5.4. Конструирование линий электропитания.

Электроэнергия от источника к потребителям подводится двумя проводами - потенциальным и нулевым. Как правило, сложная аппаратура требует нескольких источников вторичного электропитания (ИВЭП). Потенциальные провода всех ИВЭП называются линиями электропитания и выполняются в виде индивидуальных проводов, нулевые провода в большинстве случаев объединяются и выполняются в виде одного мощного провода или металлического листа.

Основные схемы распределения электропитания приведены на рис. 5.16. Сравнение и выбор схем производится по падению напряжения, нагрузочной способности по току, легкости проведения электромонтажных работ и некоторым другим факторам.

Р ис. 5.16. Последовательная (а), петлевая (б), точечная (в) и параллельно – последовательная(г) схемы распределения электропитания: 1 - гибкий объемный провод; 2 - жесткая шина.

Электропитание по схемам последовательной и петлевой разводки подводится гибкими одно- и многожильными проводами, подсоединяемыми к выводам питания потребителей электроэнергии (ПЭ). Преимуществом этих схем разводки является простота конструкции, легкость в проектировании и монтаже. Необходимость в двух коммутационных выводах ПЭ (подводящего и отводящего), наличие контура в петлевой схеме разводки и в связи с этим помехи от магнитного поля - основные недостатки первых двух способов разводки.

Точечная разводка осуществляется жестким проводом (шиной) и системой гибких проводов, с одного конца подпаиваемых к жесткому проводу, а с другого - к ПЭ. Параллельно-последовательную разводку рекомендуется применять при регулярном расположении ПЭ. Как и при точечной разводке, суммарные токи протекают по мощной линии электропитания с большой площадью поперечного сечения.

Рис. 5.17. Узлы подвода электропитания: 1 - корпус узла; 2 - проводящая пластина с контактными лепестками; 3 - монтажная панель; 4 - кронштейн; 5 – провод.

В точечной и параллельно-последовательной схемах разводки линии электропитания и нулевого потенциала выполняются в виде единой конструкции, состоящей из медных проводников или проводов (рис. 5.17). Фиксация проводников осуществляется установкой на клей, круглых

5.18. Эквивалентная схема для расчета падения напряжения на линии электропитания

проводов - нанесением на концевые части цилиндрической поверхности припоя.

К недостаткам точечного и параллельно-последовательного способов разводки следует отнести необходимость введения мер, учитывающих нерегулярное расположение ПЭ, появление перекрестных помех из-за индуктивной связи между гибкими проводами, ненадежность при перепайке.

В сложной аппаратуре из-за ограничений на конструкцию одновременно могут использоваться несколько вариантов разводки электропитания, если подобный подход позволит улучшить электрические параметры, упростить монтаж, повысить ремонтопригодность.

Падение напряжения на линиях электропитания. Рассчитаем падение напряжения на линии электропитания (рис. 5.18). Для этого введем следующие допущения. Полагая токи ПЭ независящими от изменения напряжения электропитания, представим ПЭ приемником тока, что правомерно для ЭА на микросхемах, имеющими допуск по питающему напряжению в 5 ... 10 %. Расчет проведем как для последовательной (сплошная линия), так и петлевой разводки (добавляется штриховая линия). Для упрощения будем считать, что токи приемников электропитания равны, а так же равны и сопротивления участков линии, между которыми подсоединяются ПЭ. Без учета падения напряжения на линии нулевого потенциала, напряжение на линии электропитания будет

,

где n - число ПЭ.

Эквивалентная схема петлевой разводки представляет собой последовательную схему, в которой между начальной и конечными точками линии введено сопротивление , что по сравнению с последовательной разводкой приводит к уменьшению падения напряжения в худшем случае несколько меньше, чем вдвое.

В приведенном выше выражении произведение представляет собой полное сопротивление линии электропитания (ЛЭП). Полагая, что , получим

,

Рис. 5.19. Две линии электропитания от одного ИВЭП.

где , - сопротивление на единицу длины линии (погонное сопротивление) и длина линии электропитания.

Уменьшая длину и сопротивление ЛЭП, а также число ПЭ, подключаемых к линии, можно снизить в любое число раз. Уменьшение длины линии возможно микроминиатюризацией и соответствующей компоновкой аппаратуры, уменьшением числа ПЭ - введением в конструкцию нескольких линий, подсоединяемых к одному ИВЭП (рис. 5.19). Следующий путь уменьшения падения напряжения на линии электропитания - уменьшение сопротивлений или .

В табл. 5.8 приведены три широко используемых схемы выполнения линий электропитания и нулевого потенциала, а также представлены зависимости для расчета их электрических параметров. Хотя полное сопротивление ЛЭП складывается из активной и реактивной составляющих, уже на частоте 100 кГц активным сопротивлением можно пренебречь и рассматривать только индуктивную составляющую. Уменьшение индуктивности ЛЭП может быть достигнуто увеличением размеров ее поперечного сечения. Однако подобный подход

Таблица 5.8.