Проектирование электроснабжения: Проектирование электроснабжения: основы | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Проектирование электроснабжения: основы | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Вопросы электроснабжения потребителей электрической энергии актуальны при любом строительстве, будь то возведение новых промышленных объектов, реконструкция уже существующих или строительство загородного коттеджа. От качества проектирования электроустановок зависят:

• их соответствие технологическому оборудованию, предусмотренное требованиями к будущему объекту;
• эксплуатационные характеристики, исключающие перерывы электроснабжения и вероятность возникновения аварийных ситуаций;
• наличие погрешностей и недочетов, способных нанести ущерб последующему монтажу электрооборудования;

словом, все то, что именуется емким словосочетанием – надежностью электроснабжения. Особенно это важно в случаях проектирования электроснабжения промышленных предприятий, где ошибки проектировщиков могут обернуться не только финансовыми потерями, но и более серьезными последствиями.

Что представляют собой проекты электроснабжения и этапы проектирования

Проект электроснабжения создается с учетом требований ЕСКД и серии нормативных документов, представленных государственными стандартами, сводами правил и инструкциями руководящих документов. Комплект технической документации проекта электроснабжения включает текстовую и графическую части.

Текстовая часть представлена:

• описанием характеристик электрических приемников и источников электроснабжения;
• обоснованием принимаемых электрических схем электроснабжения, в том числе схемы распределительных устройств;
• необходимыми расчетами, включая расчеты электрических мощностей электроприемников;
• требованиями к качеству электроэнергии и надежности электроснабжения;
• освещением вопросов защиты, управления, автоматизации, диспетчеризации, компенсации реактивных мощностей и т.д., а также заземления и молниезащиты;
• описанием систем, соответствующих электрическому освещению (рабочему и аварийному), резервному и дополнительному питанию и многим другим.

Техническую документацию графического характера, как правило, представляют:

• планы, отображающие электрическую сеть электроснабжения;
• схемы размещения электроприемников;
• схемы организации защитного заземления (зануления), молниезащиты;
• комплект принципиальных схем электропитания оборудования от основных, дополнительных и резервных источников;
• принципиальные схемы осветительной сети и аварийной сети освещения.

Примером графической части проекта электроснабжения городской квартиры можно назвать: однолинейную принципиальную схему, схему освещения и план размещение электрических розеток. Для частных домов и коттеджей добавляются схемы внешних электрических сетей.

На практике проектирование сводится к последовательному выполнению следующих основных этапов.

1. Первым этапом является получение ТУ. Технические условия выдаются энергоснабжающей организацией, в них оговариваются основные требования к будущему потребителю электроэнергии, величина выделяемой ему мощности, количество фаз, вопросы автоматической защиты, а также процесс согласования проекта. По сути ТУ являются планом для будущего проектирования.
2. Следующим этапом будет составление технического задания (ТЗ), которое разрабатывается при непосредственном участии заказчика и выступает в качестве основы проектирования. Фактически ТЗ представляет собой эскизный вариант будущего проекта, для его составления необходим архитектурный план, и документ о разграничении зон ответственности.
3. На следующем этапе приступают непосредственно к процессу проектирования, в ходе которого проводятся необходимые расчеты, составляются принципиальные схемы, разрабатываются планы размещения электрооборудования.
4. Заключительным этапом считается согласование проекта с поставщиком электроэнергии и контролирующим органом.

Учитывая высокие требования к проектам, а также возможные последствия, которые несут в себе их неудачные варианты в ходе эксплуатации электроустановок, разработку проектной документации следует доверять специализированным проектным организациям, имеющим лицензии на этот вид деятельности.

Нормативные документы по теме :

ГОСТ 21.613-2014 Правила выполнения рабочей документации силового электрооборудования

Скачать

Смотрите также другие статьи :

Устройство автоматического выключателя

Тепловые и электромагнитные расцепители во всех автоматических защитных устройствах включены последовательно. Кроме того ни один автомат не обходится без контактной группы состоящей из дугогасительных контактов либо имеющих отдельную камеру, гасящую электрическую дугу, возникающую при защитном отключении.

Подробнее…

Как сопротивление влияет на падение напряжения?

Предположим такой отрезок кабеля понадобится для питания нагрузки током в 10 А, соответственно падение напряжения на кабеле составит почти 12 В. Для сети 220 В такая разница мало критична и в худшем случае может грозить незначительная потеря мощности.

Подробнее…

Проект электроснабжения (проектирование электроснабжения) || Пирэксперт

Проект электроснабжения

 Выполнение проектов по электроснабжению одно из наших основных направлений.

 Мы выполняли проектирование таких объектов, как:

• Жилые многоквартирные дома,
• Офисные и административные здания,
• Спортивные сооружения,
• Офисы, квартиры, магазины.

Позвоните нам – мы с удовольствием ответим на все ваши вопросы: +7 (495) 762-36-82

Чтобы выполнить проект необходимо знание основных нормативных документов (ПУЭ, ГОСТы, Своды правил), знание элементной базы для построения системы (розетки, выключатели, автоматы защиты, силовые шкафы и типы кабелей) ну и конечно же прекрасное знание программ для проектирования.

С чего начинается процесс проектирования Электроснабжения?

 Рассмотрим построение проекта электрики на примере сетевого магазина.

В первую очередь необходимы планировочные решения или дизайн проект. Обычно планировки от дизайнеров пестрят разными цветами – поэтому мы планы переводим в серый цвет, на котором лучше видны основные обозначения.

Закажите обратный звонок

Далее на план наносятся необходимые приборы (все потребители электроснабжения) -Освещение, розетки, вентиляция, шкафы управления инженерными системами, электрические замки и т. д.  Указываются условные обозначения всех элементов. Как правило на один план сложно уместить электроосвещение и электроснабжение, — поэтому их разбивают по нескольким листам.

План сетей электроосвещения

На плане сетей электроосвещения указываются светильники основного, декоративного и аварийного освещения. Размещаются выключатели и разветвительные коробки. На больших и сложных объектах применяются различные сценарии управления освещением.

Указывается высота и способ установки светильников и выключателей. 

План силового электрооборудования

На планах размещения силового электрооборудования указываются все силовые потребители за исключением освещения, прописываются требования по монтажу – на какой высоте монтировать розетки, приборы и каким образом к ним подводить кабель.

Спросите совета у наших онлайн-операторов

После размещения всех элементов на планах выполняем сбор электрических нагрузок и выполняем расчет.  

Расчет электроснабжения

Расчет электроснабжения или расчет нагрузок

В таблицу расчета электрических нагрузок выписываются все потребители:

Вентиляция, кондиционирование, насосы, освещение и розетки. После сбора нагрузок можно приступать к выполнению однолинейной схемы электроснабжения.

Более подробное описание по выполнению однолинейной схемы электроснабжения вы можете прочитать в статье «Выполнение однолинейной схемы электроснабжения в автокаде за 5 минут».

Дальше остается посчитать спецификацию, выполнить кабельный журнал, добавить общие данные и титулы. Проект электроснабжения готов. 

Стоимость проектирования электроснабжения

Основные критерии стоимости проектирования — это площадь объекта, насыщенность электрическими приборами — из этого просчитываются трудозатраты на проект, и формируется стоимость.

Многие заказчики просят с ходу назвать стоимость проекта электроснабжения. Цену легко назвать на типовых объектах – например квартиры:

Однокомнатная – 7 тр

Двухкомнатная – 10 тр

Трехкомнатная – 14 тр.

Для коттеджей цену определить сложнее, т.к нужен дизайн проект, смежные разделы: ОВ, ВК и т.д

Для определения стоимости проектирования электрики офисных, общественных и административных зданий самым простым вариантом будет выслать нам планировки и техническое задание – расчет коммерческого предложения будет выполнен в самые сжатые сроки.

Узнать стоимость на Проектирование электроснабжения

Проектирование электроснабжения

Проектирование систем электроснабжения в сфере промышленности

Электричество на сегодняшний день является неотъемлемой частью любой сферы деятельности. Огромную и важнейшую роль оно выполняет на промышленных предприятиях. Перебои в подаче электроэнергии неудобны  не только тем, что наступает темнота и приостанавливаются технологические процессы, но также чреваты серьезными последствиями для здоровья и жизни человечества. Крайне недопустимы неполадки в электроснабжении при производстве каких-либо химический взрывоопасных веществ.

Во избежание возникновения подобных ситуаций важно с самого начала заботиться о надежности электричества на объекте, а именно – осуществлять правильное и профессиональное проектирование электроснабжения на предприятии.

Проектирование электроснабжения в руках профессиональных проектировщиков

Проектировщик – это высококвалифицированный специалист узкого профиля с высшим образованием, который до мелочей знает правильное проектирование систем электроснабжения.

Число проектировщиков в проектных организациях и отделах напрямую зависит от объема, степени сложности и сроков проектирования систем электроснабжения. Безусловно, очень важным критерием является и опыт работы специалистов, их продолжительность труда на промышленных предприятиях. Всем известно, что никакие знания теоретических аспектов не заменят практически навыков любого специалиста. 

Проектировщик допускается к проектированию электроснабжения только в том случае, если имеет определенную лицензию. Также, существует специальный «Допуск СРО», который необходим для работы со сложными и опасными объектами.

Проектирование электроснабжения: начальный этап

Началом любого проекта является получение технического задания (ТЗ) на проектирование, которое выдается заказчиком. Происходит это еще на этапе строительства объекта. Очень важно в данный момент скоординировать работу всех служб, которые относятся к строительству предприятия.

Техническое задание для проектирования электроснабжения не может быть составлено без участия специалистов-технологов, поскольку число насосов напрямую влияет на число электрических двигателей. Следовательно, составление ТЗ на проектирование электроснабжения промышленного предприятия происходит на основе технологической схемы цеха.

По итогу согласования со всеми службами, участвующими в строительстве, и ответственными лицами, объект осматривает директор. После его одобрения предприятие передается в проектное бюро.  

Что входит в проектирование электроснабжения промышленных предприятий?

При строительстве предприятия собирается единый пакет документов, в котором проект электроснабжения является важной составляющей. В данный проект включены те аспекты, которые относятся непосредственно к электричеству, а именно:

Для быстрого ориентирования в проекте к нему обязательно прикладывается список чертежей в виде оглавления. Пояснительная записка – отдельно оформленная часть проекта. Стоит отметить, что перечисленное содержимое – далеко не все, поскольку проекты бывают совершенно разными.

Проектирование электроснабжения включает в себя очень широкий круг вопросов, что требует участия большого числа разработчиков. Ведь для каждой сферы электроснабжения необходим узкой квалификации специалист.

Пояснительная записка – важная составляющая проектирования электроснабжения

Пояснительная записка – это документ, который содержит в себе описания и пояснения относительно всего процесса проектирования электроснабжения промышленных предприятий.

Не стоит думать, что пояснительная записка выполняет роль непосредственного руководства при строительстве. Но при этом в данном документе объясняются такие моменты, как выбор тех или иных электроаппаратов, кабелей и др.  

Проектирование систем электроснабжения и выбор оборудования для них

Выбор электрического оборудования для электроснабжения предприятия – очень ответственный и важный процесс, поскольку используемых устройств довольно много и каждое должно быть высокого качества. Рассмотрим выбор оборудования на примере электрического двигателя, вращающего вентилятор.

Перед вентилятором стоит очень важная задача – производство необходимой величины воздушного потока, которая характеризуется объемом перемещаемого лопастями воздуха за единицу времени. Именно опираясь на этот показатель и выбирается готовый вентилятор.

Электрический двигатель – это устройство, которое непосредственно приводит в действие вентилятор. Первоначально проектировщик должен определить мощность двигателя, исходя из характеристик вентилятора. Также необходимо учитывать правильный запуск электродвигателя с учетом его степени нагрузки на валу. То есть, недостаточность пускового момента чревата сгоранием двигателя после тяжелого старта.  

Корпус электрического двигателя отличается защитой от влияния внешних факторов. Именно поэтому, выбирая двигатель необходимо учитывать условия его эксплуатации и, соответственно, степень защиты оборудования (IP).

Важным этапом является подключение двигателя к электросети. Для этой цели специально осуществляется конструирование электрощитовой и распределительного пункта. При этом учитывается число моторов в цехе, а также расстояние между ними и до них.

В процессе создания проекта щитовой во внимание берется общий объем нагрузки, которая в ней концентрируется.

Выбор кабельно-проводниковой продукции при проектировании электроснабжения не менее важный момент. Например, кабель соединения электрического двигателя и щитовой выбирается с учетом номинального тока электродвигателя.

Показатель сечения должен выдерживать номинальный и кратковременно-пусковой токи длительное время. Сечение может быть увеличено, если по итогам расчетов понижение напряжения повлечет за собой ухудшение показателей функционирования двигателя (ведь кабель является дополнительным сопротивлением цепи питания).

Электрическому двигателю необходимо обеспечить индивидуальную защиту для более продуктивной и бесперебойной работы. Для этой цели используются автоматы (автоматические выключатели) и тепловые реле. Их главная роль состоит в отключении электролинии двигателя при возникновении перегрузок и коротких замыканий (КЗ).

Магнитные пускатели и контакторы выбираются с целью управления работой.

Частотный преобразователь устанавливается вместо пускателя в ситуации, когда необходимо регулировать обороты вентилятора в период работы.

В заключении стоит отметить, что необходимо произвести расчет тока короткого замыкания в ситуации его возникновения в отдаленной точке – барно двигателя.

Рассчитанное значение помогает убедиться в следующем:

• аппарат защиты точно предотвратит замыкание в нужное время;
• во время работы аппараты коммутации и изоляторы распред.устройств не повредятся динамическими силами из-за КЗ;
• кабельно-проводниковая продукция, шины, обмотки электрического двигатели и иные элементы коммутационных устройств не расплавятся от повышения температуры при КЗ.

Если прогнозы по итогам расчетов пагубные, то по параметрам проводятся корректировки относительно сечения используемых кабелей, показателей номинального тока и характеристик аппаратов защиты.

Системы управления в проектировании систем электроснабжения

Техническое задание на проектирование электроснабжения подразумевает под собой пояснение управления электродвигателем. То есть, в данном документе должно указываться каким образом может осуществляться управление двигателем.

Самый простой и классический способ – это кнопочная станция. Она устанавливается непосредственно рядом с вентилятором и соединяется с щитовой посредством контрольного кабеля. Кнопки станции подключены к катушке магнитного пускателя.

На сегодняшний день наиболее удобным способом является управление всеми процессами из одного места. Электродвигателей достаточно много, что требует обходить все установки. Именно поэтому сегодня помимо местного типа запуска в проекте предусматривается дистанционный способ, который происходит в специально оборудованной операторской.

Проектирование электроснабжения на сегодняшний день предусматривает использование современных компьютерных технологий. Таким образом, необходимо промежуточное звено между операторской и электрощитовой для преобразования сигналов управления в специальный код, понятный компьютеру.

Технологические процессы невозможны без управления шиберами. Для этого вблизи с пускателем вентиляторов монтируются реверсивные пускатели, которые открывают и закрывают его шиберы при входе/выходе. Специально для это цели существуют кнопки местного управления и переключатель режимов. При необходимости неполного открытия шибера монтируется специальная система контроля угла.

Итак, функционирование промышленного предприятия в основном зависит от правильного проектирования систем электроснабжения, а также всех элементов, из которых они состоят.

Проектирование систем электроснабжения жилых домов и промышленных предприятий

Электроснабжение это система устройств и коммуникаций обеспечивающих распределение
электроэнергии внутри здания.
Значение данной системы трудно переоценить, так как от ее надежной работы зависит функционирование других
инженерных систем, а так же безопасность людей и сохранность материальных ценностей находящихся в здании.

Обращайтесь, мы поможем!

Получение исходныхданных

Коммерческоепредложение

Заключениедоговора

Проектированиесистемы

Передача проектазаказчику

31 фото, смотреть

• Газовая котельная 300 кВт
• Отопление с коллекторной системой разводки
• Холодное и горячее водоснабжение
• Канализация
• Система напольного отопления

27 фото, смотреть

• Отопление
• Холодное и горячее водоснабжение
• Канализация

• бесперебойность электроснабжения
• безопасность для потребителей и пожаробезопасность
• соответствие параметров электроэнергии принятым стандартам
• безопасность обслуживания системы
• эффективное использование электроэнергии

Требования к системам электроснабжения подробно описаны в соответствующих документах,
таких как: СНиПы, ГОСТ,
ПУЭ, руководства Госгортехнадзора, технические циркуляры, своды правил и т. д. Осуществить проектирование
электроснабжения в полном соответствии со всеми строительными правилами и нормами может только профессиональный
инженер-проектировщик. Задать вопрос специалисту проектного отдела ООО «ТСМ-ИНЖИНИРИНГ»
можно по телефону (495) 108-58-21 или отправив ваш вопрос на e-mail:
[email protected] указав в письме телефон для связи с Вами.

Проектирование электроснабжения выполняется как при возведении нового здания,
так и в случае
реконструкции здания или отдельных помещений.

В зависимости от площади здания и сложности работ для выполнения проекта специалисту
могут потребоваться
следующие документы:

Исходная документация для проектирования электроснабжения квартиры или офиса

• техническое задание
• условия на подключение
• планировка квартиры

Так же желательно предоставить дизайн-проект, если он имеется, и поэтажные планы, если
необходимо произвести
проектирование для нескольких этажей.

• техническое задание
• условия на подключение
• архитектурный проект коттеджа
• дизайн-проект
• поэтажные планы

Проектирование электроснабжения коттеджа, дачи или загородного дома производиться на
этапе строительства или
реконструкции. Проект разрабатывается с учетом требований других инженерных систем дома таких как: отопление,
водоснабжение, канализация и т.д. Комплексный подход к проектированию позволяет добиться максимально эффективной и
надежной работы всех систем и коммуникаций коттеджа.

Важным этапом проектирования является составление технического задания. В нем должны
быть отображены все
пожелания заказчика относительно размещения электроприемников («розеток») их внешний вид и т.д., а так же
некоторые технические данные, например мощность электропотребителей. Техническое задание разрабатывается
заказчиком самостоятельно, либо совместно с инженером-проектировщиком.

При заказе комплексного проектирования инженерных систем загородного дома (не менее
трех разделов) мы выполним
проект индивидуальной котельной или теплового пункта бесплатно!

Скидки до 30% при заказе проекта инженерных систем загородного дома или коттеджа.

Специалисты проектного отдела ООО «ТСМ-ИНЖИНИРИНГ» более 15 лет
успешно выполняют
проектирование различных инженерных систем и коммуникаций для загородных домов, коттеджей, офисных зданий и
промышленных объектов. За это время был накоплен обширный опыт, позволяющий выполнять все работы на высоком
профессиональном уровне. Задать вопрос специалисту можно по телефону +7 (495) 108-58-21 или
написав ваш вопрос на e-mail: [email protected]
указав в письме телефон для связи с Вами.

* — не является официальной офертой. Примерные цены на проектирование системы
электроснабжения объекта
до 1000 м², для уточнения стоимости обратитесь в проектный отдел нашей компании по телефону (495) 108-58-21 или
e-mail: info@tsm-company. ru

Проектирование сетей электроснабжения в Москве. Проектирование электроосвещения.

С повышением темпов строительства гражданского жилья, коммерческой недвижимости и переоснащением промышленных объектов под новое оборудование всё более востребованной становится такая услуга, как проектирование электроснабжения.

Компания «Строй-ТК» один из операторов рынка, имеющий солидный опыт работы в проектировании систем электроснабжения на объектах различной сложности в Москве и области.

Для чего (и для кого) нужен проект электроснабжения?

Обращаясь за разработкой проекта, клиенты спрашивают «зачем нужен проект электроснабжения». По сути, это технический документ, в котором собраны данные о составляющих электросети:

• размещение электрической проводки;
• расположение ключевых узлов;
• места установки электрооборудования и приборов освещения;
• спецификация применяемых материалов;
• однолинейные схемы электрощитов;
• расчет возможной нагрузки на электрическую сеть.

Таким образом, проект – это план, отражающий специфику электроснабжения, которой отличается конкретный объект.

Проектирование сетей электроснабжения и его конечный результат – проектная документация, являются основанием для:

• сдачи объект в эксплуатацию. Не разводка электрокабеля и электроприборы являются основанием для подключения объекта к централизованной сети электроснабжения, а утвержденный проект;
• при составлении сметы строительства. Наличие проекта дает возможность учесть перспективные затраты, оценить их необходимость и просчитать объем финансирования на их реализацию;
• минимизации потерь при выполнении работ. Разработанная с учетом потенциальной нагрузки схема сети упрощает выполнение работ. Электрическая сеть – совокупность технических средств и наличие актуальной схемы позволяет избежать ошибок при монтаже и потерь времени и средств на переделку;
• технического перевооружения или увеличения потребляемой мощности. Данные мероприятия основываются на проектировании сетей электроснабжения и требуют согласования. Самостоятельная замена вводного автомата в распределительном щитке недопустима и может привести к перегрузке и обесточиванию всего объекта;
• усиления безопасности системы;
• обеспечения ремонтопригодности системы. Проект позволяет исключить вероятность повреждения сети при установке оборудования или элементов декора и позволит устранить неполадку в случае ее возникновения.

Выполнение всех этих задач возможно только при наличии проекта. Кроме того, технический проект позволяет учесть все нормативные требования к выполнению такого рода работ, выполнять которые обязан каждый застройщик независимо от сложности объекта. А также является основным документом при проектировании электроосвещения.

Этапы работ по проектированию электроснабжения

Наша работа по проектированию включает в себя несколько этапов:

1 этап – предпроектный

• изучение проекта здания в разрезе этажей;
• прогнозная оценка потребляемой мощности.

Данный этап выполняется в сотрудничестве с Заказчиком.

2 этап – расчетный

• оценка и расчет нагрузок. Дает возможность спрогнозировать превышение нагрузки, усилить мощность сети или предложить варианты снабжения в случае перебоя с поставкой энергии. В расчетах принимается во внимание такое требование как заземление, назначение которого повысит безопасность сети;
• проектирование электроосвещения. Предусматривает группировку узлов сети по потребителям: осветительные приборы, розетки, выключатели;
• проектирование системы электроснабжения. Только специалист может подобрать электрический кабель, рассчитать его марку и сечение, выполнить подбор защитно-коммутационного оборудования.

3 этап – согласование

Проект считается утвержденным, только после того, как соответствующий орган зарегистрирует его. Согласование целесообразно поручить тому специалисту, в компетенцию которого входила разработка проекта.

4 этап – сопровождение: монтаж и управление

Доверив разработку электроснабжения и её строительство специализированной компании, Заказчик может сократить период утверждения, и эксплуатация объекта начнется в срок.

Профессиональная организация может гарантировать качественный и безопасный монтаж и эксплуатацию всей системы электроснабжения.

Состав рабочего проекта

В проекте отражается система электроснабжения и все вышеперечисленные этапы.

Рабочий проект содержит:

• пояснительную записку;
• исходные данные;
• расчетную часть: расчет сети по потере напряжения, заземления, распределительной сети, токов короткого замыкания;
• графическую часть в разрезе этажей: трассы кабелей, контур заземления, линии освещения, места установки оборудования;
• приложения с подробной спецификацией материалов и оборудования.

Наши преимущества и гарантии

«Строй-ТК» выполняет проектирование электроснабжения на основе лицензии при соблюдении всех нормативных рекомендации и предписаний. Среди преимуществ работы с нами:

• возможность бесплатного внесения изменений в рабочую документацию;
• наличие опытных специалистов;
• учет всех возможных ситуаций по увеличению нагрузки на сеть;
• услуги по разработке и согласованию;
• индивидуальный подход к каждому клиенту.

Чтобы наши сотрудники связались с Вами в кратчайшие сроки, Вы можете оставить на сайте свою заявку или отправить письмо по адресу [email protected]. На все возникающие в процессе сотрудничества вопросы с радостью ответит наш ведущий специалист по проектированию электроснабжения Оськин Сергей Алексеевич

по телефону +7 (495) 617-05-67

В фотогалерее нашего сайта любой клиент может ознакомиться с примерами работ наших специалистов по электроснабжению. Там же можно посмотреть на современные электрические распределительные щиты, устанавливаемые ГК «Строй-ТК», возможные варианты электроосвещения также представлены в наших галереях.

Статьи на тему:

Для чего проводятся электроизмерения?

Электроизмерения

Системы электроснабжения и освещения

Увязка слаботочных и силовых сетей

Другие услуги

Обратите внимание на наши специальные предложения:

Проектирование электроснабжения объектов в Екатеринбурге

Специалисты компании ООО «Энергопром» обладают большим опытом работы в сфере проектирования электроснабжения на базе дизельных и бензиновых электростанций.

Проектно-конструкторский отдел компании располагает необходимыми знаниями и квалификацией для решения задач, касающихся создания проектов по автономному и гарантированному (аварийному/резервному) электроснабжению различных объектов: от загородных коттеджей до промышленных предприятий.

Этапы реализации проекта электроснабжения, выполняемые специалистами ООО «Энергопром»

• предпроектное обследование объекта
• разработки Технического задания
• проектирование электроснабжения дизельной электростанции в контейнере/смчкожухе
• проектирование электроснабжения на основе ДГУ в помещении в открытом исполнении, в том числе всех внутренних инженерных систем (вентиляция, освещение, отвод выхлопных газов и т.д.)
• создание проекта систем гарантированного бесперебойного электроснабжения (СГБЭ (ДГУ+ИБП))
• реконструкция существующей системы электроснабжения
• проектирование охранно-пожарной сигнализации, систем автоматического пожаротушения помещений ДГУ
• проектирование систем мониторинга ДГУ и СГБЭ

Перечень выполняемых разделов

1. Архитектурно-строительные решения (размещение ДГУ или контейнера ДГУ на объекте Заказчика).
2. Конструктивные решения (металлические конструкции контейнера, ограждения, вспомогательные конструкции).
3. Сведения об инженерном оборудовании в составе подразделов:
   • система электроснабжения
   • отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, тепловые сети
   • сети связи (автоматика, управление, мониторинг)
   • система газовыхлопа
   • освещение и электрооборудование помещения/контейнера ДГУ
   • топливоснабжение, автоматический долив масла.
4. Система охранно-пожарной сигнализации, автоматического пожаротушения.
5. Проект организации строительства.
6. Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности.
7. Мероприятия по охране окружающей среды.
8. Смета на строительство объектов (стоимость оборудования, строительных, монтажных и пусконаладочных работ).

Проектирование систем электроснабжения в Туле — «КомСтройПроект»

Качественно выполненное проектирование систем электроснабжения – обязательное условие для создания надежной и эффективной электросистемы. Разработка проекта выполняется при строительстве, реконструкции зданий жилого, коммерческого, промышленного назначения и необходима, и для реализации самой системы электроснабжения, и для последующего ввода объекта в эксплуатацию.

Компания «КомСтройПроект» предоставляет услуги проектирования систем электроснабжения в Туле и всегда готова к выполнению заказов любого объема и уровня сложности. У нас можно заказать проект для частного дома, офисного центра, торгово-развлекательного комплекса, крупного промышленного предприятия и других объектов.

Разработка надежных электросистем от «КомСтройПроект»

Проектирование систем электроснабжения в обязательном порядке осуществляется с учетом ряда соответствующих норм и правил, что обеспечивает должный уровень электро- и пожаробезопасности системы.

Наши специалисты перед началом работ детально изучают технические условия, поэтажные планы, дизайн-проект объекта и характеристики потребителей электроэнергии. На основании имеющихся данных определяются:

• места расположения подстанций,
• тип, сечение и расположение питающего кабеля,
• тип щитового оборудования, устройств защитного отключения, их количество и расположение,
• расположение выключателей и розеток, осветительных приборов в помещениях согласно имеющемуся дизайн-проекту.

Специалисты «КомСтройПроект» осуществляют проектирование систем электроснабжения с учетом текущих характеристик потребления электроэнергии и увеличения нагрузки в будущем. Это позволит создать надежную электросеть, готовую к многолетней эксплуатации без необходимости доработки и реконструкции. При этом проектирование выполняется с применением оптимального количества кабеля и прочих устройств с целью рационального использования вложений заказчика.

Наряду с проектированием основных систем электроснабжения, наша компания также осуществляет разработку систем аварийного электрообеспечения с использованием бензиновых, дизельных генераторов и устройств автоматического переключения.

Для получения дополнительной консультации по вопросам проектирования и для осуществления заказа услуги связывайтесь с менеджером фирмы «Комстройпроект» по телефону +7 (4872) 529-892

Pressman, Abraham, Billings, Keith, Morey, Taylor: 9780071482721: Amazon.com: Книги

Абрахам Прессман был всемирно известным консультантом по энергоснабжению, чей опыт варьировался от офицера армейских радаров до четырех десятилетий инженера-конструктора аналогово-цифровых устройств. Кейт Биллингс — практикующий инженер с более чем 40-летним опытом проектирования импульсного силового оборудования. Тейлор Мори Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо.Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гвельфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году. Побывав в Мексике, он свободно владел испанским и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором статей аспирантов-биологов. для публикации в реферируемых научных журналах.Ранее в своей карьере он работал в IBM Canada над мэйнфреймами и в студии Global TV в Торонто.

Авторы McGraw-Hill представляют ведущих экспертов в своих областях и стремятся улучшить жизнь, карьеру и интересы читателей во всем мире

Абрахам Прессман был всемирно известным консультантом по источникам питания, чей опыт варьировался от офицера армейской радиолокационной станции до четырех десятилетий работы в качестве специалиста по электроснабжению. аналого-цифровой инженер-конструктор.

Кейт Биллингс — практикующий инженер с более чем 40-летним опытом проектирования импульсного силового оборудования. Тейлор Мори Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо. Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гуэлфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году.Во время 5-летнего пребывания в Мексике он свободно владел испанским языком и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором журнала статьи аспирантов-биологов для публикации в реферируемых научных журналах. Ранее в своей карьере он работал в IBM Canada над мэйнфреймами и в студии Global TV в Торонто.

Тейлор Мори, в настоящее время профессор электроники в колледже Конестога в Китченере, Онтарио, Канада, является соавтором учебника по электронным устройствам и преподавал курсы в Университете Уилфреда Лорье в Ватерлоо.Он сотрудничает с Китом Биллингсом в качестве независимого инженера и консультанта по источникам питания, а ранее работал в сфере разработки импульсных источников питания в компаниях Varian Canada в Джорджтауне, Hammond Manufacturing и GFC Power в Гвельфе, где он впервые встретился с Китом в 1988 году. Побывав в Мексике, он свободно владел испанским и преподавал курсы электроники в Католическом университете Ла-Паса и английский как второй язык в биологическом исследовательском институте CIBNOR в Ла-Пасе, где он также работал редактором статей аспирантов-биологов. для публикации в реферируемых научных журналах.Ранее в своей карьере он работал в IBM Canada над мэйнфреймами и в студии Global TV в Торонто.

Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

Импульсный источник питания высокого напряжения и тока

Автор
З. М. Петерсон и пуля; 4 мая 2020

От интегральных схем до больших источников питания от дискретных компонентов, ваша следующая печатная плата будет нуждаться в какой-то схеме регулирования мощности для правильной работы.Нам нравится думать, что источники питания всегда обеспечивают плавный выход переменного или постоянного тока, но это почти никогда не бывает. Прецизионные аналоговые системы и цифровые системы нуждаются в стабильном, предсказуемом выходном напряжении с высокой эффективностью.

Имея это в виду, что определяет эффективность, стабильность и выходную мощность в конструкции импульсного источника питания? Мы можем свести это к пяти областям:

• Топология коммутационного преобразователя
• Вспомогательная схема
• Выбор компонентов
• Частота переключения
• Импеданс PDN

Последние два пункта выше при проектировании импульсных источников питания обычно являются второстепенными, но они наиболее важны для систем низкого уровня, таких как маломощные устройства IoT и прецизионные аналоговые системы.Вот что вам нужно знать о конструкции импульсных источников питания.

Советы по проектированию импульсных источников питания

Системы постоянного тока низкого уровня

Типичный импульсный источник питания для маломощных / низкоуровневых цифровых систем может содержать схемы управления в небольшом корпусе ИС. В этом случае ваша главная забота — обеспечить, чтобы ваш нерегулируемый вход оставался в правильном диапазоне. Для систем с батарейным питанием напряжение батареи будет падать по мере разряда батареи, поэтому вам необходимо убедиться, что выходное напряжение будет оставаться при желаемом напряжении / токе для поддержания работы системы.Типичная топология заключается в размещении стабилизатора LDO на выходном каскаде, который будет обеспечивать постоянное выходное напряжение и ток, пока его входное напряжение выше требуемого запаса. Обычно вам нужно разместить входные и выходные цепи фильтра электромагнитных помех, а также индуктивность и конденсатор, необходимые для регулирования выходной мощности. Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о различных топологиях преобразователя постоянного тока, которые вы можете использовать, а также о том, как выходной сигнал соотносится с рабочим циклом и пульсацией выходного сигнала.

Системы высокой мощности

Для высокого напряжения / низкого тока или для низкого напряжения / высокого тока вы можете приобрести ИС импульсного стабилизатора, которые будут включать в себя необходимые вам схемы регулятора. В этом случае вам необходимо следовать той же стратегии для компоновки и выбора компонентов, что и при работе с низким энергопотреблением. Доступны ИС импульсного регулятора, которые обеспечивают диапазон выходной мощности и могут принимать широкий диапазон входов.

Для систем большой мощности (высокого напряжения и большого тока) ситуация совершенно иная. Вам нужно будет разметить каждый функциональный блок в проекте импульсного источника питания с нуля. Обычно вам необходимо учитывать следующие аспекты конструкции, чтобы система вырабатывала желаемую выходную мощность:

• Генератор ШИМ. Устанавливает выход для понижающей, повышающей, пониженно-повышающей топологии преобразователя на определенный уровень в зависимости от рабочего цикла. В современных ИС регуляторов генератор ШИМ может быть программируемым и интегрированным в преобразователь. В других случаях вы можете подавать сигнал ШИМ с помощью MCU или отдельной ИС генератора.
• Схема управления с обратной связью. Цепи управления обычно полагаются на обратную связь для точного управления, и конструкция импульсного источника питания ничем не отличается.В системах большой мощности обычно используется усилитель считывания тока для проверки того, что выходной ток находится на желаемом уровне. Выходной усилитель затем используется генератором ШИМ или микроконтроллером для регулировки выходного напряжения путем регулировки рабочего цикла сигнала ШИМ.
• Прочные компоненты. Последнее, что вам нужно, это отказ вашей системы питания, потому что ваши компоненты не могут выдерживать ток / напряжение, которые им необходимо подавать. Полупроводники (в частности, полевые транзисторы, используемые в импульсных источниках питания) могут выйти из строя, если их перегрузить до экстремальных уровней (тепловой отказ).
• Управление температурой. Даже регулятор мощности с КПД 99% достигнет высокой температуры, если система не отводит тепло. Для охлаждения системы обычно требуются радиаторы, вентиляторы или и то, и другое.

Эталонный дизайн импульсного источника питания от Maxim Integrated. Обратите внимание на отдельные драйверы IC, MOSFET и пассивные элементы на плате.

Если вы проектируете преобразование мощности постоянного тока с источником питания переменного тока, лучше всего включить схему коррекции коэффициента мощности (PFC) для сети переменного тока.Это гарантирует, что каскад импульсного регулятора в вашем источнике питания будет потреблять почти синусоидальный источник тока, а не потреблять ток короткими импульсами. Это увеличивает общий коэффициент мощности всего регулятора, что, в свою очередь, снижает количество энергии, теряемой в виде тепла (т.е. более высокий КПД).

Выбор частоты переключения ШИМ

Частота переключения сигнала ШИМ в вашем импульсном источнике питания будет определять уровень потерь, поскольку этот сигнал отвечает за модуляцию напряжения затвора в управляющем МОП-транзисторе. Использование более высокой частоты приводит к более частому включению и выключению полевого МОП-транзистора, что затем позволяет меньше накапливаться в полевом МОП-транзисторе. Однако скорость фронта также имеет решающее значение, поскольку она определяет, достаточно ли модулирован канал MOSFET в выключенное состояние. При низкой скорости фронта МОП-транзистор может оставаться проводящим, даже если сигнал ШИМ упал до 0 В.

Используя более высокую скорость фронта, вы можете глубже перевести полевой МОП-транзистор в состояние ВЫКЛЮЧЕНО, что затем снизит тепловые потери в секции импульсного регулятора.Сочетание более высокой частоты ШИМ и более высокой частоты фронтов ШИМ позволяет использовать в цепи регулятора компоненты меньшего размера. Однако компромисс между кондуктивными и излучаемыми электромагнитными помехами больше, поскольку сигнал ШИМ будет излучать на более высоких частотах. Частоты ШИМ ~ 100 кГц являются типичными для большинства источников питания, но высокоэффективный импульсный источник питания можно было бы сделать более эффективным и использовать меньшие компоненты, когда частота ШИМ доведена до 1 МГц с фронтовой частотой ~ 1 нс.

Установка ШИМ-переключения выше частоты спада для вашего импульсного регулятора предотвратит передачу шума переключения на выход регулятора.Частота спада определяется на принципиальной схеме базового повышающего преобразователя, показанной ниже. Обратите внимание, что вы можете использовать большую частоту переключения ШИМ, если вы можете использовать меньшие компоненты в своем импульсном стабилизаторе. Вы можете узнать больше об этом в одной из моих недавних статей в блоге Altium PCB Design Blog.

Пониженно-повышающий импульсный источник питания с уравнением частоты спада.

Изоляция и импеданс PDN

Один момент, который мы специально не обсуждали, — это изоляция в конструкции импульсного источника питания.Изоляция питания — отличный способ добавить меры безопасности к вашей энергосистеме. Эта часть конструкции источника питания, а также включение обратной связи управления в изолированной системе достаточно обширна для отдельной статьи.

Чтобы узнать больше об импедансе PDN и его влиянии на цифровые и аналоговые системы, вы можете прочитать другие статьи в блоге NWES:

Для вашей разводки обязательно следуйте стандартам IPC-2221 и IPC-2158, чтобы ваши дорожки не достигли чрезмерно высокой температуры, а также для предотвращения электростатического разряда между оголенными проводниками.Эти советы лишь касаются поверхности конструкции источника питания, но подходящая дизайнерская фирма может помочь вам создать совместимую компоновку, которую можно производить в любом масштабе.

В NWES мы создали цифровые и аналоговые системы малой мощности, а также системы постоянного тока большой мощности с различными топологиями конструкции импульсных источников питания. Мы знаем, как создать высококачественную полностью технологичную компоновку печатной платы для вашей системы. Мы здесь, чтобы помочь производителям электроники разрабатывать современные печатные платы и создавать передовые технологии. Мы также установили партнерские отношения с компаниями EDA и передовыми производителями печатных плат, и мы позаботимся о том, чтобы ваш следующий макет был полностью производимым в любом масштабе. Свяжитесь с NWES для консультации.

Готовы приступить к следующему дизайнерскому проекту?

Конструкция линейного источника питания постоянного тока

Как спроектировать и построить линейный источник питания постоянного тока

Фон

В 1990-х годах меня попросили спроектировать и построить источник питания для обеспечения источника постоянного тока с переменным напряжением, который обеспечивал бы переменное напряжение при токах до 5 ампер, для экспериментов в лаборатории физики твердого тела в Университете Нортумбрии.Требовалось, чтобы напряжение было очень стабильным и повторяемым, без значительной температурной зависимости, пульсаций или шума.

После этого успешного проекта (и других подобных проектов, каждый со своими проблемами) я написал статью для Practical Electronics (ныне несуществующей), описывающую процесс проектирования этого устройства, но с более общими приложениями. Следующие страницы основаны на этой статье, и мы надеемся, что они будут полезны всем, кто разрабатывает расходные материалы для собственных нужд.

Дизайн начинается с обсуждения трансформатора, выпрямления и сглаживания. На следующих страницах рассматривается выбор компонентов и конструктивные идеи для схем регулирования напряжения. На этих страницах я постараюсь дать тщательное и подробное объяснение с «практическими правилами»; и более подробные расчеты для желающих ими пользоваться. Каждый этап сопровождается примерами проектов.

«Линейный»? Для источников питания более высокой мощности более эффективно использовать метод переключения.На этих страницах рассматриваются только традиционные линейные методы, но большая часть объяснений применима к обоим.

Блок питания постоянного тока с приводом от сети обычно состоит из следующих частей:

Далее: выбор трансформатора и выпрямителя

7 Рекомендации по проектированию источника питания на печатной плате

Вы когда-нибудь задумывались о том, как передается мощность в сложных печатных платах? Да, для разработчиков печатных плат — непростая задача — разработать источник питания, обеспечивающий требуемую мощность для каждого компонента печатной платы (микросхем, передатчиков, конденсаторов и т. Д.).), поскольку требования к мощности для каждого из этих компонентов различаются. Только безупречная конструкция блока питания может помочь решить эту проблему.

С увеличением плотности и сложности схемотехники сложность конструкции источника питания также увеличилась. Разработчикам печатных плат предлагается несколько вариантов дизайна и компоновки источников питания печатных плат. Несмотря на разнообразие конструкций блоков питания на печатных платах, разработчики должны соблюдать определенные правила и решать общие проблемы, связанные с этим.

Некоторые из общих проблем, которые необходимо решить при проектировании источника питания: EMI , дизайн трассы для работы с большими токами , сокращение токовых петель , выбор компонентов и в соответствии с макетом таблиц рекомендации .

В этой статье мы рассмотрим следующие темы:

• Конструкция блока питания печатной платы
• Конструктивное рассмотрение блока питания печатной платы
  1. 1. Выбор регулятора для блока питания печатной платы
     2. Управление температурой для источника питания
     3. Плоскости заземления и питания для улучшения питания печатной платы
     4. Разделительный конденсатор и байпасный конденсатор
     5. Фильтрация электромагнитных помех
     6. Амплитудно-частотная характеристика системы энергоснабжения
     7. Целостность питания (PI)

Конструкция блока питания печатной платы

Целью конструкции блока питания является не просто преобразование мощности переменного тока в постоянный. Функция источника питания — подавать питание на компоненты схемы при правильном напряжении и токе. В будущем будет обычным делом иметь устройства с напряжением от 1,8 В до 1,2 В. Низкое напряжение снижает устойчивость к шумам источника питания.

Блоки питания

также требуют ограничения по току для ограничения максимального тока. Таким образом, важными параметрами для источника питания являются напряжение , максимальный ток, пульсации напряжения и тепловые потери при максимальном токе.

Типовая блок-схема потока мощности в электронной схеме

Типичный поток мощности электронной схемы для источника питания показан на рисунке выше.Электронным схемам необходимо напряжение от 1,8 В до 12 В. Чаще всего используются напряжения 1,2 В, 1,8 В, 3,3, 5 и 12 В.

На первом этапе входное переменное напряжение 230/110 В переменного тока преобразуется в изолированное постоянное напряжение в диапазоне 6-12 В. На втором этапе используется понижающий импульсный стабилизатор, который преобразует 6–12 В в 5 или 3,3 В. Кроме того, 3,3 В преобразуется в 1,8 или 1,2 В с помощью LDO (регуляторов с малым падением напряжения).

До появления импульсных источников питания (SMPS — импульсные источники питания) трансформаторы с железным сердечником использовались для преобразования высокого напряжения 230/110 В переменного тока в 12 В переменного тока.Это было дополнительно выпрямлено диодными мостовыми выпрямителями до постоянного напряжения примерно 12 x 1,4 = 16,8 В постоянного тока максимум. Для снижения напряжений до требуемых уровней использовались линейные регуляторы. Недостатком таких схем была низкая энергоэффективность (менее 80%), высокие тепловые потери, большая площадь основания печатной платы и слабая пульсация мощности. Использование импульсных источников питания повысило эффективность преобразования напряжений в более низкие уровни, уменьшило площадь, занимаемую печатной платой источников питания (очень маленьких и легких по размеру), и уменьшило пульсации.

В линейных регуляторах ранее терялась большая мощность из-за более высоких падающих напряжений. Например, рассмотрим линейный стабилизатор напряжения LM7805. LM7805 (5 В) обычно имеет падение напряжения примерно 7,5 В, для чего требуется минимум примерно 2,5 В разницы между входным и выходным напряжениями. Следовательно, для регулятора на 1 А потеря мощности в регуляторе при входном напряжении 7,5 В составит 2,5 В x 1 А = 2,5 Вт. С регулятором с малым падением напряжения LM1117-5.0 напряжение падения равно 6.2 В, требующее входного напряжения Vout + 1,2 В на входе. Для критических приложений используется комбинация импульсных регуляторов и LDO для повышения эффективности. Например, с первого этапа, если доступно 7,5 В, оно будет понижено до 3,3 В с помощью понижающего преобразователя, а затем упадет до 1,8 В с помощью линейного регулятора LM1117-1.8.

Конструктивное рассмотрение блока питания печатной платы

Невозможно переоценить важность хорошо продуманной печатной платы, когда дело касается проектирования источников питания.Кроме того, дизайнер должен понимать важность работы источника питания, чтобы усилия увенчались успехом.

Для проектирования источника питания проектировщику необходимо выполнить хорошую компоновку печатной платы и спланировать эффективную распределительную сеть. Кроме того, проектировщику необходимо обеспечить, чтобы источники питания цифровых цепей с шумом были отделены от критически важных источников питания и цепей аналоговых цепей. Некоторые важные моменты, которые следует учитывать, обсуждаются ниже:

1. Выбор регулятора для блока питания печатной платы

Печатная плата регулятора напряжения

Как правило, у разработчиков есть два варианта выбора регуляторов источника питания: линейные регуляторы и импульсные регуляторы .Линейные регуляторы обеспечивают низкий уровень шума, но имеют более высокое тепловыделение, что требует систем охлаждения. Импульсные регуляторы очень эффективны в широком диапазоне токов, но шум переключения вызывает всплески в ответ.

Линейный режим требует входного напряжения выше требуемого выходного напряжения, поскольку будет минимальное падение напряжения. Линейные регуляторы будут иметь значительные потери мощности и рассеивание тепла, что сделает линейные регуляторы менее эффективными.Если вы рассматриваете линейный регулятор для своей конструкции печатной платы, вы должны рассмотреть регулятор с низким падением напряжения, а термический анализ должен быть выполнен до начала производства. Кроме того, линейные регуляторы просты, дешевы и обеспечивают исключительно бесшумный выход напряжения.

Импульсные регуляторы преобразуют одно напряжение в другое, временно сохраняя энергию в индукторах, а затем высвобождая эту энергию при другом напряжении в разное время переключения.В таких источниках питания используются полевые МОП-транзисторы с быстрой коммутацией. Выход этих высокоэффективных регуляторов можно регулировать, изменяя рабочий цикл широтно-импульсной модуляции (ШИМ). КПД зависит от тепловыделения цепи, которое в данном случае невелико.

ШИМ-переключение импульсных регуляторов вызывает шум или пульсации на выходе. Коммутационные токи могут вызывать перекрестные помехи в других сигналах. Таким образом, импульсные источники питания должны быть изолированы от критических сигналов.

Регуляторы

с переключаемым режимом используют технологию MOSFET, поэтому очевидно, что эти регуляторы излучают шум EMI (электромагнитные помехи). Мы не можем полностью исключить электромагнитные помехи из любой схемы, но мы можем минимизировать их с помощью мер по снижению электромагнитных помех, таких как фильтрация, уменьшение токовых петель, заземляющих плоскостей и экранирования. Перед включением импульсных регуляторов в вашу конструкцию следует принять во внимание меры по электромагнитной совместимости (ЭМС).

Когда дело доходит до выбора регулятора напряжения, очевидным выбором являются линейный и импульсный стабилизированный источник питания.Блок питания с линейным управлением дешевле, но неэффективен и рассеивает больше тепла. Между тем, импульсный регулируемый источник питания более дорогой и требует подключения большего количества пассивных компонентов, так как он не нагревается легко.

2. Управление температурой для источника питания

Производительность блока питания напрямую зависит от тепловыделения. Большинство электронных компонентов выделяют тепло, когда через них проходит ток. Количество выделяемого тепла зависит от уровня мощности, характеристик и импеданса компонента. Как упоминалось ранее, выбор подходящего регулятора может уменьшить рассеивание тепла в цепи. Переключаемые регуляторы очень эффективны, поскольку они рассеивают меньше тепла.

Электронные схемы работают более эффективно при более низких температурах. Чтобы устройства работали при температуре окружающей среды, проектировщики должны продумать соответствующие методы охлаждения.

Если разработчик выбрал линейный регулятор, рекомендуется использовать радиатор или другие методы охлаждения, если это позволяет система. В конструкцию могут быть встроены вентиляторы, чтобы обеспечить принудительное охлаждение, если устройство сильно отводит тепло.

Рассеивание тепла по всей печатной плате может быть неравномерным. Компоненты с высокой номинальной мощностью могут рассеивать значительное количество тепла, что создает вокруг них горячую точку. Рядом с этими компонентами можно использовать тепловые переходные отверстия для быстрого отвода тепла от области.

Комбинация методов отвода тепла и охлаждения позволяет создать высокоэффективный источник питания. Разработчики могут использовать либо методы кондуктивного охлаждения, такие как радиатор, тепловые трубки, тепловые переходные отверстия, либо методы конвекционного охлаждения, такие как охлаждающие вентиляторы, термоэлектрические охладители и т. Д.

3. Плоскости заземления и питания для улучшения питания печатной платы

Соединения заземления и плоскости питания в стеке

Плоскости заземления и плоскости питания — это пути с низким импедансом для передачи энергии. Блоку питания необходимы отдельные заземляющие поверхности для распределения мощности, уменьшения электромагнитных помех, минимизации перекрестных помех и снижения падений напряжения. Плоскости питания предназначены для передачи мощности в требуемые области печатной платы.

Разработчикам печатных плат необходимо обрабатывать участки наземной сети отдельно.В многослойной печатной плате один или несколько слоев могут быть выделены специально для заземления и схем питания. Кроме того, они могут уменьшить помехи и перекрестные помехи, разместив плоскости заземления между двумя активными сигнальными слоями, тем самым эффективно окружая дорожки сигнала землей.

4. Конденсатор развязки и конденсатор байпаса

Поток мощности в общей конструкции блока питания

Когда питание распределяется между компонентами по плате, различные активные компоненты вызывают скачок заземления и звон в шине питания.Это может привести к падению напряжения возле силовых контактов компонентов. В этих условиях разработчики используют разделительные и байпасные конденсаторы рядом с выводами питания компонентов, чтобы обеспечить короткие всплески тока, потребляемого устройством.

Концепция развязки заключается в уменьшении импеданса между питанием и землей. Конденсаторы развязки действуют как вторичный источник питания, обеспечивая ток, необходимый для ИС. И действовать как локальный источник заряда для поддержки события переключения.

Шунтирующие конденсаторы обходят шум и уменьшают колебания силовой шины. Они размещаются ближе к устройствам или микросхемам и связаны между питанием и землей, чтобы компенсировать изменения в потенциале питания и заземления при одновременном переключении многих микросхем.

Шунтирующие конденсаторы используются для подавления межсистемного или внутрисистемного шума в электрической сети. Все развязывающие конденсаторы должны подключаться близко к выводам питания ИС, а другой конец — непосредственно к заземляющей пластине с низким сопротивлением.Короткие дорожки к разделительным конденсаторам и переходным отверстиям заземления необходимы для минимизации дополнительной индуктивности в последовательном соединении.

При выборе конденсатора местного байпаса следует учитывать несколько аспектов. Эти факторы включают выбор правильного номинала конденсатора, материала диэлектрика, геометрии и расположения конденсатора относительно ИС. Типичная емкость разделительных конденсаторов — керамические 0,1 мкФ.

5. Фильтрация электромагнитных помех

Излучение электромагнитных помех может происходить от любого кабеля питания, входящего или выходящего из корпуса источника питания.Разработчики печатных плат ожидают, что источник питания будет поддерживать уровни электромагнитных помех ниже определенного ими предела частотного спектра. Поэтому фильтры электромагнитных помех используются в точках ввода мощности для уменьшения кондуктивного шума.

Подробнее: 7 советов и рекомендаций по проектированию печатных плат для защиты от электромагнитных помех и электромагнитной совместимости

Архитектура фильтра электромагнитных помех позволяет блокировать высокочастотный шум. Очень важно, чтобы разработчик тщательно разместил компоненты схемы фильтра, чтобы предотвратить передачу энергии компонентами по дорожкам, которые их соединяют

6.Амплитудно-частотная характеристика системы энергоснабжения

Когда блоки питания нагружаются внезапно, скажем, от холостого хода до полной нагрузки, выходное напряжение имеет тенденцию кратковременно снижаться и возвращаться к нормальному напряжению. В некоторых случаях выходной сигнал будет колебаться в течение некоторого времени, прежде чем напряжение стабилизируется до нормального. Если колебания превышают расчетные пределы, необходимо настроить выходные конденсаторы и компенсационные конденсаторы. Например, для LM7805 рекомендуется поставить конденсатор 0,1 мкФ рядом с выходным контактом.Точно так же внезапная разгрузка регулятора может вызвать выброс и колебания.

Для лучшего отклика от схемы, убедитесь, что выбранные компоненты находятся в пределах проектных ограничений. Независимо от того, находятся ли цепи переменного или постоянного тока, они имеют разную реакцию. Цепи постоянного и переменного тока следует рассматривать отдельно.

7. Целостность питания (PI)

Разработчики должны обеспечить целостность питания конструкции источника питания. Целостность питания — это просто качество мощности, подаваемой в цепь.Это измерение того, насколько эффективно мощность передается от источника к нагрузке в системе, что гарантирует, что все цепи и устройства снабжены соответствующей мощностью, чтобы достичь желаемых характеристик схемы.

Источник питания с меньшим уровнем шума может обеспечить более высокую целостность питания. Дизайн для обеспечения целостности питания — это не что иное, как управление шумом источника питания. Существуют инструменты моделирования, которые помогают оценить качество электроэнергии в цепи. Такие инструменты помогают оценивать падения напряжения, рекомендуют размещение разделительных конденсаторов, а также таким образом выявляют горячие точки с высоким током, протекающим в цепях.

Также прочтите о схемном моделировании в нашей статье Как работает схемотехническое моделирование?

Заключение

Хорошие блоки питания — залог правильной работы электронного устройства. Как мы видели, разработчик печатных плат может использовать несколько вариантов при рассмотрении конструкции источника питания. При этом важен выбор регуляторов, конденсаторов и фильтрации электромагнитных помех. Точно так же при проектировании системы электропитания следует учитывать тепловой эффект и реакцию на нагрузку.

В то же время следуйте рекомендациям, указанным в паспортах ИС блока питания. Толщина дорожек и размещение компонентов играют решающую роль в конструкции источника питания.

СКАЧАТЬ НАШЕ РУКОВОДСТВО ПО ДИЗАЙНУ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ:

Как умный инженер по аппаратному обеспечению может легко проектировать блоки питания: мини-учебник

Аннотация

Это мини-руководство дает обзор возможностей проектирования источников питания. В нем будут рассмотрены основные и часто используемые топологии изолированных и неизолированных источников питания, а также их преимущества и недостатки.Мы также рассмотрим электромагнитные помехи (EMI) и вопросы фильтрации. Это мини-руководство призвано обеспечить упрощенное понимание и новое понимание искусства проектирования источников питания.

Введение

Для большинства электронных систем требуется какое-то преобразование напряжения между напряжением источника энергии и напряжением схемы, которая должна быть запитана. По мере того, как батареи теряют заряд, напряжение падает. Некоторое преобразование постоянного тока в постоянный может гарантировать, что гораздо больше энергии, накопленной в батарее, будет использоваться для питания схемы.Также, например, с линией 110 В переменного тока мы не можем напрямую запитать полупроводник, такой как микроконтроллер. Поскольку преобразователи напряжения, также называемые источниками питания, используются почти во всех электронных системах, за эти годы они были оптимизированы для различных целей. Конечно, некоторые из обычных целей оптимизации — это размер решения, эффективность преобразования, EMI и стоимость.

Самый простой блок питания: LDO

Одной из простейших форм источника питания является стабилизатор с малым падением напряжения (LDO).LDO — это линейные регуляторы в отличие от импульсных регуляторов. Линейные регуляторы помещают перестраиваемый резистор между входным напряжением и выходным напряжением, что означает, что выходное напряжение фиксируется независимо от того, как изменяется входное напряжение и какой ток нагрузки проходит через устройство. На рисунке 1 показан основной принцип работы этого простого преобразователя напряжения.

Рисунок 1. Линейный регулятор преобразует одно напряжение в другое.

В течение многих лет типичный преобразователь мощности состоял из трансформатора 50 Гц или 60 Гц, подключенного к электросети, с определенным соотношением обмоток для генерирования нерегулируемого выходного напряжения, на несколько вольт выше, чем необходимое напряжение питания в системе. Затем был использован линейный регулятор, чтобы преобразовать это напряжение в хорошо регулируемое по мере необходимости для электроники. На рисунке 2 показана блок-схема этой концепции.

Рисунок 2. Сетевой трансформатор, за которым следует линейный регулятор.

Проблема с базовой схемой, показанной на Рисунке 2, заключается в том, что трансформатор 50/60 Гц является относительно громоздким и дорогим. Кроме того, линейный регулятор рассеивает довольно много тепла, поэтому общая эффективность системы низкая, а избавление от выделяемого тепла затруднено при высокой мощности системы.

Импульсные источники питания на помощь

Чтобы избежать недостатков источника питания, показанного на рисунке 2, были изобретены импульсные источники питания. Они не полагаются на напряжение переменного тока 50 или 60 Гц. Они принимают постоянное напряжение, иногда выпрямленное переменное напряжение, и генерируют переменное напряжение гораздо более высокой частоты для использования трансформатора гораздо меньшего размера или, в неизолированных системах, для выпрямления напряжения с помощью LC-фильтра для генерации выходного постоянного напряжения. Преимущества — небольшой размер решения и относительно невысокая стоимость.Генерируемое переменное напряжение не обязательно должно быть синусоидальным. Простая форма сигнала ШИМ будет работать нормально, и ее легко сгенерировать с помощью генератора ШИМ и переключателя.

До 2000 года биполярные транзисторы были наиболее часто используемыми переключателями. Они работали бы хорошо, но имели относительно низкую скорость переключения. Они были не очень энергоэффективны, ограничивая частоту переключения 50 кГц или, может быть, 100 кГц. Сегодня мы используем переключаемые полевые МОП-транзисторы вместо биполярных транзисторов, что обеспечивает гораздо более быструю коммутацию переходов.Это, в свою очередь, снижает потери на переключение, позволяя переключать частоты до 5 МГц. Такие высокие частоты переключения позволяют использовать в силовом каскаде катушки индуктивности и конденсаторы очень небольшого размера.

Импульсные регуляторы имеют много преимуществ. Обычно они обеспечивают энергоэффективное преобразование напряжения, позволяют повышать и понижать напряжение и предлагают относительно компактные и недорогие конструкции. Недостатки в том, что их не так просто спроектировать и оптимизировать, и они создают электромагнитные помехи из-за переходов переключения и частоты переключения.Доступность импульсных регуляторов питания, а также инструменты проектирования источников питания, такие как LTpowerCAD ^® и LTspice ^® , значительно упростили этот сложный процесс проектирования. С помощью таких инструментов процесс проектирования схемы импульсного источника питания может быть полуавтоматизирован.

Изоляция в источниках питания

При проектировании источника питания первый вопрос, на который нужно ответить, — требуется ли гальваническая развязка. Гальваническая развязка используется по нескольким причинам.Он может сделать схемы более безопасными, он позволяет работать с плавающей системой и предотвращает распространение зашумленных токов заземления через различные электронные устройства в одной схеме. Две наиболее распространенные изолированные топологии — это обратный и прямой преобразователи. Однако для более высокой мощности используются другие изолированные топологии, такие как двухтактная, полумостовая и полномостовая.

Если гальваническая развязка не требуется, в большинстве случаев используется неизолированная топология. Изолированные топологии всегда требуют трансформатора, и такое устройство, как правило, дорогое, громоздкое, и зачастую его трудно достать в готовом виде с точными требованиями, предъявляемыми к индивидуальному источнику питания.

Наиболее распространенные топологии, когда изоляция не требуется

Наиболее распространенной неизолированной топологией импульсного источника питания является понижающий преобразователь. Он также известен как понижающий преобразователь. Он принимает положительное входное напряжение и генерирует выходное напряжение ниже входного. Это одна из трех основных топологий импульсных источников питания, для которых требуются только два переключателя, катушка индуктивности и два конденсатора. На рисунке 3 показан основной принцип этой топологии. Переключатель верхнего плеча подает импульс тока со входа и генерирует напряжение коммутационного узла, чередующееся между входным напряжением и напряжением заземления.LC-фильтр принимает это импульсное напряжение на коммутационном узле и генерирует выходное напряжение постоянного тока. В зависимости от рабочего цикла сигнала ШИМ, управляющего переключателем верхнего плеча, генерируется другой уровень выходного напряжения постоянного тока. Этот понижающий преобразователь постоянного тока очень энергоэффективен, относительно прост в сборке и требует небольшого количества компонентов.

Рисунок 3. Концепция простого понижающего понижающего преобразователя.

Понижающий преобразователь подает импульсный ток на входной стороне, в то время как на выходной стороне постоянный ток поступает от катушки индуктивности.По этой причине понижающий стабилизатор очень шумит на входе и не так шумит на выходе. Понимание этого важно при проектировании систем с низким уровнем шума.

Помимо понижающей топологии, второй базовой топологией является повышающая или повышающая топология. В нем используются те же пять основных компонентов питания, что и в понижающем преобразователе, но с измененной компоновкой, так что катушка индуктивности размещается на стороне входа, а переключатель высокого уровня — на стороне выхода. Топология форсирования используется для повышения определенного входного напряжения до выходного напряжения, которое выше входного напряжения.

Рисунок 4. Концепция простого повышающего повышающего преобразователя.

При выборе повышающего преобразователя важно отметить, что повышающие преобразователи всегда указывают в своих технических паспортах максимальный номинальный ток переключения, а не максимальный выходной ток. В понижающем преобразователе максимальный ток переключения напрямую связан с максимально достижимым выходным током, независимо от соотношения напряжений между входным и выходным напряжением. В повышающем стабилизаторе соотношение напряжений напрямую влияет на возможный максимальный выходной ток на основе фиксированного максимального тока переключения. При выборе подходящей ИС повышающего регулятора вам необходимо знать не только желаемый выходной ток, но также входное и выходное напряжение разрабатываемой конструкции.

Повышающий преобразователь имеет очень низкий уровень шума на входе, поскольку катушка индуктивности, установленная на входе, предотвращает быстрые изменения тока. Однако на выходе такая топология довольно шумная. Мы видим только импульсный ток, протекающий через внешний переключатель, и, таким образом, пульсации на выходе вызывают большую озабоченность по сравнению с топологией понижающего преобразователя.

Третья базовая топология, состоящая только из пяти основных компонентов, — это повышающий инвертирующий преобразователь. Название происходит от того факта, что этот преобразователь принимает положительное входное напряжение и преобразует его в отрицательное выходное напряжение. Кроме того, входное напряжение может быть выше или ниже абсолютного значения инвертированного выходного напряжения. Например, выходное напряжение –12 В может генерироваться из 5 В или 24 В на входе. Это возможно без каких-либо специальных модификаций схемы.На рисунке 5 показана принципиальная схема инвертирующего повышающего преобразователя.

Рис. 5. Концепция простого инвертирующего повышающе-понижающего преобразователя.

В инвертирующей повышающе-понижающей топологии катушка индуктивности подключается от коммутирующего узла к земле. Как на входе, так и на выходе преобразователя наблюдается импульсный ток, что делает эту топологию относительно шумной как на стороне входа, так и на стороне выхода. В приложениях с низким уровнем шума этот характер компенсируется добавлением дополнительной входной и выходной фильтрации.

Одним из весьма положительных аспектов топологии инвертирующего повышающего-понижающего преобразователя является тот факт, что для такого преобразователя можно использовать любую микросхему понижающего импульсного стабилизатора. Это так же просто, как присоединить выходное напряжение понижающей цепи к заземлению системы. Заземление цепи понижающей ИС станет отрегулированным отрицательным напряжением. Эта черта дает очень большой выбор ИС импульсных стабилизаторов на рынке.

Специализированные топологии

Помимо трех основных неизолированных топологий импульсного источника питания, описанных ранее, существует еще много доступных топологий.Однако все они требуют дополнительных компонентов питания. Обычно это увеличивает их стоимость при более низкой эффективности преобразования энергии. Хотя есть определенные исключения, как правило, добавление дополнительных компонентов в тракт питания увеличивает потери. Некоторые из наиболее популярных топологий — это SEPIC, Zeta, uk и повышающий-повышающий уровень с 4 переключателями. Каждая из них предлагает функции, которых нет в трех основных топологиях. Ниже приводится список наиболее важных функций каждой топологии:

XSEPIC SEPIC может генерировать положительное выходное напряжение из положительного входного напряжения, которое может быть выше или ниже выходного напряжения.ИС повышающего регулятора могут быть использованы для разработки источника питания SEPIC. Недостатком этой топологии является необходимость во второй катушке индуктивности или одной связанной катушке индуктивности, а также в конденсаторе SEPIC. XZeta Конвертер Zeta похож на SEPIC, но он способен генерировать положительное или отрицательное выходное напряжение. Кроме того, он не имеет нулевой точки в правой полуплоскости (RHPZ), что упрощает контур регулирования. Для такой топологии может использоваться микросхема понижающего преобразователя. Преобразователь uk предлагает преобразование положительного входного напряжения в отрицательное выходное напряжение.В нем используются две катушки индуктивности, одна на входной стороне и одна на выходной стороне, что делает его довольно низким уровнем шума на входной и выходной сторонах. Недостатком является то, что существует не очень много ИС импульсного преобразования мощности, поддерживающих эту топологию, поскольку для контура регулирования требуется вывод отрицательной обратной связи по напряжению. X4-Switch Buck-Boost Этот тип преобразователя стал довольно популярным в последние годы. Он предлагает положительное выходное напряжение от положительного входного напряжения. Входное напряжение может быть выше или ниже установленного выходного напряжения.Этот преобразователь заменяет многие конструкции SEPIC, поскольку он обеспечивает более высокую эффективность преобразования мощности и требует только одного индуктора.

Наиболее распространенные изолированные топологии

Помимо неизолированной топологии, для некоторых приложений требуются преобразователи мощности с гальванической развязкой. Причины могут заключаться в соображениях безопасности, в необходимости иметь плавающие заземления в более крупных системах, где различные цепи соединены между собой, или в предотвращении образования контуров тока заземления в чувствительных к шуму приложениях. Наиболее распространенными топологиями изолированных преобразователей являются преобразователи прямого и обратного хода.

Обратный преобразователь обычно используется для уровней мощности до 60 Вт. Схема работает таким образом, что во время включения энергия накапливается в трансформаторе. Во время простоя эта энергия передается вторичной обмотке преобразователя, запитывая выход. Этот преобразователь прост в сборке, но для него требуются относительно большие трансформаторы для хранения всей энергии, необходимой для правильной работы. Этот аспект ограничивает топологию более низкими уровнями мощности. На рисунке 6 показан обратноходовой преобразователь вверху и прямой преобразователь внизу.

Рисунок 6. Обратный преобразователь (вверху) и прямой преобразователь (внизу).

Помимо обратноходового преобразователя, большой популярностью пользуется прямой преобразователь. Он использует трансформатор иначе, чем обратный ход. Во время включения, пока есть ток через обмотку первичной стороны, также есть ток через вторичную обмотку. Энергия не должна накапливаться в сердечнике трансформатора. После каждого цикла переключения мы должны убедиться, что вся намагниченность сердечника сбрасывается до нуля, чтобы трансформатор не перешел в насыщение после нескольких циклов переключения.Это выделение энергии из ядра может быть достигнуто с помощью нескольких различных технологий. Один из популярных способов — использовать активный зажим с небольшим дополнительным переключателем и конденсатором.

На рисунке 7 показана схема среды моделирования LTspice для конструкции прямого активного зажима с использованием ADP1074. В прямом преобразователе есть дополнительная катушка индуктивности на выходном тракте по сравнению с обратным ходом, как показано на рисунке 6. Хотя это еще один дополнительный компонент, занимающий пространство и требующий затрат, он помогает генерировать более низкое выходное напряжение шума по сравнению с выходным напряжением. обратный преобразователь.Кроме того, размер трансформатора, необходимый для прямого преобразователя на том же уровне мощности, что и обратный преобразователь, может быть намного меньше.

Рис. 7. Схема прямого активного фиксатора, использующая ADP1074 для генерации изолированного выходного напряжения, как смоделировано в LTspice.

Расширенные изолированные топологии

Помимо обратной и прямой топологий, существует очень много различных концепций трансформаторных гальванически развязанных преобразователей. В следующем списке даются очень простые пояснения о наиболее распространенных преобразователях:

XPush-Pull Двухтактная топология аналогична прямому преобразователю.Однако вместо одного переключателя нижнего плеча для этой топологии требуются два активных переключателя нижнего плеча. Также требуется первичная обмотка трансформатора с центральным отводом. Преимущество двухтактного преобразователя заключается в том, что он работает с меньшим шумом по сравнению с прямым преобразователем, а также необходим трансформатор меньшего размера. Гистерезис кривой BH трансформатора используется в двух квадрантах, а не только в одном. X Half-Bridge / Full-Bridge Эти две топологии обычно используются для более мощных схем от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт.Для них требуются переключатели на верхней стороне, помимо переключателей на нижней стороне, но они обеспечивают передачу очень высокой мощности с относительно небольшими трансформаторами. Этот термин часто используется при обсуждении изолированных преобразователей большой мощности. Это означает переключение при нулевом напряжении. Другой термин для таких преобразователей — это преобразователи LLC (индуктор-индуктор-конденсатор). Эти архитектуры нацелены на преобразование с очень высокой эффективностью. Они генерируют резонансный контур и переключают силовые переключатели, когда напряжение или ток на переключателях близки к нулю.Таким образом, потери переключения сводятся к минимуму. Однако такие конструкции могут быть трудными в разработке, а частота переключения не фиксирована, что иногда приводит к проблемам с электромагнитными помехами.

Преобразователи импульсных конденсаторов

Помимо линейных регуляторов и импульсных источников питания, существует еще третья группа преобразователей мощности: преобразователи на переключаемых конденсаторах. Их также называют нагнетательными насосами. Они используют переключатели и конденсаторы для умножения или инвертирования напряжений. Они предлагают большое преимущество в том, что они не нуждаются в индукторе.Обычно такие преобразователи используются для низких уровней мощности ниже 5 Вт. Однако в последнее время были сделаны значительные улучшения, позволяющие создавать преобразователи с переключаемыми конденсаторами гораздо большей мощности. На рисунке 8 показан LTC7820 в конструкции мощностью 120 Вт при КПД 98,5%, преобразующем 48 В в 24 В.

Рис. 8. Контроллер DC-DC с фиксированным коэффициентом мощности зарядного насоса LTC7820.

Цифровые блоки питания

Все блоки питания, обсуждаемые в этой статье, могут быть реализованы как аналоговые или цифровые блоки питания.Что такое цифровые блоки питания на самом деле? Питание всегда должно проходить через аналоговый силовой каскад с переключателями, катушками индуктивности, трансформаторами и конденсаторами. Цифровой аспект представлен двумя цифровыми строительными блоками. Первый — это цифровой интерфейс, который позволяет электронной системе «разговаривать» и «слушать» источник питания. Различные параметры могут быть установлены на лету, чтобы оптимизировать источник питания для различных условий эксплуатации. Кроме того, источник питания может связываться с главным процессором и поднимать флажки предупреждения или неисправности.Например, ток нагрузки, превышение заданного порогового значения или чрезмерная температура источника питания могут легко контролироваться системой.

Второй цифровой строительный блок заменяет аналоговый контур регулирования на цифровой. Это может работать успешно, но для большинства приложений оптимальным является стандартный аналоговый контур обратной связи с некоторым цифровым влиянием на некоторые параметры, например, регулировка усиления усилителя ошибки на лету или динамическая установка параметров компенсации контура для включения стабильная, но быстрая обратная связь.Примером устройства с чисто цифровым контуром управления является ADP1046A от Analog Devices. Одним из примеров понижающего стабилизатора с цифровым интерфейсом и аналоговым контуром управления, оптимизированным за счет цифровых воздействий, является LTC3883.

Требования к электромагнитным помехам

Электромагнитные помехи (EMI) — это всегда тема, на которую следует обращать внимание при разработке импульсных источников питания. Причина в том, что импульсные источники питания включают и выключают сильный ток за очень короткие промежутки времени.Чем быстрее переключение, тем выше общая эффективность системы. Более быстрые переходы переключения сокращают время, в течение которого переключатель частично включен. Во время этого частичного включения генерируется большинство коммутационных потерь. На рисунке 9 показана форма сигнала коммутирующего узла импульсного источника питания. Представим себе понижающий регулятор. Высокое напряжение определяется током, протекающим через переключатель на стороне высокого напряжения, а низкое напряжение определяется отсутствием тока, протекающего через переключатель на стороне высокого давления.

Рисунок 9.Скорость переключения, а также частота переключения импульсного источника питания.

На рисунке 9 мы видим, что импульсный источник питания генерирует шум не только из-за настроенной частоты переключения, но также из-за скорости переключения, которая намного выше по частоте. Хотя частота переключения обычно составляет от 500 кГц до 3 МГц, время переключения может составлять несколько наносекунд. При времени переключения 1 нс мы увидим в спектре соответствующую частоту 1 ГГц.По крайней мере, обе эти частоты будут рассматриваться как излучаемые и кондуктивные излучения. Другие частоты также могут возникать из-за колебаний контура регулирования или взаимодействия между источником питания и фильтрами.

Есть две причины, по которым следует уменьшить электромагнитные помехи. Первая причина — защитить функциональность электронной системы, питаемой конкретным источником питания. Например, 16-битный АЦП, который используется на пути прохождения сигнала в системе, не должен улавливать коммутационный шум, исходящий от источника питания.Вторая причина заключается в соблюдении определенных правил EMI, которые вводятся правительствами во всем мире для одновременной защиты надежной работы различных электронных систем.

EMI бывает двух видов: излучаемые электромагнитные помехи и кондуктивные электромагнитные помехи. Наиболее эффективные способы уменьшения излучаемых электромагнитных помех — это оптимизация компоновки печатной платы и использование таких технологий, как технология Silent Switcher ^® от Analog Devices. Конечно, также эффективно поместить схему в экранированный металлический ящик.Однако это может быть непрактично и в большинстве случаев очень дорого.

Кондуктивные электромагнитные помехи обычно ослабляются дополнительной фильтрацией. В следующем разделе будет обсуждаться дополнительная фильтрация для уменьшения кондуктивных выбросов.

Фильтрация

RC-фильтры — это базовые фильтры нижних частот. Однако в конструкции источника питания каждый фильтр представляет собой не что иное, как LC-фильтр. Часто достаточно последовательного добавления некоторой индуктивности, так как это сформирует LC- или CLC-фильтр вместе с входными или выходными конденсаторами импульсного источника питания.Иногда в качестве фильтров используются только конденсаторы, но, учитывая паразитную индуктивность силовых кабелей или проводов, вместе с конденсатором мы также формируем LC-фильтр. Индуктор L может быть индуктором с сердечником или ферритовым валиком. Назначение LC-фильтра на самом деле — эффект нижних частот, так что мощность постоянного тока может проходить через него, а высокочастотные помехи в значительной степени ослабляются. LC-фильтр имеет двойной полюс, поэтому мы получаем затухание высоких частот 40 дБ на декаду. Этот фильтр имеет относительно резкий спад.Разработка фильтра — это не ракетостроение; однако, поскольку паразитные компоненты схемы, такие как индуктивность следа, оказывают влияние, моделирование фильтра также требует моделирования основных паразитных эффектов. Это может сделать моделирование фильтра довольно трудоемким. Многие дизайнеры, имеющие опыт проектирования фильтров, знают, какие фильтры работали раньше, и могут итеративно оптимизировать определенный фильтр для нового дизайна.

При проектировании любого фильтра необходимо не только учитывать поведение слабого сигнала, например передаточную функцию фильтра на графике Боде, но также необходимо учитывать эффект сильного сигнала.В любом LC-фильтре мощность проходит через катушку индуктивности. Если эта мощность больше не нужна на выходе из-за внезапного переходного процесса нагрузки, энергия, накопленная в катушке индуктивности, должна куда-то уйти. Он заряжает емкость фильтра. Если фильтр не предназначен для таких наихудших условий, эта накопленная мощность может вызвать выбросы напряжения, которые могут повредить схему.

Наконец, фильтры имеют определенный импеданс. Этот импеданс взаимодействует с импедансами преобразователей мощности, прикрепленных к фильтру.Это взаимодействие может привести к нестабильности и колебаниям. Инструменты моделирования, такие как LTspice и LTpowerCAD от Analog Devices, могут оказать большую помощь в ответах на все эти вопросы и разработке идеального фильтра. На рисунке 10 показан графический пользовательский интерфейс разработчика фильтров в среде разработки LTpowerCAD. С помощью этого инструмента дизайн фильтра очень прост.

Рис. 10. Проектирование входного фильтра для понижающего стабилизатора с LTpowerCAD.

Бесшумные переключатели

Излучение трудно заблокировать.Требуется специальная защита из какого-либо металлического материала. Это может стоить очень дорого. В течение долгого времени инженеры искали способы уменьшить излучение, создаваемое импульсными источниками питания. Несколько лет назад в технологии Silent Switcher был сделан большой прорыв. За счет уменьшения паразитных индуктивностей в контурах нагрева импульсного источника питания, а также путем разделения контуров нагрева на два и установки их очень симметричным образом излучаемые излучения в основном компенсируют друг друга.Сегодня доступно множество устройств Silent Switcher с гораздо меньшим уровнем излучения, чем у традиционных продуктов. Уменьшение излучаемых излучений позволяет увеличить скорость переключения без серьезных потерь EMI. Ускорение коммутационных переходов снижает коммутационные потери и, таким образом, позволяет использовать гораздо более высокие частоты коммутации. Одним из примеров этой инновации является LTC3310S, который может работать с частотой коммутации 5 МГц, что позволяет создавать чрезвычайно компактные конструкции с очень дешевыми внешними компонентами.

Рис. 11. Бесшумный коммутатор LTC3310S с минимальным уровнем излучения.

Управление питанием — необходимость, но может доставлять удовольствие

В этом руководстве мы рассмотрели многие аспекты проектирования источников питания, включая различные топологии источников питания, а также их преимущества и недостатки. Для инженеров по источникам питания эта информация может быть очень простой, но как для экспертов, так и для неспециалистов полезно иметь программные инструменты, такие как LTpowerCAD и LTspice, которые помогут в процессе проектирования.С помощью этих инструментов преобразователи мощности можно проектировать и оптимизировать за очень короткое время. Надеюсь, это руководство вдохновило вас на решение следующей задачи по проектированию источников питания.

Источник питания 5 В постоянного тока

Design (простое пошаговое руководство)

Ищете помощь в разработке источника питания 5 В самостоятельно? Что ж, добро пожаловать. В этом посте мы не только проектируем блок питания, но и узнаем о расчетных расчетах, которые вы можете сделать сами.

Схема источника питания — это очень простая схема в обучении электронике.Практически каждый в электронике пытается это сделать. И я не могу сказать вам, насколько это весело, когда вы закончите свой первый дизайн блока питания, протестируете его, и он будет работать нормально.

Хорошо!

Блок питания, который мы здесь разработаем, очень простой. Это линейный дизайн, основанный на технологии, он будет проходить вас на каждом этапе проектирования, пытаться представить все простым языком, выполнять некоторые математические вычисления, например, если в схеме используется конденсатор, вы должны знать, почему он там, и как рассчитывается его стоимость.

Надеюсь, вам понравится этот пост и вы чему-нибудь научитесь. На всякий случай, если вам нравится заниматься электроникой, занимаясь своими руками, то этот набор для самостоятельного изготовления регулируемого блока питания (нажмите здесь) подойдет вам. Развлекайтесь 😀

Конструкция блока питания 5В постоянного тока

Проектирование любой схемы начинается с хорошо составленной общей блок-схемы. Это помогает нам спроектировать отдельные части схемы, а затем, в конце концов, собрать их вместе, чтобы получить полную схему, готовую к использованию.

Общая блок-схема этого проекта представлена ​​ниже. Все очень просто. Он состоит из следующих четырех основных подблоков.

• Трансформатор
• Схема выпрямителя
• Фильтр
• Регулятор

Сначала я объясню каждый блок в целом, а затем мы перейдем к проектированию. Думаю, нужно понимать, какой блок что делает в первую очередь.

Итак, давайте попробуем разобраться в каждом разделе по отдельности.

Входной трансформатор

Трансформатор — это устройство, которое может повышать или понижать уровни напряжения в соответствии с законом передачи энергии.

Вопрос в том, зачем нам это нужно в нашей конструкции снабжения?

Что ж, в зависимости от вашей страны, переменный ток, поступающий в ваш дом, имеет уровень напряжения 220/120 В. Нам нужен входной трансформатор, чтобы понизить входящий переменный ток до требуемого нижнего уровня, то есть близкого к 5 В (переменный ток). Этот более низкий уровень в дальнейшем используется другими блоками для получения необходимых 5 В постоянного тока.

Трансформатор — это устройство, которое используется для повышения или понижения уровня переменного напряжения, сохраняя одинаковую входную и выходную мощность.

Будьте осторожны, играя с этим устройством.

Поскольку вы используете сетевое напряжение, которое может быть слишком опасным. Никогда не прикасайтесь к клеммам голыми руками или плохими инструментами. Имейте хороший и достойный бесконтактный тестер напряжения и используйте его, чтобы всегда быть уверенным в том, какая линия находится под напряжением, идущим к трансформатору.

Выпрямительная схема

Если вы думаете, что трансформатор просто снизил напряжение до 5 В постоянного тока. Извините, вы ошибаетесь, как когда-то был я. Пониженное напряжение по-прежнему остается переменным. Чтобы преобразовать его в постоянный ток, нужна хорошая выпрямительная схема.

Схема выпрямителя — это комбинация диодов, расположенных таким образом, чтобы преобразовывать переменное напряжение в постоянное напряжение.

Без выпрямительной схемы невозможно получить необходимое выходное напряжение 5 В постоянного тока.Эта схема поставляется в красивых интегрированных корпусах, или вы также можете сделать ее с использованием четырех диодов. Вы увидите, как мы его проектируем, в следующих разделах.

В основном, существует два типа выпрямительных схем; полуволновой и двухполупериодный. Однако нас интересует полноценный выпрямитель, так как он более энергоэффективен, чем первый.

Фильтр

В практической электронике нет ничего идеального. Схема выпрямителя преобразует входящий переменный ток в постоянный, но, к сожалению, не превращает его в чистый постоянный ток.Выход выпрямителя пульсирует и называется пульсирующим постоянным током. Этот пульсирующий постоянный ток не считается подходящим для питания чувствительных устройств.
Итак, выпрямленный постоянный ток не очень чистый и имеет рябь. Задача фильтра — отфильтровывать эти пульсации и обеспечивать совместимость напряжения для регулирования.

Конденсаторный фильтр используется, когда нам нужно преобразовать пульсирующий постоянный ток в чистый или удалить искажения из сигнала

Практическое правило: напряжение постоянного тока должно иметь пульсации менее 10 процентов, чтобы можно было точно регулировать.

Лучшим фильтром в нашем случае является конденсаторный. Вы, наверное, слышали, конденсатор — это устройство, накапливающее заряд. Но на самом деле его лучше всего использовать как фильтр. Это самый недорогой фильтр для нашей базовой конструкции блока питания 5 В.

Регулятор

Стабилизатор — это линейная интегральная схема, в которой используется стабилизированное постоянное выходное напряжение. Регулировка напряжения очень важна, потому что нам не нужно изменять выходное напряжение при изменении нагрузки.

Всегда требуется выходное напряжение, независимое от нагрузки.ИС регулятора не только делает выходное напряжение независимым от переменных нагрузок, но и от изменений напряжения в сети.

Регулятор — это интегральная схема, используемая для обеспечения постоянного выходного напряжения независимо от изменений входного напряжения.

Надеюсь, вы разработали несколько основных концепций проектирования источников питания. Давайте пойдем дальше с реальной принципиальной схемой для нашей конкретной конструкции блока питания 5 В постоянного тока.

Принципиальная схема блока питания 5В постоянного тока

Ниже представлена ​​принципиальная схема указанного проекта.Вы получаете основной запас; напряжение и частота могут зависеть от вашей страны, предохранителя; для защиты схемы, трансформатора, выпрямителя, конденсаторного фильтра, светодиодного индикатора и регулятора IC.

Блок-схема реализована в программном обеспечении NI Multisim, хорошем программном обеспечении для моделирования для студентов и начинающих электронщиков. Я рекомендую потратить немного времени на то, чтобы поиграть с ним.

Теперь перейдем к собственному дизайну.

Пошаговый метод проектирования источника питания постоянного тока 5 В

Вот в чем дело, мы сначала спроектируем каждую секцию, а затем соберем каждую из них, чтобы наш источник питания постоянного тока был готов для питания наших проектов.

Итак, приступим к делу.

Вы думаете, я бы начал объяснение конструкции с трансформатора, но это не так. Трансформатор выбирается не сразу.

Шаг 1: Выбор регулятора IC

Выбор микросхемы регулятора зависит от вашего выходного напряжения. В нашем случае мы проектируем для выходного напряжения 5В, мы выберем ИС линейного регулятора LM7805.

Следующим шагом в процессе проектирования является определение номинальных значений напряжения, тока и мощности выбранной ИС регулятора.Это делается с помощью таблицы данных регулятора IC.

Ниже приведены номинальные характеристики и схема контактов LM7805 из таблицы данных.

В техническом описании 7805 также предписывается использование конденсатора 0,1 мкФ на выходной стороне, чтобы избежать переходных изменений напряжения из-за изменений нагрузки. И 0,1 мкФ на входе регулятора, чтобы избежать пульсации, если фильтрация находится далеко от регулятора.

Для дополнительной информации, для вывода положительного напряжения мы используем LM78XX.XX указывает значение выходного напряжения, а 78 указывает положительное выходное напряжение. Для выхода с отрицательным напряжением используйте LM79XX, 79 указывает отрицательное напряжение, а XX указывает значение выхода.

Шаг 2: Выбор трансформатора

Правильный выбор трансформатора означает экономию денег. Мы узнали, что минимальный вход для выбранной нами микросхемы регулятора составляет 7 В (см. Значения в таблице выше). Итак, нам нужен трансформатор для понижения основного переменного тока, по крайней мере, до этого значения.

Но между регулятором и вторичной обмоткой трансформатора тоже есть выпрямитель на диодном мосту.Выпрямитель имеет собственное падение напряжения, то есть 1,4 В. Нам также необходимо компенсировать это значение.

Итак, математически:

Это означает, что мы должны выбрать трансформатор со значением вторичного напряжения, равным 9 В или как минимум на 10% больше, чем 9 В.

Исходя из этого, для конструкции блока питания 5 В постоянного тока мы можем выбрать трансформатор с номинальным током 1 А и вторичным напряжением 9 В. Почему ток 1А? Поскольку IC регулятора имеет номинальный ток 1 А, это означает, что мы не можем пропускать ток, превышающий это значение.Выбор трансформатора с номинальным током выше этого потребует дополнительных денег. И нам это не нужно.

Шаг 3: Выбор диодов для моста

Как вы видите на принципиальной схеме, схема выпрямителя состоит из нескольких диодов. Чтобы сделать выпрямитель, нам нужно подобрать для него подходящие диоды. При выборе диода для мостовой схемы. Имейте в виду выходной ток нагрузки и максимальное пиковое вторичное напряжение трансформатора i-e 9В в нашем случае.

Вместо отдельных диодов вы также можете использовать один отдельный мост, который поставляется в корпусе IC. Но я не хочу, чтобы вы использовали его здесь, просто для изучения и игры с отдельными диодами.

Выбранный диод должен иметь номинальный ток больше, чем ток нагрузки (т.е. в данном случае 500 мА). И пиковое обратное напряжение (PIV) больше пикового вторичного напряжения трансформатора

Мы выбрали диод IN4001, потому что он имеет номинальный ток на 1 А больше, чем мы желаем, и пиковое обратное напряжение 50 В.Пиковое обратное напряжение — это напряжение, которое диод может выдерживать при обратном смещении.

Шаг 4: Выбор сглаживающего конденсатора и расчеты

При выборе подходящего конденсаторного фильтра необходимо учитывать его напряжение, номинальную мощность и значение емкости. Номинальное напряжение рассчитывается от вторичного напряжения трансформатора.

Практическое правило: номинальное напряжение конденсатора должно быть как минимум на 20% больше, чем вторичное напряжение. Итак, если вторичное напряжение составляет 13 В (пиковое значение для 9 В), то номинальное напряжение конденсатора должно быть не менее 50 В.

Во-вторых, нам нужно рассчитать правильное значение емкости. Это зависит от выходного напряжения и выходного тока. Чтобы найти правильное значение емкости, используйте формулу ниже:

Где,

Io = ток нагрузки, т.е. 500 мА в нашей конструкции, Vo = выходное напряжение, т.е. в нашем случае 5 В, f = частота, например, 50 Гц

В нашем случае:

Частота 50 Гц, потому что в нашей стране переменный ток 220 @ 50 Гц.У вас может быть сеть переменного тока 120 В при 60 Гц. Если да, то укажите значения соответственно.

Используя формулу конденсатора, практическое стандартное значение, близкое к этому значению, i-e 3.1847E-4, составляет 470 мкФ.

Еще одна важная формула приведена ниже. Это также можно использовать для расчета емкости конденсатора.

В данном случае R — сопротивление нагрузки. Rf — коэффициент пульсации, который для хорошей конструкции должен быть менее 10%. И на этом мы почти закончили с дизайном блока питания на 5 В.

Шаг 5: Обеспечение безопасности источника питания

Каждая конструкция должна иметь защитные приспособления для защиты от возгорания. Точно так же наш простой источник питания должен иметь один, то есть входной предохранитель. Входной предохранитель защитит наш источник питания в случае перегрузки.

Например, наша желаемая нагрузка может выдержать 500 мА. Если в случае, если наша нагрузка начнет плохо себя вести, есть вероятность заусенцев компонентов. Предохранитель защитит наши поставки.

Практическое правило для выбора номинала предохранителя: он должен быть как минимум на 20% больше, чем ток нагрузки.

Разработанный нами простой блок питания способен выдавать ток 1 А, который в некоторых случаях можно использовать. Если вы решили использовать его для таких случаев, то не забудьте прикрепить радиатор к микросхеме регулятора.

Больше удовольствия с электроникой

Электроника — это очень весело. Как только вы окунетесь в мир электроники, у вас всегда есть чем заняться.

Если вам нравится делать электронику своими руками, вам понравился этот пост, вы узнали все концепции дизайна, а теперь хотите создать свой собственный проект источника питания DIY.Вы хотите спаять и поиграть со всеми вышеупомянутыми компонентами, затем проверьте это, комплект блока питания Elenco (Amazon Link), вам будет интересен.

Кроме того, есть забавная книга под названием Make Electronics: Learning through discovery (Amazon link), , которая научит вас многим классным электронным устройствам на практике. Если вы найдете эту книгу интересной, попробуйте, и вы многому научитесь.

Заключение

Для меня, если вы любитель электроники или новичок, изучаете основы электроники, я бы порекомендовал вам разработать собственный лабораторный источник питания.

Он поможет вам изучить электронику, а также даст вам лучший лабораторный источник питания.

Я называю его лучшим, потому что вы сделаете его сами. И я не могу выразить словами, насколько весело играть с электроникой в ​​безопасной среде. Это похоже на обучение на практике

Не указывайте только источник питания 500 мА. Это может быть ваш источник питания 5 В постоянного тока с допустимым током до 500 мА. И это было то, что я знаю, как разработать источник питания постоянного тока на 5 В.

Надеюсь, это была вам какая-то помощь.

Спасибо и удачной жизни.

Прочие полезные сообщения

Инструменты поддержки проектирования источников питания

| ROHM Полупроводник

При выборе ИС переменного / постоянного и постоянного / постоянного тока для схем питания пользователи могут легко настроить виртуальные схемы в режиме онлайн и подтвердить работу приложения с различными входными сигналами и константами схемы перед проведением оценки с использованием реальных деталей.
Кроме того, при выборе LDO можно быстро проверить разницу входного / выходного напряжения и характеристики OCP.

Конструктор DC / DC

Инструмент

ROHM для онлайн-проектирования ROHM DC / DC Designer позволяет подтверждать характеристики схемы в режиме онлайн, включая эффективность, переходные характеристики и стабильность контура, с помощью простого трехэтапного процесса. Кроме того, можно настраивать константы схемы и входные сигналы, что значительно сокращает время выбора микросхем и периферийных компонентов.

* Требуется подключаемый модуль Microsoft Silverlight.Несовместимо с Google Chrome или Microsoft Edge.
Рекомендуемые браузеры: Microsoft Internet Explorer, Firefox.

Конструктор ROHM AC / DC

ROHM AC / DC Designer — это инструмент для поддержки проектирования ИС источников питания переменного / постоянного тока. Пользователи могут выбрать подходящую ИС на основе требований простых входных параметров и создать отчет о конструкции, который включает эталонную схему, список деталей и конструкцию трансформатора.