Передача, распределение и накопление электроэнергии

Использование DC/DC-преобразователей VPT для обеспечения работы самолетной высокочастотной аппаратуры

23 сентября 2015 г. в 09:21

Взаимосвязь развития техники в целом и технологии производства отдельных компонентов прослеживается во всех отраслях. Появление новых мощных автомобильных двигателей, способных разогнать спорткар до 100 км/ч за 4 секунды, автоматически предъявило новые требования к тормозной системе – остановить этот спорткар за соответствующие метры. Так же и в современной электронике – новые электронные устройства предъявляют дополнительные требования к системе питания.

Введение

В статье описывается пример применения источников питания VPT для обеспечения работы самолетной высокочастотной аппаратуры.

В современных летательных аппаратах используется масса радиотехнической аппаратуры для систем связи, навигации, посадки, госопознавания, метеолокации, предотвращения столкновений самолетов…

По понятным причинам массу и объем указанной аппаратуры необходимо сокращать. При этом функционал должен возрастать, а для этого необходимо применять новые схемы построения бортовых систем.

При традиционной схеме построения используется один мощный передатчик и ряд коммутируемых антенн или антенная решетка.

Для повышения функциональных возможностей аппаратуры переходят к активным схемам – несколько выносных приемопередающих модулей рядом с антеннами или полноценная АФАР.

Кроме того, происходит постоянное комплексирование аппаратуры в направлении объединения нескольких систем в рамках одного функционального блока.

При этом, безусловно, экономится масса и габариты, но накладываются дополнительные требования на элементную базу.

В частности, становится необходимым применение современных высокочастотных транзисторов, в цепи питания которых устанавливаются накопительные конденсаторы с большой емкостью.

Отсюда следует необходимость в компактных, легких источниках питания, способных работать на большую емкостную нагрузку.

Новый подход к построению системы питания

Традиционное решение проблемы построения системы питания, способной работать на большую емкостную нагрузку, заключается в применении дополнительной схемы предварительной зарядки конденсаторов и подключения самого источника с некоторой задержкой после зарядки конденсаторов до нужного уровня. Применение подобного решения связано с определенными недостатками – дополнительные компоненты, снижение массогабаритных показателей, повышение затрат при производстве аппаратуры, снижение надежности аппаратуры (больше компонентов – ниже надежность) и т. д. и т. п. Притом что есть простое решение – применение DC/DC-преобразователя, способного работать на большую емкостную нагрузку. Для решения такой (вполне конкретной) технической задачи были рассмотрены DC/DC-преобразователи производства АЕ и VPT. В качестве емкостной нагрузки использовали конденсатор емкостью 2000 мкФ. Это значение значительно превышает максимальную емкость конденсатора, заявленную в Datasheet на продукцию компании VPT, поэтому производитель по просьбе автора статьи провел (бесплатно) дополнительные испытания с целью выяснения изменений в режиме работы и параметрах DC/DC-преобразователя.

Как показали тесты, изменения незначительно коснулись тех параметров, которые непосредственно связаны с временем накопления энергии конденсатором, например время выхода в рабочий режим. Остальные важнейшие характеристики, такие как стабильность параметров, управляемость и т. д., остались неизменными. Конвертер работал в двух режимах – при включении как источник тока, выдавая максимально возможный ток, а при достижении заряда конденсатора до заданного уровня переключался в режим стабилизации напряжения. Этими тестами производитель подтвердил возможность применения и DC/DC-преобразователей в этом режиме и с большой емкостной нагрузкой.

КПД источников в дежурном режиме

В передатчиках бортовой аппаратуры для преобразования напряжения первичной сети 27 В в необходимые напряжения питания различных цепей часто используются преобразователи МДМ производства ОАО «Александер Электрик – Дон» (РФ). К сожалению, они имеют два существенных недостатка, которые препятствуют их эффективному применению в устройствах с чередованием режимов «рабочий» – «дежурный» с практически нулевым потреблением в дежурном режиме.

Во-первых, изготовитель преобразователей АЕ рекомендует в дежурном режиме подключать балластную нагрузку, причем заранее ставит потребителя в известность о снижении КПД при 10%-й нагрузке практически в три раза (рис. 1).

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_1

Во-вторых, эти преобразователи не работают на большую емкостную нагрузку, и между ними и нагрузкой приходится ставить управляемый регулятор в виде схемы ограничения тока.

Для значительного снижения потребления в дежурном режиме и, соответственно, потерь на тепловыделении были применены DC/DC-преобразователи VPT, которые, как оказалось, оптимально приспособлены для питания передатчиков, работающих в импульсном режиме. Такие передатчики всегда имеют для этого большой емкостной накопитель электроэнергии, а дежурный режим этих передатчиков составляет 75–85% времени (рис. 2), и следовательно, потребление энергии в дежурном режиме является важным показателем работы устройства.

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_2

На приведенных графиках (рис. 2) для МДМ указаны расчетные зависимости входной мощности от выходной, исходя из рис. 1, а для DV200 — измеренная экспериментальная зависимость.

Вычисляя средний КПД как отношение энергии, отданной потребителю, к энергии, потребленной самим преобразователем, получим, с учетом балластной нагрузки, что средний КПД DV200 ≈70–75%, а МДМ200 ≈15–20%. Столь катастрофическое падение КПД МДМ вызвано существенным его потреблением в дежурном режиме, продолжительность которого составляет примерно 80% общего времени.

Если провести сравнение по другим параметрам, то получим следующие данные:

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_3

Последовательное и параллельное

Для получения источника большой мощности производители предлагают параллельное подключение стандартных DC/DC. Подобную техническую возможность предлагают многие производители, в т. ч. компания VPT. Более того, для снижения помех все DC/DC-преобразователи могут работать синхронно, и ШИМ-контроллеры могут быть объединены в одну сеть. Тогда один из преобразователей становится Master, а остальные Server. Применение параллельного включения преобразователей позволяет получить практически любую заданную мощность.

Другое интересное включение DC/DC-преобразователей – последовательное – позволяет получить практически любое выходное напряжение. В качестве примера приведем описанное выше техническое решение системы питания передатчика с выходным напряжением 54 В.

Для получения блока питания мощностью 200 Вт были взяты 2 DC/DC-преобразователя производства VPT на 100 Вт с выходным напряжением 28 В, включенных последовательно (рис. 3).

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_4

Возможность подстройки выходного напряжения позволила получить заданное выходное напряжение с высокой точностью и стабильностью. Особенность этих преобразователей в том, что они прекрасно управляются и стабильно запускаются даже при критических входных условиях.

На рис. 4. видно, что один из преобразователей включается с незначительной задержкой, в момент включения ему не хватило энергии для запуска, поскольку всю энергию принял на себя первый модуль. При этом выходное напряжение обоих модулей нарастает стабильно и равномерно. Выход в рабочее состояние у них произошел одновременно, и задержка второго преобразователя не оказала влияния на время выхода системы питания в состояние готовности.

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_5

Рис. 4. Нарастание выходного напряжения модулей VPT после включения

Для сравнения аналогичную схему собрали с преобразователями другого производителя и провели аналогичные измерения режимов работы преобразователей.

Как видно на рис. 5, включение преобразователей и выход в рабочий режим проходит не так гладко, как в случае с применением продукции VPT. Нарастание выходного напряжения происходит неравномерно, а включение второго происходит нестабильно.

Ispolzovanie-dcdc-preobrazovatelej-vpt_6

Выводы:

  • Существенно больший средний КПД у DV200 при работе в циклическом режиме позволяет примерно в 1,5–2 раза уменьшить среднее потребление, при этом ощутимо снижается перегрев передатчика и повышается его эксплуатационная надежность.
  • Исключение схемы пуска, балластной нагрузки и упрощение «обрамления» позволяет уменьшить габариты системы ИВЭП примерно в два раза и перейти к распределенной системе электропитания при одновременном существенном снижении стоимости.
  • Вариативность последовательного и параллельного включения DC/DC-преобразователей позволяет строить системы питания практически с любыми заданными характеристиками, при этом такая система будет отвечать самым современным требованиям и одновременно с этим обладать гибкостью и возможностью быстро и легко изменить выходные характеристики в зависимости от требований.

Автор: Яхин Шамиль,
главный конструктор ОАО «НПО «Радиоэлектроника» им. В. И. Шимко»
Опубликовано в журнале «Вестник Электроники» №1 2015

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Ивченко Евгений
Все новости и публикации пользователя Ивченко Евгений в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Электродвигатели В НАЛИЧИИ!

Асинхронные общепромышленные АИР, 4А, 5А, 5АИ, 4АМ, АД, АДМ Многоскоростные АИР132М6/4/2, АИР160М8/4 и многие др. Со скольжением АИРС132S6, АИРС180М8 и многие др. в наличии Со встроенным тормозом АИР90L6Е, АИР132S6E и др. Крановые ВСЕХ исполнений МТН, ДМТФ, МТМ, МТВ, МТКН, МТКФ Крановые МТФ412-6 30/900 лапы+фланец, 2 вала (кон+цил) в налич. Крановые двухскоростные МТКН311-6/16, МТКН411-4/24, МТКН412-4/16, МТКF412-4/24, МТКН412-6/16 Крановые больших габаритов МТН511, МТН512, МТН611, МТН612 Болгарские электродвигатели МР160L, 2МТА, 3МТА-С, 4МТА, 4МТВ, 5МТ-С, МР132М, А1205, А1207, КК1407, КГ1605, КГ1608, КГ2008, КГ2011, КГ2412 С уважением, Мегаватт (812)927-55-24 https://megavattspb.ru
Мегаватт Мегаватт · ТПК Мегаватт · 11 марта · Россия · г Санкт-Петербург
Электродвигатели В НАЛИЧИИ!

ПРОДАМ: Электродвигатели с тормозом

Электродвигатели типа 5АИ, относятся к унифицированной серии асинхронных электродвигателей, выпускаются в закрытом исполнении с короткозамкнутым ротором и электромагнитным тормозом и соответствуют режиму работы S4(ГОСТ 183–74). Условия эксплуатации Вид климатического исполнения по ГОСТ 15150-69. Техническое описание: — Двигатели изготовлены в соответствии с ГОСТ Р51689 (ГОСТ 183-74); — Степень защиты двигателей по ГОСТ 17494—87; — Способ охлаждения IC411 по ГОСТ 20459—87; — Класс вибрации двигателей 2.8мм/с ГОСТ 20815—93; — Уровень звука двигателей в режиме холостого хода соответствует 2 классу ГОСТ 16372—93; — Система изоляции двигателей класса нагревостойкости F (155 C) по ГОСТ 8865—93. ПРИМЕНЕНИЕ Оборудование унифицированной серии 5АИ с «нормально замкнутыми» тормозами используется в самых разных сферах – станкостроение, производство подъемных механизмов и других отраслях промышленности.
Николаев Леонид · ЭНЕРГОПУСК · 22 марта · Россия · г Москва
Электродвигатели с тормозом

ПРОДАМ: Катушка электромагнита КМП - 4 220В ПВ 40%

Купить Катушка электромагнита постоянного тока типа КМП-4 — втяжная длинноходовая, предназначена для установки в электромагнитах поступательного движения, для дистанционного управления механическими тормозами различных приводов, в том числе привода элементов систем автоматической защиты на ТЭС, ТЭЦ, АЭС, и различных исполнительных механизмах. Катушки используются для замены в электромагнитах типа КМП2А; КМП4А; КМП6А, КМП2М, КМП4М, ВМ12, ВМ14, КМП2У, КМП4У и т. д. имея одинаковые технические характеристики, присоединительные и установочные размеры. Электромагниты КМП изготовлены по техническим условиям ТУ 31.6-05393406-027 • температура окружающей среды от -10 °С до +50 °С • климатическое исполнение У3, УХЛ4, по ГОСТ 15150-69 • степень защиты IР20 по ГОСТ 14255 • высота над уровнем моря — до 1000метров • окружающая среда не взрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли • нормальное положение вертикальное, допускается отклонение не более 5° Условное обозначение электромагнитов параллельного возбуждения: род тока — постоянный, напряжение — 220В, режим работы — повторно-кратковременный при ПВ40%, с гибкими выводами. При эксплуатации электрооборудования в катушках со временем разрушается изоляция обмоток в результате их нагрева. В результате приходится менять катушки, это гораздо дешевле и быстрее, чем заменять весь магнит целиком. Наша компания занимается намоткой катушек. Практически вся линейка имеется в наличии на складе. Поэтому мы гарантируем минимальные сроки и цены.
Бронский Борис · Электроконтакт · 24 марта · Россия · г Санкт-Петербург
Катушка электромагнита  КМП - 4    220В  ПВ 40%

ПРОДАМ: Электромагниты тормозные КМП-2М А =110В ПВ 25%

Данные электромагниты применяются в грузоподъёмных механизмах . Катушка электромагнита постоянного тока типа КМП-2М А – втяжная длинноходовая , предназначена для установки в электромагнитах поступательного движения , для дистанционного управления механическими тормозами различных приводов, в том числе привода элементов систем автоматической защиты на ТЭС, ТЭЦ, АЭС, и различных исполнительных механизмах. Катушки используются для замены в электромагнитах типа КМП2А; КМП4А; КМП6А, КМП2М, КМП4М, ВМ12, ВМ14,КМП2У,КМП4У и т.д. имея одинаковые технические характеристики, присоединительные и установочные размеры. Электромагниты КМП изготовлены по техническим условиям ТУ 31.6-05393406-027 И преднозначены для различного использования и применения в различных механизмах . • температура окружающей среды от -10 °С до +50 °С • климатическое исполнение У3, УХЛ4, по ГОСТ 15150-69 • степень защиты IР20 по ГОСТ 14255 • высота над уровнем моря – до 1000метров • окружающая среда не взрывоопасная,не содержащая токопроводящей пыли • нормальное положение вертикальное, допускается отклонение не более 5° Условное обозначение электромагнитов параллельного возбуждения: род тока – постоянный, напряжение – 220В, режим работы – повторно-кратковременный при ПВ40%, с гибкими выводами
Бронский Борис · Электроконтакт · 25 марта · Россия · г Санкт-Петербург
Электромагниты тормозные КМП-2М А =110В ПВ 25%

ПРОДАМ: Промышленная автоматика, электроника, ЧПУ в Твери

Поставка-реализация и ввод в эксплуатацию преобразователей частоты для любых применений, устройств плавного пуска (УПП, софт стартеров), а также сопутствующего опционального оборудования к ним: дросселей, фильтров, тормозных прерывателей и тормозных резисторов). Предлагаем следующие категории промышленного электрооборудования: низковольтные преобразователи частоты для электродвигателей 220В; низковольтные преобразователи частоты для насосов (вентиляторов) и общепромышленного назначения для электродвигателей 380В; средневольтные преобразователи частоты общепромышленного и специального назначения для электродвигателей 660-690В / 1140В; высоковольтные преобразователи частоты различного исполнения для высоковольтных электродвигателей 3кВ / 6кВ / 10кВ; устройства плавного пуска (УПП, софт стартеры) для любых применений; опциональное оборудование для преобразователей частоты и электродвигателей: дроссели (входные сетевые, выходные моторные, цепи постоянного тока), эмс фильтры высокочастотных помех (входные сетевые, выходные моторные), тормозные резисторы и тормозные прерыватели, выходные моторные синусоидальные фильтры (синус-фильтры), пассивные фильтры и прочее периферийное оборудование. Шкафы / щиты силовые и шкафы управления; пульты местного и дистанционного управления; станции автоматического управления; АСУ ТП и прочие системы автоматического управления и регулирования. Услуги в области проведения ремонтных работ по восстановлению работоспособности преобразователей частоты и устройств плавного пуска следующих производителей: ИНСТАРТ (INSTART), СТА, СИРИУС, Веспер, ABB, Danfoss, Siemens, Schneider Electric, Toshiba, Mitsubishi, Omron, Yaskawa, Fuji, Hitachi, Hyundai, Delta, Innovert, Prostar, Easydrive, INVT, ESQ, Erman и т. д.
Завод Подстанций · Проммонтаж · 26 марта · Россия · Тверская обл
Промышленная автоматика, электроника, ЧПУ в Твери
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.