Структурная схема выпрямительного модуля SMPS

Структурная схема модуля SMPS–1000 приведена на рисунке 7.9.

Рисунок 7.9 – Структурная схема модуля SMPS

Выпрямительный модуль построен по схеме с бестрансформаторным входом и регулированием напряжения методом широтно – импульсной модуляции (ШИМ) с активной фильтрацией тока сети звеном корректора коэффициента мощности (ККМ). Силовая цепь состоит из следующих функциональных узлов: входного выпрямителя, собранного по однофазной мостовой схеме, ККМ, мостового инвертора напряжения, выходного двухполупериодного выпрямителя со средней точкой и LC – сглаживающего фильтра. Для исключения воздействия входной импульсной помехи на источник и самого источника на сеть и потребителя на входе и выходе установлены фильтры помех.

Драйверы корректора и преобразователя формируют траекторию движения рабочей точки в области безопасной работы силовых ключей и обеспечивают необходимую мощность сигнала управления для гарантированного включения транзисторов. Коммутация ключей инвертора напряжения осуществляется при нулевом напряжении на коллекторе (режим “мягкой коммутации”), что повышает надёжность.

Система управления обеспечивает:

- стабилизацию и регулировку выходного напряжения методом широтно–импульсной модуляции;

- активную фильтрацию тока, потребляемого от сети;

- ограничение тока нагрузки;

- задержку включения и плавный запуск;

- выключение при уходе напряжения сети переменного тока за допустимые пределы;

- защиту от повышения выходного напряжения;

- защиту при коротком замыкании на выходе;

- световую и дистанционную сигнализацию;

- возможность изменения выходного напряжения при подаче внешних сигналов на входной разъем через селектор управления;

- контроль исправности компонентов системы;

- температурную компенсацию напряжения подзаряда батареи;

- контроль состояния батареи;

- ограничение тока заряда батареи;

- передачу сигналов об аварии с помощью реле или путём автодозвона до удалённого оператора;

- равномерное распределение тока между параллельно работающими модулями SMPS;

- отображение измеряемых параметров на жидкокристаллическом дисплее и мониторе компьютера.

Подключаемый к системе компьютер упрощает настройку, контроль и предоставляет возможность удалённого доступа в систему электропитания.

7.3.3 Функциональная схема выпрямительного модуля SMPS

Схема выпрямительного модуля состоит из двух частей, представленных на рисунках 7.10 (ККМ) и 7.11 (конвертор).

Рисунок 7.10 – Функциональная схема ККМ

Схема рисунка 7.10 включает следующие функциональные узлы: входной помехоподавляющий фильтр (C1, L1, С2, С3, С5, L2, С8, С9, С11), входной низкочастотный выпрямитель (VD1…VD4) с блокировочным конденсатором (С15) и ККМ (L3, VT1, VT2, VD6, C21) с управляющей схемой (DA1). ДН1, ДН2, ДН3 – резистивные делители напряжения. ДТ – датчик тока. С выхода ККМ постоянное напряжение + 400 В подается на вход конвертора. ККМ(“буст” – конвертор) формирует синусоидальную форму тока, потребляемого от сети. ККМ является промежуточным звеном, включенным между выходом низкочастотного (сетевого) выпрямителя и входом конвертора напряжения. Он относится к классу импульсных стабилизаторов повышающего типа, работающий в режиме прерывистого тока дросселя (индуктивность – L3).

Контроллером ККМ является микросхема DA1 типа UC3855. Для управления силовыми транзисторами VT1, VT2 на 9 вывод подается напряжение питания V_СС от отдельного источника. Когда напряжение питания достигает 15,5 В, происходит запуск ККМ. Для ускорения процесса запуска и защиты силовых ключей введен корректирующий конденсатор С13 (вывод 17, “плавный пуск”).

Функциональная схема конвертора (рисунок 7.11) состоит из следующих

Рисунок 7.11 – Функциональная схема конвертора напряжения

узлов: мостового транзисторного резонансного инвертора напряжения VT1…VT4, высокочастотного трансформатора T5, двухполупериодного выпрямителя со средней точкой VD3, VD4, сглаживающего фильтра L2, С10 и выходного фильтра помех (C12, С13, L3, С15, С17, С18).

Транзисторный инвертор напряжения (рисунок 7.11) построен по мостовой резонансной схеме, в которой коммутация транзисторных ключей осуществляется при нулевом напряжении. Между сигналами управления, поступающими на силовые ключи (VT1…VT4), вводится преднамеренная задержка (фазовый сдвиг).

Для управления силовыми ключами методом ШИМ используется контроллер UC3875, который обеспечивает коммутацию силовых ключей при нулевом напряжении стока.

В заключение можно сказать, что ознакомившись с принципами преобразования параметров электрической энергии, мы прошли путь от простейшего выпрямителя до современного импульсного источника электропитания. Дальнейшее углубление знаний по электропитающим устройствам является предметом повышения квалификации специалистов по разработке и эксплуатации преобразовательной техники, выходит за рамки общеобразовательной дисциплины и предлагается для самостоятельного изучения.

Список литературы

1 Кацман М.М. Электрические машины. –М.,2001.– 463 с.

2 Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.

3 Иванов–Цыганов А.И. Электроперобразовательные устройствам РЭС. Учебник для вузов по специальности радиотехника. – 3–е изд., перераб. и доп. – М., 1991. – 272 с., ил.

4 Таганова А.А., Бубнов Ю.И., Орлов С.Б. Герметичные химические источники тока: элементы и аккумуляторы. Справочник.–С-Пб.: Химиздат, 2005. – 264 с.

5 Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций.-4-е изд. – СПб.: КОРОНА принт, 2004.- 416 с., ил.

6 Сергеев Б.С., Чечулина А.Н. Источники электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта.- М., 1998.- 280с.

7 Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: Учебное пособие. – Изд. 3-е, испр. и доп. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 672 с.

8 Воробьёв А.Ю.. Электроснабжение компьютерных и телекоммуникационных систем. – М.: Эко–Трендз, 2003. – 280 с.

9 Устройства электропитания бытовой РЭА: Справочник/ И.Н. Сидоров, М.Ф.Биннатов, Е.А. Васильев. – М.: Радио и связь, 1991. – 472с.

10 Березин О.К. и др. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: «Три Л», 2000. – 400 с.

11 Костиков В. Г., Парфенов Е. М., Шахнов В. А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование: Учебник для вузов. – 2-е изд.- М.: Горячая линия – телеком, 2001. – 344 с.

12 Электромагнитные элементы радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Ю.С. Русин, И.Я. Гликман, А.Н. Горский. - М.: Радио и связь, 1991. - 224 с.

13 Конденсаторы оксидно-элктролитические К50-24…К50-53. Справочник.-СПб.: Издательство РНИИ "Электростандарт", 1996. - 208 с.

14 Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник/ А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др. Под ред. А.В. Голомедова. - М.,1996. - 528с.

15 Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое. 2003 г.

16 ОСТ 45.183 - 2001 “Установки электропитания аппаратуры электросвязи стационарные”. Общие технические требования.

17 Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики: Учебник. – М., 2006. –278с.

18 Гончаров А.Ю. Серийно выпускаемые транзисторные преобразователи электроэнергии // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 1998.

19 ОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

20 ГОСТ 13822-82. Электроагрегаты и передвижные электростанции, дизельные.

21 Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.

22 Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

23 РД 34.20.185-94 Категории электроприёмников, надёжность электроснабжения.

24 Аккумуляторы стационарные свинцовые Тип OPzS, LTC–ZTC, HLT–HZT. Трубчатая панцирная технология. Техническое описание, инструкция по монтажу и эксплуатации. Фирма “ОЛЬДАМ ФРАНС”.

25 Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.

26 Полищук А. Схемотехника современных мощных источников электропитания для телекоммуникационного оборудования и систем промышленной автоматики // Силовая электроника. 2005. № 2, с.70-74.

27 Васильев А., Худяков В., Хабузов В. Анализ современных методов и технических средств коррекции коэффициента мощности у импульсных устройств // Силовая электроника. 2004. № 2,с. 72-77.

28 Промэлектроника. Каталог. 2006-2007. WWW.promelec.ru.

29 Климов В., Климова С., Портнов А.. ИБП с двойным преобразованием энергии малой и средней мощности // Электронные компоненты. Схемотехника и технические характеристики. 2004. №6.

30 Климов В., Москалев А. Трёхфазные источники бесперебойного питания // Электронные компоненты. Схемотехника и технические характеристики. 2005. №8.

31 Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/ Г.С. Найвельт и др.; Под ред. Г.С. Найвельта. –М., 1986. –576 с.

32 Климов В.П., Москалев А.Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания // Практическая силовая электроника. 2002. №5.

33 Климов В.П., Москалев А.Д. Способы подавления гармоник в системах

электропитания // Практическая силовая электроника. 2003. №6.

34 www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/TOPLIVNI_ELEMENT.html

35 Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.

36 Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. Промышленные электропитающие устройства связи: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2010г. – 188 с.

37 Семёнов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. – М., 2001. – 327с.