Сучасні джерела живлення

 

14 березня 2022р.

Предмет: Сучасні види радіоелектронної апаратури.

Тема: Сучасні джерела живлення.

Урок 1,2. Особливості конструкцій та елементної бази сучасних імпульсних джерел живлення. Технічні характеристики.

       Однією з головних тенденцій розвитку джерел живлення є збільшення питомої потужності (вихідна потужність одиниці об'єму джерела). Питома потужність джерела живлення, виконаного на лінійних компонентах, досягає 30 Вт ⁄ дм3 . До середини 80-х років, завдяки використанню імпульсних технологій, це значення вдалося підняти до 180 Вт ⁄ дм3 . Питома потужність виробів, виконаних за новітніми технологіями, досягає 2300 Вт ⁄дм3 . Ці вражаючі досягнення були досягнуті за допомогою комбінації різних методів: підвищення частоти перемикання, що дозволяє зменшити розміри елементів (трансформаторів, котушок індуктивності, конденсаторів), що зберігають енергію; використання технології поверхневого монтажу й сучасних матеріалів підкладок типу товстих плівок, керамічних гібридних матеріалів і IMS (ізольованих металевих підкладок).

Компоненти, призначені для технології поверхневого монтажу, значно менше за розмірами, ніж їх варіанти для монтажу в отвори. Використання нових типів підкладок вирішує проблеми відведення тепла від джерел високої температури;  поліпшення якості компонентів, наприклад, використання конденсаторів, що мають кращі значення питомої ємності, використання як ключі польових транзисторів замість біполярних і використання новітніх феритових матеріалів для роботи на високих частотах.

На відміну від традиційних лінійних ДЖ, що припускають гасіння зайвої нестабілізованої напруги на прохідному лінійному елементі, імпульсні ДЖ використовують інші методи та фізичні явища для генерації стабілізованої напруги, а саме: 1.ефект накопичення енергії в котушках індуктивності, 2.можливість високочастотної трансформації та перетворення накопиченої енергії в постійну напругу. Другий варіант будови імпульсних ДЖ був розглянутий раніше в предметі "Технологія обслуговування та ремонту РТА". В сучасних імпульсних ДЖ існує три типових схеми побудови по першому варіанту: що підвищує (вихідна напруга вище вхідної) рис. 1,

 
Рис. 1. Підвищуюче імпульсне джерело живлення (Uвих> Uвх).

знижуюче (вихідна напруга нижче вхідної) рис. 2

 
Рис. 2. Знижуюче імпульсне джерело живлення (Uвих <Uвх).

і інверсне (вихідна напруга має протилежну по відношенню до вхідної полярність) рис. 3.

 
Рис. 3. Інверсне імпульсне джерело живлення (Uвих <0).

Як видно з рисунків, відрізняються вони лише способом підключення індуктивності, в іншому, принцип роботи залишається незмінним, а саме: ключовий елемент (зазвичай застосовують біполярні або МДП транзистори), що працює з частотою порядку 20-100 кГц, періодично на короткий час (не більше 50% часу) додає до котушки індуктивності повну вхідну нестабілізовану напругу. Імпульсний струм протікає при цьому через котушку, забезпечує накопичення запасу енергії в її магнітному полі  на кожному імпульсі. Накопичена таким чином енергія з котушки передасться в навантаження (або безпосередньо, з використанням випрямляючого діода, або через вторинну обмотку з подальшим випрямлянням), конденсатор вихідного згладжуючого фільтра забезпечує сталість вихідної напруги та струму. Стабілізація вихідної напруги забезпечується автоматичним регулюванням ширини або частоти проходження імпульсів на ключовому елементі (для стеження за вихідною напругою призначений ланцюг зворотного зв'язку).

Така, хоча і досить складна, схема дозволяє істотно підвищити ККД всього пристрою. Справа в тому, що, в даному випадку, окрім самого навантаження у схемі відсутні силові елементи, що розсіюють значну потужність. Ключові транзистори працюють в режимі насиченого ключа (тобто падіння напруги на них мало) і розсіюють потужність тільки в досить короткі часові інтервали (час подачі імпульсу). Крім цього, за рахунок підвищення частоти перетворення можна істотно збільшити потужність і поліпшити масогабаритні характеристики.

Важливою технологічною перевагою імпульсних ДЖ є можливість побудови на їх основі малогабаритних мережевих ДЖ з гальванічною розв'язкою від мережі для живлення найрізноманітнішої апаратури. Такі ДЖ будуються без застосування громіздкого низькочастотного силового трансформатора за схемою високочастотного перетворювача. Це, власне, типова схема імпульсного ДЖ з пониженням напруги, де в якості вхідної напруги використовується випрямлена мережеве напруга, а в якості накопичувального елементу – високочастотний трансформатор (малогабаритний і з високим ККД), з вторинної обмотки якого і знімається вихідна стабілізована напруга (цей трансформатор забезпечує також гальванічну розв'язку з мережею).

До недоліків імпульсних ДЖ можна віднести: наявність високого рівня імпульсних шумів та перешкод, високу складність, необхідність застосування дорогих високовольтних та  високочастотних компонентів, велику обережність при ремонті, тому що елементи первинної частини імпульсних ДЖ знаходяться під потенціалом змінної мережі живлення.

Завдання: 1.Повторити будову імпульсних джерел живлення з предмету "Технологія обслуговування та ремонту РТА". 2.Скласти конспект з теми уроку, що містить схеми імпульсних ДЖ, які використовують ефект накопичення енергії в котушках індуктивності.

Контрольні питання: 1. Принцип роботи імпульсного джерела живлення. 2. Переваги сучасних імпульсних ДЖ. 3. Як в схемах усувається основний недоік імпульсних ДЖ. 4. Принцип стабілізації вихідних напруг імпульсних ДЖ.

Відповіді на контрольні питання надсилайте на електронну пошту: honor7valera@gmail.com