Источники вторичного электропитания

Система электропитания реализуется набором технических средств, обеспечивающих функциональные блоки и узлы РЭС стабилизированными напряжениями постоянного и переменного токов, а также осуществляющих фильтрацию сетевых и коммутационных помех, контроль и защиту силовой аппаратуры этой системы.

Именно такие технические средства, если они конструктивно выполнены в виде самостоятельных (автономных) блоков и называются источниками вторичного электропитания (ИВЭ), а в простейших РЭС - просто блоками питания (БП).

Но в большинстве случаев ИВЭ конструктивно выполняют как одно целое с радиоаппаратурой, получающей от него питание, что дает ряд преимуществ: единую технологию изготовления; снижение массы и габаритов РЭС в целом; повышение КПД и экономичности и др.

Но даже при " разнесенном" варианте конструктивного исполнения ИВЭ и аппаратуры РЭС, функции компонент (узлов, блоков) источника электропитания остаются неизменными. По этой причине структуры любого ИВЭ обычно рассматривают безотносительно к его конструктивному исполнению, учитывая в этой структуре лишь основные функциональные звенья и их связи.

Прежде, чем приступить к изучению основных структурных схем организации вторичного электропитания РЭС, надо уяснить различия между понятиями " источник вторичного электропитания " и " преобразователь электрической энергии" (или " электропреобразователь", или просто " преобразователь").

Структурная схема некоторого ИВЭ, преобразующего один уровень постоянного напряжения (значение U 1) к другому уровню постоянного напряжения (значение U 7) представлена на рис. 1.6. Назначение элементов схемы (функциональных узлов ИВЭ) изложено ниже.

Рисунок 1.6 - Структурная схема ИВЭ, преобразующего

уровень постоянного напряжения

Данный ИВЭ содержит основной преобразователь электрической энергии, определяющий функциональное предназначение самого источника вторичного электропитания - в данном случае преобразователь уровня постоянного напряжения (ППН), а также помехоподавляющий фильтр (ППФ), вспомогательное устройство (Всп.У), стабилизатор напряжения (СН).

Входящий в структуру источника ИВЭ преобразователь ППН в свою очередь состоит из его основных функциональных звеньев: инвертора (И), трансформатора (Т), блока вентилей (БВ), сглаживающего фильтра (Ф).

Инвертор (И). Это устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное заданной формы (прямоугольной, синусоидальной), обычно повышенной или высокой (до 100 кГц) частоты.

Заметим, что в этом качестве инвертор может сам являться источником вторичного электропитания, обеспечивающим указанное выше преобразование электрической энергии (инвертирование). Преобразователи-инверторы в качестве ИВЭ широко используются в системах электроснабжения постоянного тока, например таких, где первичным источником электроэнергии являются либо электромашинные генераторы постоянного тока, либо чаще всего - аккумуляторные батареи.

В рассматриваемой нами схеме ИВЭ на рис. 1.6 инвертор следует считать функциональным узлом преобразователя ППН.

Трансформатор (Т). Это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Трансформаторы широко используются и в системах вторичного электропитания.

В структуре ИВЭ (рис. 1.6) трансформатор является компонентом преобразователя ППН, обеспечивающим гальваническую развязку по току выходных звеньев ИВЭ от первичного источника энергии. Кроме того, трансформатор обеспечивает преобразование величины подводимого от выхода инвертора переменного напряжения (u ₃) до допустимого для блока вентилей уровня (u ₄).

В структуре ИВЭ трансформатор, блок вентилей (БВ), собранный по определенной схеме выпрямления и сглаживающий фильтр (Ф) в совокупности представляют собой самостоятельный преобразователь переменного напряжения в постоянное напряжение, т.е. выпрямитель. В этом качестве преобразователи-выпрямители также используются самостоятельно как ИВЭ-выпрямители.

В рассматриваемой схеме (рис. 1.6) указанный выпрямитель нужно считать функциональным звеном (узлом) преобразователя ППН.

В заключение можно кратко подчеркнуть еще раз различия в понятиях " источник вторичного электропитания" (ИВЭ) и " преобразователь".

ИВЭ - это более широкое понятие. Это устройство, включающее в себя основной функциональный узел - преобразователь, реализующий основную функцию (ИВЭ -выпрямитель, ИВЭ - инвертор, ИВЭ - ППН и т.д.), а также вспомогательные элементы, узлы управления, стабилизации напряжений и электрической защиты.

Преобразователь - это функциональный узел, реализующий основную функцию источника вторичного электропитания, определяющую его назначение: выпрямление, преобразование уровней напряжения и т.д.

Преобразователь можно отождествлять с ИВЭ только в простейших схемах, не содержащих никаких вспомогательных устройств управления и защиты. Например, простейший источник вторичного электропитания - ИВЭ-выпрямитель (или просто " выпрямитель"), часто используемый в несложной радиоаппаратуре, содержит только трансформатор, блок вентилей и сглаживающий фильтр.

Как уже отмечено, в состав ИВЭ могут входить еще ряд функциональных узлов, в частности помехоподавляющие фильтры (ППФ), стабилизаторы входного (на рис. 1.6 не указан) и выходного напряжения (СН), а также вспомогательные устройства (Всп.У).

Помехоподавляющий фильтр (ППФ) обеспечивает снижение радиопомех РЭС, возникающих при питании схемы от электромашинного генератора постоянного тока, напряжение которого содержит пульсации, а также и от коммутации цепей ИВЭ.

Стабилизатор напряжения (СН) обеспечивает стабилизацию выходного напряжения в заданных пределах при изменениях сопротивления нагрузки или при изменениях величины входного напряжения ИВЭВ любом ИВЭ обязательно содержатся вспомогательные устройства (Всп.У): коммутационные аппараты; регуляторы режимов работы отдельных узлов и ИВЭ в целом; схемы электрической защиты ИВЭ от перегрузок и неправильных включений; устройства, программирующие работу ИВЭ; в ряде случаев дополнительные источники питания цепей микропроцессоров (если ИВЭ выполнен с микропроцессорным управлением) и т.д.

В соответствии с основной функцией (назначением) каждого ИВЭ, его основным функциональным звеном (узлом) является и основной преобразователь, обеспечивающий реализацию данной функции ИВЭ.

Уяснив различия в понятиях " преобразователь" и " источник вторичного электропитания", можно приступить к рассмотрению основных структурных схем реализации систем вторичного электропитания.