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.
|
