Разработка универсального источника бесперебойного питания (стр. 2 из 11)

Такая схема построения ИБП позволяет обеспечить практически идеальное питание нагрузки при любых неполадках в сети (включая фильтрацию высоковольтных импульсов и электромагнитных помех) и характеризуется нулевым временем переключения в аварийный режим без возникновения переходных процессов на выходе устройства.

К недостаткам схемы с двойным преобразованием напряжения стоит отнести ее сравнительно большую сложность и как следствие — более высокую стоимость.

ИБП On-Line типа применяют в случаях, когда из-за тех или иных причин, имеются повышенные требования к качеству электропитания нагрузки, которая может быть в роли узлов локальных вычислительных сетей (сетевое оборудование, файловые серверы, рабочие станции, персональные компьютеры), оборудование вычислительных залов, системы управления технологическим процессом.По схеме с двойным преобразованием (On-Line) построены, например, модели PW5125RM компании Powerware. Они оснащены плавным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому диапазон допустимых значений входного напряжения, при которых источник не переходит на питание от батарей, составляет от 166 до 276 Вольт.

Рисунок. 1.3 - ИБП, тип On-Line.

В таких схемах присутствует режим Bypass — питание нагрузки отфильтрованным напряжением электросети в обход основной схемы ИБП. Переключение в режим Bypass, который поддерживается внутренней схемой ИБП или специальным внешним модулем, может выполняться автоматически или вручную. ИБП, который имеет соответствующую встроенную схему, автоматически переходит в режим Bypass по команде устройства управления, при перегрузке электросетей или при выявлении неисправности в важных узлах ИБП. Таким способом нагрузка защищается не только от сбоев в электросети, но и от неполадок в самом ИБП. Возможность ручного включения режима Bypass предусматривается на случай проведения профилактического обслуживания ИБП или замены его узлов без отключения нагрузки.

Схема типа Off-Line является более простой и дешевой. Соответственно разрабатываемый в данном дипломном проекте источник бесперебойного питания тоже построим по этому принципу.

Однако усовершенствованные узлы функциональной схемы и соответственно характеристики позволят получить более востребованное и конкурентно-способное изделие с лучшими параметрами эксплуатации и меньшей ценой, чем его зарубежные аналоги.

1.3 Обоснование выбора элементов схемы

Источник бесперебойного питания должен обеспечивать круглосуточную работу любого устройства, которое подключено к нему, с сохранением выходных параметров, поэтому к нему выдвигаются жесткие требования, как к конструкции, так и к выбору элементов схемы.

Условно элементы схемы можно разделить на элементы общего применения и специальные.

Элементы общего применения являются изделиями массового производства, поэтому они достаточно широко стандартизированы. Стандартами и нормами установлены технико-экономические и качественные показатели, параметры и размеры элементов. Такие элементы называют типовыми. Выбор типовых элементов проводится по параметрам и характеристикам, которые описывают их свойства, как при нормальных условиях эксплуатации, так и при разных влияниях (климатических, механических и др.).

Основными электрическими параметрами является: номинальное значение величины, характерной для данного элемента (сопротивление резисторов, емкость конденсаторов, индуктивность катушек и т. д.) и границы допустимых отклонений; параметры, которые характеризуют электрическую прочность и способность долгосрочно выдерживать электрическую нагрузку; параметры, которые характеризуют потери, стабильность и надежность.

Основными требованиями, которыми нужно руководствоваться при проектировании радиоэлектронной аппаратуры, являются требования по наименьшей стоимости изделия, его высокой надежности и минимальным малогабаритным показателям. Кроме того, при проектировании важно увеличивать коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов. Исходя из перечисленных выше критериев сделаем выбор элементной базы проектируемого устройства.

1.3.1 Выбор резисторов

При выборе резисторов, прежде всего, обращаем внимание на их габариты, стоимость и надежность, которая обусловлена наработкой на отказ. Исходя из того, что современные интегральные технологии далеко продвинулись вперед, по сравнению с прошлыми годами, мы имеем резисторы, которые характеризуются: высокой надежностью и низкой себестоимостью, компактными размерами и большой разновидностью.

Сравним несколько типов резисторов.

Толстопленочные резисторы с допуском ±5%.

Таблица 1.2 - Технические параметры.

Параметры	Значения
Тип	RC01	RC11	RC21	RC31	RC41
Типоразмер корпуса	1206	0805	0603	0402	0201
Диапазон номиналов сопротивления	1 Ом …1 МОм				10 Ом… 1 МОм
Допуск	±5%
Максимальная мощность	0.25 Вт	0.125Вт	0.1 Вт	0.063 Вт	0.005 Вт
Максимальное рабочее напряжение	200 В	150 В	50 В		15В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155 ºС

Толстопленочные резисторы с допуском ±1%.

Таблица 1.3 - Технические параметры.

Параметры	Значения
Тип	RC02H	RC02G	RC12H	RC12G	RC22H
Типоразмер корпуса	1206	1206	0805	0805	0603
Диапазон номиналов сопротивлений	1 Ом …1 Мом				10 Ом… 1 МОм
Допуск	±1%
Максимальная мощность	0.25 Вт	0.25Вт	0.125Bт	0.125 Вт	0.1 Вт
Максимальное рабочее напряжение	200 В		150 В		50 В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155 ºС

Таблица 1.4 - Типоразмеры SMD резисторов.

Типоразмер корпуса	L (мм)	W (мм)	T (мм)	Масса (г)
0201	0.6	0.3	0.3	0.02
0402	1.0	0.5	0.35	0.06
0603	1.6	0.8	0.45	0.2
0805	2.0	1.25	0.55	0.55
1206	3.2	1.6	0.55	1.0

Исходя из таблицы 1.2, и таблицы 1.3, в качестве сопротивлений выбираем толстопленочные резисторы RC01 и RC02H с типоразмером корпуса 1206.

Таблица 1.5 - Технические характеристики мощных SMD резисторы.

Параметры	Значение
Тип	XC0204	RWN5020	RWP5020
Типоразмер корпуса	SMD MELF	SMD POW	SMD POW
Диапазон номиналов сопротивлений	0.22Ом…10МОм	0.003Ом…1МОм	1Ом…0.1МОм
Допуск	0.1%...5%	1;2;5%	1;5%
Максимальная мощность	1 Вт	1.6Вт	1.6Bт
Максимальное рабочее напряжение	300 В
Диапазон рабочих температур	-55 … +155ºС

Исходя из таблицы 1.4 в качестве мощных сопротивлений выбираем резисторы RWN5020 с типоразмером корпуса SMD POW (рисунок 6.2.б).

А = 1.5 мм, В = 1.2 мм, С = 4.7 мм.

Рисунок.1.4 - Рекомендованное расположение резисторов при пайке: RC01, RC02H типоразмера 1206.

а)

б)

Рисунок.1.5. - Типоразмеры корпусов резисторов:

а) SMD MELF; б) SMD POW

В качестве подстроечных сопротивлений выбираем резисторы PVZ3A фирмы Murata . Подстроечные сопротивления PVZ3A.

Таблица 1.6- Технические параметры.

Функциональная характеристика	Линейная
Номинальная мощность	0.1Вт при 50°С
Максимальное рабочее напряжение	50V
Рабочий диапазон температур	25°C…85°C
Допустимое отклонение номинального значения сопротивления	±30%
Угол поворота	230°± 10°
Диапазон номинальных сопротивлений	100Ом…2МОм
Температурный коэффициент сопротивления (ТКО)	500ppm/°C
Усилие поворота		20-200 г./см

Рисунок.1.6 - Типоразмер подстроечных резисторов PVZ3A.

1.3.2 Выбор конденсаторов

При выборе конденсаторов, учитывая условия эксплуатации изделия, а также электрические параметры, будем руководствоваться тем, что для конденсаторов выдвигаются следующие требования:

- наименьшая масса;

- наименьшие размеры;

- относительная дешевизна;

- высокая стабильность;

- высокая надежность;

Возьмем для рассмотрения несколько типов конденсаторов, и сделаем сравнение относительно класса диэлектрика в виде таблицы.

Таблица 1.7 - Технические параметры. SMD конденсаторы.

Класс диэлектрика	Класс 1	Класс 2
Типоразмер корпусу	0402…1210	0402…2220
Номинальное напряжение Uн	50В; 200В;500В;1кВ;3кВ	25В; 50 В; 100В; 200В; 500В;1кВ;2кВ;3кВ
Диапазон емкостей	1 пФ…10 нФ;1нФ…10мкФ	1 пФ…1 нФ; 1нФ…10мкФ
Допуск емкостей (в % или пФ)	При Сн<10 пФ: ±0.1 пФ ±0.25 пФ; ±0.5 пФ При Сн≥10 пФ: ±1 %; ±2 % ±5 %; ±10 %	±5 % ±10 % ±20 %
Максимально относительная девиация емкости ΔС/С	-	±15 %
Диапазон рабочих температур	-55…+125ºС	-55…+125ºС
Максимальное значение тангенса угла потерь tg δ	<1.10-3	<25.10-3 <35.10-3 (16В)
Сопротивление изоляции при 25 ºС	> 105 МОм	> 105 МОм
при 125 ºС	-	> 104 МОм
Постоянная времени при 25 ºС	> 1000 с	> 1000 с

Таблица 1.8 - Типоразмер SMD конденсаторов.