Вторичные источники питания. Вторичные источники питания (ВДЖ) необходимые для преобразования энергии первичного источника энергопитания в электрическую энергию такого качества

Вторичные источники питания (ВДЖ) необходимые для преобразования энергии первичного источника энергопитания в электрическую энергию такого качества, которая необходимое для работы полученного устройства. Чтобы выбрать или заказать ВДЖ, необходимо сформулировать технические требования к него на основании условий на электропитание для применяемых цифровых и аналоговых микросхем и элементов.

Эти требования должны содержать:

1. Количество источников (переменный и постоянный тока), величины их напруг, что нужны для питания разных блоков устройства.

2. Величину максимально допустимой нестабильности каждого источника δ_И = ΔU_H/U_H %, при которой можно гарантировать надежную работу применяемых микросхем.

3. Величины максимальных и минимальных токов, потребляемых от каждого источника, а также диапазон и характер изменений этих токов. Надо указать, например, что ток не меняется (постоянный) или меняется прыжком (указать ожидаемые увеличения, продолжительность и частоту переключений), или меняется плавно (апериодически, периодически), и указать амплитуды и частотный диапазон колебаний.

4. Параметры первичного источника электропитания, которым, например, может быть осветительная или силовая (однофазная, трехфазная) сеть 50 Hz ± 1%, напряжением 220 (127...380) ± 10 % (±20 %) V, аккумуляторные батареи, химические источники и т.п.

Источника вторичного питания в ряде случаев могут быть взятые типичные или серийные от разных, которые выпускаются промышленностью приборов. Однако, как правило, для снова разрабатываемых устройств проектируется свой источник питания. Это вызвано, в первую очередь, большим разнообразием требований в ВДЖ в каждом конкретном случае.

Составляя задачи на источник питания, надо помимо всего прочего учитывать возможность возникновения паразитных обратных связей и препятствий, вызываемых внутренним сопротивлением как самого источника, так и шин (соединительных руководств), по которые разветвляются тока питания.

Действительно, любое руководство или шина владеют конечным полным сопротивлением. Предположим, например, что срабатывания ІС вызовет переключения тока в 50 ма за время 10 ns. Такие броски тока могут вызвать на шине длиной 10 sm и сечением 0,5 mm² препятствие 0,2...0...…0,3VЭтого препятствия будет, как правило, довольно, чтобы вызвать ошибочное срабатывание аналогичной микросхемы.

Обычно ВДЖ содержит три функциональных блока: випрямовувач, что сглаживает, фильтр и стабилизатор напряжения. Последний в особенности необходимый для исключения препятствий, вызываемых коммутацией струмів нагрузка.

Поэтому каждый довольно сложный узел проектированного устройства, которое содержит 10...40...40 корпусов ІС, обеспечивается одним или группой стабилизаторов, которые работают от общего випрямовувача.

Больше того, рекомендуется возле каждой ІС установить между шинами питания конденсаторы 0,1...1...…1,0mF

Рисунок – 15.1

Для еще более больших блоков выполняются отдельные випрямовувачи и фильтры. Однако, как правило, все выпрямительные устройства питаются от одного багатообмотувального трансформатора.

Поскольку многочисленные сведения на выбор и расчет ВДЖ приведенные в [16], то, не рассматривая способы выполнения трансформатора, который согласует, випрямовувача и фильтра, обратим внимание на возможные способы выполнения стабилизаторов напряжения.

В этом качестве получили широкое распространение параметрические стабилизаторы на стабилитронах (рисунок 15.1). Применения стабилитронов ограничивается их сравнительно маленькой мощностью, невозможностью регулировать стабилизированное напряжение и сравнительно высоким уровнем нестабильности напряжения порядка 2...5 %. Однако простота и надежность схемы окупают ее недостатки, стабилитроны часто применяются для питания цифровых и аналоговых схем. Основные соотношения, необходимые для выбора стабилитрона и расчета схемы, приведенные непосредственно на рисунке 17.1 и подробно в [12].

Более совершенными являются компенсационные стабилизаторы напряжения. С их помощью возможная установка разных номиналов исходного напряжения и его регулирования, нестабильность напряжения не превышает 0,5...1,5%, возможно получить большие исходные тока.

Среди интегральных схем стабилизаторов напряжения получили распространение микросхемы К142ЕН1...К142ЕН9. Они выпускаются на исходные напряжения от 3 до 20 V (в зависимости от типа схемы) при входном напряжении от 9 до 40 V и при исходном току от 50 до 150 ма. Мощность рассеяния на ІС не должна превышать 0,8 W, а при работе по тепловідводом – 1,5 W.

Схема включения подобной микросхемы приведенная на рисунке 15.2. Конденсаторы С₁ и С₂ необходимые для предотвращения автоколивань и снижения уровня высокочастотных шумов; С₃ оказывают содействие сглаживанию пульсаций. Делитель R₂ и R₃ служит для регулирования исходного напряжения, а делитель R₄, R₅ и R₁ устанавливает уровень отсечения схемы защиты от перегрузки по току и при коротком замыкании. Стабилизатор может дистанционно выключаться током порядка 1 ма, подаваемым на вывод 9.

Рисунок 15.2

Если необходимо обеспечить в нагрузке ток свыше 150 ма, микросхемы могут быть дополнены внешними транзисторами, как это показано на рисунке 15.3. Здесь ток нагрузки может достигать 0,5...2,0 А, если, конечно, придерживаются нормы по отводу тепла от схемы и транзисторов.

Кроме схем серии К142 выпускаются стабилизаторы напряжения серии К275ЕН1...К275ЕН16. Они (в зависимости от типа схемы) имеют исходное напряжение от 1,2 до 24 V, когда входное находится в границах от 5 до 27,5 V. Исходный ток небольшой и составляет 50 ма. Нестабильность исходного напряжения менее 0,2 %. Микросхемы рассчитаны на фиксированное значение исходного напряжения.

Интегральные микросхемы К403ЕН1...К403ЕН8 рассчитанные на стабилизацию напруг в границах от 5 до 30 V при фиксированном значении этого напряжения. Входное напряжение лежит в границах от 11 до 54 V. Исходный ток может составлять от 1,0 до 2,0 А. Разброс исходного напряжения не более 2 %. Минимальный ток нагрузки 0,05 А. Мощность, которая рассеивается, без тепловідводу 1 W, а с тепловідводом – 15 W. Группа А микросхем имеет нестабильность по напряжению 0,01 %, а группа Б – 0,05 %. Температурный коэффициент напряжения равняется ±0,05 %.

Микросхема K181ЕН1 имеет исходное напряжение в границах 3...15 V. Входное напряжение 9...20…20 V Максимальный ток стабилизации 150 m. Схема защиты ограничивает ток короткого замыкания на равные 0,4 А. Коэффициент нестабильности при изменении входного напряжения составляет 7×10^-3, а по току – 8×10^-3.

Более подробные сведения о микросхемах интегральных стабилизаторов напряжения приведенные в [3, 8].

Рисунок 15.3

Вторичные источники питания должны быть оснащены защитой от возникновения аварийных режимов, которые могут возникнуть как в самому ВДЖ, так и в нагрузке.

Как уже упоминалось, распространенные схемы защиты основанные на принципе запирания последовательного регулирующего транзистора стабилизатора с целью ограничения тока при перегрузке или при превышении исходного напряжения, как это предусмотрено например, в микросхемах К142ЕН.

Кроме того, защита от превышения тока всего ВДЖ в целому максимально просто реализуется с помощью плавких предохранителей, устанавливаемых в входной цепи источника питания. Плавкие предохранители ВП1-1 для РЕА выпускаются на тока 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5 А. Время их расплавления составляет приблизительно 1 s.

Чтобы сделать защиту более надежный и быстродействующей, рекомендуется вход ВДЖ шунтувати тиристором (рисунок 15.4) [16]. В этой схеме при превышении тока нагрузка или исходного напряжения растет потенциал на резисторах R₁ или R₂. В результате открывается транзистор VT, вследствие чего отрабатывает тиристор VD, и током короткого замыкания форсированно пережигается плавкий предохранитель.

Для предотвращения порчи тиристора, для ограничения тока короткого замыкания последовательно с плавким предохранителем ПП прибавляется резистор 0,5...2 W.

Рисунок 17.4

Для облегчения индикации при перепалюваниі предохранителя применяют световые индикаторы. На рисунке 15.4 показанная цепочка из резистора R₀ и неоновой лампочки НЛ (и світлодіода), что шунтує предохранитель. При его перегорании напряжение, приложенное к цепочке, будет достаточная для зажигания лампы или світлодіода.