5.11 Узагальнення правил побудови джерел вторинного живлення

У розділах 1...5 розглянуто будову та принципи роботи складових частин джерел вторинного живлення: випрямлячів, фільтрів, параметричних та компенсаційних стабілізаторів, імпульсних стабілізаторів, інверторів, перетворювачів. На основі цих матеріалів маємо можливість розробити узагальнений алгоритм побудови вторинного джерела електричного живлення радіотехнічних пристроїв. Схематично він зображений на рисунку 5.18.

Наведена схема побудови вторинного джерела живлення узгоджується зі схемою, наведеною у вступі. На схемі прийняті позначення і абревіатури, які використовувалися у відповідних розділах цього електронного посібника.

У вертикальних стовпчиках схеми згруповані однотипні функціональні вузли: трансформатори, випрямлячі, фільтри, стабілізатори та перетворювачі напруги. Порядок слідування стовпчиків співпадає з порядком увімкнення у джерелі живлення функціональних вузлів, які охоплює кожен стовпчик. Вихідні фільтри джерел живлення на схемі не зображені; мається на увазі, що вони входять до складу вихідних ланцюгів стабілізаторів і перетворювачів.

Наведена схема спрощує процес розробки структурної схеми довільного дже­ре­ла вторинного живлення. Можливі шляхи вибору функціональних вузлів при проектуванні вказані на схемі стрілочками. Початок і кінець стрілки не позначає електричного з’єднання, а є початковою, проміжною або кінцевою точкою руху.

Вхідними даними для вибору функціональних вузлів (шляху руху на схемі) є загальні вимоги до джерела вторинного живлення [1...4]:

– характеристики первинного джерела живлення – характер напруги (постійна, змінна) та її нестабільність;

– характеристики навантаження (напруга та її нестабільність, струм та діапазон його змін, допустимий рівень пульсацій);

– умови експлуатації;

– цінові та масогабаритні показники.

Рисунок 5.18 – Схема алгоритму побудови вторинного джерела

електричного живлення радіотехнічних пристроїв

У вертикальних стовпчиках схеми згруповані однотипні функціональні вузли: трансформатори, випрямлячі, фільтри, стабілізатори та перетворювачі напруги. Порядок слідування стовпчиків співпадає з порядком увімкнення у джерелі живлення функціональних вузлів, які охоплює кожен стовпчик.

Вихідні фільтри джерел живлення на схемі не зображені; мається на увазі, що вони входять до складу вихідних ланцюгів стабілізаторів і перетворювачів.

Наведена схема спрощує процес розробки структурної схеми довільного дже­ре­ла вторинного живлення. Можливі шляхи вибору функціональних вузлів при проектуванні вказані на схемі стрілочками. Початок і кінець стрілки не позначає електричного з’єднання, а є початковою, проміжною або кінцевою точкою руху.

Вхідними даними для вибору функціональних вузлів (шляху руху на схемі) є загальні вимоги до джерела вторинного живлення [1...4]:

– характеристики первинного джерела живлення – характер напруги (постійна, змінна) та її нестабільність;

– характеристики навантаження (напруга та її нестабільність, струм та діапазон його змін, допустимий рівень пульсацій);

– умови експлуатації;

– цінові та масогабаритні показники.

Вхідною напругою для вторинного джерела живлення є змінна напруга ~первинного джерела. Це може бути напруга електричної мережі або напруга джерела, яке знаходиться безпосередньо у користувача (наприклад генератор первинної напруги літака чи корабля, який приводиться до руху двигуном внутрішнього згорання; генератор з приводом від екологічно безпечного вітряка).

Високі параметри вторинного джерела забезпечуються краще, коли використати, як це показано на рисунку, вхідний стабілізатор змінної напруги [3, 4].

У простішому випадку можна використати параметричний стабілізатор, у більш складних пристроях стабільність вихідної напруги забезпечується замкнутою системою автоматичного регулювання з магнітними підсилювачами.

Змінну напругу можна також регулювати, якщо використати у якості випрямляча не діод, а керований тиристор.

Зворотний зв'язок для нього може бути заведений, як показано на рисунку 5.18, з ланцюгів стабілізатора. Матеріали щодо вивчення трансформаторів і стабілізаторів змінної напруги будуть подані у розділі 6.

Не виключено, що джерело первинної напруги може генерувати не змінну, а постійну напругу. Але для живлення радіотехнічного пристрою, як правило потрібно мати декілька постійних напруг, значення яких відрізняються. У більшості випадків потрібно мати також джерела напруг з позитивним та негативним знаками. Тому постійна напруга первинного джерела також перетворюється.На схемі рисунка 5.18 постійна напруга подається на входи фільтрів. Вхідний трансформатор і випрямляч у такому джерелі відсутні. Постійну напругу іншої величини отримують перетворювачем.

Якщо потрібно мати декілька вихідних джерел, то у пристрої, що проектується, можна використати декілька стабілізаторів або перетворювачів напруги. Доцільніше за ціновими та масогабаритними критеріями використати у цьому випадку один з перетворювачів напруги (ДПН, ОПНП, ОПНЗ), розглянутих у розділі 5. Враховуючи, що до складу перетворювача напруги входить інвертор, то з його виходу можна отримати і змінну напругу ~(рисунок 5.18).

Дуже важливими для вторинних джерел живлення, особливо коли вони є складовими частинами радіотехнічних пристроїв та систем, є функціональні вузли, зображені у нижній частині рисунка, – це елементи автоматичного діагностування (контролю), керування, аварійного захисту, сигналізації. Працюють вони під апаратним та програмним керуванням системи, до складу якої входить вторинне джерело. У сучасних системах тут обов’язково використовують мікропроцесори. Функції, які виконують перераховані вузли, частково вказані у підрозділі 5.8 і літературних джерелах [3, 4, 6, 8, 13].

Наведемо приклади користування схемою алгоритму рисунка 5.18 при проектуванні вторинного джерела живлення:

1. Нехай потрібно вибрати функціональні вузли для малопотужного джерела живлення (I < 50 мА, U = 5...15 В). Первинним джерелом є побутова електрична мережа. Кола вхідної мережі і навантаження можуть бути гальванічно не розв’язаними.

Варіантом вибору елементів схеми (рисунок 5.18) при розв’я­занні цієї задачі може бути: однопівперіодний або мостовий випрямляч (трансформатор для спрощення пристрою не використовується); Г-подібний RC- або LC-фільтр; параметричний або малопотужний компенсаційний стабілізатор.

2. Вибрати функціональні вузли для вторинного джерела з загальною потужністю навантаження біля 1000 Вт. Джерело повинно мати виходи постійної напруги величиною 5, +12, -12, 24, 300 В. Первинне джерело – промислова електрична мережа.

У цьому випадку для випрямлення вхідної напруги можна використати трифазний мостовий випрямляч, а у вихідному ланцюзі – двотактний перетворювач (ДПН). Функціональні вузли можна вибирати у такій послідовності: три­фазний трансформатор; мостовий трифазний випрямляч (це забезпечить необхідну потужність і мале значення коефіцієнта пульсацій); Г- або П-подібний LC-фільтр; двотактний перетворювач напруги з числом вихідних ланцюгів, що дорівнює вказаному числу вихідних напруг.