Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1990/D19900125Elc006.shtml

Зачем нужно распределенное питание!

Крупные вычислительные и испытательные системы, комплексы оборудования для автоматизированного производства и контрольно-измерительные медицинские системы нуждаются в применении распределенного питания. Такие системы могут содержать десятки печатных плат, каждая длиной до 61 см и более, плотно уставленных быстродействующими логическими КМОП- или ЭСЛ-схемами. При этом для одной платы может требоваться питание +5 В /10, А, -5,2 В/10 А и -2 В/15 А, а для другой совсем иная комбинация питающих напряжений и токов, например -2 В/30 А, +12 В/1 А и +5 В/3 А. В общем же для питания системы может потребоваться -2 В/200 А, -5,1 В/50 А и еще несколько напряжений

В такой системе можно без труда расположить 100 и более модульных ИП. Один из заказчиков фирмы Vicor уже разместил более 400 модулей MiniMod в одной системе — и это не единственный случай.

Применение распределенного питания не ограничивается лишь большими системами— оно может быть применено и в небольших устройствах. В течение уже ряда лет в аналоговых платах ввода-вывода шин передачи данных используются монтируемые на печатные платы (1—5) Вт преобразователи, вырабатывающие +15 В из напряжения питания системы 5 В. Такой путь, конечно, не самый экономичный, однако он практичен.

Основная причина перехода на распределенное питание обусловлена трудностями, возникающими при разводке питающих напряжений. Если вся энергия питания вырабатывается в полудюжине ИП, расположенных в одном из углов общего кожуха, то несколько выходящих оттуда кабелей, весьма вероятно, будут напоминать по толщине кабельные аккумуляторные перемычки, используемые в автомобилях. Предположив, что кабель имеет длину 3 м (не очень много для больших систем, когда кабель идет к нагрузке и обратно), то 6 м медного провода диаметром 2,59 мм (калибр №10) будут иметь сопротивление около 0,01 Ом. Если это сопротивление умножить на 200 А, то получим падение напряжения в 2 В.

Медная жила провода с внешним диаметром 2,59 мм имеет диаметр без изоляции 2,54 мм. Легко показать, что для уменьшения падения напряжения с 2 В до 100 мВ необходимо использовать провода диаметром 12,7 мм. Кроме того, потребуются отдельные шины диаметром 2,59 мм для соединения основной шины с отдельными платами. При этом следует учитывать высокую стоимость меди. Для сравнения: электрическая печь, а возможно, и вся кухня, имеет электропроводку из провода диаметром 2,05 мм, а остальные помещения дома — из провода диаметром 1,63 мм, причем чаще одножильного, чем многожильного.

При этом еще не затрагивались вопросы статической и динамической нестабильности. Что произойдет, когда установленная на плате КМОП-логика начнет синхронно переключаться, создавая в шине питания перепады тока в 40 А с фронтами 5 нс? Если предположить, что шина, подходящая к этой плате, имеет диаметр 2,59 мм, то сеомическим сопротивлением можно пренебречь. В данном случае возникают более трудные проблемы, обусловленные собственной индуктивностью 3-м шины питания, проходящей внутри корпуса системы, так что установленные на плате конденсаторы должны иметь достаточно большую емкость, чтобы погасить мощные импульсные переходные процессы, что существенно увеличивает их стоимость. Решить эти неприятные проблемы можно посредством распределенного питания.

Так, распределенное питание позволяет разводить по системе напряжение питания с относительно высоким уровнем, достигающим 60 В, но все же достаточно низким, чтобы удовлетворить требованиям стандартов по безопасности эксплуатации. Благодаря использованию распределенного питания оказывается, что приведенное выше в качестве примера требование питания 2 В/200 А — это только 400 Вт или 8 А при 50 В. При этом падение напряжения на проводе диаметром 1,63 мм и длиной 3 м составит всего 1 В или 2%, что с большим запасом попадает в пределы стабилизации модуля.

Родительская статья:

100-Вт преобразователи для систем распределенного питания

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 63, No.03 (832), 1990г - пер. с англ. М.: Мир, 1990, стр.9

Electronics Design Vol.38 No.1 January 11, 1990 A Penton Publication

Electronics Design Vol.38 No.2 January 25, 1990 A Penton Publication

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Системы питания





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1990/D19900125Elc006.shtml