Джерела живлення телекомунікаційних пристроїв телефонних станцій

Корекція коефіцієнта потужності. Структурна схема електропостачання передавального радіоцентра. Електроживлення автоматичних телефонних станцій: система електроживлення ПС-60/48 У, блок індикації й сигналізації, пристрій захисту акумуляторної батареї.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Курсова робота

Джерела живлення телекомунікаційних пристроїв телефонних станцій

Вступ

Бурхливий розвиток індустрії зв'язку на основі використання останніх досягнень сучасних інформаційно-комп'ютерних технологій вимагає і відповідного рівня їх енергетичного забезпечення, так як енергозабезпечення являється невід'ємною складовою будь-якого високотехнологічного процесу. Щодо важливості останнього може свідчити наступний факт. В 70-ті роки минулого століття засоби перетворювальної техніки займали від 30 до 70 процентів від обсягу та маси всієї системи. Причому основний процент відмов у системі припадав саме на засоби енергетичного забезпечення. Таким чином стабільність роботи будь-якої системи залежить від якості енергозабезпечення. На сьогодні питома вага засобів енергетичного забезпечення в системі зменшилась до 10 відсотків. Це пояснюється двома причинами. По-перше, зменшується енергоємність сучасних технологій, по-друге, відбувся і значний прогрес у розвитку технологій і методів побудови засобів перетворювальної техніки.

Основні загальні вимоги до енергетичного забезпечення сучасних засобів і систем зв'язку можуть бути сформульовані наступним чином:

- висока якість вихідних напруг в усьому діапазоні зміни всіх збурюючих факторів;

- низький рівень створюваних електромагнітних завад;

- високий коефіцієнт корисної дії;

- високий рівень питомих показників (рівень вихідної потужності в одиниці обсягу та маси) і надійності;

- 100% діапазон зміни струмів навантаження;

- високий рівень динамічних характеристик;

- низька собівартість.

Крім того, висувають і додаткові вимоги:

- створення високоефективних керованих імпульсних джерел електроживлення із 100% діапазоном зміни вихідних струмів і напруг;

- забезпечення високого рівня уніфікації розроблюваної апаратури, тощо.

В курсовій роботі розглянуті основні схемотехнічні рішення, а також аналіз їх ефективності, що дозволяє підійти більш усвідомлено до розробки нових джерел електроживлення або до вибору готових приладів.

1. Корекція коефіцієнта потужності

Сучасні вимоги до рівня електромагнітних завад і до гармонічного складу струму первинної мережі вимагають використання активної корекції коефіцієнта потужності (рис. 9.1) в джерелах електроживлення з перетворенням частоти.

Корекція коефіцієнту потужності (ККП) дозволяє наблизити форму сигналу до синусоїди.

Найбільше поширення отримали прилади коректування коефіцієнту потужності за схемою ШІМ-перетворювача (рис. 9.2), завдяки відносно низьким втратам і простоті забезпечення постійного струму. Керування широтно-імпульсним модулятором здійснюється сигналом, що формується схемою керування таким чином, щоб споживаючий струм за формою співпадав з випрямленою напругою.

Відрізняють три основних методи керування коефіцієнтом потужності: метод розривних струмів і його різновид - « граничне керування»; метод керування за піковим значенням струму і керування за середнім значенням струму.

Перші два методи застосовують у коректорах коефіцієнту потужності малої та середньої потужності (до 300 Вт) через великі амплітуди пульсацій струму, значні електромагнітні завади, необхідність установки громіздких мережевих фільтрів і невисоку точність корекції. Коректори коефіцієнту потужності з керуванням за середнім струмом позбавлені вказаних недоліків. Як правило, пікове значення пульсацій струму дроселя вибирають в межах 20% від середнього значення, а схема зворотного зв'язку за струмом має низьке підсилення на частоті перетворення, що значно підвищує завадостійкість коректора коефіцієнту потужності та точність відстеження форми сигналу.



Рисунок 1 - Корекція коефіцієнту потужності

Існує три підходи реалізації коректора коефіцієнту потужності з керуванням за середнім струмом: використання класичної схеми, використання схеми з перемиканням транзистора за нульової напруги - квазірезонансний коректор коефіцієнту потужності (рис. 9.3) та застосування карбід-кремнієвого чи арсенід-галієвого діоду Шоткі в класичній схемі.

На рис. 9.4 наведена типова діаграма розподілу втрат в активних компонентах схеми. Як наведено на рисунку, найбільша потужність розсіювання на ключовому транзисторі і діоді. Втрати в мережевому мостовому випрямлячі важко піддаються зниженню, зменшення їх за рахунок застосування більш потужних діодів не завжди виправдано, так як спричинює за собою неадекватне збільшення габаритів і вартості.

Рисунок 2 - Коректор коефіцієнта потужності на основі схеми ШІМ-перетворювача



Рисунок 3 - Квазірезонансний коректор коефіцієнта потужності

Рисунок 4 - Типова діаграма розподілу втрат в активних компонентах

електропостачання радіоцентр акумуляторний телефонний

У коректорі коефіцієнту потужності за класичною схемою від 70 до 90% потужності розсіювання на ключовому транзисторі і кремнієвому буферному діоді припадає на динамічні втрати, із них майже 50% зумовлені ефектом зворотного відновлення діоду.

На відміну від кремнієвих p-n діодів, процес вимкнення p-i-n діодів Шоткі не супроводжується процесом розсмоктування заряду в n-області і струм зворотного відновлення відсутній. Існує лише незначний струм заряду ємності переходу, який не залежить від температури і di/dt.

На рис. 9.5 наведені діаграми розподілу повної потужності втрат в діодах і ключовому транзисторі для трьох типів напівпровідників. Проста заміна кремнієвого Ultra Fast діоду на SiC-діод Шоткі Zero Recovery (Cree) дозволяє знизити теплове навантаження майже вдвічі. При застосуванні Ga-As-діодів Шоткі втрати потужності зменшуються більш ніж на 20%. Це зумовлено тим, що Ga-As не є напівпровідником з великою шириною енергетичної забороненої зони, тому максимальна напруга, на яку може бути розрахований діод, не перевищує 300 В. Для отримання 600-вольтових приладів виробники з'єднують всередині корпусу послідовно два кристали, що є причиною надзвичайно великого прямого падіння напруги. Внаслідок цього динамічні втрати знижуються, а статичні стрімко зростають.

Рисунок 5 - Діаграма розподілу повної потужності втрат

Альтернативою є використання схеми з перемиканням транзистору за нульової напруги, спрощена структурна схема якої наведена на рис. 9.3. Керування такою схемою може бути реалізоване на базі стандартного контролера, наприклад US2855A. В схемі є ряд суттєвих недоліків, один з яких - виникнення перехідного процесу з подвоєною амплітудою від'ємної полярності, що призводить до триразового перенавантаження на VD3. Для усунення викидів застосовують одне з снаберних кіл, або послідовне VD4-R_сн, як видно з рис. 9.3, або послідовно з L2 включають дросель насищення. В останньому випадку в осерді дроселя виділяється значна потужність, що примушує або відводити від нього тепло, або використовувати осердя великих розмірів. Це значно знижує ефективність такої схеми.

На рис. 9.6 наведена діаграма сумарних втрат і орієнтовна вартість основних компонентів для трьох розглянутих варіантів коректора коефіцієнту потужності. Найменші втрати забезпечує класична схема коректора з Si-C-діодом Шоткі. Квазірезонансна схема має на 30% більше втрат, в цій ситуації вона містить в три рази більше активних компонентів, є найбільш дорогою і найменш надійною.

Таким чином, згідно з діаграмами на рис. 9.5 та рис. 9.6, найбільш ефективною з технічної точки зору є класична схема коректора коефіцієнту потужності з використанням Si-C-діодів Шоткі. Орієнтована вартість коректора з використанням кремнієвого діода є найнижчою з усіх розглянутих варіантів, що робить дане схемотехнічне рішення найбільш економічно вигідним, але в свою чергу сумарні втрати потужності усіх компонентів такого варіанту коректора коефіцієнту потужності є найбільшими.

Рисунок 6 - Діаграма сумарних втрат і орієнтовна вартість

Таким чином, використання якісних стандартних контролерів з керуванням за середнім струмом в поєднанні з SiC-діодом Шоткі і сучасним МДН (метал-діелектрик - напівпровідник) транзистором з малим опором стоку (R_{ds on}) дозволяє створювати недорогі, надійні та ефективні коректори.

2. Структурна схема електропостачання передавального радіоцентра

Сучасний передавальний радіоцентр є складною електротехнічною структурою, для якої основним джерелом електричної енергії є енергосистема, тобто промислова мережа змінного струму. Для нормального електропостачання стаціонарного радіоцентра повинні забезпечуватися такі умови:

– безперервність роботи;

– оперативне керування електрообладнанням з пристроями сигналізації і захисту;

– лінії електропередачі, що підходять до території радіоцентра, не повинні порушувати нормальної роботи антен и перешкоджати їх встановленню і ремонту;

– простота і економічна доцільність схеми.

<...