Все средства электропитания можно разделить на первичные и вторичные [6]. К первичным обычно относят такие средства, которые преобразуют неэлектрическую энергию в электрическую, например, электромеханические генераторы, электрохимические источники - аккумуляторы или гальванические элементы и др. Непосредственное использование первичных источников затруднено тем, что их выходное напряжение в большинстве случаев не поддается регулировке, а стабильность его недостаточно высокая.

Однако для питания электронной аппаратуры в большинстве случаев требуется высокостабильное напряжение с различными номинальными значениями - от единиц вольт до нескольких сотен вольт, а в ряде случаев даже выше. Например, для питания телевизора необходимо несколько различных напряжений: +12 В - для питания блока радиоканала, +130 В - для питания блока разверток, +25 кВ - для питания кинескопа. По этой причине (и не только из-за этого) любое электронное устройство содержит вторичный источник электропитания, который подключается к одному из первичных источников,

Средства вторичного электропитания электронных устройств, называемые обычно источниками вторичного электропитания (ИВЭ) предназначены для формирования напряжений с заданными характеристиками. Они могут быть выполнены в виде отдельных блоков или входить в состав различных функциональных электронных узлов. Их основной задачей является преобразование энергии первичного источника в совокупность выходных напряжений, которые могут обеспечить нормальное функционирование электронного устройства.

Классификацию ИВЭ можно выполнить по различным признакам: принципу действия, назначению, количеству каналов выходного напряжения, виду используемых первичных источников и др.

В зависимости от вида первичного источника электропитания ИВЭ можно разделить на две группы: инверторные и конверторные. Инверторные ИВЭ используются для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, т. е. они изменяют не только значение, но и род выходного напряжения. К инверторным ИВЭ относятся также преобразователи постоянного напряжения первичного источника в переменное напряжение, питающее нагрузку. Например, к инверторам можно отнести обычный выпрямитель, который преобразует переменное напряжение сети в постоянное выходное напряжение, а также электронный генератор, который преобразует напряжение аккумулятора или гальванического элемента в переменное выходное напряжение, питающее электродвигатель.

Конверторные ИВЭ используются для преобразования одного напряжения в другое. Например, к конверторам постоянного напряжения можно отнести обычные электронные стабилизаторы постоянного напряжения, а к конверторам переменного напряжения можно отнести трансформаторы. Заметим, что любой конвертор может содержать внутри себя инвертор, и наоборот.

По принципу действия ИВЭ можно разделить на две группы: трансформаторные и бестрансформаторные. В трансформаторных ИВЭ напряжение переменного тока, например силовой сети, вначале изменяется по значению при помощи трансформатора, а затем выпрямляется и стабилизируется. В бестрансформаторных ИВЭ, наоборот, переменное напряжение сети вначале выпрямляется, а затем преобразуется в переменное напряжение более высокой частоты. В преобразователе может использоваться высокочастотный трансформатор, поэтому точнее эти источники называть несколько иначе: с трансформаторным или бестрансформаторным входом. Поскольку преобразователи в таких источниках обычно работают в импульсном режиме, то и ИВЭ такого типа часто называют импульсными.

По количеству различных выходных напряжений ИВЭ можно разделить на одноканальные и многоканальные. Если в каждом канале используется отдельный стабилизатор выходного напряжения, то говорят, что это многоканальный ИВЭ с индивидуальной стабилизацией. Если же для стабилизации всех выходных напряжений используется выходное напряжение только одного источника (который называется главным или ведущим), то такие источники называются ИВЭ с групповой стабилизацией.

По выходной мощности ИВЭ принято делить на микромощные (1 Вт), маломощные (от 1 до 100 Вт), средней мощности (от 100Вт до 1 кВт) и мощные (> 1 кВт).

Основные характеристики ИВЭ. При проектировании или выборе ИВЭ необходимо знать их технические и эксплуатационные характеристики. Этими характеристиками обычно руководствуются при использовании ИВЭ в электронной аппаратуре. Все характеристики ИВЭ можно разделить на три группы: входные, выходные и эксплуатационные.

К входным характеристикам ИВЭ относят:

-значение и вид напряжения первичного источника питания, например, питающей силовой сети или аккумулятора;

- нестабильность питающего напряжения;

- частоту питающего напряжения и ее нестабильность;

- количество фаз источника переменного напряжения;

- допустимый коэффициент гармоник питающего напряжения.

К выходным характеристикам ИВЭ обычно относят:

- значения выходных напряжений;

- нестабильность выходных напряжений;

- ток нагрузки или выходную мощность по каждому каналу;

- наличие гальванической изоляции между входом и выходом;

- наличие защиты от перегрузки или повышения входного напряжения.

К эксплуатационным характеристикам относят:

- диапазон рабочих температур;

- допустимую относительную влажность;

- диапазон допустимых давлений окружающей атмосферы;

- допустимые механические нагрузки;

- коэффициент полезного действия ИВЭ;

- удельную мощность;

- надежность.

Структура ИВЭ зависит от типа первичного источника электрической энергии. Все используемые первичные источники можно разделить на две большие группы: источники переменного напряжения и источники постоянного напряжения. Источники переменного напряжения обычно вырабатывают напряжение гармонической формы с фиксированной частотой 50, 400 или 1000 Гц и фиксированным значением 110, 127, 220 или 380В. Источниками постоянного напряжения могут быть аккумуляторы или солнечные батареи. Аккумуляторные батареи обычно имеют также фиксированное напряжение из ряда: 6, 12, 24 или 48В.

Структурные схемы ИВЭ, использующих электроэнергию, получаемую от сети переменного напряжения через силовой трансформатор, приведены на рис.5.1. Такие ИВЭ можно разделить на три группы: нерегулируемые, регулируемые и стабилизированные.

Схема нерегулируемого ИВЭ с трансформаторным входом приведена на рис.5.1,а. Она состоит из силового сетевого трансформатора, нерегулируемого выпрямителя и сглаживающего фильтра пульсаций. Эта схема является простейшей и используется в тех случаях, когда требования к удельной мощности и качеству выходных напряжений невысокие.

Если требуется изменять выходное напряжение ИВЭ, то в схему вводится регулируемый выпрямитель, как показано на рис.5.1,6. Для регулировки выходного напряжения наиболее часто используются тиристорные выпрямители. Основным недостатком такого ИВЭ является необходимость в периодической регулировке выходного напряжения при изменении напряжения сети, что выполняется оператором.

а

б

в

Рис.5.1 Структурные схемы ИВЭ с трансформаторным входом:

а – нерегулируемый;

б – регулируемый (управляемый);

в - стабилизированный

От этого недостатка свободен ИВЭ со стабилизатором, схема которого приведена на рис.5.1,в. В эту схему после фильтра включается стабилизатор с непрерывным или импульсным регулированием выходного напряжения. Удельная мощность такого ИВЭ невелика по двум основным причинам: наличию силового трансформатора, работающего на частоте силовой сети, и необходимости использования стабилизатора.

Совершенствование ИВЭ с целью повышения их КПД и увеличения удельной мощности привело к созданию импульсных ИВЭ, в состав которых входят высокочастотные инверторы напряжения.