WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ И.П. Ефимов ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РЭА Рекомендовано Учебно-методическим объединением высших учебных заведений Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлениям 551100 и 654300 «Проектирование и технология электронных средств» и специальностям 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и 220500 «Проектирование и технология электронновычислительных средств» Ульяновск 2002 УДК 629.1.055 (075) ББК 32.96-04я7 Е78 Рецензенты: старший научный сотрудник Ульяновского отделения института радиоэлектроники российской академии наук, кандидат технических наук Зарукин А.И.; ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения», научно-техническое направление «Разработка радиоэлектронной аппаратуры».

Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического университета в качестве учеб ного пособия.

Ефимов И.П.

Е78 Источники питания РЭА: Учебное пособие. – 2-е изд., испр.

Ульяновск: УлГТУ, 2002. – 136 с.

ISBN 5-89146-268-0 Рассмотрены: параметры и схемотехника линейных и импульсных источников питания на полупроводниковых элементах; функциональные узлы вторичных источников электропитания (трансформаторы, управляемые и неуправляемые выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы напряжения на дискретных элементах и интегральных микросхемах, узлы защиты от перегрузки по току и перенапряжения); химические источники тока наиболее распространенных систем (угольно-цинковой и хлористо-цинковой, щелочно-марганцевой, ртутно-цинковой, серебряно-цинковой и литиевых систем). Затронуты технико-экономические вопросы применения различных химических источников тока в современной аппаратуре.

Пособие составлено в соответствии с учебным планом и рабочей программой по дисциплине «Электроника в приборостроении» для студентов направления 551500.

УДК 629.1.055 (075) ББК 32.96-04я © И.П.Ефимов, © © © © И.П.Ефимов., 2002, с исправлениями © © © ISBN 5-89146-268-0 © Оформление. УлГТУ, © © © ОГЛАВЛЕНИЕ Введение…………………………………………………………………… 1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ…………………… 2. ЛИНЕЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТНИЯ…………………………….… 2.1 Обобщенная структурная схема линейного источника питания.… 2.2 Неуправляемые выпрямители…………………………….………… 2.3 Управляемые выпрямители……………………………………….… 2.4 Стабилизаторы напряжения…………………………………….…… 2.5. Компенсационные стабилизаторы……………………………….… 2.6. Защита транзисторных стабилизаторов от короткого замыкания нагрузке………………………….………………………….. 2.7. Защита стабилизаторов от перенапряжения на выходе…………... 2.8 Стабилизаторы напряжения на интегральных микросхемах……... 2.9 Источники опорного напряжения…………………………………... 3.ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ……………………….…. 3.1. Общие сведения……………………………………………………... 3.2 Импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока……... 3.3. Применение ИМС для импульсных источников питания………... 4. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА………………………………... 4.1. Гальванические элементы и батареи……………………………….. 4.2 Аккумуляторы………………………………………………………... 4.3 Эксплуатация первичных ХИТ……………………………………… 4.4. Эксплуатация аккумуляторов………………………………………. 4.5. Надежность ХИТ…………………………………………………….. 4.6. Области применения ХИТ…………………………………………... 4.7. Экономические вопросы производства и применения ХИТ……… ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………. Учебное издание Ефимов Иван Петрович ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РЭА Учебное пособие Корректор М.В. Леонова Изд. лиц. 020640 от 22.10.97. Подписано в печать 5.08.2002. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Усл.п.л. 7,90. Уч.-изд.л. 7,60. Тираж 150 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет. 432027, г. Ульяновск, Сев. Венец, Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

ВВЕДЕНИЕ Практически вся радиоэлектронная аппаратура (РЭА) нуждается в одном или нескольких источниках питания. Большое число фирм проводят исследования в области первичных и вторичных источников электропитания, производят их в значительных объемах и поставляют на рынок. В настоящее время, как правило, не представляет затруднений приобретение необходимого источника электропитания. В тоже время при разработке той или иной радиоаппаратуры разрабатывается свой источник питания.

Большая часть настоящего пособия посвящена линейным и импульсным вторичным источникам питания. Рассмотрены схемотехника управляемых и неуправляемых выпрямителей, стабилизаторов напряжения на полупроводниковых элементах, вопросы защиты источников питания и питающейся от них аппаратуры при аварийных ситуациях.

Большое внимание уделено применению интегральных микросхем для построения как линейных, так и импульсных источников вторичного электропитания.

Третья глава пособия полностью посвящена импульсным источникам питания, которые в настоящее время находят все более широкое применение практически во всех областях электроники благодаря их особым преимуществам и, прежде всего, высокому коэффициенту полезного действия, малым габаритам и весу. В тоже время не оставлены без внимания и проблемы, связанные с питанием РЭА от таких источников. Приводятся рекомендации по выбору типа источника питания в зависимости от вида электронной аппаратуры.

В четвертой главе пособия рассмотрены химические источники тока наиболее распространенных систем и технико-экономические вопросы их применения в различных типах РЭА.

Пособие написано на основе части курса лекций, читаемых автором студентам направления 5515 по дисциплине «Электроника в приборостроении» на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета. Оно может быть полезно и студентам других направлений и специальностей высших и средних специальных учебных заведений.



1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Для работы большинства электронных устройств необходимо наличие одного или нескольких источников питания (ИП) постоянного тока.

Все ИП можно разделить на две группы: источники первичного электропитания и источники вторичного электропитания. РЭА может иметь в своем составе: ИП первой группы; ИП второй группы; ИП первой и второй групп одновременно.

Источники первичного электропитания. К данной группе ИП относятся:

1) химические источники тока (гальванические элементы, батареи и аккумуляторы);

2) термобатареи;

3) термоэлектронные преобразователи;

4) фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи);

5) топливные элементы;

6) биохимические источники тока;

7) атомные элементы;

8) электромашинные генераторы.

Химические источники тока (ХИТ) широко используются для питания маломощных устройств и аппаратуры, требующей автономного питания.

Батареи и аккумуляторы являются также вспомогательными и (или) резервными источниками энергии в устройствах, питающихся от сети переменного тока. Выходное напряжение таких источников практически не содержит переменной составляющей (пульсаций), но в значительной степени зависит от величины тока, отдаваемого в нагрузку, и степени разряда. Поэтому в устройствах, критичных к напряжению питания, химические источники тока используются совместно со стабилизаторами напряжения.

Более подробно гальванические батареи и аккумуляторы, а также их параметры рассмотрены в разделе 4 «Химические источники тока».

Термобатареи состоят из последовательно соединенных термопар.

Термобатареи используются в качестве ИП малой мощности, например для питания радиоприемников.

В простейшем виде термоэлектрический генератор представляет собой батарею термопар, у которых одни концы спаев нагреваются, а другие имеют достаточно низкую температуру, благодаря чему создается термо-ЭДС и во внешней цепи протекает ток. Каждая термопара может состоять из двух разнородных полупроводников или из проводника и полупроводника.

Большая теплопроводность металлических термопар не позволяет создавать значительную разность температур спаев, а следовательно, не дает возможность получить большую термо-ЭДС. Лучшие результаты дает использование в термогенераторах полупроводниковых термопар, или комбинированных, состоящих из проводника и полупроводника.

В термопаре, состоящей из полупроводников с n- и p- проводимостями, при нагревании спая количество электронов в полупроводнике n-типа и число дырок в полупроводнике p-типа увеличивается. Электроны и дырки вследствие диффузии в полупроводниках движутся от горячего слоя термопары к холодному. Перемещение дырок приводит к тому, что горячий конец полупроводника p-типа заряжается отрицательно, а холодный конец - положительно. В полупроводнике n-типа электроны, переходя от горячего конца к холодному, так же как, и в металле, заряжают горячий конец положительно, а холодный конец – отрицательно. Термо-ЭДС полупроводниковой термопары значительно больше термо-ЭДС металлической пары.

Термоэлектронные преобразователи представляют собой вакуумные или газовые приборы с твердыми нагреваемыми катодами. Преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется за счет использования термоэлектронной эмиссии нагретых тел. Эмитированные катодом электроны движутся к аноду под действием разности температур. Для обеспечения этой разности температур необходимо охлаждение анода. В зависимости от температуры нагрева катода термоэлектронные преобразователи делятся на низкотемпературные (1200 – 1600°С) и среднетемпературные (1900 – 2000°С). У среднетемпературных преобразователей КПД достигает 20%, что более чем в 2 раза превышает КПД термобатарей.

Фотоэлектрические преобразователи осуществляют преобразование тепловой и световой энергии солнечных лучей в электрическую. Солнечные батареи представляют собой ряд фотоэлементов, соединенных между собой определенным образом. Фотоэлектрические преобразователи используются в качестве источника электрической энергии для питания маломощной радиоаппаратуры, а также для питания радиотехнической и телеметрической аппаратуры на спутниках Земли и на автоматических межпланетных станциях.

Солнечные батареи просты, имеют очень большой срок службы и работают в большом диапазоне изменения температур.

Топливные элементы осуществляют непосредственное преобразование энергии химических реакций в электрическую энергию. Действие таких элементов основано на электрическом окислении вещества (топлива), которое подобно реакции горения топлива. Однако в отличие от горения в этих элементах окисление топлива и восстановление кислорода происходит на разных электродах. Поэтому энергия выделяется в нагрузке без промежуточного преобразования в энергию иного вида, что обеспечивает высокий КПД преобразователя. В топливных элементах химическая реакция протекает при взаимодействии активных веществ, которые в твердом, жидком или газообразном состоянии непрерывно поступают к электродам.

Биохимические источники тока можно рассматривать как разновидность топливных элементов, так как в них протекают подобные окислительно-восстановительные процессы. Отличие биохимических элементов от топливных состоит в том, что активные вещества (или одно из них) создаются с помощью бактерий или ферментов из различных углеводов и углеродов.





Атомные элементы применяются для питания маломощных устройств. Конструкция таких ИП различна в зависимости от принципа их действия.

В элементах, использующих - излучение, на внутреннем электроде размещается радиоактивный изотоп стронция 90. Вторым электродом является металлическая оболочка. Между электродами находится твердый диэлектрик или вакуум. Под действием -лучей на электродах создаются заряды. Напряжение в таких элементах может достигать нескольких киловольт, а внутреннее сопротивление очень велико (порядка 1013Ом). Разрядный ток не превышает одного миллиампера. Достоинством таких элементов является очень большой срок службы.

В элементах, использующих контактную разность потенциалов, применяются электроды в виде пластинок из различных материалов. Одна из пластин покрыта двуокисью свинца, другая изготовлена из алюминия.

Между электродами находится смесь инертного газа и радиоактивного трития. Под действием излучения происходит образование ионных пар.

Напряжение между электродами определяется контактной разностью потенциалов. Под действием этого напряжения положительно и отрицательно заряженные ионы перемещаются к электродам.

В элементах с облучаемыми полупроводниками радиоактивное вещество наносится на поверхность полупроводника (кремния). Излучаемые электроны, имеющие большую скорость, выбивают из атомов полупроводника большое количество электронов. В результате односторонней проводимости между полупроводником и коллектором, приваренным к нему, возникает ЭДС величиной нескольких десятых долей вольта. Внутреннее сопротивление таких элементов 100 – 1000 Ом, КПД может достигать нескольких процентов. Недостатком является малый срок службы вследствие разрушения полупроводника под действием радиации.

Электромашинные генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Они делятся на генераторы постоянного и переменного тока. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные генераторы, действие которых основано на использовании вращающегося магнитного поля. В синхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при синхронной частоте, то есть когда частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля.

В асинхронных машинах процесс преобразования энергии происходит при асинхронной частоте, то есть когда частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля.

Источники вторичного электропитания. Они представляют собой функциональные узлы РЭА или законченные устройства, использующие энергию, получаемую от системы электроснабжения или источника первичного электропитания и предназначенные для организации вторичного электропитания радиоаппаратуры.

Классификация источников вторичного электропитания. Источники вторичного электропитания можно классифицировать по следующим параметрам:

1. По типу питающей цепи:

1.1 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока;

1.2 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока;

1.3 ИП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока.

2. По напряжению на нагрузке:

2.1 ИП низкого (до 100 В) напряжения;

2.2 ИП среднего (от 100 до 1000 В) напряжения;

2.3 ИП высокого (свыше 1000 В) напряжения.

3. По мощности нагрузки:

3.1 ИП малой мощности (до 100 Вт);

3.2 ИП средней мощности (от100 до 1000 Вт);

3.3 ИП большой мощности (свыше 1000 Вт).

4. По роду тока нагрузки:

4.1 ИП с выходом на переменном токе;

4.2 ИП с выходом на постоянном токе;

4.3 ИП с выходом на переменном и постоянном токе.

5. По числу выходов:

5.1 одноканальные ИП, имеющие один выход постоянного или переменного тока;

5.2 многоканальные ИП, имеющие два или более выходных напряжений.

6. По стабильности напряжения на нагрузке:

6.1 стабилизированные ИП;

6.2 нестабилизированные ИП.

Стабилизированные источники питания имеют в своем составе, по крайней мере, один стабилизатор напряжения (тока) и могут быть разделены:

а) по характеру стабилизации напряжения:

- ИП с непрерывным регулированием;

- ИП с импульсным регулированием.

б) по характеру обратной связи:

- параметрические;

- компенсационные;

- комбинированные;

в) по точности стабилизации выходного напряжения:

- ИП с низкой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность выходного напряжения более 2 – 5%);

- ИП со средней стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность не более 0,5 – 2%);

- ИП с высокой нестабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность до 0,1 – 0,5%);

- Прецизионные ИП (суммарная нестабильность менее 0,1%).

Примечание: к вторичным источникам питания (вторичным элементам) принято относить также аккумуляторы, хотя деление ХИТ на первичные и вторичные условно (аккумуляторы могут использоваться и для однократного разряда).

Параметры сети питания электроэнергией. Основные электрические параметры сети электропитания следующие:

1. Номинальное значение питающего напряжения U.

2. Относительная нестабильность питающего напряжения, характеризующая возможные пределы изменения его значения относительно номинального – верхний предел Uп.макс - Uп.ном Uпв = 100% Uп.ном и нижний предел Uп.ном - Uп.мин Uпн = 100%, Uп.ном где Uпмакс и Uпмин – максимальное и минимальное значение напряжения питающей сети.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.