Источники электропитания высокого напряжения

Скачать DjVu (2,02 МБ)

Описание

Приведены результаты исследований и разработок стабилизирующих источников электропитания с непрерывной и прерывистой структурами выходного высокого напряжения.

Даиы рекомендации по их проектированию функционально-узловым методом, применению, унификации и миниатюризации. Описаны схемы и конструкции оригинальных высоковольтных источников, в том числе на два, три и четыре переключаемых уровня выходного напряжения. Приведены расчетные соотношения для оценки электрических режимов работы некоторых функциональных узлов и источников, рассмотрена их элементная база.

Для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой источников электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Предисловие

Современный этап развития радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) характеризуется тем, что наряду с повышением надежности и уровня автоматизации, сокращением стоимости и сроков проектирования возросли требования к энергоемкости систем РЭА с одновременным сокращением ее объема и массы. В связи с этим значительно возросли требования к средствам вторичного электропитания, являющимся неотъемлемой частью функциональной аппаратуры радиоэлектронных систем.

Успехи, достигнутые в области микроэлектроники, нашли отражение в первую очередь при построении источников электропитания (ИЭП) с низким выходным напряжением для повышения их энергоемкости и уровня миниатюризации. Данный класс ИЭП широко освещен в отечественной и зарубежной научно-технической литературе [18, 47, 49].

Вопросам построения высоковольтных источников электропитания (ВИЭП) с повышенным и высоким уровнями выходного напряжения в последнее время уделялось недостаточно внимания и, как следствие, вопросы их проектирования недостаточно освещены в научно-технической литературе. В то же время для большого класса РЭА (устройств отображения информации, электронно-о'п-тических преобразователей, передающих и приемных устройств и др.) необходимы ВИЭП с высоким уровнем выходного напряжения (от 1 до 100 кВ), которые могут работать в режимах с постоянным или импульсным выходным напряжением. При этом с появлением новых приборов РЭА непрерывно растут требования к стабильности выходного напряжения, уровню пульсаций, надежности и массогабаритным показателям ВИЭП.

Трудности, возникающие перед разработчиком ВИЭП, требуют комплексного 'подхода к решению энергетической, структурной и конструкторско-технологической задач. Это решение сводится к максимальному уменьшению рассеиваемой мощности на всех элементах схемы, исключению или сведению к минимуму элементов, не поддающихся миниатюризации, обеспечению малых габаритов всех элементов источников и высокой плотности их компоновки.

Необходимо отметить, что основное внимание при разработке ВИЭП должно быть уделено вопросам обеспечения электрической прочности изоляции и уменьшения токов утечки. Известно, что габариты и масса высоковольтных ИЭП малой и средней мощности (определяются не значением выходной мощности, а требованиями к обеспечению надежной изоляции. Не менее важной задачей при проектировании ВИЭП является унификация отдельных функциональных узлов и выбор рационального сочетания функций в каждом из них, что позволяет повысить технико-экономические 'показатели, сократить затраты на разработку и внедрение в производство.

В книге сделана попытка систематизации известных и новых ВИЭП, проектируемых на основе функционально-узлового метода; рассмотрены ВИЭП с постоянным и импульсным выходным напряжением и показана возможность их унификации, описаны особенности конструктивного исполнения ВИЭП, применяемые изолирующие материалы, покрытия и элементная база; рассмотрена возможность миниатюризации ВИЭП.

Введение

В состав средств вторичного электропитания РЭА входят система электропитания (СЭП) и источники электропитания. Система электропитания обеспечивает по заданной программе электропитанием все цепи комплексов РЭА, а источники электропитания — самостоятельные приборы или отдельные цепи комплексов РЭА.

Системы и источники электропитания содержат функциональные узлы, которые в зависимости от назначения выполняют функции выпрямления, стабилизации, защиты, коммутации, сигнализации, усиления и др.

В зависимости от качества выходного напряжения ИЭП разделяются на стабилизирующие и нестабилизирующие. Стабилизирующие ИЭП обеспечивают постоянство выходного напряжения на заданном уровне при воздействии влияющих величин (изменении входного напряжения, выходного тока, температуры окружающей среды и др.) и имеют в своем составе стабилизатор напряжения — функциональный узел, осуществляющий стабилизацию выходного напряжения. В нестабилизирующих ИЭП отсутствует функциональный узел стабилизации напряжения.

По режиму работы стабилизирующие ИЭП разделяются на регулируемые и нерегулируемые. Регулируемый ИЭП — это такой источник, выходное напряжение которого может быть изменено в процессе работы. Нерегулируемые ИЭП имеют постоянный, фиксированный уровень выходного напряжения с установочным допуском, нормирующим разность между номинальным и фактическим значениями выходного напряжения.

Воздействие выходного напряжения ИЭП на РЭА может происходить непрерывно на определенном (заранее установленном) уровне; при этом значение выходного напряжения не изменяется в процессе полезной работы РЭА. Такой режим работы регулируемых и нерегулируемых ИЭП авторы считают целесообразным назвать режимом работы с постоянным выходным напряжением.

Для ряда устройств РЭА характерен режим работы, когда воздействие выходного напряжения ИЭП на РЭА является импульсным, т. е. выходное напряжение в процессе работы изменяется ступенями по заданной программе. При этом импульсная структура выходного напряжения составляет принципиальную основу полезных функций ИЭП. Источник с таким режимом работы можно определить как ИЭП с импульсным выходным напряжением.

С точки зрения схемотехнических принципов построения ИЭП авторы считают целесообразным принять ранее предложенную классификацию [1] и разделить источники по значению выходного напряжения на следующие группы:

1. Низковольтные ИЭП, уровень выходных напряжений которых не превышает 250 В;

2. Источники электропитания с повышенным уровнем выходного напряжения (свыше 250 В до 1000 В);

3. Источники электропитания с высоким уровнем выходного напряжения (свыше 1000 В), которые в дальнейшем будем называть высоковольтными источниками электропитания (ВИЭП).

Выходные мощности высоковольтных ИЭП находятся в диапазоне от нескольких единиц ватт до сотен киловатт, что определяет подход к методам их конструирования. Поэтому авторы предлагают разделить ВИЭП по выходной мощности на четыре группы:

1. Высоковольтные ИЭП с выходной мощностью до 5 Вт;

2. Маломощные ВИЭП (свыше 5 до 50 Вт);

3. Высоковольтные ИЭП средней мощности (свыше 50 до 500 Вт);

4. Мощные ВИЭП (свыше 500 Вт).

Отдельную группу составляют ВИЭП с выходной мощностью 2,5 ... 100 кВт для питания мощных передающих устройств, ускоряющих электродов ионной оптики и т. п.