357

Г Л А В А 7

Источники питания электронных схем

7.1 Общие сведения

Для питания функциональных узлов электронных схем, как правило, необходимы постоянные напряжения различной величины. Питающая сеть у нас в стране принята – 220 вольт с частотой 50 Гц или 3*380 В – 50 Гц. В связи с этим возникает задача преобразования переменного "сетевого" напряжения в напряжение постоянного тока. Кроме того, для потребителей, установленных на мобильных объектах, необходимо преобразование постоянного напряжения одной величины в постоянные напряжения других значений. Питающее напряжение характеризуется величиной напряжения и тока, уровнем нестабильности и коэффициентом пульсации. Нестабильность напряжения определяется соотношением

б_н = U₀/U₀, (7.1)

где U₀ – напряжение на нагрузке;

U₀ – изменение напряжения на нагрузке под действием внешних факторов (изменение сетевого напряжения, изменение U₀ при изменении I₀).

Коэффициент пульсации определяется следующим соотношением:

К_п.н. = U_1m/U₀, (7.2)

где U_1m – амплитуда первой гармонии выпрямленного напряжения.

Гармонические составляющие в питающем напряжении появляются в процессе преобразования (выпрямление, инвертирование). В зависимости от назначения функционального узла электронной схемы требования к б_н и К_п.н. различны. Наиболее жесткие требования предъявляются к входным цепям устройств, где полезный (информационный) сигнал мал; менее жесткие – к выходным цепям. В таблице 7.1 приведены требования к нестабильности и уровню пульсаций для некоторых наиболее распространенных функциональных узлов.

Таблица 7.1 – Допустимые уровни нестабильности и коэффициента

пульсации

Потребитель	Входные цепи усилителя	Выходные цепи усилителя	Схемы автоматики	Операционные усилители
Нестабильность	0,03  0,05	0,05  0,1	0,05  0,1	0,05  0,1
Коэффициент пульсации	0,001  0,0001	0,005  0,01	0,01  0,02	0,005  0,01

Очевидно, что для получения питающего напряжения с заданными параметрами необходимо выполнить следующие операции. Первое – понизить (повысить) сетевое напряжение до определенной величины. Эта операция выполняется с помощью трансформатора. Второе – необходимо преобразовать переменное напряжение в постоянное, т.е. осуществить процесс выпрямления. На выходе выпрямителя напряжение получается сложной формы, поэтому с помощью фильтров НЧ (сглаживающих) выделяется постоянная составляющая. И последняя операция – это стабилизация выходного напряжения на заданном уровне, которая осуществляется с помощью стабилизатора. Функциональная схема источника питания, выполненного по такому принципу, приведена на рисунке 7.1а.

а

б

в

а – трансформаторная схема; б – бестрансформаторная схема; в – схема со звеном преобразования энергии. Е1,Е5,Е8,Е10 – выпрямитель; Е2,Е6,Е11 – НЧ-фильтр; Е3,Е7,Е12 – стабилизатор; Е4 – гасящая цепочка; Е9 – инвертор.

Рисунок 7.1 – Функциональные схемы источников питания

Так как сетевой трансформатор имеет плохие массогабаритные показатели и сложен в изготовлении, то для источников с малой потребляемой мощностью взамен трансформатора используют гасящую цепочку (см. рисунок 7.1б). С целью улучшения характеристик источника последнее время используют схемы с преобразованием энергии (рисунок 7.1в). В таких схемах первой выполняется операция выпрямления сетевого напряжения, затем преобразование постоянного напряжения в переменное повышенной частоты и далее как и в предыдущих схемах: выпрямление, фильтрация и стабилизация.

Несмотря на схемное усложнение происходит значительное снижение массы и габаритов, так как трансформатор и сглаживающий фильтр выполняются на более высокой частоте. По такому же принципу выполняются источники питания при постоянном входном (питающем) напряжении. При этом из схемы исключается выпрямитель (рисунок 7.1в).