в течение определен:.ного врсмспи сохранять свои параметры в пределах, указанных в технических ьусловиях, обеспсчквая бесперебойную работу электронной аппаратуры. Надеж:.:.ность ИВЭП обеспечивают мероприятиями, выполняемыми на этапах разработки, :;-изготовления и эксплуатации. Основы надежности ИВЭП закладываются на этапе 1(ях разработки. Основными причинами отказов ИВЭП являются не только катастрофические :-:зотказьг элементов, но также неправильно заданные требования к качеству вход':;,аых (питающих) и выходных напряжений.
ошибки, допущенные при выборе схе!',:.гны и при проектировании отдельных узлов, некачественное изготовление ИВЭП ,:, и кеправилыгая зксгглуатация. Обеспеченно ~идежности ИВЭП, заложеннос па этапе разработки, сводится --:,кследуюгдим основным положениям: ° тщательному обоснованию выбора структурной схемы; обоснованному выбору элементной Р М' базы с достаточно высоким запасом по прсдельньгм режимам и па- 3 рамеграм„ разработке конструкции, обеспечи- 2 вающей хороший теплоотвод и лег- кии доступ к отдельным узлам и элементам, ' проведение всесторонних испытаний макетов по климатическим и Механическим воздействиям Выбор структурггой схемы ИВЭП дол..жен проьнводиться с учетом требований 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 т1в Рис.
29.3. Зввиеимеегь иливедеииой уди1ьиоГ1 ме~диееги ИВЭП ет еге КПД Удельную мощность ИВЭП в этом случае можно оценить как отношение мощности Р„, отдаваемой в нагрузку, к объему Г ИВЭП: Р~~Хя 2 Исто л»ик»» элекг о»»»»т н»»»я элеат оилмх ст о!»с»в надежное~и. При разработке должны прсдусматрива»ься необходимые устройства ", зашиты, которые пе участвуют в работе ИВЭИ, а только обеспечивают повьпле-,. ние надежности. В их функ»нпо входит: зашита силовых элел»е»»тов — — транзисторов, дио !ов, »ирис»оров и дрд ° защита ИВЭП от коротких замыканий или полного отк»»»оче»»ия нагрузки; *защита от возможных повышений или понижений п»»тающих !вход»»ь»х! напряжений; ° защита нагрузки от возможных повьллепии гщп понижений выхг»дпмх напряжений.
за»лгна от повышения температуры окружающий среды. Выбор элементной базы в наибольшей мере влияс» на н;щсжпосгь ИВЭП. Используемые элементы должны проходить трегшроику»,сред усгановкой,-' в ИВЭП. На используемые элеме»пы усп»навливают максимальные кг эффициснтм нагрузки не более 20...80% от их пределы»о допустимых значшп»й. Например, " резисторы мощное»ью 1 Вт должны загружаться пе более чем на 0.7 ..0 8 Вт Конструкция ИВЭИ должна обеспечивать хороц»ий теплоотвод см нагреваю.;:: шихся элементов: транзисторов, диодов, трансформаторов, — н не допускать нагрев других элементов от нагревающихся элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
