3.2 Розробка електричної функціональної схеми імпульсного джерела живлення

Імпульсне джерело живлення складається з трьох основних модулів: активного фільтра струму мережі або коректора коефіцієнта потужності (ККП); перетворювача постійної напруги (ППН) та батарейного модуля (БМ). Останній виконує функції резервного джерела живлення на випадок зникнення напруги мережі або виходу з ладу елементів ККП, ППН.

Особливістю джерела живлення з підключеною акумуляторною батареєю (АБ) є «підпорядкування» напруги перетворювача умовам заряду батареї U₀=U_ел N, де U_ел напруга одного елементу батареї, що змінюється в процесі заряду від 1,8 до 2,2 В; N- кількість елементів у батареї. Сумарний струм, що споживається від перетворювача змінюється від величини І_АПП+І_УТР≈ І_АПП, до І_АПП+І_ЗБ (І_УТР - струм утримання батареї в нормальному режимі, І_ЗБ- струм заряду батареї в після аварійному режимі, дорівнює величині 0,1 Q, де Q- ємність акумуляторної батареї в Аг). Таким чином, напруга ЕЖУ при живленні від акумуляторної батареї в процесі їх розряду та заряду змінюється в межах +10% ... -10%.

В разі необхідності джерело може бути доповнене регулятором напруги батареї. В цьому випадку в аварійному режимі роботи величина вихідної напруги джерела підтримується регулятором на заданому рівні, відмінному від напруги батареї.

Кожен з основних модулів джерела живлення складається з ряду елементів :

- коректор коефіцієнта потужності вміщує: фільтр завад (ФЗ1); випрямляч

напруги мережі (В1); накопичувальний конденсатор С1; коректор форми струму з перетворенням напруги випрямляча В1 в підвищену напругу Е1=U_С2 (ККП); контролер управління ККП (К2).

- перетворювач постійної напруги складається з: інвертора (зібраний із транзисторних ключів VT, драйвера ДР2, імпульсного трансформатора ТР), що перетворює постійну напругу U_С2 в імпульсну змінну напругу U₂ з шириною імпульсів, яка регулюється; випрямляча імпульсної напруги В3; згладжуючого низькочастотного фільтру (ФНЧ); резистивних або магнітоелектричних датчиків струму (ДС4), що забезпечують контроль за миттєвими та середніми значеннями струму.

- батарейний модуль включає в себе акумуляторну батарею та електронний блок, функції якого залежать від технічних вимог (захист від глибоких розрядів, обмеження зарядного струму, формування сигналу самотестування батареї, температурної корекції напруги випрямляча та інші).

Імпульсне джерело живлення може включати в себе різні додаткові схеми, такі як: лінійні стабілізатори в інтегральному або дискретному виконанні; завадоподавляючі ланцюги; схеми захисту від перенавантажень по струму; вхідних та вихідних перенедонапруг; схеми формування спеціальних керуючих сигналів, для узгодження ІДЖ з пристроями які воно живить.

Змінна напруга мережі через вхідний фільтр завад випрямляється діодним мостом та згладжується конденсатором великої ємності. Коректор коефіцієнта

потужності (ККП) виконує в схемі двояку роль: за його допомогою здійснюється активна фільтрація струму мережі («примусове» або активне формування синусоїдальної кривої і₁(t), що співпадає по фазі з напругою u₁(t)) та підвищення і стабілізацію вихідної напруги модуля.

В основі роботи ККП лежить принцип періодичного накопичення енергії в

індуктивності ланки ККП та наступної віддачі енергії в буферний конденсатор.

Формування кривої досягається зміною тривалості інтервалу накопичення за допомогою транзисторного ключа та сигналів керування і зворотного зв’язку. Перший задає форму кривої струму, а другий визначає середню величину енергії накопичення, а отже і величину напруги конденсатора U_С1.

Наступний ланцюг інвертора перетворює постійну напругу U_С6 в імпульсну знакозмінну напругу U₂. Величина U₂ регулюється зміною (модуляцією) ширини імпульсів, через це такий метод регулювання отримав позначення ШІМ. Після випрямлення знакозмінного ШІМ сигналу на виході випрямляча В2 отримуємо знакопостійні імпульси напруги U_d з постійною складовою, що залежить від відносної тривалості імпульсів D_В=Т_И/Т_В. Таким чином впливаючи по ланцюгам керування на величину D_В отримуємо ефекти регулювання, стабілізації та обмеження.

За межами джерела живлення здатного гарантувати підтримку напруги та струму в заданих технічними умовами межах, працездатність пристрою зберігається, але значення параметрів не гарантуються. При досягненні струмом граничного значення відбувається блокування перетворювача.

Для отримання постійної напруги за допомогою імпульсного джерела живлення з без трансформаторним входом в ньому здійснюється потрійне перетворення напруги: змінна напруга мережі випрямляється та згладжується; отримана постійна напруга перетворюється в імпульсну прямокутну напругу частотою декілька десятків кГц; імпульсна напруга трансформується з відповідним коефіцієнтом на вторинну сторону, випрямляється та стабілізується.

Визначаючим елементом будь-якого ІДЖ є ключовий перетворювач напруги та в першу чергу його силова частина ( потужний вихідний каскад).

Для формування керуючої напруги переключення потужних транзисторів перетворювачів постійної напруги та коректора коефіцієнта потужності використовуються спеціалізовані інтегральні мікросхеми (TL494 та TDA4862

відповідно, або інші мікросхеми, що виконують аналогічні функції).

Для отримання постійної напруги іншого номіналу та гарантованої змінної напруги застосовуються DC/DC конвертор та інвертор відповідно, в основу яких також покладено імпульсне перетворення енергії.