Источники питания электронных схем

Общие положения

Любая электронная схема для своего нормального функционирования требует источника электрической энергии, как правило, в виде источника постоянных напряжений (токов) с заданными параметрами:

· напряжением, характеризующимся номинальной величиной напряжения, допустимыми отклонениями номинального напряжения в сторону его увеличения и/или уменьшения, величиной пульсаций;

· током, характеризующимся величиной номинального тока и величиной максимально допустимого тока;

· мощностью (номинальной и максимально допустимой) и коэффициентом полезного действия, который всегда стремятся сделать максимальным.

В силу того, что рассматриваемые источники не производят электрическую энергию, а всего лишь преобразуют ее форму, их часто называют вторичными. Реализация основной функции источника питания требует:

• уменьшения (или увеличения) амплитуды переменного напряжения с помощью входного трансформатора. При этом должнабыть реализована гальваническая развязка (разделение) цепей питаемого устройства и силовых цепей для обеспечения безопасности как самого устройства, так и обслуживающего персонала;
• преобразования переменного напряжения в постоянное (выпрямление и фильтрация);
• поддержания постоянной величины питающих напряжений при изменении амплитуды входного напряжения, величины нагрузки, температуры (стабилизация выходных напряжений);
• защиты электронных схем питаемого устройства и/или источника питания при аварийном изменении величин входных/выходных напряжений (токов).

 

 

Рис. 1.32. Обобщенная схема источника питания без преобразования частоты входного напряжения.

Из сказанного следует традиционная функциональная схема источника питания электронных схем (рис. 1.32).

По этой схеме источники питания строили не один десяток лет. Пока габариты электронных устройств были значительными, а цена меди была невысока, эта схема всех устраивала. Новым решением здесь оказалось использование промежуточного преобразования частоты — повышения частоты входного напряжения перед его трансформацией, что естественно приводит к уменьшению числа витков практически пропорционально росту рабочей частоты трансформатора. Функциональная схема в таком случае приобретает вид, изображенный на рис. 1.33. На первый взгляд сложность источника питания, а значит и стоимость, возросли. Но лишняя пара мощных транзисторов генератора и нескольких диодов вполне окупаются выигрышем в габаритах трансформатора и его стоимости. Практически все конструктивные параметры трансформатора и конденсаторов фильтра - функции частоты входного напряжения. С ростом частоты уменьшаются сечение магнитопровода, количество витков трансформатора, емкость конденсаторов фильтра и, следовательно, весогабаритные показатели и стоимость источника питания (при использовании схемы на рис. 1.32 частота = 50 Гц, при использовании альтернативной схемы частота = 10 - 30 кГц).

 

Рис. 1.33. Обобщенная схема источника питания с преобразованием частоты входного напряжения.

Следующий шаг в развитии источников питания связан с основной идеей построения стабилизатора напряжения. В классической схеме стабилизатор использует аналоговый (непрерывный) регулирующий элемент, рассеивающий на себе достаточно большую мощность. При этом КПД всего источника питания оказывается невысоким. Стремление к повышению КПД побудило разработчиков использовать ключевые (дискретные) регулирующие элементы в импульсных источниках питания.

Последний шаг совершенствования источников питания связан с использованием транзисторов высокочастотного генератора в качестве регулирующих элементов, что позволило еще уменьшить габариты и стоимость источников.

При использовании в качестве первичного - источника постоянного тока (АБ, ГЭ и т.п.) на схеме рис. 1.33. исключаются 1 и 2-й блоки, первичное питание подается на вход третьего блока.