Материал: Источники питания РЭА

УДК 629.1.055 (075) ББК 32.96-04я7

Е78

Рецензенты: старший научный сотрудник Ульяновского отделения института радиоэлектроники российской академии наук, кандидат технических наук Зарукин А.И.; ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения», научно-техническое направление «Разработка радиоэлектронной аппаратуры».

Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского государственного технического университета в качестве учебного пособия.

Ефимов И.П.

Е78 Источники питания РЭА: Учебное пособие. – 2-е изд., испр. Ульяновск: УлГТУ, 2002. – 136 с.

ISBN 5-89146-268-0

Рассмотрены: параметры и схемотехника линейных и импульсных источников питания на полупроводниковых элементах; функциональные узлы вторичных источников электропитания (трансформаторы, управляемые и неуправляемые выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы напряжения на дискретных элементах и интегральных микросхемах, узлы защиты от перегрузки по току и перенапряжения); химические источники тока наиболее распространенных систем (угольно-цинковой и хлористо-цинковой, щелочно-марганцевой, ртутно-цинковой, серебряно-цинковой и литиевых систем). Затронуты технико-экономические вопросы применения различных химических источников тока в современной аппаратуре.

Пособие составлено в соответствии с учебным планом и рабочей программой по дисциплине «Электроника в приборостроении» для студентов направления 551500.

УДК 629.1.055 (075) ББК 32.96-04я7

2.2Неуправляемые выпрямители…………………………….………… 19

2.3Управляемые выпрямители……………………………………….… 29

2.4Стабилизаторы напряжения…………………………………….…… 35

2.5.Компенсационные стабилизаторы……………………………….… 43

2.6.Защита транзисторных стабилизаторов от короткого замыкания нагрузке………………………….………………………….. 49

2.7.Защита стабилизаторов от перенапряжения на выходе…………... 54

2.8Стабилизаторы напряжения на интегральных микросхемах……... 57

2.9Источники опорного напряжения…………………………………... 75

3.ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ……………………….…. 80

3.1. Общие сведения……………………………………………………... 80

3.2Импульсные стабилизаторы напряжения постоянного тока……... 87

3.3.Применение ИМС для импульсных источников питания………... 93

4.ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА………………………………... 99

4.1.Гальванические элементы и батареи……………………………….. 99

4.2Аккумуляторы………………………………………………………... 116

4.3Эксплуатация первичных ХИТ……………………………………… 124

4.4.Эксплуатация аккумуляторов………………………………………. 125

4.5.Надежность ХИТ…………………………………………………….. 128

4.6.Области применения ХИТ…………………………………………... 129

4.7.Экономические вопросы производства и применения ХИТ……… 132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………….. 134 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………. 135

Учебное издание Ефимов Иван Петрович

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ РЭА

Учебное пособие Корректор М.В. Леонова

Изд. лиц. 020640 от 22.10.97. Подписано в печать 5.08.2002. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл.п.л. 7,90. Уч.-изд.л. 7,60. Тираж 150 экз. Заказ

Ульяновский государственный технический университет. 432027, г. Ульяновск, Сев. Венец, 32 Типография УлГТУ. 432027, Ульяновск, ул. Северный Венец, 32.

ВВЕДЕНИЕ

Практически вся радиоэлектронная аппаратура (РЭА) нуждается в одном или нескольких источниках питания. Большое число фирм проводят исследования в области первичных и вторичных источников электропитания, производят их в значительных объемах и поставляют на рынок. В настоящее время, как правило, не представляет затруднений приобретение необходимого источника электропитания. В тоже время при разработке той или иной радиоаппаратуры разрабатывается свой источник питания.

Большая часть настоящего пособия посвящена линейным и импульсным вторичным источникам питания. Рассмотрены схемотехника управляемых и неуправляемых выпрямителей, стабилизаторов напряжения на полупроводниковых элементах, вопросы защиты источников питания и питающейся от них аппаратуры при аварийных ситуациях.

Большое внимание уделено применению интегральных микросхем для построения как линейных, так и импульсных источников вторичного электропитания.

Третья глава пособия полностью посвящена импульсным источникам питания, которые в настоящее время находят все более широкое применение практически во всех областях электроники благодаря их особым преимуществам и, прежде всего, высокому коэффициенту полезного действия, малым габаритам и весу. В тоже время не оставлены без внимания и проблемы, связанные с питанием РЭА от таких источников. Приводятся рекомендации по выбору типа источника питания в зависимости от вида электронной аппаратуры.

В четвертой главе пособия рассмотрены химические источники тока наиболее распространенных систем и технико-экономические вопросы их применения в различных типах РЭА.

Пособие написано на основе части курса лекций, читаемых автором студентам направления 5515 по дисциплине «Электроника в приборостроении» на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета. Оно может быть полезно и студентам других направлений и специальностей высших и средних специальных учебных заведений.

1. ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для работы большинства электронных устройств необходимо наличие одного или нескольких источников питания (ИП) постоянного тока.

Все ИП можно разделить на две группы: источники первичного электропитания и источники вторичного электропитания. РЭА может иметь в своем составе: ИП первой группы; ИП второй группы; ИП первой и второй групп одновременно.

Источники первичного электропитания. К данной группе ИП отно-

сятся:

1) химические источники тока (гальванические элементы, батареи и аккумуляторы);

2)термобатареи;

3)термоэлектронные преобразователи;

4)фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи);

5)топливные элементы;

6)биохимические источники тока;

7)атомные элементы;

8)электромашинные генераторы.

Химические источники тока (ХИТ) широко используются для питания маломощных устройств и аппаратуры, требующей автономного питания. Батареи и аккумуляторы являются также вспомогательными и (или) резервными источниками энергии в устройствах, питающихся от сети переменного тока. Выходное напряжение таких источников практически не содержит переменной составляющей (пульсаций), но в значительной степени зависит от величины тока, отдаваемого в нагрузку, и степени разряда. Поэтому в устройствах, критичных к напряжению питания, химические источники тока используются совместно со стабилизаторами напряжения. Более подробно гальванические батареи и аккумуляторы, а также их параметры рассмотрены в разделе 4 «Химические источники тока».

Термобатареи состоят из последовательно соединенных термопар. Термобатареи используются в качестве ИП малой мощности, например для питания радиоприемников.

Впростейшем виде термоэлектрический генератор представляет собой батарею термопар, у которых одни концы спаев нагреваются, а другие имеют достаточно низкую температуру, благодаря чему создается термо-ЭДС и во внешней цепи протекает ток. Каждая термопара может состоять из двух разнородных полупроводников или из проводника и полупроводника.

Большая теплопроводность металлических термопар не позволяет создавать значительную разность температур спаев, а следовательно, не дает возможность получить большую термо-ЭДС. Лучшие результаты дает использование в термогенераторах полупроводниковых термопар, или комбинированных, состоящих из проводника и полупроводника.

Втермопаре, состоящей из полупроводников с n- и p- проводимостями, при нагревании спая количество электронов в полупроводнике n-типа и число дырок в полупроводнике p-типа увеличивается. Электроны

идырки вследствие диффузии в полупроводниках движутся от горячего слоя термопары к холодному. Перемещение дырок приводит к тому, что горячий конец полупроводника p-типа заряжается отрицательно, а холодный конец - положительно. В полупроводнике n-типа электроны, переходя от горячего конца к холодному, так же как, и в металле, заряжают горячий