Источники питания малой мощности.
Источники вторичного электропитания – электронные устройства, предназначенные для преобразования энергии первичного источника электропитания в эл. энергию, значения частоты, уровня и стабильности которой согласованы с требованиями, предъявляемыми к этим параметрам конкретными электронными устройствами и системами.
В качестве первичных источников электропитания используют:
1) промышленную сеть переменного тока
2) автономные источники переменного тока – генераторы
3) автономные источники постоянного тока - аккумуляторы, химические батареи и т.д.
Непосредственно использовать эти источники для питания электронных устройств невозможно, так как:
1) интегральные схемы, используемые в современных ЭУ, требуют для питания постоянное напряжение низкого уровня ± 5…± 15В
2) отклонение постоянного напряжения от заданного значения не должно превышать ±5….10%
3) при питании прецизионных аналоговых устройств или АЦП и ЦАП стабильность питания должна составлять 0,1…..0,01%
Реальные параметры, применяемых на практике первичных источников, этим требованиям не отвечают. Это обусловлено:
1) несовпадение частот напряжения промышленной сети и потребителя:
- промышленная сеть f= 50 Гц
- питание ЭУ f=0 Гц
2) несовпадение уровней напряжения:
- напряжение действ. пром. сети = 220 или 380 В
- напряжение аккумуляторной батареи = 12 В
- напряжение ЭУ на ИС = ± 5…..± 15 В
3) несовпадение стабильностей напряжения:
- пром. сеть допускает домовременные отклонения напряжения в диапазоне +15%...-20% (253……176 В)
- напряжение аккумуляторной батареи может изменяться от 7,5 до 15 В
Колебания напряжения питания рассматриваются в качестве внешнего возмущения, воздействующего на работу ЭУ в целом.
От напряжения питания зависит суммарная мощность, рассеиваемая в ЭУ => его масса и объём => возникает необходимость применения специального ЭУ, согласующего частоты, уровни и стабильности напряжений, необходимых для питания отдельных узлов ЭУ.
В общем случае ИВП состоит из нескольких блоков:
U
Устройство согласования уровня
Устройство согласования уровня
Устройство согласования уровня
Устройство согласования уровня
Устройство согласования частоты
Устройство согласования стабильности
вхU
вых
2
20
В
50Гц
Устройства согласования частоты:
1) Выпрямители – преобразователи напряжения переменного тока в напряжение, содержащие постоянную составляющую (пульсирующее напряжение).
2) Инверторы – преобразователи постоянного напряжения в переменное с заданной формой и частотой.
Устройство согласования уровня напряженияпредназначено для преобразования как постоянного так и переменного напряжения одного уровня в напряжение другого уровня.
Устройства согласования стабильности напряжения:
1) Сглаживающие фильтры – предназначены для стабилизации мгновенного значения пульсирующего напряжения (тока).
2) Стабилизаторы – устройства, стабилизирующие среднее значение выходного напряжения, тока или мощности.
Последовательность включения отдельных блоков может быть произвольной и определяться дополнительными требованиями к ИВП, а также используемыми схемотехническими решениями отдельных блоков.
а)
Т
В
Ф
Ст
UвхUвых
220 В
50 Гц
Сначала согласуются уровни, затем частоты и стабильности входного и выходного напряжений.
б) конвертор
U
В1
Ф1
И
В2
Ф2
вхUвых
220 В
50 Гц
Предполагает первоначальное преобразование входного переменного напряжения в постоянное (выпрямитель В1 и фильтр Ф1). Затем выполняется согласование уровней напряжения: конвертор, выполненный на каскадно включенных инверторе Uс трансформаторным выходом и выпрямителем В2. Фильтр (Ф2) используется для окончательной стабилизации выходного напряжения. Особенность данной структуры – совмещение в конверторе двух функций:
- согласование уровней напряжения
- стабилизация среднего значения напряжения
Для стабилизации Uвых ИВП используется в инверторе И в качестве управляющего (цепь обратной связи).
Для преобразования постоянного напряжения в переменное используют высокочастотный инвертор для уменьшения массы и объёма всего устройства.
в)
U
УВ
Ф
В1
Ф1
И
В2
Ф2
вхUвых
220 В
50 Гц
В функции управляемого выпрямителя УВ входит согласование уровня, частоты и стабильности среднего значения выходного напряжения. Сглаживающий фильтр Ф стабилизирует мгновенное значение выходного напряжения.