Структуры источников электропитания

Для любого электронного устройства необходим источник питания, который должен давать одно или несколько значений постоянного напряжения. Конечно, в качестве источника питания можно использовать гальванические батареи, но при большом потреблении мощности это неэкономично. В этом случае применяют специальные электронные устройства, обеспечивающие формирование требуемых питающих напряжений и называемые источниками электропитания.

Рис. 2.27. Структурные схемы источников вторичного электропитания

Источники электрической энергии, необходимой для питания любой электронной аппаратуры, принято делить на источники первичного и вторичного электропитания.

К первичным источникам электропитания относят трехфазную (или однофазную) сеть промышленной частоты 50 Гц (для стационарной аппаратуры) и генераторы постоянного или переменного напряжения повышенной частоты 400—500 Гц. Химические гальванические элементы и солнечные батареи используются только для питания бортовой аппаратуры, устанавливаемой на подвижных объектах и требующих автономного электропитания.

Источники вторичного электропитания (ИВЭП) выполняют функции преобразования вида тока (переменный — постоянный), стабилизации и регулировки напряжения или тока, фильтрации различных помех, возникающих при переключении, стабилизации и регулировке напряжения и т.д. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется выпрямителями, а обратное преобразование постоянного тока в переменное — инверторами (не путать с инверторами — электронными схемами «НЕ»).

Подавляющая часть устройств информационно-вычислительных систем потребляет электрическую энергию в виде постоянного тока. Если первичным источником служит сеть переменного тока U_~, то источник вторичного электропитания чаще всего имеет структуру, приведенную на рис. 2.27, а.

Мощный трансформатор Т, как правило, понижает напряжение, затем оно преобразуется выпрямителем B в постоянное напряжение, пульсации которого сглаживаются фильтром Ф, и при необходимости уровень этого напряжения с помощью стабилизатора Ст поддерживается неизменным, не зависящим от изменений напряжения сети, температуры, тока нагрузки Н и других дестабилизирующих факторов.

Источники вторичного электропитания являются неотъемлемой частью любой электронной аппаратуры и в значительной степени определяют ее технико-экономические показатели. На долю источников питания нередко приходится до 40 % общей массы и объема аппаратуры, поэтому одной из задач, стоящих перед проектировщиками, является их комплексная миниатюризация.

Из всех узлов ИВЭП наиболее громоздкие, как правило, узлы, выполненные на магнитопроводах из ферромагнитных материалов (трансформаторы и дроссели фильтров).

Стремление уменьшить массу и габаритные размеры источников электропитания привело к структурной схеме, называемой «ИВЭП с бестрансформаторным входом» (рис. 2.27, б). В этой структуре переменное напряжение первичной сети сначала выпрямляется B1 и фильтруется Ф1, а затем инвертируется в инверторе И в переменное, но с частотой 20…50 кГц. На этой частоте напряжение трансформируется Т до нужного уровня, вновь выпрямляется B2, фильтруется Ф2 и при необходимости стабилизируется Ст. Масса и габариты магнитопровода трансформатора (дросселя) обратно пропорциональны частоте переменного тока. Поэтому на высокой частоте происходит резкое уменьшение размеров трансформатора и фильтра Ф2. За счет этого, несмотря на большее по сравнению со структурой рис. 2.27, а число узлов и двойное преобразование вида тока, источник получается значительно меньше по массе и габаритным размерам.