СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-8

52 / 82

смотрев технические параметры ря
да характерных изделий с выходом
на переменном токе или изделий,
имеющих выходной выпрямитель
практически без фильтра, т.е. такой
же, как в сварочных агрегатах. В сва
рочных аппаратах с выходом на по
стоянном (выпрямленном) токе вы
прямитель блока работает через
дроссель с небольшой (единицы де
сятки микрогенри) индуктивностью
в режиме источника тока на низко
омную нагрузку.
Характерные отличия сверхмощных
систем вторичного электропитания
СМСЭп с выходом на постоянном токе
от других сверхмощных изделий раз
личного назначения (СМИРН), в том
числе, для индукционного нагрева и
закалки, а также для всех типов свароч
ных агрегатов, можно сформулировать
следующим образом.
Основное назначение СМСЭп –фор
мировать, как правило, гальванически
развязанное от питающей сети выход
ное постоянное напряжение (или ток),
стабилизированное (нестабильность
1…2%) и с малымнапряжением пульса
ций (менее 1%от номинального посто
янного напряжения). Выход системы
работает на нагрузку, которая имеет
диапазон изменения обычно от 10 до
100%. Причём в качестве входной сети
(первичный источник энергии) может
быть как одно или трёхфазное пере
менное сетевое напряжение (от 127 до
380 В), так и постоянное напряжение,
как, например, в аппаратуре связи (24,
48, 60 В), или 27 и 110 В для бортовой
аппаратуры летательных аппаратов и
кораблей.
Кроме того, в качестве первичных
источников энергии могут быть как
аккумуляторные батареи, например,
для переносной аппаратуры 12 В, так и
низковольтные источники питания
(панели солнечных батарей). Основ
ное назначение мощных блоков пита
ния и СМСЭп – обеспечение потреб
ностей РЭА энергией вторичных ис
точников питания, необходимых для
нормального (комфортного) электро
питания всех функциональных узлов
электронной аппаратуры. Критерия
ми качества блоков и систем совре
менных средств вторичного электро
питания являются: высокий КПД
(80…94%), минимальные габариты из
делия (удельная объёмная мощность
Pуд. v от 200 до 500 Вт/дм3 и выше) при
коэффициенте мощности от 0,8 до
0,92. Для изделий массового примене
ния имеет значение показатель оцен
ки стоимости изделия (продукта), по
лучаемый из соотношения (стоимость
продукта)/(выходная мощность), в
размерности, например, руб./Вт, $/Вт,
€/Вт и т. п.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ВЫБОРА
КОНЦЕПЦИИ СВЕРХМОЩНОЙ
СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Приведём пример выбора концеп
ции для разработки СМСЭп на основе
предложенной методики. Техничес
кие данные, достаточные для выбора
структуры СМСЭп:
● первичная сеть – трёхфазное напря
жение 380 В ± 20%, 50 Гц без нулево
го провода;
● выходное стабилизированное по
стоянное напряжение Uвых = 150 В,
номинальный ток нагрузки Iн = 200 А,
выходная мощность Pн = 30 кВт;
● пульсация переменного напряжения
Uп.эфф = 1,5 В.
Предположим, что мощность еди
ничного блока ЕМБ, на основе кото
рого осуществляется синтез СМСЭп,
будет определена из количества от
дельных блоков N = 2 или N = 3. Для
упрощения расчётов определим струк
турную схему ЕМБ, в качестве которой
используем однотактную прямоходо
вую схему типа «косой мост» на основе
квазирезонансного преобразователя
ОПН/КвРП.
Одним из критериев выбора и опти
мизации одиночного блока ЕМБ явля
ется выбор (до детального расчёта)
оптимального силового трансформа
тора на основе его предполагаемой га
баритной мощности (ГМТ). Для упро
щения расчёта ЕМБ предположим, что
оптимальная частота работы КвРП
единичного блока лежит в пределах
150…200 кГц.
На основании опыта разработки
мощных квазирезонансных преобра
зователей можно предложить следу
ющую процедуру предварительной
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
52 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2010
Таблица 1. Распределение потерь мощности в блоках до 5 кВт
Наименование субблока, узла МБП Потери мощности, Вт
Потери в устройстве
Pпот.устр./P . , %
НЧВ/Ф, AC/DC
20,0 – мост Ларионова
20,0 – тиристор ограничения,
зарядного тока и диод
13,0 – дроссель фильтра Ф
PΣпот. нчв/ф = 53,0
19,1
ОПН/КвРП
(в системе
два КвРП)
Силовые транзисторы ЭК
и диоды рекуперации
ЭК состоит из 2 параллельных транзисторов:
в одном транзисторе – 7,5;
в плече – 15,0;
всего в ЭК – 30,0;
диоды рекуперации – 1,2
PΣпот. эк = 31,2
Общие на блок
3 кВт – 22,6
Силовой ВЧ-трансформатор:
Ктр = W2/W1 = 0,5 Pст = 10,0; Pм = 9,6; PΣпот. тр.с = 19,6 Общие на блок
3 кВт – 14,2
Выходной ВЧ-выпрямитель:
диод выпрямительный,
«нулевой» диод
Диод выпрямительный состоит из 2 параллельных диодов,
PΣВыпр. = 17,5
Диод «нулевой» состоит
из 2 параллельных диодов:
Pстат = 7,6; Pдин = 13,4,
т.е. PΣНулев. = 21,0; PΣпот. ВЧ- Выпр. = 38,5
Общие на блок
3 кВт – 27,9
Выходной ВЧ-дроссель фильтра
Выходной дроссель фильтра состоит из 2 параллельных дросселей.
PΣДр.в/ч Ф = 15,0
Общие на блок
3 кВт – 10,8
PS пот.КвРП = 104,3 Вт Потери в двух КвРП. PΣ2х КвРП = 208,6
Узел управления УУ PΣуу = P + Pпот. уу; PΣуу = 15,0 5,4
*Суммарные потери мощности в МБП на Pн = 3000 Вт (300 В, 10 А)
PΣпот. бл. = 53 + 208,6 + 15,0 = 276,6 Вт
КПД: ηМБП = Pн/(Pн + P Σпот. бл.) ≈ 0,92
© СТА-ПРЕСС