Вторичный источник электропитания

[править]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск
Промышленные БП Siemens SITOP Power 24 В постоянного тока в качестве вторичного источника электропитания средств автоматизации технологических процессов.

Вторичный источник электропитания — это устройство, предназначенное для обеспечения питания электроприбора электрической энергией, при соответствии номиналам её параметров: напряжения, тока, и т. д. путём преобразования энергии других источников питания.[1]. Согласно ГОСТ Р 52907-2008 слово «вторичный» опускается[2]. Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах, либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах — например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания, стойки электропитания и т. д.), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

Содержание

[убрать]

[править] Задачи вторичного источника питания

  • Обеспечение передачи мощности — источник питания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
  • Преобразование формы напряжения — преобразование переменного напряжения в постоянное, и наоборот, а также преобразование частоты, формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
  • Преобразование величины напряжения — как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины для питания различных цепей.
  • Стабилизация — напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и т. д. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
  • Защита — напряжение или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
  • Гальваническая развязка цепей — одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
  • Регулировка — в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
  • Управление — может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
  • Контроль — отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

[править] Распространённые конструкции

Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (220В 50Гц в России). Рассмотрим две наиболее типичных конструкции.

[править] Трансформаторный (сетевой) источник питания

Схема простейшего трансформаторного источника питания без стабилизации с двухполупериодным выпрямителем

Чаще всего состоит из следующих частей:

  • Сетевого трансформатора, преобразующего величину напряжения, а также осуществляющего гальваническую развязку;
  • Выпрямителя, преобразующего переменное напряжение в пульсирующее;
  • Фильтра для снижения уровня пульсаций;
  • Стабилизатора напряжения для приведения выходного напряжения в соответствие с номиналом, также выполняющего функцию сглаживания пульсаций за счёт их «срезания».

В сетевых источниках питания применяются чаще всего линейные стабилизаторы напряжения, а в некоторых случаях и вовсе отказываются от стабилизации Достоинства такой схемы:

  • Простота построения и обслуживания
  • Надёжность
  • Низкий уровень радиопомех.

Недостатки:

  • Большой вес и габариты, особенно при большой мощности: по большей части за счёт габаритов трансформатора и сглаживающего фильтра
  • Металлоёмкость
  • Применение линейных стабилизаторов напряжения вводит компромисс между стабильностью выходного напряжения и КПД: чем больше диапазон изменения напряжения, тем больше потери мощности.
  • При отсутствии стабилизатора на выход источника питания проникают пульсации с частотой 100Гц.

В целом ничто не мешает применить в трансформаторном источнике питания импульсный стабилизатор напряжения, однако большее распространение получила схема с полностью импульсным преобразованием напряжения.

[править] Импульсный источник питания

Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой
A — входной выпрямитель. Ниже виден входной фильтр
B — входные сглаживающие конденсаторы. Правее виден радиатор высоковольтных транзисторов
C — импульсный трансформатор. Правее виден радиатор низковольтных ключей
D — катушка выходного фильтра
E — конденсаторы выходного фильтра

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

  • Входного фильтра, призванного предотвращать распространение импульсных помех в питающей сети
  • Входного выпрямителя, преобразующего переменное напряжение в пульсирующее
  • Фильтра, сглаживающего пульсации выпрямленного напряжения
  • Прерывателя (обычно мощного транзистора, работающего в ключевом режиме)
  • Цепей управления прерывателем (генератора импульсов, широтно-импульсного модулятора)
  • Импульсного трансформатора, который служит накопителем энергии импульсного преобразователя, формирования нескольких номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга)
  • Выходного выпрямителя
  • Выходных фильтров, сглаживающих высокочастотные пульсации и импульсные помехи.

Достоинства такого блока питания:

  • Можно достичь высокого коэффициента стабилизации
  • Высокий КПД. Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.
  • Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.
  • Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность
  • Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.

Однако имеют такие источники питания и недостатки, ограничивающие их применение:

  • Импульсные помехи. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных источников питания для некоторых видов аппаратуры.
  • Невысокий cosφ, что требует включения компенсаторов коэффициента мощности.
  • Работа большей части схемы без гальванической развязки, что затрудняет обслуживание и ремонт.
  • Во многих импульсных источниках питания входной фильтр помех часто соединён с корпусом, а значит такие устройства требуют заземления.

[править] См. также

[править] Примечания

  1. ГОСТ 23413-79 Средства вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения
  2. ГОСТ Р 52907-2008 «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Термины и определения»

[править] Литература