Комбинированные блоки питания. Определение коэффициента пульсаций напряжения и тока.

21 декабря 2016 в 10:00

В технических условиях комбинированных блоков питания [15], содержащих выпрямители переменного тока и преобразователи постоянного напряжения, предусмотрена такая характеристика, как коэффициент пульсаций [1, 2, 13 и др.] – отношение амплитуды наиболее резко выраженной гармонической составляющей напряжения или тока на выходе устройства к среднему значению напряжения или тока (рисунок 1).

Рисунок 1. Выходное напряжение блока питания
Uвых – постоянная составляющая выходного напряжения,
Uр-р – размах напряжения пульсаций от минимума до максимума U~вых

Вычисление коэффициента пульсаций про напряжению в этом случае выполняют по формуле (1):

kп = (U~вых / Uвых)100% (1)

В современных выпрямителях, использующих импульсные методы преобразования, форма пульсаций существенно отличается от синусоидальной (рисунок 2).

Рисунок 2 Напряжение на выходе преобразователя напряжения

Если нет необходимости знать коэффициент пульсаций по каждой из гармоник, используют формулу, аналогичную (1), а именно:

(2)

где U0 – номинальное выпрямленное напряжение.

В литературе вычисленный таким образом коэффициент пульсаций иногда называют абсолютным коэффициентом пульсаций и обозначают kабс.

Требование к значению этой характеристики устанавливают исходя из разных соображений, в частности для обеспечения определенных уровней помехоэмиссии, как это сделано в стандарте [1], где установлено три класса пульсации:

• VR1 – c коэффициентом пульсации ≤ 1%;
• VR3 – c коэффициентом пульсации ≤ 5%;
• VRх – cпециальный, значение для которого устанавливают по согласованию с заказчиком изделия.

Коэффициент пульсации напряжения или тока определяют при испытаниях, используя метод 204, регламентированный в [2].

Для испытаний собирают схему, приведенную на рисунке 3.

Рисунок 3 Схема для определения коэффициента пульсаций

Q1 – сетевой выключатель, Q2 – выключатель нагрузки,

AR – нагрузка, AU – блок питания, PA1 – амперметр, PV1 – подключение осциллографа для измерения коэффициента пульсаций по напряжению, PV2 – то же, по току, PV3 – вольтметр, RI1 – шунт

При проведении испытаний следует учитывать, что уровень пульсаций зависит от точки подключения приборов.

Для иллюстрации на рисунке 4 приведены осциллограммы из публикации [10], показывающие характер изменения напряжений в разных точках блока питания.

Рисунок 4 Осциллограммы выходных напряжений

Верхняя линия на нём соответствует шине +5 В, средняя – +12 В, нижняя – +3,3 В. Для удобства справа наглядно проставлены предельно допустимые значения пульсаций.

В данном блоке питания шина +12 В укладывается в эти значения легко, шина +5 В – с трудом, а шина +3,3 В – не укладывается вообще.

Высокие узкие пики на осциллограмме последнего напряжения говорят нам о том, что блок не справляется с фильтрацией наиболее высокочастотных помех – как правило, это является следствием использования недостаточно хороших электролитических конденсаторов, эффективность работы которых сильно падает с ростом частоты.

Учитывая сказанное, все измерения следует выполнять при подключении приборов к тем зажимам комбинированного блока питания, которые указаны в технических условиях или в руководстве по эксплуатации.

Приведенная на рисунке 3 схема позволяют определить не только коэффициент пульсаций по напряжению, но коэффициент пульсаций по току. В последнем случае осциллограф подключают к зажимам шунта RI1 и измеряют напряжение пульсаций на шунте при включенной выключателем Q2 нагрузке AR.

Значение коэффициента пульсаций для тока вычисляют по формуле:

В документации на комбинированный блок питания может быть предусмотрено определение коэффициента пульсации напряжения в двух режимах – под нагрузкой и (редко) на холостом ходу.

Погрешность определения коэффициентов пульсации принимают равной пределу основной относительной погрешности применяемого осциллографа.

Литература

1. ГОСТ Р 51179-98. Устройства и системы телемеханики. Часть 2. Условия эксплуатации. Раздел 1. Источники питания и электромагнитная совместимость.
2. ГОСТ 26567-85. Преобразователи электроэнергии полупроводниковые. Методы испытаний.
3. ГОСТ Р 50397-2011. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения1.
4. ГОСТ 30372-95. Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения.2
5. ГОСТ 18953-73. Источники питания электрические ГСП.
6. Методы проверки источников питания и стабилизаторов // [Электронный ресурс], режим доступа: http://nauchebe.net/2013/08/metody-proverki-istochnikov-pitaniya-i-stabilizatorov/
7. Чанг Дже-Йонг. Проведение осциллографических измерений с высокой точностью и воспроизводимостью // Компоненты и технологии, №7, 2011, С. 169
8. Источники питания постоянного тока PSP-603, PSP-405, PSP-2010. Методика поверки МИ-220/447-2010 // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.prist.ru/files/power%20source/goodwill/mp_psp_603,405,2010.pdf
9. Измерения и анализ характеристик источников питания с помощью осциллографов Tektronix серий MSO/DPO // [Электронный ресурс], режим доступа: http://www.russianelectronics.ru/leader-r/review/2327/doc/43303/
10. Олег Артамонов. Методика тестирования блоков питания // [Электронный ресурс], режим доступа: http://fcenter.ru/online/hardarticles/tower/22647
11. ГОСТ 5237-83. Аппаратура электросвязи. Напряжения питания и методы измерений.
12. ГОСТ Р МЭК 61683-2013. Системы фотоэлектрические. Источники стабилизированного питания. Методы определения эффективности
13. ГОСТ 23875-88. Качество электрической энергии. Термины и определения.
14. ГОСТ Р 54364-2011. Низковольтные источники питания постоянного тока. Эксплуатационные характеристики.
15. Комбинированный блок питания БПК-5. Технические условия.

1 Имеет одинаковую силу со стандартом ГОСТ 30372-95.

2 Имеет одинаковую силу со стандартом ГОСТ Р 50397-2011.