Телемаханик.руТелемаханик - сайт о телевизорах и телевидении
Телемеханик - Системы связи и телемеханики
Системы телеизмерения Системы телеизмерения предназначены для передачи на расстояние значений различных электрических...
Импульсные стабилизаторы и преобразователи

Одной из причин появления импульсных методов преобразования постоянного напряжения является необходимость повышения КПД источников электропитания.
В наибольшей степени эта необходимость проявилась при использовании в электронной аппаратуре импульсных стабилизаторов. Напряжение их питания составляет единицы вольт, вследствие чего использование линейных методов преобразования напряжения нс позволяет получать КПД более чем 40 - 60%.
Применение импульсных методов дает возможность увеличивать КПД до 80-90%.
Импульсные методы преобразования позволяют, кроме того, уменьшить материалоемкость источников электропитания, их массу и габариты.
Это достигается путем повышения частоты преобразования энергии постоянного напряжения, т.е. увеличением частоты переключения полупроводниковых приборов.
При этом происходит снижение емкости конденсаторов фильтров, а также уменьшение индуктивности дросселей и трансформаторов.
Существует два основных типа подобных устройств электропитания: импульсные стабилизаторы постоянного напряжения (ИСН) и импульсные преобразователи постоянного напряжения (ИПН). Импульсные стабилизаторы напряжения предназначены для стабилизации постоянного напряжения
без электрической изоляции первичного Е и выходного Uн напряжений. Импульсные преобразователи напряжения обеспечивают электрическую изоляцию этих напряжений.

Импульсные стабилизаторы постоянного напряжения
В современных источниках электропитания применяются три основных типа импульсных стабилизаторов напряжения: 1) понижающие стабилизаторы, использующиеся для получения напряжения Uн более низкого по величине, чем напряжение Е;
2)повышающие стабилизаторы, предназначенные для увеличенного, относительно Е напряжения Uн;
3) полярно инвертирующие, выходное напряжение Uн которых, имеет полярность, обратную по отношению к первичному Е.
В малогабаритной и автономной электронной аппаратуре довольно часто используются электрохимические источники тока с напряжением в несколько вольт, что бывает недостаточно для питания импульсных стабилизаторов или индикаторных устройств, таких, как жидкокристаллические дисплеи, или др. В этом случае применяют повышающие импульсные стабилизаторы напряжения, которые позволяют получать выходные напряжения в несколько десятков раз большее, чем первичное Е.
Полярно инвертирующие импульсные стабилизаторы напряжения применяются в основном в источниках электропитания малогабаритной автономной электронной аппаратуры при наличии одного электрохимического первичного источника тока и необходимости иметь напряжение другой полярности. Это бывает необходимо
в электронных схемах, работающих на операционных усилителях или в запоминающих устройствах.


Импульсные преобразователи постоянного напряжения
Как было показано, импульсные преобразователи напряжения осуществляют электрическую изоляцию напряжения Uн от первичного E.
Поэтому в состав импульсные преобразователи напряжения обязательно входит трансформатор TV. Необходимость введения в источники электропитания электрической изоляции
напряжений диктуется следующими обстоятельствами.
Если первичным источником электропитания электронной аппаратуры является промышленная сеть напряжением 220 или 380 В, то правила и нормы техники безопасности требуют обязательного введения электрической изоляции. Довольно часто в функционально сложной электронной аппаратуре необходимо иметь несколько различных напряжений, электрически изолированных друг от друга и от первичного напряжения.
Это может быть реализовано только при помощи трансформатора с несколькими вторичными обмотками.
Кроме того, отсутствие электрической изоляции напряжений приводит к снижению помехоустойчивости функционирования электронной аппаратуры, что в наиболее значительной степени относится к цифровым устройствам, реализованным, например, на микропроцессорных комплектах импульсных стабилизаторов.

Эти обстоятельства послужили причиной того, что в современных источниках электропитания для функционально сложной электронной аппаратуры наибольшее применение нашли импульсные преобразователи напряжения. Это относится к различным видам первичных источников как переменного, так и постоянного напряжения.
По принципу регулирования выходного напряжения преобразователи делятся на регулируемые, у которых обеспечивается стабилизация напряжения Uн при помощи САР (аналогично рассмотренным схемам импульсных стабилизаторов напряжения), и нерегулируемые, стабилизация выходного напряжения отсутствует и изменения, например напряжения Е, приводят к пропорциональным изменениям значений напряжения Uн.

По схемотехническому построению импульсные преобразователи напряжения делятся на 3 основных типа: однотактные преобразователи с обратным включением диода, однотактные преобразователи с прямым включением диода и двухтактные.
Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.
В источниках электропитания используются линейные и импульсные методы преобразования электрической энергии. Источники питания с линейным преобразованием проще, содержат существенно меньшее число элементов, в их состав не входят такие дорогостоящие и материалоемкие элементы, как трансформаторы или дроссели, емкости используемых конденсаторов гораздо меньше. Это приводит к их меньшей стоимости. Однако КПД линейных стабилизаторов невелик, что обусловливает области их применения невысокими токами нагрузки, которые обычно пе превосходят нескольких десятков миллиампер. Кроме того, возрастание мощности, отдаваемой в нагрузку, приводит к увеличению габаритов тепло отводящих устройств. Импульсные стабилизаторы и преобразователи, нашедшие гораздо более широкое применение, используются для получения в нагрузке мощностей от единиц до нескольких сотен ватт, что оправдывает увеличение их стоимости.

В существующих источниках питания используются как импульсные стабилизаторы напряжения, так и импульсные преобразователи напряжения. Так как для электропитания современной электронной аппаратуры требуется иметь электрическую изоляцию (гальваническую развязку) выходных напряжений от входного (первичного), импульсные стабилизаторы напряжения используются только как составная часть источника питания. Вследствие этого его в состав обязательно должны входить импульсные преобразователи напряжения, обеспечивающие гальваническую развязку.
В малогабаритной переносной электронной аппаратуре, питающейся от электрохимических источников тока, используются обычно импульсные стабилизаторы напряжения, функциональные возможности которых позволяют понижать постоянное напряжение, повышать его или получать обратную по отношению к первичному полярность напряжения.