Расширенная структура подсистемы питания

Структура питания с преобразователем, имеющим входы резервных источников.

Структуры питания на понижающе-превышающих преобразователях.

При использовании в подсистеме питания трёх одноэлементных источников структура усложняется. Дело в том, что диапазон изменения напряжений такого источника (2,7…4,5) В. Верхнее значение больше, а нижнее меньше требуемого выходного 3,3 В (как в нашем примере). Использовать понижающие или повышающие преобразователи в этой ситуации невозможно. В подобных случаях используются понижающе-повышающие преобразователи (рис.8.2.3). Это относительно современные разработки и предлагаются на рынке фирмами Linear Technology, Texas Instruments, Austriamicrosystems, National Semiconductor, Analog Devices, STM и другими.

Особенностью этих преобразователей является возможность плавного перехода из понижающего режима в режим повышения входного напряжения. Некоторые изделия допускают также и управляемое переключение режимов.

В особо ответственных случаях питание измерителей осуществляют от нескольких источников: основного и дополнительных (рис. 8.2.4). Дополнительные выполняют роль резерва. В настоящее время получили распространение преобразователи, к которым могут подключаться три первичных источника: с напряжением 5 В (питание от USB-порта компьютера), с напряжением (5…12) В от внешнего сетевого адаптера и литиевая батарея (2,7…4,2 В). Питание приборов осуществляется от батареи, которая всё время находится в режиме подзаряда от других внешних источников. При использовании такого решения необходимо иметь в виду, что аккумуляторы не всегда могут заряжаться при низких температурах!

На рис.8.2.5 представлена расширенная структурная схема подсистемы питания, которая содержит дополнительно инвертирующий преобразователь для формирования напряжения отрицательной полярности (для АЦП, операционных усилителей и др.) и источник опорного напряжения для АЦП или других нагрузок.

Выводы по подразделу питания для портативных СИ КПКЭ.

Проектирование устройства питания для портативных приборов (использующих ЭИЭ) – не простая задача даже в современных условиях, когда на рынке представлены в широком ассортименте, как первичные источники энергии, так и вторичные преобразователи. Создать такую подсистему – серьёзная инженерная задача. Основная трудность заключается в том, что условия эксплуатации портативных приборов, предназначенных для проведения энерготехнологического аудита, могут быть самыми разными. В первую очередь приходится учитывать продолжительность аудита и температурный диапазон эксплуатации. В ряде случаев полезно учитывать также цену и условия приобретения (сроки, надёжность поставщика) ЭИЭ.

Практическая рекомендация: при проектировании ПП для портативных СИ полезно это делать с таким расчётом, чтобы можно было оперативно менять качество применяемых ЭИЭ. Другими словами, конструкция СИ должна позволять подключение ЭИЭ различных видов - как батарей, так и аккумуляторов с различными характеристиками.

Варианты вторичных преобразователей питания для стационарных СИ КПКЭ [16]

Под стационарными СИ ПКЭ будем понимать измерители, предназначенные для проведения мониторинга или продолжительного аудита электрических сетей. В обоих случаях измерители устанавливаются вблизи точек контроля на продолжительное время (1…3 и более месяцев). Батареи в этом случае могут быть достаточно громоздкими и не могут быть встроены в корпус измерителей.

Питание для таких измерителей осуществляется от источников бесперебойного питания (ИБП), отдельных средств питания, располагаемых рядом или на расстоянии. Во втором случае питание от источника постоянного тока подаётся по линиям удалённых интерфейсов типа RS485/422, CAN, Ethernet.

В ряде случаев первичное питание создаются в измерителе от источника контролируемого напряжения. Этот вариант мы не рассматриваем.

Типовая структурная схема стационарных СИ КПКЭ содержит до пяти гальванических зон питания (см. рисунок ниже). Внутри каждой зоны действует своё напряжение (или несколько напряжений) которые не имеют гальванической связи – говорят, что зоны разделены гальваническими барьерами так, что общий провод в каждой зоне свой.

Таким образом, при проектировании подсистемы питания для СИ ПКЭ необходимо формировать несколько групп питания – по одной на каждую зону.