СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-6

76 / 82

тивности дросселя должна быть не ме
нее 1,5 мГн. Такой способ борьбы с пе
ренапряжениями не может считаться
эффективным ввиду необходимости
введения в схему дополнительного
пассивного элемента, имеющего су
щественную массу и габариты. Кроме
того, значительная индуктивность дрос
селя может повлиять на устойчивость
системы источник – потребитель. Для
снижения импеданса источника, а так
же для демпфирования провалов на
пряжения в переходных процессах,
потребуется существенное увеличение
шунтирующей ёмкости.
В ряде случаев при проектировании
СЭП для повышения качества элек
тропитания в условиях воздействия
импульсных перенапряжений возмож
но использование УВИП, построенных
по схеме обратноходового преобра
зования. Однако этот способ не может
считаться универсальным ввиду суще
ственных ограничений по энергети
ческой эффективности, быстродейст
вию и электромагнитной совместимос
ти (ЭМС).
Эффективным способом борьбы с
перенапряжениями значительной дли
тельности в цепях первичного источ
ника является применение последова
тельного регулятора – нормализатора
сети. Функциональная схема последо
вательного регулятора показана на ри
сунке 4. Регулирующее устройство РУ
представляет собой силовой ключ на
МДП транзисторе с низким сопротив
лением открытого канала. При пре
вышении входным напряжением по
рогового значения, устройство управ
ления формирует сигнал управления
транзистором, результатом которого
является ограничение выходного на
пряжения на время воздействия им
пульса перенапряжения до максималь
но допустимого входного напряжения.
Выходной ток РУ равен входному току
УВИП, соответствующему его входно
му напряжению с учётом отрицатель
ного характера входного сопротив
ления, а рассеиваемая мощность РУ
соответствует энергии импульса воз
действия.
Применение последовательного регу
лятора позволяет обеспечить нормы ка
чества питания на входе УВИПи соблюс
ти требования к выходному сопротив
лению источника, однако потребует
разработки, согласования по парамет
рам и введения в систему в качестве до
полнительного устройства.
Таким образом, рассмотренные при
меры позволяют сделать вывод, что
эффективность того или иного способа
борьбы с перенапряжениями в СЭП, с
учётом особенностей первичной сети и
требований к качеству входного напря
жения применяемых УВИП, напрямую
зависит от инженерной квалификации
разработчиков СЭП и увеличивает ма
териальные, временные и трудовые за
траты на разработку всего комплекта
аппаратуры.
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ
УСТРОЙСТВ
Не менее сложной проблемой, воз
никающей при проектировании эф
фективных и высоконадёжных СЭП,
является обеспечение тепловых режи
мов работы устройств. Элементной ба
зой современной промышленной и
специальной аппаратуры являются
полупроводниковые устройства на ос
нове кремния. Низкая теплопровод
ность ограничивает допустимую рабо
чую температуру кремниевых крис
таллов 150 °С, что требует принятия
дополнительных мер по обеспечению
допустимых температурных режимов
ЭРИ.
Широко используются следующие ме
тоды отвода тепла:
● естественная конвекция;
● принудительный обдув воздухом;
● жидкостное охлаждение.
Поскольку надёжность и срок службы
электронного устройства обратно про
порциональны его рабочей температу
ре, допустимая величина не должна быть
превышена во всех условиях эксплуа
тации.
Анализ температурных режимов ра
боты устройств электропитания должен
быть проведён на начальном этапе про
ектирования СЭП, для чего:
● определяется максимальная рассе
иваемая мощность устройства с
учётом КПД. Поскольку КПД нели
нейно зависит от номинальной вы
ходной мощности модуля, коэф
фициента загрузки по мощности,
входного и выходного напряжения
модуля и от температуры корпуса
модуля, выбор модуля электропита
ния следует начинать с изучения
зависимости его КПД от режимов
эксплуатации;
● определяется максимальное тепло
вое сопротивление. Сравнив полу
ченное значение теплового сопро
тивления со справочными данными
теплового сопротивления для каж
дого типа модуля, можно сделать вы
вод о необходимости дополнитель
ного теплоотвода;
● определяется величина перегрева
корпуса модуля относительно тем
пературы среды;
● по тепловой кривой вычисляется ве
личина теплового сопротивления с
учётом того, что в точке начала сни
жения выходной мощности темпе
ратура корпуса равна максимально
допустимой.
Для предотвращения возможности
превышения температурного предела
модули должны иметь эффективную
защиту, обеспечивающую выключе
ние преобразователя с автоматичес
ким возвратом в рабочее состояние в
нормальном режиме эксплуатации.
Термоэлемент, обеспечивающий тем
пературную защиту модуля, контроли
рует температуру в определённой точ
ке внутреннего объёма модуля. Одна
ко максимальная температура корпуса
модуля зависит от конструкции аппа
ратуры и может отличаться от темпе
ратуры в точке измерения. Методика и
примеры теплового расчета, а также
рекомендации по обеспечению теп
ловых режимов эксплуатации в аппа
ратуре приводятся в технической до
кументации на модули электропита
ния [2].
Как правило, теплоотводящие устрой
ства занимают до одной трети общего
объёма преобразователя и превышают
его по массе [1]. Повышение допустимой
НАДЁЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
76 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2011
VD
E
Eимп
C
Rист L
Рис. 3. Применение последовательного дросселя
для снижения импульсного тока помехи
Uвх Uвых
РУ
УУ
C
ОС
Рис. 4. Функциональная схема
последовательного регулятора – нормализатора
сети
© СТА-ПРЕСС