Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001), страница 2

По виду выходной электроэнергии: с выходным напряжением переменного тока (одно- или многофазного); с выходным напряжением постоянного тока; комбинированные (с выходными напряжениями переменного и постоянного токов). 4. По номинальному значению выходного напряжения У, „: низкое Уьых < 100 В; повышенное Уьих = 100 .1000 В; высокое У „> > 1000 В. Источники электропитания с уровнем выходного напряжения свыше 1000 В принято называть высоковольтными. У этих источников рабочие цепи находятся под потенциалом относительно «земли», равным рабочему напряжению.

Кроме них используются источники электропитания, рабочие цепи которых находятся под потенциалом относительно «земли» выше рабочего напряжения. Такие источники применяются обычно в радиопередающих устройствах, где уровень потенциала превышает 1000 В. В этом случае источники электропитания называют высокопотенциальными.

5. По степени постоянства выходного напряжения: нестабилизирующие и стабилизирующие. Стабилизирующие источники электропитания + 1ххх 7 В и ухих а) уи УВха дгх г) 4Вих игх УВИХВ ВВехху 9. По способу стабилизации напряжения: непрерывного и импульсного действия. Структурная схема источника электропитания определяется входными и выходными параметрами.

На рис. 1 1,а-е приведены типовые структурные схемы источников электропитания, содержащие следующие функциональные узлы: трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф, стабилизатор напряжения С, делитель выходного напряжения ДИ, помехоподавляющий фильтр ППФ, инвертор регулирующий Ир, инвертор нерегулирующий И. Трансформатор на входе источника электропитания (рис. 1.!,а,б) рассчитывается на частоту тока системы электроснабжения.

Такие схемы используются при малой выходной мощности, так как трансформатор при работе на частоте тока сети имеет завышенные габаритные размеры и массу. В схемах на рис. 1.1,в-е во входных цепях используются узлы ППФ, осуществляющие фильтрацию высокочастотных помех как со стороны сети, так и со стороны инвертора в сеть. В схемах на рис. 1.1,в,г применяется инвертор, регулирующий выходное напряжение источника по сигналу обратной связи с делителя напряжения.

В схеме на рис. 1.1,д инвертор И выполняет лишь функцию преобразования постоянного тока в переменный, а стабилизацию напряжения осуществляет стабилизатор С по сигналу обратной связи с трансформатора (от дополнительнои обмотки). На рис. 1.1,е приведена схема многоканального источника электропитания. Обратная связь на регулирующий инвертор может быть подана только с одного выхода, поэтому остальные каналы при необходимости стабилизации их выходных напряжений должны быть снабжены узлами стабилизации С1 и СЗ. Обратная связь на инвертор обычно подается с выхода канала, рассчитанного на больший ток.

Рис. 1.1. Типовые структурные схемы источников электропитания при входном напряжении переменного (а-е, е) или постоянного (г,д) тока обеспечивают постоянство выходного напряжения на заданном уровне при воздействии влияющих величин (изменении входного напряжения, выходного тока, температуры окружающей среды и др.). Они имеют в своем составе стабилизатор напряжения, который конструктивно может быть выполнен в виде функционального узла.

б. По допустимому отклонению номинала выходного напряжения: низкой точности (> 5%); средней точности (1...5%); высокой точности (0,1...1 %); прецизионные (< 0,1 %). 7. По уровню пульсации (переменной составляющей) выходного напряжения постоянного тока: малый уровень (< 0,1 %); средний уровень (0,1... 1 %); большой уровень (> 1 %).

8. По числу выходов: одноканальные (один выход) и многоканальные (два и более выходов). Способы регулирования выходного напряжения источников электропитания Выходное напряжение источника электропитания изменяется в процессе работы под воздействием изменений тока нагрузки, входного напряжения, температуры окружающей среды, а также под влиянием ионизирующих излучений, времени непрерывной работы, влажности окружающего воздуха, механических воздействий. Регулирование выходного напряжения может осуществляться вручную (оператором) или автоматически.

Источник называют стабилизирующим, если в нем поддерживается уровень напряжения или тока неизменным с заданной степенью точности. В зависимости от вида регулирования стабилизирующие источники подразделяются на параметрические и компенсационные. Для параметрической стабилизации применяются компоненты с нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ). На рис. 1.2,а показана ВАХ компонента — стабилизатора напряжения, на рис. 1.2,б— ВАХ стабилизатора тока. Для параметрической стабилизации при У постоянном токе применяются стабилитроны и переходы транзистороа (у биполярных транзисторов переходы база-эмиттер), для параметрической стабилизации при переменном токе — электромагнитные компоненты (дроссели).

Компенсационные стабилизи- а) Ю рующие источники представляют собой устройства автоматиче- Рис. пг. Вольт-амперныехаракского регулирования с отрицатель- теристики нелинейных компонентов ной обратной связью. В этих уст- дли стабилизации напРЯжениЯ (о) и ройствах сигнал обратной связи с тока (ь) выхода источника воздействует на регулирующий компонент. В компенсационных стабилизаторах напряжения сигнал обратной связи определяется уровнем выходного напряжения, в стабилизаторах тока — уровнем выходного тока. В зависимости от принципа регулирования различают компенсационные источники непрерывного и имяуэьского действия. В источниках электропитания непрерывного действия регулирующий компонент включен последовательно с нагрузкой или параллельно ей. В соответствии с этим различают последовательные или параллельные стабилизаторы.

При регулировании выходного напряжения источника используют следующие спосоБы модуляции: э) амплитудная модуляция (АМ), когда регулирование осуществляется изменением амплитуды напряжения; б) частотная импульсная модуляция (ЧИМ), когда регулирование напряжения осуществляется изменением частоты следования импульсов напряжения; в) фэзоимпульсная модуляция (ФИМ), когда регулирование напряжения осуществляется изменением его фазы; г) широтно-импульсная модуляция (ШИМ), когда регулирование выходного напряжения осуществляется изменением длительности импульсов при постоянной частоте следования; д) частотно-широтно-импульсная модуляция (ЧШИМ), когда в одной части диапазона регулирование напряжения осуществляется в режиме ШИМ, а в другой части диапазона происходит переход в режим ЧИМ; е) интегральная широтно-импульсная модуляция (ИШИМ), когда длительность импульсов определяется всей совокупностью значений управляющего сигнала на тактовом промежутке времени.

Наиболее широкое распространение в источниках электропитания электронных средств получил способ широтно-импульсной модуляции, который подробно рассмотрен ниже. Представляет интерес также способ ИШИМ, обеспечивающий высокую точность разомкнутых широтно- импульсных устройств регулирования и стабилизации. Способ широтно-импульсной модуляции при регулировании и стабилизации напряжения Положительными качествами ШИМ является отсутствие статических потерь (по сравнению с амплитудной модуляцией) и стабильность частоты сигнала и, следовательно, параметров обратной связи (по сравнению с частотной модуляцией). В процессе ШИМ осуществляется плавное регулирование момента появления сигнала, открывающего или закрывающего транзистор в зависимости от значения сигнала обратной связи с выхода источника электропитания. При импульсах одной полярности модулирующий сигнал преобразуется в последовательность однополярных периодически повторяющихся широтно-модулированных импульсов.

Такая ШИМ получила название «однотактная ШИМ». При необходимости использования двухполярного модулирующего сигнала его предварительно превращают в однополярный модулирующий сигнал с помощью добавления постоянной составляющей. Длительность импульсов в однотактной ШИМ определяется дискретными значениями модулирующего сигнала. На рис. 1.3 приведены диаграммы, поясняющие действие однотактной ШИМ, где У „р — — У + Уав1ды1 — модулирующий сигнал; У максимальная амплитуда импульсов; T» — период следования импульсов; 1„— тактовый момент; т„— длительность импульса; 1„1 и 1„э— моменты начала и окончания и-го импульса соответственно. В качестве параметров однотактной ШИМ используются: а) относительное значение постоянной составляющей цэ длительности импульсов: l 1 Л темах а= о и где Ьа = (Уэ/Уездах) < 1 — коэффициент уровня постоянной составляющей сигнала; тэ „, „— наибольшее значение постоянной составляющей длительности импульсов при йе = 1; Рис.