Импульсные источники питания
Тодинов А. В., гр. ЭНС-10-1
Научный руководитель – к.т.н., доцент О. В. Колмаков
Назначение вторичных источников питания
Вторичных источников питания (ВИП) предазначены для преобразованиеясетевого напряжения в постоянные напряжения заданных номиналов, необходимые для обеспечения работоспособности электронных схем. Можно выделить две основные структурные схемы ВИП: классическую (линейный (трансформаторный) источник питания) импульсную (импульсного источника питания).
Рассмотрим структурную схему линейного (трансформаторного) источника питания
Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее).
Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя.
Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке (стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой.
Напряжение в сети обычно может изменяться +15…-20% от номинального значения.
Достоинства трансформаторных БП:
-Простота конструкции.
-Надёжность.
-Доступность элементной базы.
-Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих).
Недостатки трансформаторных БП
Большой вес и габариты, пропорционально мощности. Металлоёмкость.
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.
Слабая стойкость оборудования с таким БП к броскам напряжения и «отгоранию нуля» (обычно возникает в воздушных сетях сельской местности, приводит к повышению напряжения в розетках с 220 до 380 В). В то же время техника с импульсными БП (например, современные телевизоры) часто переносит повышения питания до 380 В без разрушения.
Рассмотрим структурную схему импульсного источника питания:
Достоинства импульсных БП
Сравнимые по выходной мощности с линейными БП соответствующие им импульсные БП обладают следующими основными достоинствами:
-меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности.
-Масса линейных БП складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов, работающих в линейном режиме;
-значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98 %)за счет того, что основные потери в импульсных БП связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (то есть либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
-меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности.
Недостатки импульсных БП
Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.
Пример сравнения:
Два блока питания на 60Вт.
Слева – линейный, справа – импульсный
