3. Линейные источники питания. Обобщенная структурная схема линейного источника питания. Основные элементы устройства.

О бобщенная структурная схема линейного источника питания пред­ставлена на рис.2.1.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема линейного источника

Пр- предохранители; ГПП- гаситель переходных процессов; Ф- фильтры; С- стабилизаторы; СТ- силовой трансформатор; БВ- блок выпрямления; Н-нагрузка.

Основными элементами устройства являются: силовой трансформа­тор, блок выпрямления, фильтр низкой частоты Ф₂ и стабилизатор посто­янного напряжения С₂. Остальные функциональные узлы улучшают харак­теристики ИП и обеспечивают безопасность его эксплуатации. Рассмотрим элементы вышеприведенной структуры.

Гаситель переходных процессов. ГПП - это устройство, которое проводит ток как только напряжение на его выходах превосходит опреде­ленный предел. ГПП компактны, дешевы и способны гасить опасные импульсы тока в десятки и сотни ампер.

Фильтры.В качестве фильтра Ф1 используется простой линейный LC-фильтр. Часто в ИП фильтр Ф1 препятствует возможному радиоизлу­чению из силовых проводов и снижает уровень сетевых помех во входных цепях ИП. Фильтр Ф1 и ГПП довольно успешно противостоят импульс­ным перенапряжениям, возникающим в питающей сети переменного тока. Практика показывает, что в сетях 110 и 220 В 50 Гц возможны кратко­временные выбросы напряжения до 1 - 5 кВ.

Фильтр низкой частоты Ф₂ предназначен для подавления пульсаций постоянного напряжения. Обычно это самый простой RC- фильтр с часто­той среза порядка единиц герц. Чем ниже частота среза, тем эффективнее фильтр.

Стабилизаторы. Стабилизатор C1 предназначен для стабилизации переменного напряжения и в реальных ИП используется редко.

Стабилизатор С₂ используется для стабилизации постоянного выход­ного напряжения. Самыми простыми устройствами являются параметрические стабилизаторы, выполненные на нелинейных элементах (чаще всего стабилитронах). Лучшими параметрами обладают компенса­ционные стабилизаторы. Как уже отмечалось, в качестве таких стабилиза­торов часто используются интегральные схемы с очень хорошими пара­метрами.

Силовой трансформатор. В большинстве ИП используют один или несколько трансформаторов. СТ в источнике питания решает две основные задачи: преобразование переменных напряжений и обеспечение гальвани­ческой развязки между питающей сетью и нагрузкой. Бестрансформатор­ные источники питания ставят схему под высокое напряжение по отноше­нию к внешнему заземлению, например, водопроводным трубам и систе­мам центрального отопления. Это создает потенциальную опасность, глав­ным образом, для человека, эксплуатирующего устройство. При проекти­ровании ИП целесообразно выбирать готовые унифицированные транс­форматоры. При выборе СТ необходимо учитывать следующие основные мо­менты:

1. мощность СТ должна быть не менее мощности, потребляемой нагрузкой (необходимо предусмотреть некоторый запас),

2. напряжение первичной обмотки (с учетом подключения ее выводов)должно соответствовать напряжению питающей сети,

3. в стабилизированных ИП напряжение вторичной обмотки должно быть таким, чтобы на входе стабилизатора Ст минимальное значение постоянного напряжения превышало значение выходного напряжения (минимум на 3 - 5 В).

4. при необходимости регулирования выходного напряжения можно использовать СТ с несколькими вторичными обмотками

Блок выпрямления. В качестве выпрямителей используются вен­тили-устройства, пропускающие ток в одном направлении. Наибольшее распространение в качестве вентилей получили полупроводниковые дио­ды.

Предохранители. Защищают ИП и подключенную к нему нагрузку от сильных токов, появление которых возможно при выходе из строя как са­мого ИП, так и нагрузки. В качестве предохранителей используются плав­кие вставки (одноразовые), биметаллические и электронные (многоразо­вые).

Наибольшее распространение в качестве предохранителей получили плавкие вставки. Целесообразно выбирать предохранитель на ток, превы­шающий номинальный примерно на 50%. Это связано, во-первых, с пе­риодически возникающими бросками токов переходных процессов при включении (заряд конденсатора фильтра Ф₂), во вторых с «усталостью» предохранителя.

Нагрузка. В состав ИП не входит. Однако определяет большинство требований, предъявляемых к нему, и в первую очередь:

• выходное (-ые) напряжение (напряжения);

• выходной (-ые) ток (токи);

• стабильность и пульсации выходного (-ых) напряжения (напря­ жений);

• вид защиты выхода источника питания.