Импульсные источники питания

1. ИМПУЛЬСНЫЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

 

В отличие от традиционных линейных ИП, предполагающих гашение излишнего  нестабилизированного напряжения на проходном  линейном элементе, импульсные ИП используют иные методы и физические явления  для генерации стабилизированного напряжения, а именно: эффект накопления энергии в катушках индуктивности, а также возможность высокочастотной  трансформации и преобразования накопленной энергии в постоянное напряжение. Существует три типовых схемы построения импульсных ИП: повышающая (выходное напряжение выше входного) рис. 1,

 

 
Рис. 1. Повышающий импульсный источник питания (Uвых>Uвх).

понижающая (выходное напряжение ниже входного)

 

 
Рис. 2. Понижающий импульсный источник питания (Uвых<Uвх)

 

Понижающий импульсный источник питания (Uвых<Uвх) и инвертирующая (выходное напряжение имеет противоположную по отношению к входному полярность) рис. 3.

 

Рис. 3. Инвертирующий импульсный источник питания (Uвых<0)

 

Как видно из рисунка, отличаются они  лишь способом подключения индуктивности, в остальном, принцип работы остается неизменным, а именно.

Ключевой элемент (обычно применяют  биполярные или МДП транзисторы), работающий с частотой порядка 20-100 кГц, периодически на короткое время (не более 50% времени) прикладывает к катушке  индуктивности полное входное нестабилизированное  напряжение. Импульсный ток. протекающий  при этом через катушку, обеспечивает накопление запаса энергии в её магнитном  поле 1/2LI^2 на каждом импульсе. -апасенная таким образом энергия из катушки передастся в нагрузку (либо напрямую, с использованием выпрямляющего диода, либо через вторичную обмотку с последующим выпрямлением), конденсатор выходного сглаживающего фильтра обеспечивает постоянство выходного напряжения и тока. Стабилизация выходного напряжения обеспечивается автоматической регулировкой ширины или частоты следования импульсов на ключевом элементе (для слежения за выходным напряжением предназначена цепь обратной связи).

Такая, хотя и достаточно сложная, схема позволяет существенно  повысить КПД всего устройства. Дело в том, что, в данном случае, кроме  самой нагрузки в схеме отсутствуют  силовые элементы, рассеивающие значительную мощность. Ключевые транзисторы работают в режиме насыщенного ключа (т.е. падение напряжения на них мало) и рассеивают мощность только в достаточно короткие временные интервалы (время  подачи импульса). Помимо этого, за счет повышения частоты преобразования можно существенно увеличить  мощность и улучшить массогабаритные  характеристики.

Важным технологическим преимуществом  импульсных ИП является возможность построения на их основе малогабаритных сетевых ИП с гальванической развязкой от сети для питания самой разнообразной аппаратуры. Такие ИП строятся без применения громоздкого низкочастотного силового трансформатора по схеме высокочастотного преобразователя. Это, собственно, типовая схема импульсного ИП с понижением напряжения, где в качестве входного напряжения используется выпрямленное сетевое напряжение, а в качестве накопительного элемента - высокочастотный трансформатор (малогабаритный и с высоким КПД), со вторичной обмотки которого и снимается выходное стабилизированное напряжение (этот трансформатор обеспечивает также гальваническую развязку с сетью).

К недостаткам импульсных ИП можно  отнести: наличие высокого уровня импульсных шумов на выходе, высокую, сложность  и низкую надежность (особенно при  кустарном изготовлении), необходимость  применения дорогостоящих высоковольтных высокочастотных компонентов, которые  в случае малейшей неисправности  легко выходят из строя "всем скопом" (при этом. как правило, можно наблюдать впечатляющие пиротехнические эффекты). Любителям покопаться во внутренностях устройств с отверткой и паяльником при конструировании сетевых импульсных ИП придется быть крайне осторожными, так как многие элементы таких схем находятся под высоким напряжением.