<<
>>

1.3.Линейные и импульсные источники вторичного электропитания

Как отмечалось выше, стабилизированные ИП по характеру стабилизации напряжения делятся на источники непрерывным (линейным) и импульсным регулированием. Аналогично любые (стабилизированные или нестабилизированные) ИП принято делить на линейные и импульсные [1].

В линейных ИП переменное напряжение питающей сети преобразуется трансформатором, выпрямляется, подвергается низкочастотной фильтрации и стабилизируется(рис.1.3). В нестабилизированных ИП нагрузка подключается непосредственно к выходу фильтра низкой частоты.

В стабилизаторах линейных ИП осуществляется непрерывное регулирование: последовательно или параллельно с нагрузкой включается регулирующий элемент(транзистор), управляемый сигналом обратной связи, засчет чего выходное напряжение поддерживается на постоянном уровне.

Рис. 1.3. Упрощенная функциональная схема линейного стабилизированного источника питания.

Отличительная особенность линейных стабилизаторов напряжения заключается в том, что их выходное напряжение всегда ниже нестабилизированного входного напряжения. Кроме этого выходное напряжение Uвых всегда имеет одинаковую полярность с входным напряжением Uвх, а сам стабилизатор непрерывно рассеивает мощность Pрас≈Iвых(Uвх−Uвых), где Iвых – выходной ток(ток нагрузки).

Импульсные ИП непосредственно выпрямляют и фильтруют напряжение питающей сети переменного тока без использования первичного силового трансформатора, который для частоты 50 Гц имеет значительные вес и габариты. Выпрямленный и отфильтрованный постоянный ток коммутируется мощным электронным ключом, затем преобразуется высокочастотным трансформатором, снова выпрямляется и фильтруется (рис.1.4).

Рис 1.4 Упрощенная функциональнаясхема импульсного источника питания: В– выпрямитель; ФНЧ– фильтр низкой частоты; КРЭ– ключевой регулирующий элемент; Т– трансформатор.

Электронный ключ управляется специальным сигналом, формируемым схемой управления. В устройстве может быть обратная связь по напряжению, благодаря которой стабилизируется выходное напряжение(управляющий сигнал формируется в зависимости от разности напряженийвыходного и опорного). Из-за высокой частоты переключения(от20 кГц ивыше), трансформаторы и конденсаторы фильтров имеют намного меньшие размеры, чем их низкочастотные(50 Гц) эквиваленты. Достоинствомимпульсных ИП является высокий КПД– 60 – 98% (КПД линейных ИП,как правило, не превышает40 – 50%).

Для питания РЭА используются три типа импульсных электронных устройств, использующихся в качестве ИП: преобразователь – переменныйток/постоянный ток(AС-DС конверторы), преобразователь– постоянныйток/постоянный ток(DC-DC конвертор) и преобразователь − постоянныйток/переменный ток(DC-AC преобразователь или инвертор). Каждый типустройств имеет собственные определенные области применения.

Импульсные стабилизаторы(DC-DC конверторы), в отличие от аналогичных линейных устройств могут:

1) обеспечивать выходное напряжение, превышающее по величине

входное напряжение;

2) инвертировать входное напряжение (полярность выходного напряжения становится противоположной полярности входного напряжения).

DC-DC конверторы используют принцип действия импульсных ИП, но применяются для того, чтобы преобразовывать одно постоянное напряжение в другое, обычно хорошо стабилизированное. Такие преобразователи используются, большей частью, там, где РЭА должна питаться от химического источника тока или другого автономного источника постоянного тока.

ИнтегральныеDC-DC конверторы широко используются для преобразования и распределения постоянного напряжения питания, поступающего в систему от сетевого ИП или батареи.

Другое распространенное применение дляDC-DC конверторов, это

преобразование напряжения батареи(1.5, 3.0, 4.5, 9, 12, 24 В) в напряжение другого номинала. При этом выходное напряжение может оставатьсядостаточно стабильным при значительных колебаниях напряжения батареи. Например, напряжение 12-ти вольтовой автомобильной аккумуляторной батареи в процессе работы может изменяться в пределах от6 до 15 В.

Сравнение импульсных и линейных ИП.Несмотря на то, что линейные ИП имеют много достоинств, таких как простота, малые уровнипульсаций выходного напряжения и шума, отличные значения нестабильности по напряжению и току, малое время восстановления нормативногоуровня выходного напряжения после скачкообразного изменения тока нагрузки, главными их недостатками, ограничивающими их применение являются: низкий КПД, значительные масса и габариты.

Импульсные ИП находят широкое применение главным образом благодаря их значительно большой удельной мощности и большой эффективности. Важным достоинством импульсных ИП является большое время удержания, то есть время, в течение которого выходное напряжение ИПостается в допустимых пределах при пропадании входного напряжения.Особую актуальность это приобретает в цифровых вычислителях и компьютерах.

Обобщенные результаты сравнения линейных и импульсных ИП представлены в табл. 1.1.

Элементная база ИП. В качестве базовых электрорадиоэлементов ИП используются:

1) электровакуумные приборы(диоды, триоды и многосеточные лампы);

2) полупроводниковые диоды, стабилитроны и стабисторы, тиристоры, транзисторы;

3) трансформаторы и дроссели(низкочастотные и высокочастотные);

4) конденсаторы(в основном оксидные, имеющие большую удельную емкость);

5) линейные интегральные микросхемы(операционные усилители,

усилители низкой частоты);

6) интегральные стабилизаторы напряжения и тока(линейные и импульсные);

7) интегральные микросхемы, входящие в состав импульсных ИП (АС-DС иDС-DС конверторы, однотактные и двухтактные ШИМ– контроллеры, корректоры коэффициента мощности, специализированные схемы управления импульсными источниками

вторичного электропитания);

8) элементы(устройства) индикации(лампы накаливания и светодиоды, аналоговые и цифровые индикаторы);

9) предохранители(плавкие, биметаллические, электронные).

Современная тенденция развития ИП такова, что они строятся в основном с применением интегральных микросхем, а доля дискретных активных элементов в них постоянно уменьшается. Уже в 1967 была разработана микросхема линейного интегрального стабилизатора µА723, представляющая собой настоящий блок питания. Микросхема µА723 содержиттемпературно-компенсированный источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель, последовательно включенный проходной транзистор и схему защиты, обеспечивающую ограничение выходного тока. Современные стабилизаторы имеют лучшие электрические параметры, имеют широкий спектр функциональных возможностей, но построены на техже принципах, что иµА723.

Таблица 1.1

Сравнение импульсных и линейных ИП

Отечественной и зарубежной промышленностью выпускается большое число линейных интегральных стабилизаторов, рассчитанных как нафиксированное значение напряжения, так и предназначенных для регулирования величины, выходного напряжения в достаточно широких пределах. Например, выходное напряжение отечественной микро-схемы КР142ЕН12А может изменяться в пределах от+1, 25 до+36 В. Приэтом она может отдавать ток в нагрузку до 1,5 А.

Ряд линейных стабилизаторов, помимо своей основной функции, способны:

1) следить за значением входного напряжения и формировать контрольный сигнал, предназначенный для предупреждения об аварий-ной просадке напряжения на входе;

2) изменять выходное напряжение и выходной ток под действием управляющего сигнала;

3) совместно с резервным источником питания (аккумулятором или батареей) обеспечивать бесперебойное питание устройства, что особенно важно для микропроцессорных систем.

Интегральные АС-DС преобразователи представляют собой, по сутидела, готовые источники питания. Например, преобразовательHV-2405EфирмыHarris semiconductor осуществляет прямое преобразование переменного тока(18 – 264 В) в постоянный(5 – 24 В). Выходной токHV-2405E может достигать50 мА. Для превращения микросхемы в компактный, легкий, дешевый и эффективный ИП необходимо только несколько недорогих внешних компонентов (не требуется никаких дополнительных трансформаторов и дросселей). HV-2405E заменяет собой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор напряжения.

Мощные АС-DС конверторы способны отдавать ток в нагрузку значительно больший. Так отечественная микросхема 1182ЕМ3 обеспечивает выходной ток до 1,7 А и имеет встроенную защиту по току и встроеннуюзащиту от перегрева. Правда для работы такой микросхемы потребуетсяподключение внешнего трансформатора или дросселя.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие вторичных источников электропитания от первичных?

2. Какой вид энергии преобразуется в электрическую в гальванических элементах ?

3. Для чего гальванические элементы объединяют в батареи?

4. Какие преобразователи используют в солнечных батареях?

5. Какие функции выполняют источники вторичного электропитания (ИВЭП)?

6. Какие источники первичного электропитания (ИПЭП) и ИВЭП используются в автомобилях?

7. Какие ИПЭП чаще всего используются в ИВЭП аппаратуры устанавливаемой в офисах и жилых помещениях?

8. Какие ИПЭП и ИВЭП используются в носимой аппаратуре мобильной связи?

9. Как определяется относительная нестабильность питающего напряжения?

10. Как определяется уровень пульсаций питающего напряжения?

11. Как и в каких единицах измерения определяется полная мощность источников питания с выходом на переменном токе?

12. Как определяется коэффициент мощности источника питания?

13. Как определяется коэффициент полезного действия источника питания?

14. Как определяется внутреннее сопротивление источника питания?

15. Как определяется уровень пульсаций источника питания с выходом на постоянном токе?

16. В чем отличие линейных ИВЭП от импульсных?

17. Перечислите особенности линейных стабилизаторов напряжения.

18. Перечислите преобразования энергии в импульсных ИВЭП?

19. Какие функции импульсных стабилизаторов напряжения невозможно реализовать в линейных стабилизаторах?

20. Перечислите достоинства и недостатки линейных ИВЭП.

21. Перечислите достоинства и недостатки импульсных ИВЭП.

22. Перечислите достоинства и недостатки линейных ИВЭП.

23. Перечислите достоинства и недостатки импульсных ИВЭП.

<< | >>
Источник: Левашов Ю.А., Белоус И.А.. ЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ [Текст]: учебное пособие / Ю.А. Левашов, И.А. Белоус. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2016. - 205 с.. 2016
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме 1.3.Линейные и импульсные источники вторичного электропитания:

  1. 1.1. Классификация источников электропитания
  2. Глава 1. Общие сведения об источниках электропитания
  3. Белоус И.А.. ЭЛЕКТРОПИТАНИЕ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ СВЯЗИ. Практикум, 2016
  4. 7.2. Электропитание аппаратуры необслуживаемых усилительных и регенерационных пунктов кабельных линий связи
  5. 4.2. Импульсный повышающий преобразователь
  6. 4.3. Импульсный стабилизатор напряжения
  7. Модель вторичного рынка ипотечных кредитов
  8. 2.5 РАБОТА ПСИХОТЕРАПЕВТА С ВТОРИЧНОЙ ТРАВМОЙ
  9. 4.1. Импульсный понижающий преобразователь
  10. Компьютерный практикум: Импульсный повышающий преобразователь
  11. 4.4. Импульсный инвертирующий преобразователь напряжения
  12. 5.1. Компенсационные стабилизаторы постоянного напряжения с импульсным регулированием
  13. Компьютерный практикум: Импульсный понижающий преобразователь
  14. § 3. Структура рынка ценных бумаг. Первичный и вторичный рынок
  15. 5.2. Стабилизаторы напряжения с широтно-импульсной модуляцией
  16. Первичный и вторичный рынки
  17. Приложение 14. Вторичная профилактика И
  18. 2.4. Деятельность институтов вторичного рынка в США*(24)