Тема 1. Вступ. Умови, що призвели до розробки сучасних джерел живлення реа.

1. Аналіз недоліків традиційних силових ВДЖ.

2. Класифікація модуляційних джерел живлення (МДЖ).

3. Функціональні схеми МДЖ та джерел з без трансформаторним входом.

1. Аналіз недоліків традиційних силових вдж.

РЕА потребує постійних джерел, в той час як первинні виробляють змінний струм.

Основні недоліки традиційних трансформаторно-випростовувальних джерел живлення енергії:

• маса;

• габарити;

• низький к.к.д. (20  25%);

• висока вартість.

Почали розробляти джерела нового типу – модуляційні.

З широким використанням мікроелектронних пристроїв в РЕА традиційні джерела живлення почали складати до 70  80% маси та об’єму апаратури. В першу чергу це зумовлено металоємністю таких пристроїв, а також низьким коефіцієнтом енергії в цілому (к.к.д.  25  30%). Вирішення цієї проблеми в деякій мірі забезпечити імпульсні джерела або джерела з без трансформаторним входом. Економічно підраховано, що використання в країнах СНД  5 млн. телевізорів з імпульсними джерелами живлення, забезпечує річну економію  20 тис. тон високоякісної трансформаторної сталі, 5 – 6 тис. тон мідного дроту,  500 млн. кВт електроенергії.

Необхідністю розробки нових модуляційних джерел живлення стало також використання в потужних радіостанціях та ретрансляційних центрах вихідних каскадів підсилювачів з розподіленим підсиленням, а також розробка апаратури з суміщеними функціональними можливостями (рядкова розгортка та блок живлення в телевізорах).

За попередніми підрахунками останні розробки повинні дати економічний ефект  30  40%, однак застосування МДЖ в потребують складних систем керування і комутації. Так для забезпечення потужної АМ сигналів звук діапазону до 20 кГц, частота модуляційного перетворення повинна становити

 300  400 кГц, а це призводить до значних динамічних втрат в МДЖ. Складність схеми комутації призводить до зменшення їх надійності. Тому в цілому економічний ефект одержується на рівні 10%.

Розвиток сучасних ВДЖ характеризується двома напрямками:

• розробка малопотужних імпульсних джерел живлення з без трансформаторним входом для побутової електроапаратури;

• розробка універсальних потужних модуляційних джерел живлення з багатозонною модуляцією.

В останніх вся область зміни енергетичного потоку кантується за рівнем сигналу і за тривалістю модуляції, утворюючи таким чином амплітудно-часові зони. Закон модуляції сигналу в кожній зоні може бути довільним і визначатися тільки інформаційним керуючим сигналом.

2. Класифікація.

Розробка загальної класифікації МДЖ, враховуючи їх багатогранність і функціональну складність є досить складним завданням. Однак, за певними характеристичними ознаками, всі ДЖ можна систематизувати:

1. За енергетичною ознакою, яка вказує в першу чергу на економічність перетворення

   • однотактні

     • однокоміркові

   • багатотактні

     • багатокоміркові.

2. За особливістю формування інформаційних керуючих сигналів:

Однокоміркові структури характеризуються

• широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ);

• частотно-імпульсною модуляцією (ЧІМ);

• лінійною модуляцією (ЛМ).

Багатокоміркові також можуть використовувати

• амплітудно-імпульсну модуляцію (АІМ);

• імпульсно-кодову модуляцію (ІКМ).

На основі даних простих видів модуляції ШІМ та ЧІМ – тракти можуть утворювати комбінований вид комірок керування з часо-широтно-імпульсною модуляцією (ЧШІМ), а також більш складні види модуляції, характерні для багатокоміркових:

• бі-модуляція (БМ);

• дельта-модуляція (ДМ);

• багатозонна імпульсна модуляція (БІМ);

• комбінована модуляція (Ком.М).

Незалежно від типу перетворення, основним елементом кожного МДЖ є перетворювальна комірка (інвертор). Такі комірки можна класифікувати за різними ознаками:

Модуляційним джерелом можна назвати таке джерело, в якому здійснюється перетворення енергії первинного джерела для задання певного рівня і форми енергетичного потоку, необхідного для живлення апаратури за деяким інформаційним сигналом (потоком).

Загальна структурна схема МДЖ складається з двох каналів: енергетичного і інформаційного (каналу керування).

До енергетичного каналу відносять:

• вхідні та вихідні фільтруючі пристрої (Ф1, Ф2);

• силовий перетворювач.

Інформаційний канал включає:

• пристрій керування (комутації) силового перетворювача (ПК);

• схему узгодження (СУ);

• вимірювальний перетворювач (ВП);

• схему керування та підсилення (СКП).

Особливістю МДЖ є наявність двох входів: потужного енергетичного U_вх(t) та керуючого інформаційного x(t). ВП забезпечує модуляційне перетворення керуючого сигналу на основі аналізу характеристик вхідного та вихідного енергетичних сигналів і подує керуючий сигнал розузгодження на СКП, що далі використовується для комутації ПК. Інформаційний сигнал через СКП і ПК комутуючи П буде впливати не тільки на форму вихідного сигналу і його параметри, а також і на вхідний сигнал U_вх(t). Тому вхідний фільтр Ф1 повинен забезпечувати частотне розділення силового та інформаційного модулюючого сигналу.

В багатозонних МДЖ П, як правило, має складну будову. Може включати кілька паралельних каналів, які працюють на спільне або розділене навантаження. У П можна виділити

• вхідний та вихідний пристрої;

• модулятор.

Найпростішим багатозонним перетворювачем можна вважати навіть трифазну мережу живлення, кожну фазу розглядати як окремий енергетичний канал. Прикладом одно-коміркового перетворювача також може бути імпульсний БЖ для РЕА.

Обов’язковим елементом Ф₁ є високочастотний керамічний конденсатор для шунтування модулюючого ВЧ сигналу, який може проникати на вхід силової мережі. В побутовій техніці, як правило, використовують однотактні перетворювачі невеликої потужності, оскільки це спрощує схеми керування і комутації. Відмінністю даного джерела від багатозонного МДЖ є відсутність вхідного інформаційного сигналу, тобто схема працює за певним схемотехнічно заданим законом перетворення.