Электропитание ЭВМ.-6

150

Рис. 3.42 — Структуры многоканальных ИВЭП

151

В структуре на рис. 3.42, в можно реализовать всю совокупность перечисленных требований независимо для каждого из каналов.

Для иллюстрации технических характеристик многоканальных ИВЭП используем данные табл. 3.9, относящиеся к выходным платам, которые выпускает уже упоминавшаяся фирма Zicon Electronics. Из представленных в табл. 3.9 выходных плат и входных (см. табл. 3.7) компонуются многоканальные ИВЭП.

Таблица 3.9 — Технические параметры выходных плат многоканаль-

ных устройств

152

Врассматриваемых выходных платах полностью стабилизирован лишь первый (основной) канал. Остальные стабилизированы лишь по входному напряжению. Поэтому при установленном номинальном значении напряжения выходного канала ОР1 и нагруженных на 50 % всех каналах значения выходных напряжений дополнительных каналов будут установлены в пределах 2 % их номинальных значений. При регулировке напряжения канала ОР1 пропорционально будут изменяться и напряжения остальных каналов.

Выходные каналы ОР1, ОР5 и ОР4 имеют защиту от перегрузки, основанную на ограничении тока в первичной обмотке, поэтому эти выходные каналы могут запитывать виды аппаратуры с импульсной характеристикой потребляемого тока. Идеальны для запитки систем, имеющих в своём составе печатающие головки, моторы, лентопротяжные механизмы и т.п.

Выходные каналы ОР2 и ОР3 не предназначены для питания аппаратуры с импульсным видом потребляемого тока и поэтому нуждаются в дополнительных надёжных средствах защиты от перегрузок по току (применены элементы токовой защиты PolySwitch — самовосстанавливающиеся предохранители). При отключении этих двух каналов остальные, естественно, продолжают функционировать.

Анализ данных табл. 3.9 показывает, что у стабилизированных только по сети выходных каналов нестабильность в 2—4 раза больше, чем у основного канала.

Перекрестная нестабильность отражает тот факт, что изменения тока нагрузки одного из выходов будут вызывать изменения напряжения других выходов. Так, при изменении нагрузки основного канала на каждые 10 % значения выходных напряжений дополнительных каналов будут изменяться на 1 %.

Вкачестве примера реальной схемотехники на рис. 3.43 приведена схема одного из источников питания персональных компьютеров.

Вмногоканальных ИВЭП, обеспечивающих высокую стабильность напряжений и в дополнительных каналах, требуются дополнительные линейные или ключевые стабилизаторы (в зависимости от выходной мощности). При низких значениях выходного напряжения мощность потерь на силовом транзисторе, даже

153

Рис. 3.43 — Принципиальная схема источника питания Е 200S-U

154

работающем в ключевом режиме, становится соизмеримой с выходной мощностью. Поэтому в низковольтных дополнительных каналах перспективно применение магнитных усилителей, имеющих на высоких частотах незначительные потери (аналогично трансформаторам). Рассмотрим применение простейшего магнитного усилителя с внутренней обратной связью (магнитного усилителя с самонасыщением — МУС) для регулирования напряжения в нагрузке постоянного тока согласно схеме на рис. 3.44.

+Iу

Рис. 3.44

Для пояснения используются кривая перемагничивания сердечника и временные диаграммы на рис. 3.45.

155

Согласно алгоритму работы МУС различают полупериоды переменного прямоугольного напряжения рабочий и управляющий. В управляющий полупериод диод VD заперт и отрицательное напряжение Uвх на рабочую обмотку Wр и нагрузку не поступает. Магнитное состояние сердечника полностью определяется напряженностью Ну:

Hу Iу Wу , l

где l — длина средней силовой линии сердечника.

Выберем такую величину тока управления Iу, чтобы выполнялось неравенство:

Hу Hу H2 .

Вуправляющий полупериод под действием Ну рабочая точка займет положение 1 на кривой перемагничивания.

Врабочий полупериод открывается диод VD и сердечник перемагничивается к точке 2 (см. рис. 3.45). До достижения точки 2 по цепи протекает лишь ток намагничивания, которым можно пренебречь. В этом случае все входное напряжение прикладыва-

ется к обмотке Wр. В точке 2 сердечник насыщается, и входное напряжение всю оставшуюся часть рабочего полупериода прикладывается к нагрузке (заштрихованная площадка на диаграмме напряжений).

С наступлением управляющего полупериода диод запирается, напряжение на нагрузке становится равным нулю, а под дей-

ствием Ну сердечник вновь размагничивается до точки 1.

С увеличением Iу напряжение на нагрузке (заштрихованная

площадка) будет уменьшаться и при Hу H2 наступит режим хо-

лостого хода. Режим максимальной отдачи будет при Hу H2 .

Рассмотренная схема является однополупериодной, так как определяет процессы в цепи нагрузки лишь один полупериод входного напряжения. Совмещением двух таких схем получается двухполупериодный МУС, как показано на рис. 3.46.

156

Zу

=Uу

Rн

Uвх

Рис. 4.46

Как следует из схемы, для двухполупериодного МУС выходной трансформатор инвертора должен иметь две полуобмотки.

157

4 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ

Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) электронных устройств понимается обеспечение нормальной работы этих устройств при взаимных влияниях непреднамеренных электромагнитных помех. Электромагнитной помехой (ЭМП) называется нежелательное воздействие электромагнитной энергии, которое может ухудшить показатели качества функционирования электронных средств.

ЭМП разделяют на внешние и внутренние. К внешним помехам относят атмосферные, космические и промышленные.

Атмосферные и космические помехи являются следствием естественных процессов, происходящих в природе: грозовых разрядов, солнечной радиации, космических излучений, магнитных бурь и т.п. Наиболее существенные помехи могут возникать при грозовых разрядах, так как молния создает очень сильное электромагнитное поле, приводящее к значительному изменению напряжения в линиях электропередачи при нарушении их изоляции.

Для широкого класса аппаратуры особенно опасны промышленные помехи, которые создаются аппаратурой дуговой и контактной сварки, силовой пускорегулирующей аппаратурой, электрооборудованием, электромеханическими устройствами, медицинской аппаратурой и т.п.

Квнешним относятся также помехи, образующиеся в результате электростатических разрядов между обслуживающим персоналом и корпусом аппаратуры. Электростатический разряд высокого напряжения возникает в сухой среде при синтетических покрытиях полов и искусственных материалах одежды обслуживающего персонала.

Квнутренним помехам относятся помехи, образуемые самими электронными устройствами в силу принципа действия их элементов.

В зависимости от частоты ЭМП разделяют на радиопомехи (при частоте свыше 9 кГц) и индустриальные низкочастотные помехи (частоты менее 9 кГц).

Если средой распространения ЭМП является пространство, окружающее данное устройство, такие помехи называются поме-

158

хами излучения. Уровень помех излучения определяется напряженностью поля помех и выражается в децибелах. За нуль децибел принимают 1 мкВ/м.

Если средой распространения ЭМП являются проводящие электрический ток предметы (провода, кабели, шасси и корпуса приборов, экраны, оплетки и оболочки проводов и кабелей, шины заземления), а также паразитные цепи, по которым возможно протекание электрического тока, такие помехи называются помехами проводимости, или кондуктивными помехами. Уровень кондук-

тивных помех определяется напряжением помех на зажимах сети, выраженным в децибелах, за нуль децибел принимают 1 мкВ.

ИВЭП как источник ЭМП создает на входных (сетевых) зажимах симметричное напряжение помехи и между каждым из сетевых проводов и корпусом прибора или землей — несимметричное напряжение помехи. Эти напряжения приводят к протеканию соответствующих токов ЭМП. Симметричные токи замыкаются через сопротивление сети, а несимметричные — через сопротивление заземления и паразитные емкостные связи.

Главная причина генерации электромагнитных помех источниками электропитания импульсного типа — это коммутаци-

онные процессы в силовых цепях, обусловленные ключевым характером работы активных элементов, определяющим принцип работы ИВЭП. Образующиеся при этом перепады тока и напряжения приводят к появлению поля радиопомех, а также кондуктивных помех. Другими причинами ЭМП можно считать высокочастотные колебания, формируемые за счет энергии, запасенной в паразитных реактивных элементах цепи, образующих резонансные контуры.

Паразитные элементы — это не предусмотренные электрической схемой элементы, появившиеся в результате неидеальности практической реализации электрической схемы. Паразитные элементы возникают вследствие невозможности создания проводников и линий связи, не обладающих сопротивлением, индуктивностью и емкостью, и невозможности создания элементов схемы, обладающих только одним параметром: R, L или С.

Проводя расчет и вычерчивая электрическую схему, счита-

159

тивления, ни индуктивности, ни емкости и между двумя проводами на схеме нет никакой связи. В реальной конструкции любой элемент обладает всеми тремя параметрами одновременно. Вопрос заключается в том, чтобы знать, когда можно пренебречь паразитными параметрами, а когда их необходимо учитывать. В реальной конструкции всегда возникают паразитные связи, значения которых зависят от взаимного расположения и размеров элементов и линий связи.

В качестве примера на рис. 4.1 приведена схема силовой цепи ИВЭП, где пунктиром показаны существенные паразитные параметры элементов.

C т1, C т2 — межвитковые емкости первичной и вторичных обмоток трансформатора; C т12 — межобмоточная емкость трансформатора; CL — межвитковая емкость дросселя L1; LC — индуктивность конденсатора C; CVD5, CVD6 — емкость диодов VD5, VD6.

Рис. 4.1

Далее подробнее представлены эквивалентные схемы трансформатора (рис. 4.2) и инвертора (рис. 4.3).

LS1 и LS2, r1 и r2 — индуктивности рассеяния и активные сопротивления первичной и вторичной обмоток, L1 — индуктивность первичной обмотки; rС — сопротивление потерь в сердечнике

Рис. 4.2