3.1 Основные типы и критерии выбора источников питания для радиоэлектронной аппаратуры
Первая проблема, с
которой при конструировании любых устройств
сталкиваются и начинающие и опытные
радиолюбители — это проблема электропитания. В
настоящей главе будут рассмотрены разнообразные
сетевые источники питания (микромощные, средней
мощности, мощные).
При выборе и
разработке источника питания (далее ИП)
необходимо учитывать ряд факторов, определяемых
условиями эксплуатации, свойствами нагрузки,
требованиями к безопасности и т.д.
В первую очередь,
конечно, следует обратить внимание на
соответствие электрических параметров ИП
требованиям питаемого устройства, а именно:
• напряжение
питания;
• потребляемый ток;
• требуемый
уровень стабилизации напряжения питания;
• допустимый
уровень пульсации напряжения питания.
Немаловажны и характеристики ИП. влияющие на его
эксплуатационные качества:
• наличие систем
защиты;
• массогабаритные
размеры.
Являясь
неотъемлемой частью радиоэлектронной
аппаратуры, средства вторичного электропитания
должны жестко соответствовать определенным
требованиям, которые определяются как
требованиями к самой аппаратуре в целом, так и
условиями предъявляемыми к источникам питания и
их работе в составе данной аппаратуры. Любой из
параметров ИП, выходящий за границы допустимых
требований, вносит диссонанс в работу
устройства. Поэтому, прежде чем начинать сборку
ИП к предполагаемой конструкции, внимательно
проанализируйте все имеющиеся варианты и
выберите такой ИП, который будет максимально
соответствовать всем требованиям и вашим
возможностям.
.
Существует четыре
основных типа сетевых источников питания:
•
бестрансформаторные, с гасящим резистором или
конденсатором.
• линейные,
выполненные по классической схеме:
понижающий
трансформатор - выпрямитель - фильтр
- стабилизатор.
• вторичные
импульсные: понижающий трансформатор -фильтр -
высокочастотный преобразователь 20-400 кГц.
• импульсный
высоковольтный высокочастотный: фильтр
- выпрямитель ~220 В -
импульсный высокочастотный
преобразователь
20-400кГц. Линейные источники питания отличаются
предельной простотой и надежностью, отсутствием
высокочастотных помех. Высокая степень
доступности комплектующих и простота
изготовления делает их наиболее
привлекательными для повторения начинающими
радиоконструкторами. Кроме того, в некоторых
случаях немаловажен и чисто экономический
расчет — применение линейных ИП однозначно
оправдано в устройствах, потребляющих до 500 мА,
которые требуют достаточно малогабаритных ИП. К
таким устройствам можно отнести:
• зарядные
устройства для аккумуляторов;
• блоки питания
радиоприемников, АОНов, систем сигнализации и
т.д.
Необходимо
отметить, что некоторые конструкции, не
требующие гальванической развязки с
промышленной сетью, можно питать через гасящий
конденсатор или резистор, при этом потребляемый
ток может достигать сотен мА.
Эффективность и
рациональность применения линейных ИП
значительно снижается при токах потребления
более 1 А. Причинами этого являются следующие
явления:
• колебания
сетевого напряжения сказываются на коэффициенте
стабилизации;
• на входе
стабилизатора приходится устанавливать
напряжение, которое будет заведомо выше
минимально допустимого при любых колебаниях
напряжения в сети, а это значит, что когда эти
колебания высоки. необходимо устанавливать
завышенное напряжение, что в свою очередь влияет
на проходной транзистор (неоправданно большое
падение напряжения на переходе, и как следствие
— высокое тепловыделение);
• большой
потребляемый ток требует применения габаритных
радиаторов на выпрямляющих диодах и
регулирующем транзисторе, ухудшает тепловой
режим и габаритные размеры устройства в целом.
Достаточно просты в
изготовлении и эксплуатации вторичные
импульсные преобразователи напряжения, их
отличает простота изготовления и дешевизна
комплектующих. Экономически и технологически
оправдано конструировать ИП по схеме вторичного
импульсного преобразователя для устройств с
током потребления 1-5 А, для бесперебойных ИП к
системам видеонаблюдения и охраны, для
усилителей низкой частоты, радиостанций,
зарядных устройств.
Лучшая
отличительная черта вторичных преобразователей
перед линейными — массогабаритные
характеристики выпрямителя, фильтра,
преобразователя, стабилизатора. Однако их
отличает большой уровень помех, поэтому при
конструировании необходимо уделить внимание
экранированию и подавлению высокочастотных
составляющих в шине питания.
В последнее время
получили достаточно широкое распространение
импульсные ИП, построенные на основе
высокочастотного преобразователя с
бестрансформаторным входом. Эти устройства,
питаясь от промышленной сети ~110В/220В, не содержат
в своем составе громоздких низкочастотных
силовых трансформаторов, а преобразование
напряжения осуществляется высокочастотным
преобразователем на частотах 20-400 кГц. Такие
источники питания обладают на порядок лучшими
массогаба-ритными показателями по сравнению с
линейными, а их КПД может достигать 90% и более. ИП
с импульсным высокочастотным преобразователем
существенно улучшают многие характеристики
устройств, питаемых от этих источников, и могут
применяться практически в любых
радиолюбительских конструкциях. Однако их
отличает достаточно высокий уровень сложности,
высокий уровень помех в шине питания, низкая
надежность, высокая себестоимость,
недоступность некоторых компонентов. Таким
образом, необходимо иметь очень веские основания
для применения импульсных ИП на основе
высокочастотного преобразователя в
любительской аппаратуре (в промышленных
устройствах это в большинстве случаев
оправдано). Такими основаниями могут служить:
вероятность колебаний входного напряжения в
пределах ~100-300 В. возможность создавать ИП с
мощностью от десятков ватт до сотен киловатт на
любые выходные напряжения, появление доступных
высокотехнологичных решений на основе ИМС и
других современных компонентов.
|
