1.1. Классификация источников электропитания

Источники электропитания электронных средств в зависимости от назначения обеспечивают изменение уровня входного напряжения, выпрямление, инвертирование, стабилизацию, фильтрацию, защиту или комбинацию этих функций. В связи с различием назначения, условий эксплуатации и широким диапазоном параметров электронных средств источники электропитания должны обеспечивать широкий диапазон варьирования своих параметров. Поэтому целесообразно провести классификацию источников по следующим основным характеристикам.

1. По виду входной электроэнергии: работающие от сети переменного тока (одно- или многофазного); от сети постоянного тока; от сетей переменного и постоянного токов.

2. По выходной мощности: микромощные P_L >1 Вт; малой мощности P_L = 1…10 Вт; средней мощности P_L = 10…100 Вт; повышенной мощности P_L = 100…1000 Вт; большой мощности P_L >1000 Вт. Отдельную группу составляют источники с выходной мощностью свыше 1 кВт до 1000 кВт для электропитания приемных и передающих устройств, установок ионной оптики, технологических установок.

3. По виду выходной электроэнергии: с выходным напряжением переменного тока (одно- или многофазного); с выходным напряжением постоянного тока; комбинированные (с выходными напряжениями переменного и постоянного токов).

4. По номинальному значению выходного напряжения U_out: низкое U_out < 100 В; повышенное U_out = 100...1000 В; высокое U_out >> 1000 В.

5. По степени постоянства выходного напряжения: нестабилизирующие и стабилизирующие. Стабилизирующие источники электропитания обеспечивают постоянство выходного напряжения на заданном уровне при воздействии влияющих величин (изменении входного напряжения, выходного тока, температуры окружающей среды и др.). Они имеют в своем составе стабилизатор напряжения, который конструктивно может быть выполнен в виде функционального узла.

6. По допустимому отклонению номинала выходного напряжения: низкой точности (> 5 %); средней точности (1...5 %); высокой точности (0,1...1 %); прецизионные (< 0,1 %).

7. По уровню пульсации (переменной составляющей) выходного напряжения постоянного тока: малый уровень (< 0,1 %); средний уровень (0,1...1 %); большой уровень (> 1 %).

8. По числу выходов: одноканальные (один выход) и многоканальные (два и более выходов).

9. По способу стабилизации напряжения: непрерывного и импульсного действия или по другому линейные или импульсные блоки питания.

Структурная схема источника электропитания определяется входными и выходными параметрами. На рис. 1.1,а-г приведены несколько типовые структурные схемы источников электропитания, содержащие следующие функциональные узлы: 1 – трансформатор; 2 – выпрямитель; 3 – сглаживающий фильтр; 4 – стабилизатор; 5 – делитель напряжения (датчик обратной связи), ДОС; 6 – помехоподовляющий фильт (ППФ); 7 – регулятор коэффициента мощности (РКМ); 8 – управляемый инвертор.

Трансформатор на входе источника электропитания (рис. 1.1,а,б), который в ИП выполняет функцию согласования и гальванической развязки рассчитывается на частоту тока системы электроснабжения. Такие схемы используются при малой выходной мощности, так как трансформатор при работе на частоте тока сети имеет завышенные габаритные размеры и массу.

В схемах на рис. 1.1,в,г применяется инвертор, регулирующий выходное напряжение источника по сигналу обратной связи с ДОС за счет параметров изменения параметров модуляции, что позволяет добится лучшего качества и уменьшить габариты ИП.

В схемах на рис. 1.1,e-е во входных цепях используются узлы ППФ, осуществляющие фильтрацию высокочастотных помех как со стороны сети, так и со стороны инвертора в сеть. Сглаживающие фильтры выпоняют функцию уменьшения амплитуды переменной составялющей. Выходное напряжение ИП может менятся в следствие изменений сетевого напряжения, изменения нагрузки и элементов ИП. Для компенсации этих изменений ипользуют параметрические и интегральные стабилизаторы (рис. б) или обратную связь управления инвертором. Для повышения КПД на 1-2% в современных ИП применяются РКМ. Особенностью современных ИП является наличие устройст активной защиты от перегрузок, пониженного напряжения и короткого замыкания.

Рис. Типовые структуры источников электропитания при входном переменном (а-в) или постонном (г) токе.

Структуру (а) используется в основном для мощных нагрузок (двигателей, реле, мощных источников света и т.д.).

Источники электропитания электронных средств характеризуются следующими основными параметрами: показателями надежности работы; значениями и отклонениями напряжения и тока входной сети (системы электроснабжения); значением, нестабильностью и пульсацией выходного напряжения при воздействии влияющих величин; наличием защиты при аварийных режимах; коэффициентом полезного действия; габаритными размерами и массой.

Степень важности отдельных показателей определяется конкрет­ным видом нагрузки и условиями эксплуатации, однако для любого ис­точника надежность работы является его важнейшей характеристикой.

Значение пульсаций выходного напряжения ИП определяет его электромагнитную совместимость с нагрузкой. Так, для электро­питания цифровых микросхем допустимо напряжение постоянного то­ка с переменной составляющей не более 1 %, Для аналоговой аппа­ратуры в большинстве случаев допустима пульсация (0,1...0,2) % от уровня выходного напряжения. К источникам электропитания высокого напряжения передающих устройств могут предъявляться требования по значениям и составу гармонических составляющих выходного напряжения. Наличие этих требований определяется режимом обработки сигнала в приемопередающей аппаратуре (непрерывный, квазинепрерывный, импульсный).

Ввиду лучшей электромагнитной совместимости для устройств прецизионной работы с аналоговыми параметрами предпочтительны линейные ИП. В остальных случаях в современных устройствах применяют импульсные ИП.

таблица