Site Loader

Содержание

Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование. Учебник | В. Г. Костиков, Е. М. Парфенов, В. А. Шахнов

Рассмотрены схемотехнические и конструкторские решения при разработке низковольтных и высоковольтных источников электропитания электронных средств. Отмечены особенности, определяемые характеристиками систем автономного электроснабжения, характером нагрузки, условиями эксплуатации и схемотехническим исполнением. Приведены методики построения параметрических рядов модулей электропитания и способы обеспечения заданных температурных режимов. Расчеты и теоретические положения подкреплены примерами схемного и конструктивного исполнения источников электропитания и их узлов. Для студентов вузов по специальностям «Конструирование и технология электронно-вычислительных средств» и «Проектирование и технология радиоэлектронных средств».

Книги по теме:
Йенс Блауэрт. — Пространственный слух (Пер. с нем.)
В.И.Васильев — Электронные промышленные устройства
Бальян Р. X., Сивере М. А. — Тиристорные генераторы и инверторы
Г.С.Гендин — Самодельные усилители HЧ
Под ред. А.А.Куликовского — Справочник по радиоэлектронике (2 тома)
Лярский В. Ф., Мурадян О. Б. — Электрические соединители: Справочник

Б. А.Бородин — Мощные полупроводниковые приборы.Транзисторы
Галеев Б. М.,- Светомузыкальные инструменты
Д.С.Гурлев — Справочник по электронным приборам
Бектабегов А — ЗВУКОСНИМАТЕЛИ
Иванов-Есипович Н. К. — Полупроводниковые приборы

Колесников В.Г. (ред) — Энциклопедический словарь. Электроника
Хабловски И.,Скулимовски В. — Электроника в вопросах и ответах (Перевод с польского)
Хокинс Г. — Цифровая электроника для начинающих
Горбачёв Г.Н. — Промышленная электроника:Учебник для вузов
Верховцев О.Г. — Практические советы мастеру-любителю
Ткаченко Ф.А. — Техническая электроника
Кукуш В.Д.- Электрорадиоизмерения
Куприянович Л.- Радиоэлектроника в быту
Горячева Г. А., Добромыслов Е. Р. — Конденсаторы: Справочник
Полупроводниковые приборы.Транзисторы. Справочник. Подобщей редакцией Н.Н. ГОРЮНОВА

Г.С.Гендин — Всё о резисторах
В.В.Мукосеев, И.Н.Сидоров — Маркировка и обозначениерадиоэлементов. Справочник
Справочник регулировщика радиоэлектроннойрадиоаппаратуры, авторы — З.Ю. Готра, В.И. Матвиив
П. Гёлль — Чип-карты. Устройство и применение в практическихконструкциях
Мидлтон Р.Г — Наладка и Ремонтрадиоэлектронных устройств не имеющих технического описания

Раздел 6. Источники электропитания электронных устройств

Лекция 16. Принципы построения

Источников вторичного электропитания

Классификации средств электропитания электронных устройств. Все средства электропитания можно разделить на первичные и вторичные. К первичным относят такие средства, которые преобразуют неэлектрическую энергию в электрическую, например, электромеханические генераторы, электрохимические источники — аккумуляторы или гальванические элементы, фотоэлектрические генераторы — солнечные батареи и фотоэлементы, термоэлектрические источники и др. Непосредственное использование первичных источников затруднено тем, что их выходное напряжение в большинстве случаев не поддается регулировке, а стабильность его недостаточно высокая. Однако для питания электронной аппаратуры в большинстве случаев требуется высокостабильное напряжение с различными номинальными значениями — от единиц вольт до нескольких сотен вольт, а в ряде случаев даже выше. Например, для питания электронной схемы телевизора необходимо несколько различных напряжений: +12 В — для питания блока радиоканала, + 130 В — для питания блока разверток, +25 кВ — для питания кинескопа. По этой причине (и не только из-за этого) любое электронное устройство содержит вторичный источник электропитания, который подключается к одному из первичных источников [1,2,5,9,10,12].

Средства вторичного электропитания электронных устройств, называемые обычно источниками вторичного электропитания (ИВЭП), предназначены для формирования необходимых для работы электронных элементов напряжений с заданными характеристиками. Они могут быть выполнены в виде отдельных блоков или входить в состав различных функциональных электронных узлов. Их основной задачей является преобразование энергии первичного источника в комплект выходных напряжений, которые могут обеспечить нормальное функционирование электронного устройства. Обобщенная структура ИВЭП приведена на рис.16.1.

Всостав ИВЭП, кроме самого источника питания, могут входить дополнительные устройства, которые обеспечивают его нормальную работу при различных внешних воздействиях. Как видно из приведенной на рис.16.1 схемы, ИВЭП включается между первичным источником и нагрузкой, поэтому на него воздействуют различные факторы, связанные с изменениями характеристик как первичного источника, так и наг­рузки. Так, например, при увели­чении или понижении напряжения первичного источника ИВЭП должен обеспечивать нормальное функционирование питаемой им электронной аппаратуры.

Рис.16.1. Обобщенная структурная

схема ИВЭП

Устройство управления и контроля, входящее в состав ИВЭП, может быть использовано для изменения характеристик ИВЭП при различных сигналах внешнего или внутреннего управления: дистанционного включения или выключения, перевода в ждущий режим, формирования сигналов сброса. В то же время устройство защиты

и коммутации позволяет сохранить работоспособность ИВЭП при возникновении различных нестандартных режимов: короткого замыкания в нагрузке, ее внезапного отключения, резкого повышения 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. Инверторные ИВЭП используются для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, т. е. они изменяют не только значение, но и род выходного напряжения. К инверторным ИВЭП относятся также преобразователи постоянного напряжения первичного источника в переменное напряжение, питающее нагрузку. Например, к инверторам можно отнести обычный выпрямитель, который преобразует переменное напряжение сети в постоянное выходное напряжение, а также электронный генератор, который преобразует напряжение аккумулятора или гальванического элемента в переменное выходное напряжение, питающее электродвигатель.

Конверторные ИВЭП используются для преобразования одного напряжения в другое. Например, к конверторам постоянного напряжения можно отнести обычные электронные стабилизаторы постоянного напряжения, а к конверторам переменного напряжения можно отнести трансформаторы. Заметим, что любой конвертор может содержать внутри себя инвертор, и наоборот.

По принципу действия ИВЭП можно разделить на две группы: трансформаторные и бестрансформаторные. В трансформаторных ИВЭП напряжение переменного тока, например, силовой сети вначале изменяется по значению при помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется. В бестрансформаторных ИВЭП, наоборот, переменное напряжение сети вначале выпрямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение более высокой частоты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформатор, поэтому точнее эти источники надо называть несколько иначе: с трансформаторным или бестрансформаторным входом. Поскольку преобразователи в таких источниках обычно работают в импульсном режиме, то и ИВЭП такого типа часто называют импульсными.

По количеству различных выходных напряжений ИВЭП можно разделить на одноканальные и многоканальные. Если в каждом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения, то говорят, что это многоканальный ИВЭП с индивидуальной стабилизацией. Если же для стабилизации всех выходных напряжений используется выходное напряжение только одного источника (который называется главным или ведущим), то такие источники называются ИВЭП с групповой стабилизацией.

По выходной мощности ИВЭП принято делить на микромощные (1 Вт), маломощные (от 1 до 100 Вт), средней мощности (от 100 Вт до 1 кВт) и мощные (>1кВт).

Основные характеристики ИВЭП. При проектировании или выборе ИВЭП необходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики. Этими характеристиками обычно руководствуются при использовании ИВЭП в электронной аппаратуре. Все характеристики ИВЭП можно разделить на три группы: входные, выходные и эксплуатационные.

К входным характеристикам ИВЭП относят:

  • значение и вид напряжения первичного источника питания, например, питающей силовой сети или аккумулятора;

  • нестабильность питающего напряжения =Uc/Uc;

  • частоту питающего напряжения и ее нестабильность;

  • количество фаз источника переменного напряжения;

  • допустимый коэффициент гармоник питающего напряжения.

К выходным характеристикам ИВЭП обычно относят:

  • значения выходных напряжений;

  • нестабильность выходных напряжений =Uвых/Uвых;

  • ток нагрузки или выходную мощность по каждому каналу;

  • наличие гальванической изоляции между входом и выходом;

  • наличие защиты от перегрузки или повышения выходного напряжения.

К эксплуатационным характеристикам относят:

  • диапазон рабочих температур;

  • допустимую относительную влажность;

  • диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

  • допустимые механические нагрузки;

  • коэффициент полезного действия ИВЭП;

  • удельную мощность;

  • надежность.

Коэффициент полезного действия ИВЭП. Эффективность работы ИВЭП принято оценивать его коэффициентом полезного действия (КПД). Для оценки КПД ИВЭП рассмотрим упрощенную схему, приведенную на рис.16.2,а. Предположим, что на вход ИВЭП из первичного источника поступает мощность Р

n. Из этой мощности часть Рпр рассеивается в ИВЭП, а другая часть Рn поступает в нагрузку. При этом КПД n ИВЭП можно определить по формуле:

Рис.16.2. Упрощенная схема нагруженного ИВЭП (а) и график зависимости эффективности ИВЭП от его КПД (б).

. (16.1)

Мощность Рн, поступающая в нагрузку, равна выходной мощности Рn ИВЭП. Часть этой мощности Рнр рассеивается в нагрузке, а другая часть Рн является полезной мощностью нагрузки. При этом КПД нагрузки 

н, можно оценить по формуле:

. (16.2)

Из уравнений (16.1) и (16.2) можно найти мощности Рп и Рн, рассеиваемые в нагрузке и ИВЭП:

, . (16.3)

В результате найдем мощность Рр , которая рассеивается в системе:

, . (16.4)

Эффективность ИВЭП можно определить отношением мощности, рассеиваемой ИВЭП, к суммарной рассеиваемой мощности:

, (16.5)

что позволяет приближенно оценить относительные размеры ИВЭП в общих размерах системы. Зависимость (П) при различных значениях Н, приведена на рис. 16.2,б.

Прямая линия при Н=0 относится к нагрузкам типа 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 Н=0,75, то при КПД ИВЭП П=0,75 мощность, рассеиваемая в ИВЭП, составляет около 57% суммарной рассеиваемой мощности и трудно рассчитывать, что размеры ИВЭП будут меньше размеров нагрузки, так как ИВЭП рассеивает 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 Н=0. При этом можно ожидать, что пропорционально уменьшится и объем ИВЭП, если считать, что рассеиваемая мощность Рпр 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 Uн к напряжению источника питания Uп.макс:

, (16.6)

а КПД ИВЭП с импульсным стабилизатором приближенно равно отношению

, (16.7)

где Uп.min и Uп.max — минимальное и максимальное значения напряжения на входе стабилизатора, что при Uп.min=Uп.max дает = 0,78.

Для импульсных ИВЭП теоретическое значение п1. 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.

Типовые структурные схемы ИВЭП. Структура ИВЭП зависит от типа первичного источника электрической энергии. Все используемые первичные источники можно разделить на две большие группы: источники переменного напряжения и источники постоянного напряжения. Источники переменного напряжения обычно вырабатывают напряжение гармонической формы с фиксированной частотой 50, 400 или 1000 Гц и фиксированным значением 110, 127, 220 или 380 В. Источниками постоянного напряжения могут быть аккумуляторы или солнечные батареи. Аккумуляторные батареи обычно имеют также фиксированное напряжение из ряда: 6, 12, 24 или 48 В.

Структурные схемы ИВЭП, использующих электроэнергию, получаемую от сети переменного напряжения через силовой трансфор­­ма­­­тор, приведены на рис.16.3. Такие ИВЭП можно разделить на три группы: нерегулируемые, регулируемые и стабилизированные.

Схема нерегулируемого ИВЭП с трансформаторным входом приведена на рис. 16.3,а. Она состоит из силового сетевого трансформатора, нерегулируемого выпрямителя и фильтра пульсаций. Эта схема является простейшей и используется в тех случаях, когда требования к удельной мощности и качеству выходных напряжений невысокие.

Рис. 16.3. Структурные схемы ИВЭП с трансформаторным входом:

с нерегулируемым выпрямителем (а), с регулируемым выпрямителем (б)

и со стабилизатором (в)

Если требуется изменять выходное напряжение ИВЭП, то в схему вводится регулируемый выпрямитель, как показано на рис. 16.3,б. Для регулировки выходного напряжения наиболее часто используются тиристорные выпрямители. Основным недостатком такого ИВЭП является необходимость в периодической регулировке выходного напряжения при изменении напряжения сети, что выполняется оператором.

От этого недостатка свободен ИВЭП со стабилизатором, схема которого приведена на рис.16.3,в. В эту схему после фильтра включается стабилизатор с непрерывным или импульсным регулированием выходного напряжения. Удельная мощность такого ИВЭП невели­­­­ка по двум основным причинам: наличию силового трансформатора, работающего на частоте силовой сети, и необходимости использования стабилизатора.

Совершенствование ИВЭП с целью повышения их КПД и увеличения удельной мощности привело к созданию импульсных ИВЭП, в состав которых входят высокочастотные инверторы напряжения. Структурные схемы таких ИВЭП с одним выходным каналом приведены на рис.16.4.

На рис.16.4,а приведена схема ИВЭП, содержащего нерегулируемый сетевой выпрямитель НСВ и конвертор выпрямленного напряжения сети. Конвертор состоит из регулируемого инвертора РИ, работающего на повышенной частоте (обычно 20…100 кГц), трансформаторного выпрямительного узла ТВУ и высокочастотного фильтра ВФ. Для стабилизации выходного напряжения используется схема управления УУ.

Рис. 16.4. Струк­тур­ные схемы им­пуль­сных ИВЭП: с регу­ли­руемым ин­верто­ром (а) и ре­гу­­лируемым сете­вым выпря­мите-

лем (б)

В схеме управ­ле­­ния сравнива­ются выходное нап­ряже­ние Uн ИВЭП и на­п­ря­жение опорно­го источника ИОН. Раз­ность этих напря­жений, называемая сигналом ошибки, используется для регулировки частоты РИ (f=var) или скважности импульсов при их неизменной частоте (=var). Конвертор, выполненный на базе однотактного трансформаторного инвертора, называют трансформаторным однотактным кон­вертором (ТОК). Конвертор, выполненный на базе двухтактного тран­сформаторного инвертора, называют трансформаторным двухтактным конвертором (ТДК).

На рис. 16.4,б приведена схема ИВЭП с регулируемым сетевым выпрямителем (РСВ) и нерегулируемым инвертором (НИ). Остальные узлы в этой схеме имеют то же назначение (и те же обозначения), что и на рис.16.4,а. Отличительной особенностью этой структурной схемы является использование нерегулируемого инвертора НИ. Стабилизация выходного напряжения в этой схеме обеспечивается за счет регулирования напряжения на входе конвертора с помощью РСВ, который обычно выполняют на тиристорах с фазовым регулированием.

Для схемы, приведенной на рис.16.4,а, характерным является то, что инвертор должен быть рассчитан на работу с выпрямленным напряжением сети, которое имеет максимальное значение около 300 В для однофазной сети и около 530 В для трехфазной сети 220/З80 В. Кроме того, изменение частоты или скважности импульсов инвертора РИ приводит к ухудшению фильтрации выходного напряжения. В результате увеличиваются массогабаритные показатели фильтра ВФ, так как его параметры рассчитывают, исходя из минимального коэффициента заполнения импульсов min при условии непрерывности тока в нагрузке.

Положительным свойством схемы рис.16.4,а является совмещение функций преобразования напряжения и стабилизации выходного напряжения Uп. Это позволяет упростить схему УУ, так как уменьшается число управляемых ключей. Кроме того, наличие паузы позволяет устранить сквозные токи в ключах инвертора.

Достоинством схемы, приведенной на рис.16.4,б является возможность обеспечения работы инвертора при пониженном напряжении (обычно его снижают в 1,5 …2 раза), поэтому питание инвертора производится напряжением 1З0. ..200 В. Это существенно облегчает работу транзисторных ключей инвертора. Другим достоинством этой схемы является то, что инвертор может работать с максимальным коэффициентом заполнения maxимпульсов и, следовательно, упрощается фильтрация выходного напряжения. Исследование КПД и удельной мощности обеих схем показала, что эти показатели у них отличаются незначительно.

Схемы многоканальных ИВЭП с нерегулируемым сетевым выпрямителем (НСВ) приведены на рис.16.5. В схеме на рис.16.5,а используется нерегулируемый инвертор НИ и индивидуальные стабилизаторы напряжения СТ1…СТn в отдельных каналах. Такая структурная схема может использоваться при небольшом числе выходных каналов. При увеличении числа выходных каналов она становится неэкономичной.

Схема, изображенная на рис. 16.5,б, работает на принципе групповой стабилизации выходного напряжения. Для этого в ней применяется регулируемый инвертор РИ, который управляется напряжением одного из каналов. Стабилизация выходных напряжений в других каналах в этом случае ухудшается, так как они не охвачены обратной связью.

Рис. 16.5. Структурные схемы многоканальных ИВЭП: с индивидуальной

стабилизацией (а) и с групповой стабилизацией (б)

Для улучшения стабилизации напряжения в каналах, не охваченных обратной связью, можно использовать дополнительные индивидуальные стабилизаторы, так же, как в схеме рис. 16.5,б.

Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование

Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование
Скачать
Рассмотрены схемотехнические и конструкторские решения при разработке низковольтных и высоковольтных источников электропитания электронных средств. Отмечены особенности, определяемые характеристиками систем автономного электроснабжения, характером нагрузки, условиями эксплуатации и схемотехническим исполнением.
Приведены методики построения параметрических рядов модулей электропитания и способы обеспечения заданных температурных режимов. Расчеты и теоретические положения подкреплены примерами схемного и конструктивного исполнения источников электропитания и их узлов.

Содержание

Предисловие
Введение
Глава 1. Системы электроснабжения электронных средств
1.1. Классификация источников электропитания
1.2. Общие требования к источникам электропитания электронных средств
1.3. Системы автономного электроснабжения
1.3.1. Построение и характеристики систем автономного электроснабжения
1.3.2. Химические источники тока
1.3.3. Автономные источники электроэнергии на базе солнечных батарей
Глава 2. Схемотехническое проектирование источников электропитания
2.1. Выпрямители
2.2. Сглаживающие фильтры
2.3. Стабилизаторы напряжения постоянного тока непрерывного действия
2.3.1. Параметрические стабилизаторы
2.3.2. Компенсационные стабилизаторы
2.4. Импульсные источники электропитания
2.4.1. Однотактные однофазные преобразователи напряжения
2.4.2. Двухтактные однофазные преобразователи напряжения
2.4.3. Многофазные преобразователи напряжения
2.4.4. Преобразователи напряжения с амплитудной модуляцией по входу инвертора
2.4.5. Источники электропитания с микропроцессорным регулированием напряжения
Глава 3. Компоненты источников электропитания
3.1. Транзисторы и транзисторные ключи
3.1.1. Биполярные транзисторы
3.1.2. Полевые транзисторы
3.1.3. Ключи на биполярных транзисторах
3.1.4. Ключ на полевых транзисторах
3.1.5. Ключи на полевых и биполярных транзисторах
3.2. Трансформаторы
3.3. Полупроводниковые диоды
3.4. Дроссели
3.5. Конденсаторы
Глава 4. Источники электропитания электронных средств
4.1. Многоканальные источники электропитания персональных ЭВМ
4.2. Модуль электропитания вычислительных средств на базе шины VME
4.3. Источники электропитания высокого напряжения для передающих устройств
4.3.1. Источники электропитания с непрерывными стабилизаторами напряжения
4.3.2. Высоковольтный источник электропитания с выходной мощностью 14 кВт
4.3.3. Мощные высоковольтные источники электропитания с резонансным LC-контуром
4.3.4. Устройства защиты мощных высоковольтных электронных средств
4.4. Высоковольтные источники электропитания индикаторных устройств
4.4.1. Высоковольтные выпрямители.
4.4.2. Высоковольтные источники электропитания с промежуточным преобразованием частоты
Глава 5. Конструкторское проектирование источников электропитания
5.1. Параметрические и типоразмерные ряды — основа стандартизации и унификации ИЭП и их модулей
5.1.1. Определение вида целевой функции и ограничений
5.1.2. Последовательность расчета оптимального типоразмер-ного ряда
5.1.3. Пример расчета оптимального типоразмерного ряда радиаторов полупроводниковых приборов ИЭП
5.2. Конструирование источников электропитания и их функциональных узлов
5.2.1. Модули нулевого уровня
5.2.2. Модули первого и второго уровней
5.2.3. Конструктивные требования к модулям ИЭП
5.2.4. Компоновка модулей ИЭП
5.2.5. Обеспечение электромагнитной совместимости модулей ИЭП
5.2.6. Обеспечение заданного теплового режима модулей ИЭП
5.2.7. Защита ИЭП от механических воздействий
5.2.8. Расчет надежности ИЭП
5.3. Конструирование высоковольтных и высокопотенциальных источников электропитания
5.3.1. Входной выпрямитель
5.3.2. Выходной выпрямитель
5.3.3. Делитель напряжения
5.3.4. Высоковольтный коммутатор
5.3.5. Высоковольтный трансформатор
5.3.6. Узлы электрических соединителей
5.3.7. Высоковольтные трансформаторы преобразователей напряжения
5.3.8. Высоковольтные трансформаторно-выпрямительные модули (ВТВМ)
5.3.9. Узлы на печатных платах
5.3.10. Узлы на керамических подложках
5.3.11. Конструкционные материалы высоковольтных ИЭП
Заключение
Список литературы


Год: 2001
Автор: Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шаханов В.А.
Жанр Электроника
Формат: PDF, DJVU
Страниц: 334
Язык: русский
Размер: 10.1 Мб

Скачать Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование


Скачать

Скачать Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование бесплатно:

скачать

Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование » LITMY.RU

Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование


Название: Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование
Автор: Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шаханов В.А.
Издательство: Горячая линия — Телеком
Год: 2001
Страниц: 3344
ISBN: 5-93517-052-3
Формат: PDF, DJVU
Размер: 10.4 Мб
Язык: русский

Рассмотрены схемотехнические и конструкторские решения при разработке низковольтных и высоковольтных источников электропитания электронных средств. Отмечены особенности, определяемые характеристиками систем автономного электроснабжения, характером нагрузки, условиями эксплуатации и схемотехническим исполнением.
Приведены методики построения параметрических рядов модулей электропитания и способы обеспечения заданных температурных режимов. Расчеты и теоретические положения подкреплены примерами схемного и конструктивного исполнения источников электропитания и их узлов.

Содержание

Предисловие
Введение
Глава 1. Системы электроснабжения электронных средств
1.1. Классификация источников электропитания
1.2. Общие требования к источникам электропитания электронных средств
1.3. Системы автономного электроснабжения
1.3.1. Построение и характеристики систем автономного электроснабжения
1.3.2. Химические источники тока
1.3.3. Автономные источники электроэнергии на базе солнечных батарей
Глава 2. Схемотехническое проектирование источников электропитания
2.1. Выпрямители
2.2. Сглаживающие фильтры
2.3. Стабилизаторы напряжения постоянного тока непрерывного действия
2.3.1. Параметрические стабилизаторы
2.3.2. Компенсационные стабилизаторы
2.4. Импульсные источники электропитания
2.4.1. Однотактные однофазные преобразователи напряжения
2.4.2. Двухтактные однофазные преобразователи напряжения
2.4.3. Многофазные преобразователи напряжения
2.4.4. Преобразователи напряжения с амплитудной модуляцией по входу инвертора
2.4.5. Источники электропитания с микропроцессорным регулированием напряжения
Глава 3. Компоненты источников электропитания
3.1. Транзисторы и транзисторные ключи
3.1.1. Биполярные транзисторы
3.1.2. Полевые транзисторы
3.1.3. Ключи на биполярных транзисторах
3.1.4. Ключ на полевых транзисторах
3.1.5. Ключи на полевых и биполярных транзисторах
3.2. Трансформаторы
3.3. Полупроводниковые диоды
3.4. Дроссели
3.5. Конденсаторы
Глава 4. Источники электропитания электронных средств
4.1. Многоканальные источники электропитания персональных ЭВМ
4.2. Модуль электропитания вычислительных средств на базе шины VME
4.3. Источники электропитания высокого напряжения для передающих устройств
4.3.1. Источники электропитания с непрерывными стабилизаторами напряжения
4.3.2. Высоковольтный источник электропитания с выходной мощностью 14 кВт
4.3.3. Мощные высоковольтные источники электропитания с резонансным LC-контуром
4.3.4. Устройства защиты мощных высоковольтных электронных средств
4.4. Высоковольтные источники электропитания индикаторных устройств
4.4.1. Высоковольтные выпрямители.
4.4.2. Высоковольтные источники электропитания с промежуточным преобразованием частоты
Глава 5. Конструкторское проектирование источников электропитания
5.1. Параметрические и типоразмерные ряды — основа стандартизации и унификации ИЭП и их модулей
5.1.1. Определение вида целевой функции и ограничений
5.1.2. Последовательность расчета оптимального типоразмер-ного ряда
5.1.3. Пример расчета оптимального типоразмерного ряда радиаторов полупроводниковых приборов ИЭП
5.2. Конструирование источников электропитания и их функциональных узлов
5.2.1. Модули нулевого уровня
5.2.2. Модули первого и второго уровней
5.2.3. Конструктивные требования к модулям ИЭП
5.2.4. Компоновка модулей ИЭП
5.2.5. Обеспечение электромагнитной совместимости модулей ИЭП
5.2.6. Обеспечение заданного теплового режима модулей ИЭП
5.2.7. Защита ИЭП от механических воздействий
5.2.8. Расчет надежности ИЭП
5.3. Конструирование высоковольтных и высокопотенциальных источников электропитания
5.3.1. Входной выпрямитель
5.3.2. Выходной выпрямитель
5.3.3. Делитель напряжения
5.3.4. Высоковольтный коммутатор
5.3.5. Высоковольтный трансформатор
5.3.6. Узлы электрических соединителей
5.3.7. Высоковольтные трансформаторы преобразователей напряжения
5.3.8. Высоковольтные трансформаторно-выпрямительные модули (ВТВМ)
5.3.9. Узлы на печатных платах
5.3.10. Узлы на керамических подложках
5.3.11. Конструкционные материалы высоковольтных ИЭП
Заключение
Список литературы

Скачать Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование



НЕ РАБОТАЕТTURBOBIT.NET? ЕСТЬ РЕШЕНИЕ, ЖМИ СЮДА!

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры (2000) Березин О. К., Костиков В. Г., Шахнов В. А.

Приведены схемотехнические решения источников электропитания, являющихся составной частью радиотехнических и электронно-вычислительных средств. Показаны конкретные примеры схем и конструкций низковольтных и высоковольтных источников электропитания непрерывного и импульсного действия для жестких условий эксплуатации.

Отмечены особенности источников, обусловленные параметрами входной сети, нагрузки и условиями компоновки. Рассмотрены основные электрорадиокомпоненты, используемые в средствах электропитания.

Для инженерно-технических работников в области радиотехники, электроники и связи, а также студентов соответствующих специальностей ВУЗов.

Предисловие

ГЛАВА 1.

Входные и выходные характеристики источников электропитания


1.1. Электромагнитная совместимость источников электропитания с системой электроснабжения
1.1.1. Помехоподавляющий фильтр
1.1.2. Датчик пропадания фазы
1.2. Агрегаты бесперебойного электроснабжения
1.3. Системы электроснабжения на базе солнечных элементов
1.4. Влияние условий эксплуатации на характеристики источников электропитания

ГЛАВА 2.

Низковольтные источники электропитания непрерывного действия


2.1. Стабилизаторы напряжения постоянного тока непрерывного действия
2.1.1. Параметрические стабилизаторы
2.1.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения
2.2. Примеры выполнения источников электропитания непрерывного действия
2.2.1. Ряд выпрямителей стабилизирующих унифицированных серии ВС6
2.2.2. Источники электропитания видеоаппаратуры

ГЛАВА 3.

Источники электропитания импульсного действия


3.1. Однотактные преобразователи
3.2. Двухтактные преобразователи
3.2.1. Устройство управления двухтактного преобразователя
3.2.2. Предварительный усилитель мощности
3.3. Унифицированный ряд источников электропитания на базе микросхемы 1114ЕУЗ
3.4. Источник электропитания на базе микросхемы 1114ЕУ1
3.5. Источники электропитания персональных ЭВМ
3.6. Пример источника электропитания ПЭВМ
3.7. Источник электропитания типа МИВЭП
3.8. Источники электропитания на базе ШИМ-контроллера
3.9. Источник электропитания видеомагнитофона КУ-О50ЕЕ фирмы Panasonic
3.10. Пример расчета источника электропитания импульсного действия,
3.11. Однофазные и трехфазные автономные инверторы промышленной частоты с прямоугольной формой выходного напряжения

ГЛАВА 4.

Высоковольтные источники электропитания


4.1. Способы получения высокого напряжения на повышенной частоте преобразования
4.2. Способы регулирования высокого напряжения на выходе преобразователя
4.3. Источники электропитания устройств отображения информации
4.3.1. Многоканальный источник электропитания цветного видеомонитора.
4.3.2. Одноканальный источник электропитания монохромного индикатора
4.4. Источники электропитания высокого напряжения передающих устройств
4.4.1. Источники электропитания с непрерывными стабилизаторами напряжения
4.4.2. Унифицированный ряд мощных высоковольтных трансформаторно-выпрямительных модулей
4.4.3. Высоковольтный источник электропитания с выходной мощностью 14 кВт
4.4.4. Мощный высокочастотный высокопотенциальный трансформатор
4.4.5. Многоканальный источник электропитания ЛБВ
4.4.6. Высоковольтный выпрямитель с жидкостным охлаждением
4.4.7. Оптоэлектронный датчик тока высокого напряжения
4.4.8. Высоковольтное блокировочное устройство

ГЛАВА 5.

Компоненты и узлы источников электропитания


5.1. Транзисторы
5.1 1. Биполярные транзисторы
5.1.2. Полевые транзисторы
5.2. Диоды
5.3. Стабилитроны и стабисторы
5.4. Тиристоры
5.5. Конденсаторы
5.6. Трансформаторы
5.7. Дроссели
5.8. Умножитель напряжения
5.9. Устройство термостатирующее
5.10. Конструкция источника электропитания ПЭВМ
5.11. Выбор конструкции и тепловой расчет радиатора для охлаждения полупроводникового прибора

Литература

Название: Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры
Авторы: Березин О. К., Костиков В. Г., Шахнов В. А.
Год Выпуска: 2000
Формат: PDF
Размер файла: 13,5 mb

Скачать Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры

Первичные и вторичные источники электропитания, бесперебойное и автономное электроснабжение

Первичные и вторичные источники электропитания

Источники питания служат для выработки энергии для работы электрических приборов и устройств. Среди них существует две категории:

  • первичные;
  • вторичные.

К первичным относятся те, которые сами производят электрическую энергию, путем преобразования других видов энергии, химических или иных реакций.

В качестве примера можно указать различного типа электростанции (гидравлические, тепловые или атомные), химические источники (гальванические батареи, аккумуляторы, топливные элементы), автономные электростанции (бензо- и дизель-генераторы, ветровые и солнечные электростанции).

Вторичные источники электропитания служат для преобразования напряжения и тока первичных в соответствии с требованиями потребителей.

Также с их помощью организуется гальваническое разделение внешних и внутренних цепей. К вторичным источникам относятся:

  • трансформаторные преобразователи переменного тока;
  • выпрямители;
  • инверторные преобразователи.

Нередко понятия первичных и вторичных источников размыты и относительны. Так бытовая электросеть для домашних устройств является первичным источником, поскольку в составе большинства устройств имеется свой блок питания, который преобразует напряжение сети до необходимых значений.

В то же время трансформаторная подстанция, от которой берет начало бытовая электросеть, сама является вторичным источником относительно электростанции или предыдущей подстанции.

В большинстве случаев бытовая и промышленная аппаратура требуют наличия источников постоянного или переменного напряжения для питания внутренних цепей. В качестве вторичного используется внешний или встроенный блок питания, который преобразует входное напряжение 220 или 380 В до необходимых значений.

До недавнего времени блоки питания строились на основе трансформаторов переменного тока, выпрямителей, фильтров и стабилизаторов. Данные устройства имели большие габариты, массу и низкий КПД.

Развитие электроники позволило разработать устройства, также использующие трансформаторное преобразование, но работающие с промежуточным преобразованием входного переменного напряжения в постоянное, а затем обратно в переменное, но на гораздо более высокой частоте. Такой подход позволил снизить габариты, массу и стоимость вторичных источников в несколько раз.

Отдельная категория блоков питания совсем не использует трансформаторы и работает по иному принципу преобразования напряжения. К сожалению, в большинстве из них присутствует гальваническая связь внутренних цепей и питающей сети, что не всегда соответствует требованиям электробезопасности.

ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Большая категория устройств нуждается в непрерывной подаче электроэнергии вне зависимости от внешних условий. Это могут быть как вычислительная техника (серверы, устройства хранения данных), так и целые производства с непрерывным циклом. Перебои питания в таких случаях недопустимы.

Для обеспечения постоянной подачи питающего напряжения разработаны устройства бесперебойного питания. В широком смысле источником бесперебойного питания (ИБП) может служить резервная линия электропередач или автономная электростанция.

Сейчас этим термином принято именовать устройства вторичного электропитания, которые предназначены для обеспечения работоспособности подключенной аппаратуры при кратковременных перебоях электроэнергии питающей сети.

Как правило, источники бесперебойного питания также выполняют функцию защиты от помех и скачков напряжения. По принципу действия их можно разделить на несколько категорий:

  • off-line;
  • line-interactive;
  • online.

Наиболее простую конструкцию имеют off-line блоки электропитания. В нормальных условиях питание устройств осуществляется напрямую от первичного источника. В случае пропадания напряжения или его выхода за допустимые пределы источник автоматически переключается на питание от встроенного аккумулятора, напряжение которого преобразуется при помощи инвертора.

Подобные устройства имеют в своем составе пассивные фильтры, препятствующие прохождению помех и схему слежения за параметрами входного напряжения. Несомненное достоинство off-line ИБП – простота конструкции, низкая стоимость и высокий КПД.

Следующий тип «бесперебойников» — line-interactive, работает по тому же принципу, но имеет встроенный ступенчатый стабилизатор на основе автотрансформатора.

Такой блок дополнительно стабилизирует входное напряжение и в большинстве случаев позволяет не переключаться на питание от аккумулятора, который необходим только в случаях неспособности автотрансформатора справиться со стабилизацией (значительное превышение или понижение входного напряжения, его полное пропадание).

Основные недостатки перечисленных устройств:

  • требуется определенное время на переключение в режим работы от аккумулятора;
  • невозможность коррекции частоты сети;
  • несинусоидальное напряжение на выходе при работе от аккумулятора.

Первый недостаток может вызвать сбои в работе подключенных устройств при переключениях. Второй более существенен и не позволяет подключать устройства, требующие для питания синусоидального напряжения, а это асинхронные электродвигатели и бытовая техника, имеющая их в составе, например, отопительные котлы.

Только электроприемники, работа которых основана импульсных блоках питания, то есть не чувствительные к форме входного напряжения, могут нормально функционировать от подобных ИБП. К таким потребителям относятся устройства вычислительной техники, где off-line ИБП получили наибольшее распространение.

Наиболее высокое качество обеспечивают online устройства. Работают они по принципу двойного преобразования. Входное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем, при помощи инвертора, обратно в переменное.

Самое главное, что время переключения на питание от внешнего аккумулятора здесь отсутствует полностью, поскольку он постоянно подключен в цепь и при нормальных условиях работы находится в буферном режиме.

Поскольку выходное напряжение получается в результате преобразования постоянного, то имеется возможность коррекции его частоты и уровня в необходимых пределах.

Только самые дешевые устройства имеют на выходе напряжение с низким качеством. В основном большинство ИБП двойного преобразования выдают потребителям чистое синусоидальное напряжение, что делает такие приборы пригодными для питания большинства устройств.

Существенный недостаток online преобразователя – его высокая стоимость.

Все перечисленные устройства предназначены для кратковременной работы от внутреннего аккумулятора. Так происходит потому, что аккумуляторы имеют низкое значение ЭДС и при преобразовании к уровню входного напряжения от аккумулятора требуется отдать довольно значительный ток.

Аккумуляторы больших емкостей имеют значительные габариты и массу, а также требуют большое количество времени на подзарядку.

Таким образом, ИБП служат в основном для того, чтобы корректно и безопасно отключить устройства при пропадании напряжения сети.

ИСТОЧНИКИ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Автономные источники электропитания предназначены для обеспечении непрерывности питания устройств при длительном пропадании напряжения сети или в том случае, когда объект находится на большом расстоянии от линии электропередач и подвод питания от нее нецелесообразен по той или иной причине.

Автономные электростанции строятся на основе дизельных или бензиновых генераторов, ветряных или солнечных электростанций. Каждый тип имеет свою область применения в зависимости от местных условий.

Если существует необходимость в обеспечении беспрерывной работе устройств в условиях временных перебоев поставок электроэнергии, то наиболее приемлемый вариант – использование бензиновых или дизельных генераторов.

Бытовые электростанции выпускаются многими предприятиями на различные значения мощности. Существенный недостаток подобных электростанций – высокое потребление дорогостоящего топлива.

Более дешевая электроэнергия получается при помощи солнечных или ветроэлектростанций, которые используют восполняемые природные источники энергии – солнечное освещение или энергию ветра.

Целесообразность в использовании такого оборудования возникает в случаях более или менее постоянной работы исключительно от них, поскольку первоначальные затраты на их приобретение и установку весьма велики. И окупаемость таких устройств занимает длительное время.

Работа ветровых и солнечных электростанций сильно зависит от местных условий. Так для нормальной работы солнечной электростанции необходимо большое количество солнечных дней в году, а для компенсации энергии солнца в темное время суток или ненастную погоду требуется внушительный запас резервных аккумуляторов.

Зато такая станция не имеет подвижных частей и, как следствие, очень высокую надежность. Солнечные панели имеют небольшой вес и могут размещаться на крышах практически любых построек или на простых каркасах.

Ветрогенераторы требуют размещения в местах с регулярным движением воздуха, преимущественно в одном направлении. Лучшее место для установки – преобладающая возвышенность на местности.

Конструкция ветрогенератора имеет большой вес и требует капитального обустройства. Наличие подвижных частей, зачастую установленных на большой высоте, затрудняет обслуживание электростанции.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Источники электропитания аппаратуры

В данной статье расскажем про универсальный блок стабилизированного питания, про их основные требования и сбор схемы описанного блока питания. В различных источниках – интернете, книжных изданиях встречаются схемы стабилизированных источников питания. Как правило, чем совершеннее (лучше) схема, тем она сложнее. Источники питания стабилизированным напряжением имеющие широкие пределы регулирования выходного напряжения, высокую нагрузочную способность, защиту от …

Читать далее

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *