Общие сведения об источниках вторичного электропитания

Источник вторичного электропитания (ИВП) - это электронное устройство, предназначенное для преобразования энергии первичного источника электропитания в электрическую энергию частоты, уровня и стабильности, значения которых согласованы с требованиями, предъявляемыми конкретными электронными устройствами (ЭУ).

В качестве первичных источников электропитания для ЭУ и систем обычно используют либо промышленную сеть переменного тока, либо автономные источники переменного или постоянного тока.

Возможности непосредственного использования этих источников для питания различных ЭУ и систем весьма ограничены. Причина в том, что современные ЭУ выполняются с использованием интегральных схем, требующих для своего питания постоянного напряжения низкого уровня ±(5-15)В. Отклонения этого напряжения от заданного значения не должны превышать ±(5-10)%. В ряде случаев, например при питании прецизионных аналоговых устройств или аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей, стабильность напряжения питания должна быть существенно выше

(0,1- 0,01%).

Реальные параметры применяемых на практике первичных источников, как правило, этим требованиям не отвечают. Это обусловлено:

- несовпадением частот напряжения промышленной сети и потребителя, поскольку промышленная сеть формирует переменное напряжение с частотой 50Гц, в то время как ЭУ в основном используют для питания напряжение постоянного тока, то есть напряжение с частотой, равной нулю;

- несовпадением уровней напряжения, так как, например, действующее значение напряжения промышленной сети равно 220В или 380В, а напряжение аккумуляторной батареи 12В, что не соответствует диапазону напряжения питания, необходимому для надежного функционирования ИС;

- несовпадением стабильностей напряжений, так как промышленная сеть допускает статические (долговременные) отклонения напряжения в диапазоне от 15% до 20%, что также не соответствует требованиям, предъявляемым к напряжению питания для устройств, выполненных на основе ИС.

Следует отметить, что колебания напряжения питания должны рассматриваться в качестве внешнего возмущения, воздействующего на работу ЭУ и системы в целом. Изменение этого напряжения существенно влияет на их технические характеристики. Так, например, в усилителях постоянного тока следствием изменения питания является дрейф нуля выходного напряжения, а в усилителях переменного тока значение напряжения питания определяет уровень вносимых искажений.

Это обуславливает необходимость применения специального электронного устройства, согласующего частоты, уровни стабильности напряжения.

Устройства согласования частоты в зависимости от вида преобразуемой энергии подразделяются на два основных класса:

- выпрямители – преобразователи напряжения переменного тока в напряжение, содержащее постоянную составляющую (пульсирующее напряжение);

- инверторы - преобразователи постоянного напряжения в переменное с заданной формой и частотой.

Устройства согласования уровня напряжения предназначаются для преобразования как постоянного, так и переменного напряжения одного уровня в напряжения другого уровня.

Устройства согласования стабильности напряжения можно разделить на два основных класса;

- сглаживающие фильтры - устройства, предназначенные для стабилизации мгновенного пульсирующего напряжения (тока);

- стабилизаторы - устройства, стабилизирующие среднее значение выходного напряжения, тока и мощности.

В соответствии со сказанным обобщенную структурную схему ИВП можно представить в виде последовательного соединения блоков (рис. 1).

Устройство согласования уровня

Устройство согласования частоты

Устройство согласования стабильности

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема ИВП

Следует отметить, что с точки зрения конечного результата - согласования параметров напряжения – последовательность включения указанных блоков может быть произвольной и определяется дополнительными требованиями к ИВП, а также используемыми схемотехническими решениями отдельных блоков.

На рисунке 1.2 приведена наиболее типичная структурная схема ИВП, предназначенного для преобразования напряжения промышленной сети в постоянном напряжение.

Трансформатор (Т)

Выпрямитель (В)

Сглаживающий Фильтр (Ф)

Стабилизатор (Ст)

Рисунок 2 - Структурная схема ИВП с входным трансформатором

В этой схеме последовательно происходит согласование уровня, затем частоты и, наконец, стабильности входного и выходного напряжений.

Следует заметить, что представление ИВП в виде каскадного соединения трех функциональных законченных блоков является условным. В конкретной структуре часто невозможно выделить законченные функциональные блоки, выполняющие только один из указанных выше типов преобразования (согласования) напряжений. Однако такое представление позволяет четко сформулировать требования, предъявляемые к ИВП, определить место в составе электронных систем и основные характеристики.