2.2. 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, ΔU_ис=ΔU_ис/U_ис;

• 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, ΔU_вых=ΔU_вых/U_вых;

• 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:

• удельную мощность,

• надежность. Источники электропитания должны в течение определенного времени сохранять свои параметры в пределах, указанных в технических условиях, обеспечивая бесперебойную работу электронной аппаратуры. Надежность ИВЭП обеспечивают мероприятиями, выполняемыми на этапах разработки, изготовления и эксплуатации.

• диапазон рабочих температур;

• допустимую относительную влажность;

• диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

• коэффициент полезного действия ИВЭП. Эффективность работы ИВЭП принято оценивать его коэффициентом полезного действия η. Для оценки КПД ИВЭП рассмотрим упрощенную схему, приведенную на рисунке 2.2.1.

Рис. 2.2.1. Упрощенная схема ИВЭП

Предположим, что на вход ИВЭП из первичного источника поступает мощность . Из этой мощности часть рассеивается в ИВЭП, а другая часть поступает в нагрузку. При этом КПД η_п ИВЭП можно определить по формуле:

Мощность , поступающая в нагрузку, равна выходной мощности ИВЭП. Часть этой мощности P_H рассеивается в нагрузке, а другая часть является полезной мощностью нагрузки. При этом КПД нагрузки можно оценить по формуле

;

Основы надежности ИВЭП закладываются на этапе их разработки

Основными причинами отказов ИВЭП являются не только отказы элементов, но также неправильно заданные требования к качеству входных (питающих) и выходных напряжений, ошибки, допущенные при выборе схемы и при проектировании отдельных узлов, некачественное изготовление ИВЭП и неправильная эксплуатация.

Обеспечение надежности ИВЭП, заложенное на этапе разработки, сводится к следующим основным положениям:

• тщательному обоснованию выбора структурной схемы;

• обоснованному выбору элементной базы с достаточно высоким запасом по предельным режимам и параметрам;

• разработке конструкции, обеспечивающей хороший теплоотвод и легкий доступ к отдельным узлам и элементам;

• проведение всесторонних испытаний макетов по климатическим и механическим воздействиям.

Выбор структурной схемы ИВЭП должен производиться с учетом требований надежности.

При разработке должны предусматриваться необходимые устройства защиты, которые не участвуют в работе ИВЭП, а только обеспечивают повышение надежности. В их функцию входит:

• защита силовых элементов: транзисторов, диодов, тиристоров и др.;

• защита ИВЭП от коротких замыканий или полного отключения нагрузки;

• защищают возможных повышений или понижений питающих (входных) напряжений;

• защита нагрузки от возможных повышений или понижений выходных напряжений;

• защита от повышения температуры окружающей среды.

Выбор элементной базы в наибольшей мере влияет на надежность ИВЭП. Используемые элементы должны проходить тренировку перед установкой в ИВЭП. На используемые элементы устанавливают максимальные коэффициенты нагрузки не более 70...80% от их предельно допустимых значений. Например, резисторы мощностью 1 Вт должны загружаться не более чем на 0,7...0,8 Вт.

Конструкция ИВЭП должна обеспечивать хороший теплоотвод от нагревающихся элементов (транзисторов, диодов, трансформаторов и др.) и не допускать нагрев других элементов от нагревающихся элементов. Например, нельзя допускать нагрев микросхем управления от силовых транзисторов.

С целью обеспечения ремонтопригодности конструкция ИВЭП должна обеспечивать легкий доступ ко всем элементам. Расположение элементов должно быть таким, чтобы не вызывать повреждение питаемого устройства.

Лабораторные испытания макетов помогают вскрыть недостатки, которые не были учтены при разработке схемы и конструкции ИВЭП. Основная задача испытания макета - это обнаружение слабых мест в схеме и конструкции. Поэтому перед проведением испытаний составляют программу, в которой предусматривают проверку всех схем защиты и влияние различных климатических и механических воздействий. При соблюдении всех перечисленных требований ИВЭП должен обеспечивать требуемую наработку на отказ. Для полупроводниковых ИВЭП наработка на отказ должна быть не менее 10 тысяч часов при наработке на отказ отдельных элементов от 60 до 100 тысяч часов.

На рисунке 2.2.2. приведен пример повышения надежности ИВЭП, выполняемый на стадии проектирования.

Рис 2.2.2. Схема ограничения тока в выпрямительном диоде.

На рисунке приведена схема ограничения тока в выпрямительном диоде VD1 при заряде емкости фильтра С_ф. Так как при включении выпрямителя емкость С_ф не заряжена, то для выпрямительного диода она на некоторое время эквивалентна короткому замыканию. В связи с этим ток в диоде может превысить предельно допустимое значение, что понизит его надежность. Для ограничения пускового тока последовательно с диодом включают ограничительное сопротивление R_0.. Однако включение этого сопротивления в рабочем режиме после заряда конденсатора только понижает КПД выпрямителя, поэтому параллельно с диодом включают тиристор VD2, который управляется напряжением на конденсаторе фильтра С_ф, а после заряда конденсатора С_ф включается тиристор и происходит шунтирование сопротивления R₀. В результате чего в рабочем режиме ток идет через тиристор, падение напряжения на котором намного меньше, чем на сопротивлении.