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,  

     понижающая (выходное напряжение ниже входного) 

      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.