45. Основные тенденции, направления дальнейшего развития и совершенствования устройств электропитания. Вопросы комплексной миниатюризации устройств и систем электропитания.

Дальнейшее развитие устройств электропитания связано с уменьшением массогабаритных показателей и увеличение КПД источников вторичного электропитания (ИВП). С переходом радиотехники на ИМС, габариты ИВП начали сильно преобладать над размерами самих радиотехнических устройств. Масса и габариты ИВП доходят до 50-70% от общих габаритов и массы аппаратуры. Расширение функциональных возможностей РЭА привело к увеличению мощности, потребляемой от ИВЭ, которые являются силовыми преобразовательными устройствами, выполненными на мощных полупроводниковых приборах. Значительные потери в мощности в ИВЭ приводят к необходимости использования громоздких радиаторов для отвода тепла от силовых элементов.

Таким образом, повышение КПД и уменьшение массогабаритных показателей – задачи взаимосвязанные. Но не только повышением КПД можно добиться уменьшения массы и габаритов. Важно правильно построить весь ИВЭП, правильно выбрать структурную схему, разработать принципиальную и выбрать нужную конструкцию.Применение в схеме линейного стабилизатора обеспечивает хорошие качественные параметры ИВЭ. Основными элементами, в которых теряется значительная мощность и от которых зависит КПД, являются СН, ФНЧ и трансформатор.В различных схемах широко применяется компенсационный стабилизатор с непрерывным регулированием с последовательным включением регулируемого элемента. КПД СН зависит от напряжения Чем выше U_вых, тем больше η (меньше мощность, рассеиваемая на регулируемом транзисторе - кривая 2). Если использовать такой источник питания ИМС, то η =(17-25)%. Это значит, что мощность, рассеиваемая в ИВЭП, в 3-5 раз больше Р_вых. Значительная мощность, рассеиваемая на регулируемом элементе, приводит к необходимости применения радиаторов (теплоотводов). Таким образом, масса и габариты получаются большими.

Применение импульсного стабилизатора позволяет значительно уменьшить мощность, рассеиваемую на регулирующем элементе, повысить η, уменьшить массу и объём.

Замена непрерывного стабилизатора импульсным не может в достаточной степени снизить массу и объём ИВЭП, так как его масса и объём определяются так же в значительной степени силовым трансформатором. Эта схема применяется на мощности до 10 - 20 Вт или в мощных стационарных ЭПУ. Возникает вопрос: а нельзя ли вообще исключить из схемы силовой трансформатор? Можно, если использовать преобразователь напряжения.

Преобразователь работает на повышенной частоте f_п, значительно превышающей f_с, за счёт чего его трансформатор имеет массу значительно меньше, чем силовой сетевой трансформатор той же мощности. Причем, чем выше f_п, тем меньше трансформатор. Так, например, для трансформатора с Р_т = 25 ВА увеличение f_п с 1 до 100 кГц уменьшает массу в 10 раз. Увеличение f_п приводит к значительному уменьшению массы и габаритов сглаживающих фильтров, фильтра импульсного стабилизатора.

Основные пути миниатюризации ИВЭП: 1) Повышение частоты преобразования;

2) Повышение КПД путём использования более прогрессивных схемотехнических решений;

3) Применение более современной элементной базы: безкорпусных мощных полупроводниковых приборов, силовых ИМС и сборок, ВЧ электролитических конденсаторов;

4) Разработка и внедрение новых эффективных способов отвода тепла от силовых элементов, исключающих необходимость использования громоздких радиаторов.