Материал: Источники питания РЭА

Линейные и импульсные источники вторичного электропитания.

Как отмечалось выше, стабилизированные ИП по характеру стабилизации напряжения делятся на источники с непрерывным (линейным) и импульсным регулированием. Аналогично любые (стабилизированные или нестабилизированные) ИП принято делить на линейные и импульсные.

В линейных ИП переменное напряжение питающей сети преобразуется трансформатором, выпрямляется, подвергается низкочастотной фильтрации и стабилизируется (рис.1.3.). В нестабилизированных ИП нагрузка подключается непосредственно к выходу фильтра низкой частоты. В стабилизаторах линейных ИП осуществляется непрерывное регулирование: последовательно или параллельно с нагрузкой включается регулирующий элемент (транзистор), управляемый сигналом обратной связи, за счет чего выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне.

Рис. 1.3. Упрощенная функциональная схема линейного стабилизированного источника питания.

Отличительная особенность линейных стабилизаторов напряжения заключается в том, что их выходное напряжение всегда ниже нестабилизи-

рованного входного напряжения. Кроме этого выходное напряжение Uвых всегда имеет одинаковую полярность с входным напряжением Uвх, а сам стабилизатор непрерывно рассеивает мощность Pрас≈ Iвых(Uвх − Uвых), где Iвых – выходной ток (ток нагрузки).

Импульсные ИП непосредственно выпрямляют и фильтруют напряжение питающей сети переменного тока без использования первичного силового трансформатора, который для частоты 50 Гц имеет значительные вес и габариты. Выпрямленный и отфильтрованный постоянный ток коммутируется мощным электронным ключом, затем преобразуется высокочастотным трансформатором, снова выпрямляется и фильтруется (рис.1.4).

тока

Рис 1.4 Упрощенная функциональная схема импульсного источника питания

В – выпрямитель; ФНЧ – фильтр низкой частоты;

КРЭ – ключевой регулирующий элемент; Т – трансформатор.

Электронный ключ управляется специальным сигналом, формируемым схемой управления. В устройстве может быть обратная связь по напряжению, благодаря которой стабилизируется выходное напряжение (управляющий сигнал формируется в зависимости от разности напряжений выходного и опорного). Из-за высокой частоты переключения (от 20 кГц и выше), трансформаторы и конденсаторы фильтров имеют намного меньшие размеры, чем их низкочастотные (50 Гц) эквиваленты. Достоинством импульсных ИП является высокий КПД – 60 – 80% (КПД линейных ИП, как правило, не превышает 40 – 50%).

Для питания РЭА используются три типа импульсных электронных устройств, использующихся в качестве ИП: преобразователь − переменный ток/постоянный ток (AС-DС конверторы), преобразователь – постоянный ток/постоянный ток (DC-DC конвертор) и преобразователь − постоянный ток/переменный ток (DC-AC преобразователь или инвертор). Каждый тип устройств имеет собственные определенные области применения.

Импульсные стабилизаторы (DC-DC конверторы), в отличие от аналогичных линейных устройств могут:

1) обеспечивать выходное напряжение, превышающее по величине входное напряжение;

2)инвертировать входное напряжение (полярность выходного напряжения становится противоположной полярности входного на-

пряжения).

DC-DC конверторы используют принцип действия импульсных ИП, но применяются для того, чтобы преобразовывать одно постоянное напряжение в другое, обычно хорошо стабилизированное. Такие преобразователи используются, большей частью, там, где РЭА должна питаться от хими-

циализированные схемы управления импульсными источниками вторичного электропитания);

8)элементы (устройства) индикации (лампы накаливания и светодиоды, аналоговые и цифровые индикаторы);

9)предохранители (плавкие, биметаллические, электронные). Современная тенденция развития ИП такова, что они строятся в ос-

новном с применением интегральных микросхем, а доля дискретных активных элементов в них постоянно уменьшается. Уже в 1967 была разработана микросхема линейного интегрального стабилизатора µА723, представляющая собой настоящий блок питания. Микросхема 723 содержит температурно-компенсированный источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, последовательно включенный проходной транзистор и схему защиты, обеспечивающую ограничение выходного тока. Современные стабилизаторы имеют лучшие электрические параметры, имеют широкий спектр функциональных возможностей, но построены на тех же принципах, что и µА723.

Отечественной и зарубежной промышленностью выпускается большое число линейных интегральных стабилизаторов, рассчитанных как на фиксированное значение напряжения, так и предназначенных для регулирования величины, выходного напряжения в достаточно широких пределах. Например, выходное напряжение недорогой отечественной микросхемы КР142ЕН12А может изменяться в пределах от +1, 25 до +36 В. При этом она может отдавать ток в нагрузку до 1,5 А.

Ряд линейных стабилизаторов, помимо своей основной функции, способны:

1) следить за значением входного напряжения и формировать контрольный сигнал, предназначенный для предупреждения об аварийной просадке напряжения на входе;

2)изменять выходное напряжение и выходной ток под действием управляющего сигнала;

3)совместно с резервным источником питания (аккумулятором или батареей) обеспечивать бесперебойное питание устройства, что особенно важно для микропроцессорных систем.

Интегральные АС-DС преобразователи представляют собой, по сути

дела, готовые источники питания. Например, преобразователь HV-2405E фирмы Harris semiconductor осуществляет прямое преобразование переменного тока (18 – 264 В) в постоянный (5 – 24 В). Выходной ток HV-2405E может достигать 50 мА. Для превращения микросхемы в компактный, легкий, дешевый и эффективный ИП необходимо только несколько недорогих внешних компонентов (не требуется никаких дополнительных трансформаторов и дросселей). HV-2405E заменяет собой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор напряжения.

Мощные АС-DС конверторы способны отдавать ток в нагрузку значительно больший. Так отечественная микросхема 1182ЕМ3 обеспечивает выходной ток до 1,7 А и имеет встроенную защиту по току и встроенную защиту от перегрева. Правда для работы такой микросхемы потребуется подключение внешнего трансформатора или дросселя.

2. ЛИНЕЙНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

2.1 Обобщенная структурная схема линейного источника питания

Обобщенная структурная схема линейного источника питания представлена на рис.2.1.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема линейного источника питания Прпредохранители; ГППгаситель переходных процессов; Ф- фильтры; С- стабилизаторы;

СТсиловой трансформатор; БВблок выпрямления; Н-нагрузка.