Приветствую Вас уважаемые подписчики и просто заинтересованные и очарованные электроникой читатели. Сегодня предлагаю Вашему вниманию первую лекцию из нового курса посвящённого электропитанию радиоэлектронных устройств.
Сразу хочу отметить, что материал подготовлен не в рамках педагогической деятельности как ранее, а с целью обучения и восполнения пробелов в профессиональных навыках и компетенциях у молодых специалистов поступивших на работу в нашу мастерскую. Поэтому носит максимально прикладной характер, с минимумом теоретических выкладок, формул и расчётов. По факту соответствуя компетенциям уровня ПТУ, даже не техникума.
Курс будет поэтапно раскрывать вопросы электропитания бытовой радиоэлектронной аппаратуры (БРЭА) от общих вопросов, с маршрутом "от розетки до дисплея". Рассмотрим формирование питания БРЭА от сетевого предохранителя с фильтром до импульсных источников питания разных типов.
Для состоявшихся специалистов материал будет мало интересен, кроме разве что, случая когда надо как и мне обучить "молодое пополнение". Зато для начинающих предполагается возможность изучить последовательно и целостно большую часть вопросов связанных с электропитанием БРЭА.
Буду очень признателен за конструктивную критику, ибо материал ещё не опробован на реальных группах обучающихся, стало быть наверняка будут ошибки и неточности.
Электропитание БРЭА. Лекция №1 – общие понятия, классификация источников питания и их разновидности.
Вступление.
Радиоэлектронная аппаратура, а так же электронные модули управления любой другой аппаратуры и техники, требуют наличия источников питания, которые обеспечивают электрическую схему необходимым электрическим питанием с определёнными параметрами.
Подавляющее большинство радиоэлектронных схем используют для своей работы постоянное напряжение с некоторым допустимым уровнем пульсаций питания и стабильности его величины.
Стоит акцентировать внимание, что требуется именно постоянное напряжение, а не ток от источника питания. Так как ток может изменяться в значительном диапазоне при работе схемы, а бывает и меняет направление.
1. Классификация источников питания.
1.1 Все источники электропитания делятся на две группы по происхождению электрической энергии: первичные и вторичные.
· К первичным относятся источники которые физически выдают электрическую энергию, зачастую вырабатывая её путём преобразования из других видов энергии (механической, тепловой, электромагнитной, энергии химических связей). При том к ним можно так же отнести и аккумуляторы вместе с суперконденсаторами и ионисторами, так как эти элементы хоть и требуют зарядки, но как минимум часть времени работы устройства они не получают электроэнергию из вне.
· К вторичным источникам относятся источники которые обеспечивают работу схемы преобразовав электрическую энергию в ту форму которая ей требуется для работы
1.2 Так же есть общее деление по характеру изменения получаемого от ИП электропитания: не стабилизированное и стабилизированное.
· К не стабилизированным источникам питания могут относится как первичные так и вторичные ИП. Так аккумуляторы и батарейки относятся в первичным не стабилизированным источникам питания. К ним же относятся трансформаторные ИП с выпрямителем или без такового, питающиеся от сете. Параметры электропитания таких источников могут меняться как со временем так и под воздействием внешних факторов, таких как изменение нагрузки.
· К стабилизированным источникам питания относятся источники у которых при помощи обратной связи происходит стабилизация какого либо из параметров выходного электропитания. Чаще всего стабилизации подвергается величина выходного напряжения, в основном постоянного (классические стабилизаторы, стабилизаторы выходного напряжения автомобильного генератора), реже переменного напряжения (как то в бензиновых генераторах или преобразователях напряжения). Заметно реже применяются стабилизаторы тока (например в зарядных устройствах, светодиодных лампах и др.). Очень редко встречается стабилизация выходной мощности и крайне редко частоты выходного напряжения или тока.
1.3 По способу регулировки стабилизируемого параметра ИП, их разделяют на непрерывного (линейные стабилизаторы) действия и импульсные.
· В ИП непрерывного действия используют активное регулирование при работе элементов в режиме усиления, что соответствует классам A, B и AB.
· В ИП импульсного типа силовые элементы работают в импульсном режиме, что соответствует усилителям класса C, D и E
1.4 По количеству каналов выходного электропитания ИП бывают одноканальные и много канальные.
2. Подробней о питании БРЭА и узлов бытовой техники.
2.1 Структура линейного источника питания
Основная масса БРЭА и узлов бытовой техники работает от сети переменного напряжения 220В 50Гц, поэтому далее будем рассматривать главным образом именно ИП работающие от сети или посредством адаптера/зарядки.
Поскольку напряжение 220В 50Гц имеет достаточно высокую величину и не приемлемый вид (переменное), первой задачей источника питания становится понижение величины напряжения, а второй приведение его в приемлемый вид – выпрямление, сглаживание (фильтрация) и по возможности стабилизация, хотя бы грубая. Далее следует уже стабилизация напряжения. Исходя из описанного, структурная схема линейного одноканального блока питания выглядит вот так, (рисунок 2.1):
· Сетевой фильтр – предотвращает попадание импульсной помехи из сети в ИП.
· Схема понижения напряжения – обеспечивает понижение переменного сетевого напряжения до требуемого уровня. Зачастую, реализована на понижающем трансформаторе, реже на основе делителя напряжения, который может быть резистивным или емкостным.
· Выпрямитель – схема обеспечивающая выпрямление и получение не переменного напряжения а пульсирующего, однополярного. В предыдущей лекции мы достаточно подробно рассматривали различные схемы выпрямителей.
· Фильтр – схема обеспечивающая сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения до приемлемого уровня. Выполнена обычно на основе конденсаторного фильтра, реже с применением LC фильтра, в ИП малой мощности встречаются так же RC фильтры.
Очень редко встречаются активные фильтры на транзисторах.
· Стабилизатор – схема обеспечивающая стабильность выходного параметра электропитания на заданном уровне.
2.2 Структура импульсного источника питания
За счёт переноса рабочей частоты, схемы понижения напряжения в более высокочастотную область, импульсные источники питания стали заметно легче, а в последствии и заметно дешевле, чем линейные. Однако это потребовало значительного усложнения как функциональной схемы в целом, так и схемы понижения напряжения в частности:
В ИИП перед понижением, сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем фильтруется, после чего преобразуется в высокочастотное импульсное, и только затем понижается. Далее опять выпрямляется и фильтруется. При этом чаще всего, через цепь обратной связи величина выходного напряжения после фильтра, контролируется схемой понижения напряжения, и при отклонении от заданного значения, происходит коррекция формы импульсов с целью компенсации изменения выходного напряжения. Таким образом, большинство схем ИИП на выходе выходного фильтра имеют уже стабилизированное значение параметра электропитания (тока или напряжения).
Следует отметить, что на выходе ИИП всегда имеется помеха на частоте работы импульсной схемы понижения напряжения. Что в некоторых случаях (например для высококачественной звуковой аппаратуры) делает неприемлемым применение таких схем питания в устройстве.