Принципы построения источников вторичного питания
1.1. Общая характеристика источников вторичного питания
Неотъемлемым узлом любого радиотехнического устройства является источник электропитания. Источник питания не связан с формированием, усилением и обработкой сигналов, а служат для обеспечения работоспособности узла радиоаппаратуры.
Электропитание (питание) аппаратуры осуществляется в основном от источников постоянного тока, при этом часто требуются источники постоянного тока с напряжениями нескольких номиналов. Например, для питания электронной схемы телевизионного приемника требуется несколько различных напряжений: порядка +5 В для питания цифровых микросхем; +12 В — для питания блока радиоканала; 100... 150 В — для питания блока разверток; 15...25 кВ — для питания кинескопа. В этом случае необходимо промежуточное преобразование энергии постоянного тока одного номинала в ряд напряжений переменного тока различных номиналов с последующим преобразованием их в напряжения постоянного тока. Указанные функции выполняют электропреобразовательные устройства. Источники питания, включающие в свой состав электропреобразовательные устройства, традиционно называют источниками вторичного электропитания.
По уровню преобразуемой энергии вторичные источники питания делятся на маломощные (до 1 кВт), средней (до 10 кВт) и большой (свыше 10 кВт) мощностей. Для радио и электронных схем характерно использование вторичных источников питания малой мощности.
Принцип действия источников вторичного электропитания основан на преобразовании энергии переменного тока в энергию постоянного тока и наоборот. Устройства, выполняющие первое преобразование, называются выпрямителями, второе преобразование - инверторами.
В настоящее время используются две типовые схемы построения источников питания (рис. 1.1):
трансформаторная (часто называют традиционной), состоящая из выпрямителя, фильтра и стабилизатора, подключенных к сети переменного тока через понижающий (реже повышающий) трансформатор (рис. 1, а);
с бестрансформаторным входом, работа которой основана на многократном преобразовании электрической энергии путем поочередного выпрямления и инвертирования (рис. 1.1, б).
Заметим, что в структуре любого источника вторичного питания кроме выпрямителя присутствует сглаживающий фильтр и стабилизатор. Указанная на структурной схеме нагрузка не является элементом источника вторичного электропитания, а лишь отражает тот факт, что источник используется для питания устройств, являющихся для него нагрузкой.
Первые источники вторичного питания были трансформаторного типа. Они имели большую массу и габариты, что связано с характеристиками сетевого трансформатора и конденсаторов фильтра. За последние 10 – 15 лет такие источники питания почти везде вытеснены импульсными источниками питания (рис.1.1, б). Основу указанных источников составляет полупроводниковый преобразователь, подключаемый к сети переменного тока через выпрямитель и простейший фильтр или к сети постоянного тока - непосредственно. Полупроводниковый преобразователь (инвертор) преобразует постоянное напряжение в последовательность импульсов, длительность которых можно устанавливать с помощью соответствующих регулировок, что совместно с малогабаритным импульсным трансформатором позволяет формировать на входе выпрямителя необходимые значения переменного напряжения.
Благодаря отсутствию крупногабаритного сетевого трансформатора удается многократно уменьшить массу и габариты преобразовательных устройств, что является существенным фактором для современной аппаратуры. Этому также способствуют тенденция к уменьшению мощности, потребляемой аппаратурой.
Импульсные источники питания по сравнению с традиционными источниками имеют более сложную электронную схему, содержат большее количество радиокомпонентов, и в этой связи менее надежны. Для защиты источников питания от перегрузок (выхода из строя в нестандартных условиях) часто применяются схемы защиты от перегрузок. Такие схемы отключают источник вторичного питания от нагрузки (иногда и от сети), если происходит короткое замыкание в нагрузке или чрезмерное увеличение напряжения питающей сети.
Большинство источников вторичного питания подключается к сети 220 В 50 Гц. В специальной аппаратуре используется сеть 115 В 400 Гц, что существенно уменьшает массо - габаритные характеристики источников вторичного питания (очень важно, например, в авиационной технике). Достаточно часто, например, для измерительных приборов, предусмотрена возможность использования одного из нескольких питающих напряжений. Поэтому при включении прибора или иной аппаратуры в первичную сеть необходимо всегда проверять, соответствует ли напряжение сети номиналу входного напряжения источника.