Общие сведения об источниках питания

Стабилизированные источники питания находят широкое применение в электронных устройствах различного назначения. Такие источники выполняются по различным схемам, от которых, в первую очередь, требуется обеспечение стабильного выходного напряжения с низким уровнем пульсаций. Кроме того, источники должны быть надежными и обеспечивать приемлемый коэффициент полезного действия. В настоящее время функциональная схемотехника источников питания постоянно усложняется, притом что элементарная схемотехника предельно упрощается, благодаря появлению новой элементной базы, а именно специализированных микросхем высокой степени интеграции. Разработаны импульсные источники с выпрямителем на входе и преобразовательным трансформатором, работающим на ультразвуковой частоте. Тем не менее, классические схемы источников питания с трансформатором на частоту 50 Гцвсе еще находят широкое применение. В качестве упражнения студентам предлагается рассчитать схему и выбрать входящие в нее элементы для одноканального стабилизированного источника питания, подключаемого к однофазной сети переменного тока 220 В. Источник содержит понижающий трансформатор, выпрямитель на полупроводниковых диодах, сглаживающий емкостный фильтр и стабилизатор выходного напряжения. Ниже даны определения основных понятий и терминов, знание которых необходимо для выполнения работы.

Структурная схема, по другому называемая функциональной схемой или блок-схемой, – это изображение сложного устройства в виде совокупности входящих в него функциональных блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию и соединен определенным образом с другими блоками.

Стабилизатор напряжения – это устройство, входящее как функциональный блок в блок-схему стабилизированного источника питания. Функцией стабилизатора является автоматическое поддержание постоянного напряжения на стороне потребителя с заданной степенью точности. Для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные элементы, напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов применяются кремниевые стабилитроны. Для подбора необходимого напряжения (в сторону увеличения), стабилитроны можно включать последовательно. Если ток нагрузки превышает максимально допустимый ток стабилитрона, применяется усилитель тока на одном или нескольких транзисторах.

Основными величинами, характеризующими эксплуатационные свойства источников питания, являются:

– величина выходного напряжения U_d и тока I_d;

– коэффициент пульсаций К_п – отношение амплитуды пульсаций выходного напряжения к среднему значению напряжения (постоянной составляющей напряжения);

– внешняя (нагрузочная) характеристика – зависимость напряжения в нагрузке от тока нагрузки U_d = f (I_d);

– коэффициент полезного действия η_ист.

Рис. 1.1. Структурная схема источника питания

Расчет источника питания начинаем с выходного функционального блока – стабилизатора, т.е. при расчете функциональных блоков продвигаемся «справа – налево», имея в виду блок-схему, изображенную на рис.1.1.