Буферная система электропитания

Коэффициент полезного действия (КПД) таких УБП определяется в ос­новном КПД применяемых УПВ, кото­рый по данным фирм-изготовителей может достигать 91-94%. Однако буфер­ная система при всех ее достоинствах обладает двумя заметными недостат­ками.

Во-первых, в буферных УБП на каж­дый номинал выходного напряжения применяют отдельную АБ, т.е. в УБП на выходные напряжения -48 и 60 В следует установить две АБ, каждая из которых рассчитана на свой номинал. Возможно использование АБ одного номинала, но такое решение потребует включения на выходе буферного канала дополнительного преобразователя по­стоянного тока в постоянный (DC-DC) для получения напряжения второго ка­нала. При этом во втором канале вы­ходного напряжения используется до­полнительное преобразование энергии, а буферный канал реализуют на полную выходную мощность УБП, что приводит к снижению КПД устройства в целом, а также к уменьшению его надежности.

Во-вторых, выходное напряжение бу­ферных УБП может изменяться в широ­ких пределах, определяемых разрядно-зарядными характеристиками АБ. Такое положение привело к тому, что в норма­тивных документах на питаемую аппа­ратуру связи (в ГОСТ или технических требованиях) обозначаются широкие пределы рабочего напряжения, например ±20% от номинального значения -60 В. Если же аппаратура рассчитана на более узкие допуски питающего напряжения, то применяются дополнительные стаби­лизаторы напряжения, подключаемые к выходу буферного канала. Это также

ведет к снижению КПД и надежности УБП.

Описание универсального УБП. На рис. 1 показана функциональная схема универсального УБП постоянного и пе­ременного тока, которая свободна от указанных выше недостатков.

Устройство содержит сетевой выпря­митель (В), зарядно-буферный преобра­зователь (ЗБП), АБ и преобразователи напряжения ПН1 и ПН2 по числу тре­буемых независимых выходов постоян­ного и переменного тока.

Сетевой выпрямитель 1 собран по бестрансформаторной схеме и содержит сетевые фильтры, выпрямительный мост и корректор угла сдвига потребляемого от сети тока и напряжения. Выпрямитель не содержит высокочастотного пре­образователя. ЗБП 4 выполнен по схеме высокочастотного преобразования с интегральным широтно-импульсным (ИШИМ) регулированием выходного на­пряжения и предназначен для заряда и содержания АБ.

Высокочастотные преобразователи ПН1 и ПН2 с ИШИМ регулированием обеспечивают получение бесперебойного постоянного (ПН1) и переменного (ПН2) напряжения для питания нагрузок. АБ 19 обеспечивает питание нагрузок при от­ключении внешней сети переменного тока 2.

Устройство работает следующим об­разом. Напряжение внешней сети 2 по­дается на входные выводы сетевого выпрямителя 1, от выходных выводов которого постоянное напряжение 3 по­ступает на коммутаторы импульсов (КИУ) 9 и 14, а также на инверторы (И) 10 и 15 преобразователей ПН1 и ПН2. Если напряжение сети 2 находится в заданных пределах, то КИУ выраба­тывает сигнал, коммутирующий импу­льсы управления с выходов узлов упра­вления (УУ) 8 и 13 на входы инверторов 10 и 15, которые и преобразуют постоян­ное напряжение в переменное повышен­ной частоты прямоугольной формы. Это напряжение поступает на одну из пер­вичных обмоток трансформатора вы­прямителя (В) 12 и далее выпрямляется для питания нагрузки преобразователя ПН1.

Для нагрузки переменного тока пред­назначается преобразователь ПН2, от­личающийся от ПН1 наличием инверто­ра 18 на выходе. Выходное напряжение выпрямителя 1 одновременно подается на вход ЗБП 4, к выходу которого подключается АБ 19, и входы инверто­ров 11, 16, выходы которых подключены к первичным обмоткам выпрямителей 12, 17. При отключении сети переменно­го тока или повреждении выпрямителя 1 КИУ 9 и 14 подключают УУ 8 и 13 к вторым первичным обмоткам трансформаторов выпрямителей 12 и 17. и преоб­разователи продолжают бесперебойно выдавать электроэнергию для электро­питания нагрузок.

Отличие данной схемы от буферной состоит в том, что в ней подсистема заряда и содержания резервной АБ вы­делена в отдельную структуру только на выходную мощность, необходимую для заряда АБ, а преобразователи напряже­ния выходных каналов выполнены с двумя входными выводами постоянного тока: от промышленной сети переменно­го тока и резервной АБ.

В данном УБП при питании нагрузок постоянного тока отсутствует двойное преобразование энергии, выходные на­пряжения не зависят от напряжения АБ, а их нестабильность - от режима заряда-разряда АБ.

Один из вариантов конструктивного исполнения оборудования универсально­го УБП показан на рис. 2. Оборудование размещается в типовом шкафу с габари­тами 600 х 2000 х 600мм.

УБП содержит три канала выходного напряжения:

первый: выходное напряжение по­стоянного тока - 60 В, номинальная мощность нагрузки - 2,4 кВт, максима­льная - ЗкВт;

- второй: выходное напряжение по­стоянного тока -- 48 В. Номинальная мощность нагрузки - 2,4 кВт, максима­льная - ЗкВт;

- третий: выходное напряжение пере­менного тока 220 В, 50 Гц, номинальная мощность нагрузки - 1,2 кВт, максима­льная - J,8 кВт.

Используются резервные АБ Net Po­wer 12V lOOAh "Hoppecke" (9 шт). Время работы АБ при номинальной мощно­сти - не менее 1 ч

Мощность преобразовательных мо­дулей выбрана, исходя из заданной вы­ходной мощности каждого отдельного канала, питающего нагрузки, и оптима­льной мощности комплектующих сило­вых элементов без параллельного их соединения в составе каждого мо­дуля. Габаритные размеры модулей -60´132´460 мм. Расчетная мощность силового модуля - 600 Вт.

Поскольку указанное УБП предназ­начено для электропитания аппаратуры связи, то все ее технические характери­стики отвечают требованиям отраслево­го стандарта ОСТ45.183-2001. На разра­ботанное оборудование получен Серти­фикат соответствия Минсвязи России.

Переходные характеристики. Пред­ставляют интерес характеристики, пока­зывающие поведение оборудования в переходных режимах работы, например, при отключении и восстановлении внеш­него источника электроэнергии перемен­ного тока и динамических сбросов и выбросов нагрузки. В качестве иллюстра­ций указанных режимов можно привести осциллограммы напряжений, снятые в канале на выходное напряжение - 24 В.