 | Кафедра прикладної радіоелектроніки |
[RE-41] Джерела живлення та засоби силової електроніки
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
Програма навчальної дисципліни
1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Джерело живлення (ДЖ) - невід'ємна складова кожного радіоелектронного апарату. Використовуються для живлення не тільки РЕА, але і для силових агрегатів в системах автоматизованого керування. Сукупність схемотехніних рішень ДЖ охоплює як найпростіші варіанти (параметриний стабілізатор), так і сучасні з використанням інверторів, що дозволяють формувати сигнали заданої форми і частоти в широкому діапахзоні потужностей.
Результати навчання. Ознайомлення з особливостями схемотехних рішень сучасних ДЖ. Оцінка впливу схемотехних рішень та значень параметрів компонентів на вихідні парамети ДЖ. Аналіз процесів перетворення сигналу в складових (випрямляч, згладжувальний фільтр, стабілізатор) ДЖ. Способи регулювання напруги та струму навантаження. Засоби захисту ДЖ від перенавантажень та ВЧ-завад.
Уміння вибрати оптимальне схемотехнічне рішення та типи радіокомпонентів, враховуючи їх граничні режими (напруга, струм, потужність) роботи. Реалізувати в широкому діапазоні потужностей ДЖ високої надійності і низької собівартості, враховуючи особливості конструктоської реалізації компонентів силової електроніки. А також, уміння виявляти слабкі місця та діагностувати можливий дефект в найбільш навантаженому функціональному вузлі радіоелектронного апарату.
2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Фізика (електрика і магнетизм, закони Ома та Кірхгофа, рівняння Максвела), вища математика (основи диференіального та інтегрального числення, лінгійні диференіальні рівняння), основи радіоелектроніки.
3. Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1. Лінійні джерела живлення
Тема 1.1. Вступ.
Основні відомості про джерела живлення. Поняття первинних i вторинних джерел живлення.. Структурні схеми і принципи побудови джерел живлення. Вхідні та вихідні параметри джерел живлення
Тема 1.2. . Випрямлячі.
Напівперіодна та двопівперіодна схеми однофазного живлення. Випрямлячі з розчепленням напруги .. Трифазні випрямлячі. Вибір вентиля. Габаритна потужність трансформатора. ККД лінійних джерел напруги. Випрямлячі з множенням напруги. Схема Латура. Основнi спiввiдношення. Керування потужності випрямленої напруги.
Тема 1.3. Фільтруючі пристрої.
Зменшення пульсацій за допомогою пасивних Г-подiбних та П-подiбних фiльтрiв. Активні фільтри. Послідовний та паралельний активні фільтри. Побудова. Параметри активних фільтрів.
Тема 1.4. Лінійні стабілізатори напруги та струму. Схеми та параметри. Параметричні стабілізатори. Джерела опорної напруги. Транзисторні компенсаційні стабілізатори. Схеми, принципи роботи. Стабілізуючі властивості. Три–входові та чотири–входові промислові стабілізатори
Розділ 2. Імпульсні джерела живлення
Тема 2.1. Імпульсні стабілізатори.
Понижуючий та підвищуючий перетворювач напруги. Призначення та принципи дії. Розрахунок дроселів для накопичення енергії. Широтно-імпульсні та частотно-імпульсні модулятори. Релейні стабілізатори. Методи зменшення втрат в ключовому транзисторі. Недоліки ключових стабілізаторів. Транзисторні перетворювачі напруги. Схемні рішення Принцип дії.
Тема 2..2. Імпульсні джерела живлення.
Класифікація. Основи побудови джерел живлення з широтно-імпульсною модуляцією. Драйвери сучасних імпульсних блоків живлення. Схеми формування управляючого сигналу з широтно-імпульсною модуляцією
Тема 2.3. Зворотно–ходові імпульсні джерела живлення.
Методи підвищення ККД . Розрахунок трансформаторів. Вибір магнітних матеріалів. Вхідні фільтри імпульсних джерел живлення для зменшення зовнішніх синфазних та несинфазних завад.
Тема 2.4. Джерела живлення з фотобатареями
Вольт–амперні характеристики сонячних елементів. Перетворювачі постійного струму в змінний. Інвертори. Принцип роботи. Основні параметри. Ключові елементи інверторів. ККД
Тема 2.5. Програмовані джерела живлення та джерела живлення спеціального призначення.
Елементи захисту джерел живлення від коротких замикань на виході та нестабільних вхідних напруг.
|
|
Тема 2.6. Пристрої живлення переносної апаратури. Гальванічні елементи та батареї. Характеристики сучасних гальванічних елементів цинкових, з окису цинку та інших. Гальванічні елементи з поліпшеними параметрами.
4. Навчальні матеріали та ресурси
Рекомендована базова
1. Brown, Marty. Power supply cookbook / Marty Brown.—2nd ed. p. cm. 288 p. ISBN 0-7506-7329-X
2. Зіньковський Ю.Ф., Коваль А.В. Комп’ютерне схемотехнічне моделювання елементів радіоелектроніки, підручник, Т2, – К. НТУ, 2013 – 376 с.
3. Irving M. Gottlieb Power Supplies, Switching Regulators, Inverters, and Converters. -544p. ISBN 5-901095-05-7
4. Severns R., Bloom G. Modern switch mode converter circuits. - 249 p. ISBN 0-442-21396-4
Допоміжна
1. L:.H. Dixon, Deriving the Equivalent Electrical Circuit from the Magnetic Device Physical Properties, Unitrode/TI Magnetics Design Handbook, 2000, Topic R4, TI Literature No. SLUP132
2. Mammano R. "Switching Power Supply Topology Voltage Mode vs. Current Mode". App.Note, 1994 (SLUA119)
.
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття
|
№ з/п |
Назва теми лекції та перелік основних питань (перелік дидактичних засобів, посилань на літературу та завдання на СРС) |
|
1 |
Тема "Вступ"
Література Brown, Marty. Power supply cookbook / Marty Brown.—2nd ed. p. cm. 288 p. ISBN 0-7506-7329-X |
|
2
|
Тема "Нестабілізовані джерела живлення. Випрямлячі"
Література
Завдання на СРС
|
|
3 |
Тема "Нестабілізовані джерела живлення. Випрямлячі"
Література
Завдання на СРС
|
|
5 |
Тема "Нестабілізовані джерела живлення. Фільтруючі пристрої"
Література
Завдання на СРС
|
|
6 |
Тема "Стабілізатори напруги та струму. лінійні стабілізатори" Лінійні стабілізатори напруги та струму. Основні поняття. Схеми та параметри. Параметричні стабілізатори. Транзисторні компенсаційні стабілізатори. Джерела опорної напруги. Схеми, принципи роботи. Методи підвищення стабілізуючих властивостей. Три–входові та чотири–входові промислові стабілізатори. Література
Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції. |
|
7 |
Тема "Стабілізатори напруги та струму. Імпульсні стабілізатори." Імпульсні стабілізатори. Понижаючий та підвищуючий перетворювач напруги. Призначення та принципи дії. Розрахунок дроселів для накопичення енергії. Широтно-імпульсні та частотно-імпульсні модулятори. Література Severns R., Bloom G. Modern switch mode converter circuits. - 249 p. ISBN 0-442-21396-4 Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції. |
|
9 |
Релейні стабілізатори. Методи зменшення втрат в ключовому транзисторі. Недоліки ключових стабілізаторів. Транзисторні перетворювачі напруги. Схемні рішення Принцип дії. Енергетичні показники Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції. |
|
10 |
Імпульсні джерела живлення. Класифікація імпульсних джерел живлення. Основи побудови джерел живлення з широтно-імпульсною модуляцією. Розробка імпульсних джерел живлення з широтно-імпульсною модуляцією. Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції |
|
11 |
Драйвери сучасних імпульсних блоків живлення. Схеми формування управляючого сигналу з широтно-імпульсною модуляцією. Розрахунок схеми. Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції |
|
12 |
Зворотно–ходові імпульсні джерела живлення. Методики формування сигналів для підвищення коефіцієнта корисної дії імпульсного джерела живлення. Розрахунок трансформаторів. Вибір магнітних матеріалів. Вхідні фільтри імпульсних джерел живлення для зменшення зовнішніх синфазних та несинфазних завад. Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції. |
|
13 |
Сонячні джерела живлення. Вольт–амперні характеристики сонячних елементів. Перетворювачі постійного струму в змінний. Інвертори. Принцип роботи. Основні параметри. Вибір частоти перетворювача. Процеси в ключових елементах інверторів. Обґрунтування вибору транзисторів для підвищення ККД. Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції |
|
14 |
Програмовані джерела живлення та джерела живлення спеціального призначення. Елементи захисту джерел живлення від коротких замикань на виході та нестабільних вхідних напруг. Пристрої живлення переносної апаратури Завдання на СРС: повторити матеріал попередньої лекції. |
6. Самостійна робота студента
Самостійна робота студента є невід’ємною умовою успішного опанування курсу. Вона складається з вивчення літератури по темам дисципліни, підготовку до модульної контрольної роботи, підготовку до лабораторних робіт, опрацювання результатів лабораторних робіт. На опрацювання результатів лабораторних робіт відводиться один тиждень.
Політика та контроль
7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Відвідування занять, як лекцій так і лабораторних робіт, є обов’язковим. У випадку проведення навчань в дистанційній формі студент має своєчасно приєднуватись до конференції, неприпустимі запізнення більше, ніж на п’ять хв.. Лабораторні роботи виконуються кожним студентом самостійно відповідно до індивідуального варіанту завдання. Перед лабораторною роботою викладач може перевірити рівень компетентності студентів в темі лабораторної роботи. Під час проведення та захисту лабораторних робіт студенту дозволяється користуватись будь-яким довідковим матеріалом. Захист лабораторних робіт проводиться в індивідуальному порядку. На опрацювання та захист лабораторної роботи відводиться один тиждень. За недотримання термінів захисту лабораторних робіт вводяться штрафні бали: за кожен день понад термін максимальна можлива кількість балів, яку студент може отримати за лабораторну роботу, зменшується на одиницю.
8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Поточний контроль: зійснюється по результатам виконання студентами лабораторних робіт, а також МКР.
Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.
Семестровий контроль: залік
Умови допуску до семестрового контролю: зарахування усіх лабораторних робіт.
РСО передбачає наступні види контролю та оцінювання результатів навчання:
|
Вид робіт: |
Максимальна кількість балів |
|
МКР |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
залік |
20 |
|
Лабораторні роботи №1, №2, №4.1 Лабораторні роботи №4.2, №4.3 |
10 за кожну роботу 15 за кожну роботу |
|
|
|
Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100-95 | Відмінно |
| 94-85 | Дуже добре |
| 84-75 | Добре |
| 74-65 | Задовільно |
| 64-60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Не виконані умови допуску | Не допущено |
9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
...Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни
Лабораторія корструювання радіоапаратури. Прилади вимірювання напруги та струму, осцилоскоп. Лаборані роботи: "Дослідження кривої намагнічування осердя силового трансформатора та розрахунок його ККД"; "Дослідження пасивного RC-фільтра"; "Дослідження активного фільтра"; "Дослідження параметричного стабілізатора"; "Дослідження серійного інвертора"; "Дослідження джерела живлення на сонячній батареї";.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Кирпатенко І. М.;
Ухвалено кафедрою ПРЕ (протокол № 06/2025 від 24.06.2025 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06/2025 від 25.06.2025 )