Стабилизированный источник вторичного электропитания

За последние годы резко увеличились темпы технического прогресса, научно-технической революции во многих областях современной техники и, прежде всего в радиоэлектронике и автоматике.

Радиоэлектронная аппаратура и приборы автоматики предъявляют жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в ряде случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходило развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии, обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного - однофазного или многофазного - токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока; требуемую форму напряжений переменного тока, постоянного угла сдвига их фаз и высокую стабильность их частоты и т.д.

Полученные в этой области результаты, а именно обеспечение высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.

Средством вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры называется функциональная часть радиоэлектронной аппаратуры, использующая электроэнергию, получаемую от системы электроснабжения или источника питания электроэнергией и предназначенную для формирования вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

Источник вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры (ИВЭП) представляет собой средство вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры обеспечивающее вторичным электропитанием самостоятельные приборы или отдельные цепи комплекса радиоэлектронной аппаратуры.

Источники вторичного электропитания состоят из функциональных узлов вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, выполняющих одну или несколько функций, например, функции выпрямления, стабилизации, усиления, регулирования и т.д.

Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры могут быть классифицированы по следующим параметрам:

По типу питающей сети

- на ИВЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока, на ИВЭП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока, и на ИВЭП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока.

По напряжению на нагрузке

- на ИВЭП низкого (до 100 В), среднего (от 100 до 1000 В) и высокого напряжения (свыше 1000 В).

По мощности нагрузки

- на ИВЭП малой (до 100 Вт), средней (от 100 Вт до 1 кВт) и большой мощности (свыше 1кВт).

По роду тока нагрузки

- на ИВЭП с выходом на переменном токе и ИВЭП с выходом на постоянном токе.

По числу выходов

- на одноканальные ИВЭП, имеющие один выход постоянного или переменного тока, и многоканальные ИВЭП, имеющие два или больше выходов постоянного или переменного токов.

По стабильности напряжения на нагрузке

- на стабилизирующие и не стабилизирующие ИВЭП.

Стабилизирующие ИВЭП содержат в своем составе стабилизатор напряжения или тока и в свою очередь разделяются:

По характеру стабилизации напряжения или тока на нагрузке

- на ИВЭП с непрерывным регулированием и с импульсным регулированием;

По характеру обратной связи:

параметрические

компенсационные;

По точности стабилизации выходного напряжения

на ИВЭП с низкой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность выходного напряжения при воздействии всех дестабилизирующих факторов более 2-5%),

на ИВЭП со средней стабильностью напряжения (суммарная нестабильность не более 0,5-2%),

1 ИВЭП с высокой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность 0,1-0,5%) и прецизионные ИВЭП (суммарная нестабильность менее 0,1%);

По виду стабилизируемого параметра

- стабилизаторы напряжения и стабилизатора тока.

В данной работе рассматривается ИВЭП, построенный на полупроводниковой основе с учетом современного развития микроэлектронной техники.

радиоэлектронный аппаратура выпрямитель стабилизатор

Качество работы электронной схемы в значительной степени определяются стабильностью источников питания. Напряжение питания должно оставаться постоянным при колебаниях напряжения, частоты сети, изменениях нагрузки, температуры.

Наиболее широкое распространение получили стабилизаторы постоянного напряжения, включаемые между выпрямителем и потребителем электрической энергии. Транзисторы и кремниевые стабилитроны позволяют создавать простые и совершенные стабилизаторы с широким диапазоном выходных напряжений и токов. Минимальное выходное сопротивление позволяет устранить нежелательное влияние остальных узлов схемы.

По способу регулирования различают две основные группы стабилизаторов напряжения: непрерывные (линейные) и импульсные.

Среди непрерывных стабилизаторов напряжения (НСН) выделяют:

параметрические стабилизаторы напряжения (ПСН)

компенсационные стабилизаторы напряжения (КСН).

ПСН наиболее простые характеризуются невысоким коэффициентом стабилизации и большим выходным сопротивлением.

R1 R2

VD2П

VD1

Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) (для примера параллельный стабилизатор), в котором управляющий элемент включается между выходом и землей применяется принципиально для генерации напряжения. В таком ИСН транзистор, работающий в режиме импульсного ключа периодически прикладывает к нагрузке полное не стабилизированное напряжение. На каждом импульсе запасается энергия LI2/2, которая передается на конденсатор сглаживающего фильтра (чтобы поддерживать ток и напряжение в нагрузке между импульсами). Выход по обратной связи сравнивается с эталонным и изменяется длина управляющего импульса.

ИСН имеют много преимуществ:

могут генерировать выходное напряжение, превышающее нестабилизированное входное, а также напряжение противоположной полярности;

имеют высокий коэффициент стабилизации;

малое выходное сопротивление;

Но ИСН имеют и свои недостатки:

выход по постоянному току имеет некоторый «шум», который может попасть на вход;

имеют плохую репутацию в отношении надежности (при катастрофическом отказе могут возникать пиротехнические эффекты);

относительная сложность схемы;

повышенный уровень пульсаций выходного напряжения;

худшие, по сравнению со стабилизаторами непрерывного действия, динамические характеристики;

Все это несколько ограничивает область применения импульсных стабилизаторов напряжения.

В данной работе мы откажемся от разработки источника такого типа в виду отсутствия, как-то материальной базы, так и острой необходимости в стабилизаторе такого типа. Данные, заданные в Т.З. вполне удовлетворяют схема компенсационного стабилизатора напряжения (КСН).

Такие стабилизаторы кроме функции стабилизации выходного напряжения обеспечивают возможность плавной регулировки и точной установки требуемого значения выходного напряжения; их входная мощность и К.П.Д. значительно выше, чем у параметрических стабилизаторов.

К КСН относятся стабилизаторы напряжения непрерывного действия и представляют собой устройство автоматического управления, которое с заданной точностью поддерживает напряжение на нагрузке независимо от входного напряжения и тока нагрузки. Такие стабилизаторы отличаются от параметрических большим коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением. Структурная схема последовательного типа представлена на рисунке.

РЭ

UП

Rн

УПТ ИЭ

РЭ

- регулирующий элемент;

УПТ

- усилитель постоянного тока;

ИЭ

- измерительный элемент

Схему КСН обычно строят из полупроводникового РЭ, включенного последовательно или параллельно нагрузке.

Рассмотрим КСН последовательного типа. Такой КСН представляет собой эмиттерный повторитель на транзисторе VT с фиксирующим напряжением базы. Эта схема работает без усилителя в цепи ОС. Применив каскад усиления, можно значительно увеличить коэффициент стабилизации и уменьшить входное сопротивление. Обычно РЭ представляет собой каскадное соединение транзисторов, называемое составным транзистором. В таком случае удобно соединять все транзисторы одним эквивалентным. Применение составного регулирующего транзистора позволяет существенно улучшить параметры стабилизатора и согласованность мощный регулирующий транзистор с маломощным транзистором УПТ. КСН последовательного типа получили наибольшее распространение, т.к. позволяют получить больший КПД схемы.

Структурная схема стабилизатора напряжения параллельного типа показана на рисунке:

ИЭН -

источник эталонного напряжения;

- схема сравнения

КСН параллельного типа представляет собой делитель напряжения, одно плечо которого образует балластный резистор Rб, а другое регулирующий элемент.

Прочтите также:

Изучение возможности реализации бинарного приёма шумоподобного сигнала
шумоподобный сигнал кодовый связь Общеизвестно, что отличительной особенностью современного общества является его высокая информационность. Благодаря успехам радио и микроэлектроники в на ...

Расчёт схемы с операционным усилителем
Рассчитать схему на операционном усилителе - неинвертирующий усилитель переменного тока. Исходные данные: № Вар-та Схема рис. RG1, кОм ...

Разработка синтезатора звуковых сигналов с компрессией данных
Целью данного курсового проекта является разработка синтезатора звуковых сигналов с компрессией данных, позволяющего осуществлять воспроизведение звуковых сообщений. Команды управл ...

Стабилизированный источник вторичного электропитания

Прочтите также:

Основные разделы