Структура источников 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 требующей 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. Многие отечественные и зарубежные фирмы выпускают источники вторичного электропитания (ИВЭП) в готовом виде, удобном для встраивания в различные изделия. Это, как правило, хорошо отработанные, малогабаритные, высокоэкономичные конструкции с защитами различного вида.

По виду преобразования ИВЭП различают:

– сетевые источники – преобразователи переменного напряжения в постоянное (AC–DC);

– конверторы – преобразователи постоянного напряжения в постоянное (DC–DC);

– инверторы – преобразователи постоянного напряжения в переменное (DC–AC);

– преобразователи частоты (АС–АС).

Подавляющая часть устройств информационно-вычислитель-ных 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. 2.33, а. Мощный трансформатор Т, как правило, понижает напряжение, затем оно преобразуется выпрямителем В 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.

Рис. 2.33. Структура вторичных источников питания

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 % от 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 «импульсные ИВЭП» (рис. 2.33, б). В этой структуре переменное напряжение первичной сети сначала выпрямляется В1 и фильтруется Ф1, а затем инвертируется в инверторе И в переменное, но с частотой 20...100 кГц. На этой частоте напряжение трансформируется Т до нужного уровня, вновь выпрямляется В2, фильтруется Ф2 и при необходимости стабилизируется Ст. Масса и габариты магнитопровода трансформатора и дросселя обратно пропорциональны частоте переменного тока. Поэтому на высокой частоте происходит резкое уменьшение размеров трансформатора и фильтра Ф2. За счет этого источник получается значительно меньше по массе и габаритам, несмотря на большее число узлов и двойное преобразование вида тока. Промышленные образцы импульсных ИВЭП даны в прил. 3.