ВТОРИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ (ВАРИАНТЫ)

Техническое решение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения питания электроприбора электрической энергией путем преобразования энергии других источников и может быть использовано для снижения электромагнитных помех при их воздействии по первичной сети электропитания.
Аналогом является вторичный источник электропитания (Головков А.В. Блоки питания для системных модулей типа IBM PC-XT/AT. - М.: ЛАД и Н, 1995. - 91 с., рис.57, С.64). Данное устройство содержит металлический корпус, функциональный модуль преобразования энергии, внешний сетевой кабель, входной сетевой разъем, сетевой кабель внутри корпуса вторичного источника электропитания, кабели питания электроприборов.
В качестве прототипа, для всех вариантов, выбран вторичный источник электропитания (марка ModStream 520 W компании OCZ Technology). Данное устройство содержит металлический корпус, функциональный модуль преобразования энергии, установленный внутри корпуса, внешний экранированный сетевой кабель, находящийся вне корпуса, входной сетевой и выходной разъемы, установленные на корпусе вторичного источника электропитания, внутренний сетевой кабель находящийся внутри корпуса, внутренний кабель питания электроприборов, находящийся внутри корпуса, и внешний экранированный кабель питания электроприборов, находящийся вне корпуса. Внешний экранированный сетевой кабель соединен с входным сетевым разъемом, внутренний сетевой кабель соединен с входным сетевым разъемом и функциональным модулем преобразования энергии, внутренний кабель питания электроприборов соединен с функциональным модулем преобразования энергии и выходным разъемом, внешний экранированный кабель питания электроприборов соединен с выходным разъемом. Данный вторичный источник электропитания содержит внутренний сетевой кабель и внутренний кабель питания электроприборов в виде обычной двухпроводной линии, что приводит к возникновению существенной паразитной емкости и индуктивности непосредственно между ними, а также паразитной емкости через металлический корпус вторичного источника электропитания. При возникновении в первичной сети питания высоковольтных импульсных помех, во внутреннем кабеле питания электроприборов возникает существенная электромагнитная помеха. Далее данная электромагнитная помеха может нарушить помехоустойчивость, подключенных к кабелю питания, электроприборов.
Решаемая техническая задача - снижение электромагнитных помех в кабеле питания электроприборов вторичного источника электропитания при воздействии электромагнитных помех от сети питания.
Решаемая техническая задача во вторичном источнике электропитания, в его первом варианте, содержащем металлический корпус, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса, входной сетевой разъем и выходной разъем, установленные на корпусе, внешний экранированный сетевой кабель, находящийся вне корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом, внешний экранированный кабель питания электроприборов, находящийся вне корпуса, и соединенный с выходным разъемом, достигается тем, что в него введены внутренний экранированный сетевой кабель, расположенный внутри корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом и функциональным модулем преобразования энергии, внутренний экранированный кабель питания электроприборов, расположенный внутри корпуса, и соединенный с функциональным модулем преобразования энергии и выходным разъемом.
Решаемая техническая задача во вторичном источнике электропитания, в его втором варианте, содержащем металлический корпус, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса, входной сетевой разъем и выходной разъем, установленные на корпусе, внешний экранированный сетевой кабель, находящийся вне корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом, внешний экранированный кабель питания электроприборов, находящийся вне корпуса, и соединенный с выходным разъемом, достигается тем, что в него введены внутренний сетевой кабель, выполненный в виде витой пары проводников, расположенный внутри корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом и функциональным модулем преобразования энергии, внутренний кабель питания электроприборов, выполненный в виде витой пары проводников, расположенный внутри корпуса, и соединенный с функциональным модулем преобразования энергии и выходным разъемом.
Решаемая техническая задача во вторичном источнике электропитания, в его третьем варианте, содержащем металлический корпус, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса, входной сетевой разъем и выходной разъем, установленные на корпусе, внешний экранированный сетевой кабель, находящийся вне корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом, внешний экранированный кабель питания электроприборов, находящийся вне корпуса, и соединенный с выходным разъемом, достигается тем, что в него введены внутренний сетевой кабель, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, расположенный внутри корпуса, и соединенный с входным сетевым разъемом и функциональным модулем преобразования энергии, внутренний кабель питания электроприборов, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, расположенный внутри корпуса, и соединенный с функциональным модулем преобразования энергии и выходным разъемом.
На фиг.1 приведена конструкция вторичного источника электропитания, его первый вариант; на фиг.2 приведена конструкция вторичного источника электропитания, его второй вариант; на фиг.3 приведена конструкция вторичного источника электропитания, его третий вариант; на фиг.4 приведен пример электромагнитной помехи в сети питания (в соответствии с ГОСТ Р 51317.4.4-99 «Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к наносекундным импульсным помехам»; амплитуда рассмотренной помехи в первичной сети питания 250 В); на фиг.5 приведена осциллограмма электромагнитной помехи в кабеле питания электроприборов для прототипа; на фиг.6 приведена осциллограмма электромагнитной помехи в кабеле питания электроприборов вторичного источника электропитания в его первом варианте; на фиг.7 приведена осциллограмма электромагнитной помехи в кабеле питания электроприборов вторичного источника электропитания в его втором варианте; на фиг.8 приведена осциллограмма электромагнитной помехи в кабеле питания электроприборов вторичного источника электропитания в его третьем варианте.
Вторичный источник электропитания, по его первому варианту (фиг.1), содержит металлический корпус 1, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса 1, который состоит из функционального узла преобразования энергии 2 установленного на печатной плате 3, входной сетевой разъем 4 и выходной разъем 5, установленные на корпусе 1, внешний экранированный сетевой кабель 6, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4, внешний экранированный кабель питания электроприборов 7, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с выходным разъемом 5, внутренний экранированный сетевой кабель 8, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4 и функциональным узлом преобразования энергии 2, внутренний экранированный кабель питания электроприборов 9, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с функциональным узлом преобразования энергии 2 и выходным разъемом 5. Экранирующие оболочки внешнего экранированного сетевого кабеля 6, внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7, внутреннего экранированного сетевого кабеля 8, внутреннего экранированного кабеля питания электроприборов 9 и корпус 1 источника вторичного электропитания заземлены.
Вторичный источник электропитания, по его второму варианту (фиг.2), содержит металлический корпус 1, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса 1, который состоит из функционального узла преобразования энергии 2 установленного на печатной плате 3, входной сетевой разъем 4 и выходной разъем 5, установленные на корпусе 1, внешний экранированный сетевой кабель 6, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4, внешний экранированный кабель питания электроприборов 7, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с выходным разъемом 5, внутренний сетевой кабель 10, выполненный в виде витой пары проводников, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4 и функциональным узлом преобразования энергии 2, внутренний кабель питания электроприборов 11, выполненный в виде витой пары проводников, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с функциональным узлом преобразования энергии 2 и выходным разъемом 5. Экранирующие оболочки внешнего экранированного сетевого кабеля 6, внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7 и корпус 1 источника вторичного электропитания заземлены.
Вторичный источник электропитания, по его третьему варианту (фиг.3), содержит металлический корпус 1, функциональный модуль преобразования энергии, расположенный внутри корпуса 1, который состоит из функционального узла преобразования энергии 2 установленного на печатной плате 3, входной сетевой разъем 4 и выходной разъем 5, установленные на корпусе 1, внешний экранированный сетевой кабель 6, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4, внешний экранированный кабель питания электроприборов 7, находящийся вне корпуса 1, и соединенный с выходным разъемом 5, внутренний сетевой кабель 12, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с входным сетевым разъемом 4 и функциональным узлом преобразования энергии 2, внутренний кабель питания электроприборов 13, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, расположенный внутри корпуса 1, и соединенный с функциональным узлом преобразования энергии 2 и выходным разъемом 5. Экранирующие оболочки внешнего экранированного сетевого кабеля 6, внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7, внутреннего сетевого кабеля 12, выполненного в виде экранированной витой пары проводников, внутреннего кабеля питания электроприборов 13, выполненного в виде экранированной витой пары проводников и корпус 1 источника вторичного электропитания заземлены.
Рассмотрим источник вторичного электропитания в работе по его первому варианту. Внешний экранированный сетевой кабель 6 подключают к первичной сети питания. Внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 подключают к потребителям. Ток с первичной сети питания по внешнему экранированному сетевому кабелю 6, через входной сетевой разъем 4 и внутренний экранированный сетевой кабель 8 протекает к функциональному узлу преобразования энергии 2. Из функционального узла преобразования энергии 2 ток, с требуемыми преобразованными формой и параметрами, через внутренний экранированный кабель питания электроприборов 9, выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 поступает к потребителям. В случае возникновения в первичной сети питания высоковольтных импульсных помех (например, фиг.4), помеха проходит по тому же пути, как и ток с первичной сети питания, но существенно ослабляется в функциональном узле преобразования энергии 2. При этом одним из дополнительных путей проникновения высоковольтных импульсных помех, в внутренний экранированный кабель питания электроприборов 9, и далее через выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 к потребителям, является паразитная емкость и индуктивность между внутренними экранированными сетевым кабелем 8 и кабелем питания электроприборов 9. Во вторичном источнике электропитания, в его первом варианте, данная паразитная емкость и индуктивность существенно меньше чем в прототипе за счет экранирования внутреннего сетевого кабеля 8 и кабеля питания электроприборов 9. Таким образом, электромагнитная помеха, проникающая к потребителю, существенно снижается.
Рассмотрим источник вторичного электропитания в работе по его второму варианту. Внешний экранированный сетевой кабель 6 подключают к первичной сети питания. Внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 подключают к потребителям. Ток с первичной сети питания по внешнему экранированному сетевому кабелю 6, через входной сетевой разъем 4 и внутренний сетевой кабель 10, выполненный в виде витой пары проводников, протекает к функциональному узлу преобразования энергии 2. Из функционального узла преобразования энергии 2 ток, с требуемыми преобразованными формой и параметрами, через внутренний кабель питания электроприборов 11, выполненный в виде витой пары проводников, выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 поступает к потребителям. В случае возникновения в первичной сети питания высоковольтных импульсных помех (например, фиг.4), помеха проходит по тому же пути, как и ток с первичной сети питания, но существенно ослабляется в функциональном узле преобразования энергии 2. При этом одним из дополнительных путей проникновения высоковольтных импульсных помех, в внутренний кабель питания электроприборов 9, и далее через выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 к потребителям, является паразитная емкость и индуктивность между внутренними сетевым кабелем 10 и кабелем питания электроприборов 11. Во вторичном источнике электропитания, в его втором варианте, паразитная индуктивность меньше чем в прототипе за счет выполнения внутреннего сетевого кабеля 10 и кабеля питания электроприборов 11, в виде витой пары проводников. Таким образом, электромагнитная помеха, проникающая к потребителю, снижается.
Рассмотрим источник вторичного электропитания в работе по его третьему варианту. Внешний экранированный сетевой кабель 6 подключают к первичной сети питания. Внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 подключают к потребителям. Ток с первичной сети питания по внешнему экранированному сетевому кабелю 6, через входной сетевой разъем 4 и внутренний сетевой кабель 12, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, протекает к функциональному узлу преобразования энергии 2. Из функционального узла преобразования энергии 2 ток, с требуемыми преобразованными формой и параметрами, через внутренний кабель питания электроприборов 13, выполненный в виде экранированной витой пары проводников, выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 поступает к потребителям. В случае возникновения в первичной сети питания высоковольтных импульсных помех (например, фиг.4), помеха проходит по тому же пути, как и ток с первичной сети питания, но существенно ослабляется в функциональном узле преобразования энергии 2. При этом одним из дополнительных путей проникновения высоковольтных импульсных помех, в внутренний кабель питания электроприборов 13, и далее через выходной разъем 5 и внешний экранированный кабель питания электроприборов 7 к потребителям, является паразитная емкость и индуктивность между внутренними сетевым кабелем 12 и кабелем питания электроприборов 13. Во вторичном источнике электропитания, в его третьем варианте, данная паразитная емкость и индуктивность меньше чем в прототипе за счет выполнения внутреннего сетевого кабеля 12 и кабеля питания электроприборов 13, в виде экранированной витой пары проводников. Таким образом, электромагнитная помеха, проникающая к потребителю, существенно снижается.
На фиг.5 приведена осциллограмма электромагнитной помехи, измеренная в конце внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7 для прототипа, при воздействии указанной ранее электромагнитной помехи по первичной сети питания (фиг.4). На фиг.6 приведена осциллограмма электромагнитной помехи, измеренная в конце внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7 для вторичного источника электропитания, в его первом варианте, при воздействии указанной ранее электромагнитной помехи по первичной сети питания (фиг.4). На фиг.7 приведена осциллограмма электромагнитной помехи, измеренная в конце внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7 для вторичного источника электропитания, в его втором варианте, при воздействии указанной ранее электромагнитной помехи по первичной сети питания (фиг.4). На фиг.8 приведена осциллограмма электромагнитной помехи, измеренная в конце внешнего экранированного кабеля питания электроприборов 7 для вторичного источника электропитания, в его третьем варианте, при воздействии указанной ранее электромагнитной помехи по первичной сети питания (фиг.4).
Как видим из результатов, при рассмотренных исходных данных: для вторичного источника электропитания прототипа электромагнитная помеха составляет 10,1 В по максимальной амплитуде (положительной) и 15 В по размаху; для вторичного источника электропитания в его первом варианте снижение электромагнитной помехи составляет 43,9% по максимальной амплитуде (положительной) и 43,5% по размаху; для вторичного источника электропитания в его втором варианте снижение электромагнитной помехи составляет 18,8% по максимальной амплитуде (положительной) и 24% по размаху; для вторичного источника электропитания в его третьем варианте снижение электромагнитной помехи составляет 50% по максимальной амплитуде (положительной) и 50,9% по размаху.