МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова»

А.М.Иванов

Источники питания средств

вычислительной техики

Конспект лекций

Чебоксары 2009

Введение

Электронным средством (ЭС) принято называть изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены прин­ципы электроники. Если в основу функционирования ЭС положены также принципы радиотехники, то такое электронное средство назы­вается радиоэлектронным средством (РЭС), а если принципы и методы вычислительной техники - электронно-вычислительным средством (ЭВС).

Для работы любого электронного средства требуется подача электрической энергии в требуемом для выполнения поставленной задачи количестве и необходимого качества. Наличие в том или ином электронном средстве источника электроэнергии настолько очевидно, что он часто не фигурирует на функциональных и даже принципиальных схемах этих средств. Часто оговаривается лишь пере­чень номиналов напряжений, мощность по выходу каждого канала и стабильность (если это необходимо). А между тем любое электронное средство, даже самое простое, требует очень внимательного отношения к источнику электропитания. Неграмотно спроектированный источник питания может послужить причиной ненадежной работы и даже выхода из строя электронного средства. При создании электронного средства определенного класса и назна­чения (электронно-вычислительная, медицинская и бытовая электрон­ная техника, средства автоматизации) источник или система электро­питания могут быть скомпонованы из серийно выпускаемых промышленно­стью унифицированных функционально законченных узлов. В некоторых странах существуют фирмы, специализирующиеся на промышленном выпуске источников электро­питания, и потребитель имеет возможность выбрать тот, который соответствует предъявленным требованиям. Однако, если по эксплуатационным, конструктив­ным или другим соображениям серийно выпускаемые источники элек­тропитания не удовлетворяют потребителя, необходимо разработать но­вый, с учетом всех правил и ограничений, специфичных для этого ви­да электронных средств. Типичными ограничениями при разработке систем и источников питания являются автономность электронного средства, доступность источника электроэнергии, род потребляемого тока, стабильность электроснабжения, требования безопасности и др.

Системы и источники электропитания (ИЭП) содержат разнообразные функциональные узлы, которые в зависимости от назначения источника выполняют функции вы­прямления, инвертирования, фильтрации, усиления, стабилизации, защиты, коммутации, сигнализации и др. К этим уже традиционным узлам в последнее время добавились фильтры подавления помех, создаваемых импульсными преобразователями современных ИЭП.

Важной задачей при разработке электронных средств является сни­жение их массы и габаритных размеров. Развитие микроэлектроники оказало существенное влияние на габариты и массу функциональной части ЭС. Особенно разительные результаты достигнуты в разработке средств вычислительной техники, где габариты и масса собственно вычислительных устройств за последние 20 лет уменьшились на 3-4 порядка при одновременном увеличении производительности. В связи с этим сложилась парадоксальная ситуация, когда габариты и масса всего устройства в целом стала в значительной степени определятся хоть и важным, но по сути только обеспечивающим основную функцию устройством – источником электропитания. Разрешение этого противоречия стало возможным после внедрения новых способов преобразования и регулирования электроэнергии, новых схемотехнических решений, применения соответствующей новой идеологии элементной базы. Большое значение имеет применение новых принципов конструирования и повышение технологического уровня изготовления ИЭП. Развитие микроэлектроники оказало существенное влияние и на электрические параметры ИЭП: ужесточились требования к стабильности номиналов напряжений и токов, уси­лились требования по надежности, безопасности, экономичности.

Уменьшение габаритов источника невозможно без адекватного повышения КПД источника электропитания. Для источников питающих цифровые устройства эта задача усложняется в связи с наметившейся тенденцией перехода на сверхнизкие напряжения питания: от широко применявшихся ранее номиналов 5 и 3,3 В к напряжениям 2,5−1,7 В и менее. Для таких условий предложены системы распределенного питания, где источник питания располагается в непосредственной близости от потребителя энергии, то есть на его плате.

Повышение КПД это не только улучшение технического уровня устройства. Повысить КПД означает сэкономить деньги пользователей. Косвенно это влияет на экологию, поскольку меньшее потребление энергии означает меньшее ее производство. Повышение на несколько процентов КПД источника питания компьютера в такой стране как Россия, где их число измеряется десятками миллионов, означает экономию десятков тысяч тон мазута в год.

Таким образом, при создании ИЭП перед разработчиком ставится ряд взаимосвязанных, а иногда и противоречивых задач, решение ко­торых зависит от знания им особенностей работы ИЭП, нахождения возможностей для разумного компромисса, поиска оптимальных вариантов схемного и конструктивного исполнения с требуемыми па­раметрами для заданных условий эксплуатации. Задачей данного курса является ознакомление студентов с современными ИЭП ориентированными на использовании в составе средств вычислительной техники и автоматизации, их параметрами и особенностями эксплуатации. Информация, полученная ими в рамках данного курса должна помочь в грамотном формулировании требований к ИЭП, обоснованном выборе покупных узлов, использовании готовых технических решений при самостоятельной разработке.