Схемотехника электропреобразовательных устройств

В. К. Битюков, Д. С. Симачков, В. П. Бабенко











            СХЕМОТЕХНИКА
            ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ
            УСТРОЙСТВ




Учебник

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 621.314+621.38
ББК 32.844+32.85
    Б66

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор (МИРЭА - Российский технологический университет) Куликов Геннадий Валентинович;
доктор технических наук (АНО НТП «ТЕРМОКОНТ»)
Фрунзе Александр Вилленович




     Битюков, В. К.
Б66 Схемотехника электропреобразовательных устройств : учебник / В. К. Битюков, Д. С. Симачков, В. П. Бабенко. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2023. - 384 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1439-5

     Рассмотрена физика и схемотехника построения и функционирования современных электропреобразовательных устройств, включающих управляемые и неуправляемые выпрямительные устройства, параметрические, линейные и импульсные стабилизаторы напряжения, инверторы тока и напряжения и преобразователи постоянного тока. Значительное внимание уделено современной элементной базе устройств электропитания.
     Для студентов, обучающихся по направлениям бакалавриата 11.03.01 «Радиотехника», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств», магистратуры 11.04.01 «Радиотехника», а также по специальности специалитета 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы», для углубленного изучения дисциплины «Схемотехника электронных устройств».

УДК 621.314+621.38
ББК 32.844+32.85









ISBN 978-5-9729-1439-5

     © Битюков В. К., Симачков Д. С., Бабенко В. П., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


        ВВЕДЕНИЕ..........................................................................6
        ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ................................................................8
    1.1. ВИДЫ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ.....................................................8
    1.2. Структурная схема электропреобразовательных устройств.....................9
    1.3. Статические электромагнитные компоненты электропреобразовательныхустройств ... 13
        1.3.1. Трансформаторы..................................................13
        1.3.2. Дроссели........................................................23
    1.4. Методы! уменьшения массогабаритных параметров электропреобразовательных устройств.......................................26
    1.5. Контрольные вопросы......................................................34
        ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.......................................36
    2.1. НАГРУЗОЧНАЯ характеристика и динамическое сопротивление..................36
    2.2. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ И ЕГО КОЭФФИЦИЕНТ
        СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПО ВХОДНОМУ НАПРЯЖЕНИЮ..................43
    2.3. КОЭФФИЦИЕНТЫ! СТАБИЛИЗАЦИИ СТАБИЛИЗАТОРОВ ТОКА...........................45
    2.4. Регулировочнаяхарактеристика.............................................47
    2.5. Энергетические и эксплуатационные параметры..............................48
    2.6. Применение метода наименьших квадратов для обработки экспериментальных данных...................................................54
    2.7. Метрологическая культура представления результатов экспериментальных и вычислительных исследований..............................................61
    2.8. РАСЧЕТ систематических погрешностей измерений............................63
        2.8.1. Расчет систематической погрешности аналоговых измерительных приборов.......63
        2.8.2. Расчет систематической погрешности цифровых измерительных приборов.64
        2.8.3. Оформление результатов измерений...................................66
    2.9. Контрольные вопросы......................................................71
        ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.......................................73
    3.1. ДИОДЫ!, СТАБИЛИТРОНЫ!, СТАБИСТОРЫ И ТИРИСТОРЫ............................74
        3.1.1. Тиристоры..........................................................74
        3.1.2. Диоды, стабилитроны и стабисторы...................................78
    3.2. КЛАССИФИКАЦИЯТРАНЗИСТОРОВ................................................88
    3.3. Биполярные транзисторы...................................................93
    3.4. Составные транзисторы...................................................103
    3.5. Система обозначений отечественных полупроводниковых приборов............106
    3.6. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ.....................................................108
        3.6.1. Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом...................109
        3.6.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором и со встроенным каналом.......115
        3.6.3. Полевые транзисторы с индуцированным каналом......................120
    3.7. Комбинированные биполярно-полевые транзисторы...........................133
    3.8. НИТРИД-ГАЛЛИЕВЫЕ И карбид-кремниевые транзисторы........................136
    3.9. Контрольные вопросы.....................................................146
        ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПЕРЕМЕННОГО
        ТОКА В ЭНЕРГИЮ ПОСТОЯННОГО ТОКА (AC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ)...........................148
    4.1. Классификация вышрямительных устройств...........................................148
    4.2. Неуправляемые вышрямительные устройства..........................................149
        4.2.1. Структурная схема выпрямительного устройства......................150
        4.2.2. Типовые схемы построения неуправляемых выпрямительных устройств...151
        4.2.2.1. Работа неуправляемого выпрямительного устройства на резистивную нагрузку.152
        4.2.2.2. Работа неуправляемого выпрямительного устройства на резистивно-емкостную нагрузку..................................................165
        4.2.2.3. Работа неуправляемого выпрямительного устройства на резистивно-индуктивную нагрузку..........................................................................180

3

    4.3. Умножители напряжения......................................................184
        4.3.1. Симметричная схема умножителя напряжения.............................185
        4.3.2. Несимметричные схемы умножителя напряжения...........................188
    4.4. Пассивныесглаживающиефильтры...............................................191
    4.5. Управляемыевыпрямительные устройства.......................................192
        4.5.1. Работа управляемого выпрямительного устройства на резистивную нагрузку.193
        4.5.2. Работа управляемого выпрямительного устройства на резистивно-индуктивную нагрузку............................................198
        4.5.3. Коммутация тока в управляемых выпрямительных устройствах.............205
    4.6. Управляемые выпрямительные устройства с вольтодобавкой.......................212
    4.7. Контрольные вопросы..........................................................221
        ГЛАВА 5. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА......................224
    5.1. Классификация стабилизаторов напряжения и тока...............................224
    5.2. Физика и схемотехника параметрических стабилизаторов напряжения и тока.......226
        5.2.1. Параметрические стабилизаторы напряжения постоянного тока, построенные по схеме делителя напряжения..................................................226
        5.2.2. Параметрические стабилизаторы тока.....................................232
        5.2.3. Параметрические стабилизаторы напряжения постоянного тока, построенные по мостовой схеме...........................................................236
        5.2.4. Стабилитронные интегральные микросхемы...............................240
    5.3. Контрольные вопросы........................................................241
        ГЛАВА 6. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕПРЕРЫВНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ...............................243
    6.1. Схемотехника компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием..............................................243
    6.2. Методы повышения стабильности выходного напряжения линейных стабилизаторов напряжения.................................................250
    6.3. Линейные низковольтные стабилизаторы напряжения............................255
    6.4. Аналитический вывод математических соотношений для определения
        основных параметров компенсационных стабилизаторов напряжения постоянного тока с непрерывным регулированием...........................................255
    6.5. Схемотехника компенсационных стабилизаторов тока с непрерывным регулированием...............................................259
    6.6. Пример применения схемотехнических особенностей при построении линейных стабилизаторов напряжения постоянного тока........................260
    6.7. Защита в компенсационных стабилизаторах напряжения с непрерывным регулированием...............................................264
        6.7.1. Защита от превышения выходного напряжения..............................264
        6.7.2. Защита от перегрузки по току нагрузки и защита от короткого замыкания в нагрузке...267
    6.8. Интегральные стабилизаторы с непрерывным регулированием......................271
    6.9. Практическая схема линейного стабилизатора напряжения постоянного тока.......276
    6.10. Контрольные вопросы.........................................................278
        ГЛАВА 7. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО
        ТОКА В ЭНЕРГИЮ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (DC/АС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ).......................280
    7.1. Силовая часть инверторов.....................................................281
    7.2. Автономные инверторы с самовозбуждением......................................284
        7.2.1. Принцип действия.......................................................284
        7.2.2. Вывод формулы для определения частоты коммутации.....................289
        7.2.3. Запускающие цепочки....................................................292
    7.3. Автономные инверторы тока и напряжения.......................................296
    7.4. Контрольные вопросы..........................................................303
        ГЛАВА 8. ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (DC/DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ).....................................................305
    8.1. Преобразователи постоянного тока с гальванической развязкой входа и выхода...307
        8.1.1. Прямоходовые DC/DC преобразователи...................................308
        8.1.2. Обратноходовые DC/DC преобразователи.................................314
    8.2. Преобразователи постоянного тока без гальванической развязки входа и выхода..321
        8.2.1. КСН с ИР, силовая часть которого построена по схеме понижающего типа.324

4

        8.2.2. КСН с ИР, силовая часть которого построена по схеме повышающего типа.334
        8.2.3. КСН с ИР, силовая часть которого построена по схеме полярно-инвертирующего типа339
        8.2.4. Схема компенсационного стабилизатора напряжения постоянного тока с импульсным регулированием и силовой частью понижающего типа...............343
        8.2.5. DC/DC преобразователи понижающе-повышающего типа...............346
        8.2.5.1. DC/DC преобразователи, построенные по топологии SEPIC..............346
        8.2.5.2. DC/DC преобразователи, построенные по топологии ZETA...............349
        8.2.5.3. DC/DC преобразователи, построенные по топологии Сиск...............351
        8.2.5.4. Биполярные DC/DC преобразователи понижающе-повышающего типа, построенные по топологии Zeta/Cuck....................................353
        8.2.5.5. Биполярные DC/DC преобразователи понижающе-повышающего типа, построенные по топологии SEPIC/Cuck...................................357
        8.2.5.6. DC/DC преобразователи понижающе-повышающего типа по топологии с накачкой заряда...........................................................364
    8.3. Контрольные вопросы........................................................369
        ГЛАВА 9. СХЕМА СЕТЕВОГО БЕСТРАНСФОРМАТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА.......................................371
    9.1. Контрольные вопросы........................................................373
        ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................375
        ЛИТЕРАТУРА..................................................................376

5

ВВЕДЕНИЕ


      Электропреобразовательные устройства (ЭПУ) - это устройства для преобразования электрической энергии одного рода тока в электрическую энергию того же или другого рода тока требуемых параметров и качества. К ЭПУ относятся разнообразные преобразователи, стабилизаторы напряжения и тока, инверторы, конверторы, управляемые и неуправляемые выпрямительные устройства, сглаживающие и помехоподавляющие фильтры, устройства защиты и диагностики и другие.
      Электропреобразовательные устройства представляют собой композицию различных преобразователей электрической энергии, выполняющих соответствующие функции: выпрямление, фильтрацию, инвертирование, трансформацию, стабилизацию, защиту, управление, сигнализацию и так далее.
      Значимость ЭПУ определяется тем, что итоговой функцией любой технической наукоемкой системы (информационной, радиотехнической, инфо-коммуникационной, технологической и других) является преобразование энергии устройства электропитания в энергию выходного сигнала соответствующей системы.
      Улучшение тактико-технических характеристик ЭПУ, в том числе снижение их массогабаритных параметров, достигается решением комплекса технических вопросов. Например, выбором принципа действия, структуры построения, схемы реализации, режима работы, элементной базы и конструкции. Основная тенденция совершенствования современных ЭПУ связана с использованием импульсного режима силовых транзисторов. Это в значительной степени позволило в последние десять лет существенно уменьшить массогабаритные параметры ЭПУ и повысить их надежность и КПД.
      ЭПУ в значительной степени определяют эксплуатационные, массогабаритные и энергетические показатели всей технической системы, а также надежность функционирования на всех этапах ее жизненного цикла.
      При изложении материала авторы учитывали требования нормативной технической документации по оформлению печатных изданий. Но иногда авторы сознательно отступали от этих требований. Это делалось в целях облегчения читателю восприятия излагаемой информации.
      В учебнике представлены результаты научно-исследовательской и педагогической деятельности авторов в МИРЭА - Российском технологическом университете (РТУ МИРЭА).
      Общение авторов со студентами, обучающимися в бакалавриате, магистратуре и специалитете, и в аудитории, и в рамках совместных научноисследовательских работ позволило отобрать материал учебника, который, с одной стороны, позволяет формировать не кликовое, а творческое персонализированное мышление, а, с другой стороны, подготовить читателей к активной научно-исследовательской и/или конструкторско-технологической деятельности.
      Зная реальный уровень подготовки читателей, авторы много внимания уделили подбору в учебник материала, способствующего развитию и форми

6

рованию у читателей траектории образования, базирующейся на фундаментальных физических законах и математических приложениях, а также метрологической культуре, методических и практических навыках и умениях экспериментального и аналитического исследования основных характеристик и параметров ЭПУ.
     Это предопределило целесообразность включения в учебник вопросов, связанных с актуальными тенденциями развитии электропреобразовательных устройств, схемотехническими и физико-технологическими достижениями современной элементной базы.
     Изложение материала учебника построено так, чтобы у читателя уже на студенческой скамье формировался исследовательский интерес и подход к разработке радиоэлектронных устройств, работающих в составе соответствующих наукоемких технических системах и комплексах. Ведь именно инновационные исследования являются императивом опережающего развития науки и техники.
     Опыт работы в высшей школе показал, что самостоятельная работа студентов является базовым этапом учебного процесса по наукоемким направлениям и специальностям, который формирует квалифицированного профессионала, востребованного на современном рынке труда.
     Высшая школа является институтом развития, обеспечивая производство и передачу новых знаний и технологий, разработку инновационных продуктов и их вывод на национальный и глобальный рынок.
     Это в полной мере относится и к РТУ МИРЭА.

7

ГЛАВА 1


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

1.1. Виды неэлектрическои энергии и устройства для ее преобразования в электрическую энергию

      Известно, что ведущая роль в экономическом развитии всех стран принадлежит энергетике. Существует прямо пропорциональная связь между национальным доходом страны и потреблением энергии на душу населения. Потребление электрической энергии в мире за каждые 10 лет удваивается.
      В 2019 году ежегодное потребление энергии в мире составило 0,3 Q (Q — 10²¹ Дж), а за всю историю существования человечества израсходовано около 10 Q энергии, причем примерно 4Q за последние 100 лет. Предполагается, что в середине нашего века с учетом роста народонаселения потребление энергии в мире стабилизируется науровне 8 ... 10Q.
      Интересно сравнить энергоемкость различных источников энергии. Энергетической базой на протяжении многих веков служили водяные колеса. Они работали под напором воды —10 м. Это значит, что 1 кг воды, как энергоносителя, содержал —100 Дж энергии. Переход к химическому топливу с энергоемкостью 30 ■ 10б Дж/кг означал скачок почти в 10б раза. Переход к ядер-ному топливу, реализуемый с середины 20 века, дал скачок еще примерно в 2 ■ 10б раз.
      В настоящее время для выработки электрической энергии, как наиболее удобного вида энергии для производства и транспортировки, используются два метода: с промежуточным преобразованием энергии и с прямым преобразованием энергии (рисунок 1.1).
      При промежуточном преобразовании (цикл 1) внутренняя энергия топлива (химическая, ядерная, солнечная и другая энергия) преобразуется в тепловую энергию, которая затем уже с помощью турбогенераторов трансформируется в механическую и затем в электрическую энергию.
      При прямом преобразовании (циклы 2 и 3) исключается преобразование тепловой энергии в механическую.
      По циклу 2 (рисунок 1.1), реализующему прямое преобразование неэлектрической энергии в электрическую, осуществляется преобразование химической, ядерной и солнечной энергии в электрическую энергию с помощью химических источников тока (ХИТ), ядерных преобразователей и фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), соответственно (рисунок 1.2).


8

Рисунок 1.1 — Циклы преобразования внутренней энергии топлива в электрическую энергию

Рисунок 1.2- Виды неэлектрической энергии и траектории ее преобразования в электрическую энергию и устройства,реализующие эти преобразования

      По циклу 3 (рисунок 1.1), также реализующему прямое преобразование неэлектрической энергии в электрическую, осуществляется преобразование тепловой энергии в электрическую энергию с помощью термоэлектрических генераторов (ТЭГ) и термоэмиссионных преобразователей (ТЭП), соответственно, (рисунок 1.2).
      На рисунке 1.2 показаны виды неэлектрической энергии и устройства для ее преобразования в электрическую энергию.

1.2. Структурная схема электропреобразовательных устройств

     Существует два вида тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (АС). Виды преобразований энергии постоянного и переменного токов и устройства


9

для их реализации, осуществляемые электропреобразовательными устройствами, показаны в таблице 1.1.


Таблица 1.1 — Виды преобразований энергии постоянного и переменного токов и устройства для их реализации

       Род тока,      Род тока,                                                     
 №     из энергии     в энергию        Название               Устройства,           
п.п.    которого       которого        процесса              осуществляющие         
      выполняется    выполняется                             преобразование         
     преобразование преобразование                                                  
                                                             Выпрямительные         
                                                               устройства           
1    Переменный       Постоянный     Выпрямление         (преобразователи AC/DC     
                                                    (англ. --- Alternating Current /
                                                       Direct Current Converter))   
                                    Преобразование                                  
                                   постоянного тока          Стабилизаторы,         
2    Постоянный       Постоянный     в постоянный        (преобразователи DC/DC     
                                    (стабилизация,    (англ. --- Direct Current /   
                                   преобразование)     Direct Current Converter))   
                                                        Инверторы (преобразова-     
3    Постоянный       Переменный    Инвертирование    тели DC/AC (англ. --- Direct  
                                                     Current / Alternating Current  
                                                              Converter))           
                                    Преобразование      Трансформаторы, стабили-    
                                   переменного тока     заторы (преобразователи     
4    Переменный       Переменный     в переменный     AC/AC (англ. --- Alternating  
                                    (стабилизация,   Current / Alternating Current  
                                    трансформация)            Converter))           

      На рисунке 1.3 показана структурная схема современного двухканального электропреобразовательного устройства, построенного по бестрансформа-торной схеме и использующего энергию промышленной сети переменного тока. На выходе ЭПУ на канале 1 формируется стабилизированное напряжение Пвых постоянного тока, а на канале 2 - стабилизированный ток нагрузки 7Н.


Рисунок 1.3 - Структурная схема современного двухканального ЭПУ, построенного по бестрансформаторной схеме и использующего энергию промышленной сети переменного тока

10

     Напряжение ис переменного тока питающей промышленной сети (как правило, со средним квадратическим значением напряжения равным 220 В и частотой f — 50 Гц) подвергается последовательно соответствующим преобразованиям в помехоподавляющем фильтре Фпп, низкочастотном выпрямительном устройстве (НВУ), токоограничивающем резисторе (ТОР) и низкочастотном сглаживающем фильтре (НСФ).
     Затем выпрямленное и сглаженное сетевое напряжение подается на инвертор (Инв), на выходе которого формируется переменное напряжение, как правило, высокой частоты (f — 10 ... 1000 кГц), которое затем преобразуется многообмоточным трансформатором (Тр-р). Он осуществляет не только преобразование напряжения, сформированного инвертором, но и гальваническую развязку нагрузки и сети.
     Напряжение с первого выхода трансформатора подается на последовательно включенные высокочастотное выпрямительное устройство (ВВУ1), высокочастотный сглаживающий фильтр (ВСФ1) и стабилизатор напряжения (СН). На выходе стабилизатора напряжения формируется требуемое (по количеству и качеству) выходное напряжение Пвых.
     Напряжение со второго выхода трансформатора подается на последовательно включенные высокочастотное выпрямительное устройство (ВВУ2), высокочастотный сглаживающий фильтр (ВСФ2) и стабилизатор тока (СТ). На выходе стабилизатора тока формируется требуемый (по количеству и качеству) ток нагрузки 1н.
     Для построения отрицательной обратной связи (ООС) сигналы с выхода СН и СТ подаются на инвертор, изменяя его импульсный (ключевой) режим работы.
     Помехоподавляющий фильтр выполняет две функции. Во-первых, он защищает сеть от помех, создаваемым самим ЭПУ. Во-вторых, защищает ЭПУ от помех, создаваемых сетью.
    Основными устройствами ЭПУ, на которых теряется значительная мощность и от которых зависит КПД, масса и объем электропреобразовательного устройства, являются стабилизатор напряжения, низкочастотный сглаживающий фильтр и сетевой низкочастотный трансформатор. КПД стабилизатора главным образом определяется мощностью, рассеиваемой на его регулирующем элементе. Величина этой мощности зависит как от пределов изменения входного напряжения, так и от диапазонов регулирования выходного напряжения и тока нагрузки.
     При низких уровнях выходного напряжения ЭПУ КПД стабилизатора мал, а на его регулирующем элементе рассеивается значительная мощность, часто превышающая полезную мощность, отдаваемую им в нагрузку. При повышении уровня выходного напряжения КПД стабилизатора возрастает.
     Функцию регулятора выходного напряжения ЭПУ выполняет инвертор, на выходе которого имеется трансформатор. При изменении выходного напряжения или тока нагрузки ЭПУ сигнал ООС воздействует на инвертор, что приводит к изменению длительности импульсов на его выходе. В схемах

11

ЭПУ наиболее часто стабилизация его выходного напряжения осуществляется с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). С точки зрения уменьшения объёма и массы ЭПУ эта схема наиболее предпочтительна, так как функции преобразования и регулирования напряжения в ней совмещены.
     В настоящее время значительное число технических систем работают в автономном режиме с использованием батарейного питания (рисунок 1.4).
     В этом случае первичным источником энергии является аккумулятор, батарея либо источник вторичного электропитания, формирующий напряжение постоянного тока, а в схеме ЭПУ отсутствуют сетевой низкочастотный выпрямитель, который располагается на входе ЭПУ, токоограничивающий резистор и низкочастотный сглаживающий фильтр. На входе ЭПУ, как и в предыдущей схеме, устанавливают помехоподавляющий сетевой фильтр.


Рисунок 1.4- Структурная схема электропреобразователъногоустройства с батарейным питанием

     Блок обратной связи (БОС) формирует управляющий сигнал, который воздействует на инвертор, что приводит к изменению длительности импульсов на его выходе.
     Рассмотренные схемы ЭПУ реализуют централизованный принцип электропитания РЭС.
     Электропитание ряда современных радиоэлектронных средств (РЭС), например, радиотехнических и инфокоммуникационных автономных систем, строится по децентрализованному принципу. При этом к печатным платам или функционально законченным блокам подводится нестабилизированное напряжение Увх постоянного тока, а индивидуальный стабилизатор напряжения устанавливается на каждой плате или блоке (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5- Структурная схема современного ЭПУ, исполъзующего энергию постоянного тока иреализующего децентрализованный принцип электропитания РЭС

12

     Стабилизаторы напряжения реализуются на интегральных микросхемах (ИС) DA1 и DA2. Причем ИС DA1, как правило, представляет собой импульсный стабилизатор напряжения, на выходе которого имеются значительные пульсации напряжения. Конденсатор С2 не может их существенно подавить. Поэтому дополнительно установлена ИС DA2, представляющая собой линейный стабилизатор напряжения и выполняющая роль активного сглаживающего фильтра. Выбор емкости конденсаторов С1, С2 и СЗ осуществляется по рекомендациям производителей микросхем. Обычно в качестве конденсаторов С1, С2 и СЗ используются керамические конденсаторы емкостью из диапазона от 0,1 мкФ до 1 мкФ.


1.3. Статические электромагнитные компоненты электропреобразовательных устройств


     К базовым статическим электромагнитным компонентам, используемым в электропреобразовательных устройствах, относятся трансформаторы и дроссели.


1.3.1. Трансформаторы


     Трансформатор - это статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока.
     Трансформаторы имеют две или более индуктивно связанных обмоток и позволяют: осуществлять гальваническую (электрическую) развязку электрических цепей; масштабировать (преобразовывать) одну или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока; изменять число фазных напряжений.
     Условное графическое обозначение (УГО) трансформаторов на принципиальных электрических схемах показано на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 — Принципиальная электрическая схема двухобмоточного трансформатора с согласно включенными обмотками

13