CC BY
3
621.314.5
УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
М.С. Федоров, А.Д. Широков, Д.А. Феоктистов, А.В. Смирнов Научный руководитель - Т.Г. Орешенко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-шай: mixail.fedorov.00@mail.ru
Проведен анализ устройств защиты импульсных блоков питания. Рассмотрены различные устройства защиты, использующихся в импульсных блоках питания.
Ключевые слова: импульсный блок питания, устройства защиты, постоянное напряжение, переменное напряжение.
PROTECTION DEVICES FOR SWITCHED POWER SUPPLY
M. S. Fedorov. A. D. Shirokov, D. А. Feoktistov, A.V. Smirnov Scientific supervisor - T. G. Oreshenko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *Е-mail: mixail.fedorov.00@mail.ru
The analysis of machine vision problems is carried out, its main functions and applications for aircraft are considered.
Keywords: switching power supply, protection device, direct voltage, alternating voltage.
Практически во всех современных телевизорах, видеоаппаратуре, бытовой технике, компьютерах используются импульсные блоки питания. Все меньше и меньше сфер применения линейных (аналоговых, параметрических) источников. Устройство работает по принципу инвертора [1]. Сначала переменное напряжение в блоке преобразуется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже с необходимой частотой [2].
Недостатки:
- невысокий коэффициент мощности, что требует включения компенсаторов мощности;
- меньшая надёжность, обусловленная как сложностью схемы, так и режимом работы ключевых элементов (большие мгновенные токи, большое число переключений за период эксплуатации, тяжёлый температурный режим кристалла диода или транзистора);
- наличие высокочастотных помех. Блоки вырабатывают их в любом исполнении. Высокочастотные помехи транслируются в окружающую среду, поэтому необходимо дополнительно решать вопрос об их подавлении. В некоторых видах чувствительной цифровой аппаратуры использование импульсных блоков питания по этой причине невозможно.
В импульсных блоках питания встречаются со следующем рядом проблем [3]:
- Защита от перенапряжения.
Встречаются различные способы защиты от перенапряжения, рассмотрим те, которые используются в импульсных блоках питания.
Секция «Автоматика и электроника»
Схема, реализованная на варисторе, обязательно ставится с предохранителем. Варистор устроен так, что в обычном режиме, его сопротивление велико. Однако сопротивление сильно снижается при возрастании напряжения выше номинальной величины, что приводит к значительному повышению тока. Таким образом, когда у нас происходит перенапряжение повышается ток и выгорает предохранитель, цепь уходит в режим холостого хода.
Стабилитрон предназначен для стабилизации напряжения в электронных схемах [4]. В цепь он включается в обратном направлении. При достижении напряжения, превышающего напряжение стабилизации, происходит обратимый электрический пробой рп-перехода. Как только оно понизится до номинала, пробой прекращается, и стабилитрон закрывается. В импульсном блоке питания и не только в нем, схема защиты будет состоят из стабилитрона, предохранителя и тиристора. Если напряжение питания превышает напряжение пробоя стабилитрона, ток через стабилитрон резко возрастает. Тиристор переходит в открытое состояние. Фактически, происходит короткое замыкание. В результате предохранитель перегорает и цепь размыкается.
- Защита от короткого замыкания.
Супрессор или ТУБ-диод работает таким образом, если амплитуда электрического импульса превысит паспортное напряжение для конкретного типа диода, то он перейдёт в режим лавинного пробоя. То есть ТУБ-диод ограничит импульс напряжения до нормальной величины, а всё что сверх требуемого напряжения уходит на предохранитель, тем самым цепь уходит в режим холостого хода и защищается от короткого замыкания [4].
- Защита от перетока.
Защиты от перетока реализована на предохранителях. Предохранитель встраивается в разрыв электрической цепи. Его основной задачей является пропускание рабочего тока и разрыв электрической цепи при появлении сверхтоков.
- Защита от пробоя на корпус.
Для подавления синфазной помехи применяются конденсаторы - СУ - конденсаторы класса У. Ток синфазной помехи, который просочился через паразитную ёмкость трансформатора на выход устройства, стекает по более короткому пути в нейтраль через помехоподавляющие конденсаторы и исключает воздействие на выходные цепи. СУ-конденсатор
- Защита от высокочастотных помех.
Одна из проблем импульсных блоков питания из-за его режима работы появляются высокочастотные помехи, поэтому для питания высокоточных приборов его не используют.
Синфазные дроссели для дифференциального сигнала работают как простой проводник, а для синфазного тока (шума) - как индуктивность [4]. Таким образом, применение синфазного дросселя обеспечивает большой импеданс для синфазного тока и большую эффективность подавления синфазных.
Ферритовые бусины так же позволяют бороться с высокочастотными помехами [2]. Феррит, как правило низкочастотный, вместе с кабелем или проводом образует индуктивность, и чем больше индуктивность, тем будет больше сопротивление высокочастотному сигналу.
Можно выделить следующие проблемы при реализации всех устройств защиты. Во-первых, это удорожание производства одного изделия. Во-вторых, массогабаритные показатели. Существую совмещенные устройства такие, как: вариконд, комбинированный компонент защиты цепей ОМОУ это варистор и разрядник, выполненные одним компонентом. Совмещённые устройства облегчают конструкцию, удешевляют и повышают доступность при проектировании и изготовления электронных схем.
Таким образом, дальнейшие направления развития защит импульсных блоков подразумевают разработку и использование совмещенных устройств новых типов, и
расширение возможностей и схем применения уже существующих, что позволит реализовать высокоскоростные надежные системы защиты импульсных блоков.
Библиографические ссылки
1. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника/ У. Титце, К. Шенк М.. Мир, 1982. — С. 271.
2. Поликарпов А. Г. Сергиенко Е. Ф. Однотактные преобразователи напряжения в устройствах электропитания РЭА/ А. Г. Поликарпов, Е. Ф. Сергиенко — М.: Радио и связь, 1989. 160 с.— С. 6—7.
3. Подавление электромагнитных помех во входных цепях преобразователей постоянного напряжения/ В. Жданкин.
4. Справ. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. — М.: Додэка, 1997. 224 с. — С. 15—16.
© Федоров М.С., Смирнов А.В., Широков А.Д., Феоктистов Д. А., 2022
