Основні типи і критерії вибору джерел живлення для радіоелектронної апаратури

Перша проблема, з якою при конструюванні будь-яких пристроїв стикаються і початківці і досвідчені радіоаматори – це проблема електроживлення. У цій главі будуть розглянуті різноманітні мережеві джерела живлення (мікромощние, середньої потужності, потужні).

При виборі і розробці джерела живлення (далі ІП) необхідно враховувати ряд факторів, що визначаються умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.

У першу чергу, звичайно, слід звернути увагу на відповідність електричних параметрів ІП вимогам питомого пристрою, а саме:

  • напруга живлення;
  • споживаний струм;
  • необхідний рівень стабілізації напруги живлення;
  • допустимий рівень пульсації напруги живлення. Важливі і характеристики ІП. що впливають на його експлуатаційні якості:
  • наявність систем захисту;
  • масогабаритні розміри.

Будучи невід'ємною частиною радіоелектронної апаратури, засоби вторинного електроживлення повинні жорстко відповідати певним вимогам, які визначаються як вимогами до самої апаратури в цілому, так і умовами що пред'являються до джерел живлення і їх роботи у складі даної апаратури. Будь-який з параметрів ІП, що виходить за межі допустимих вимог, вносить дисонанс в роботу пристрою. Тому, перш ніж починати збірку ІП до передбачуваної конструкції, уважно проаналізуйте всі наявні варіанти і виберіть такий ІП, який буде максимально відповідати всім вимогам і вашим можливостям.

Існує чотири основних типи мережевих джерел живлення:

  1. бестрансформаторних, з резистором або конденсатором.
  2. лінійні, виконані за класичною схемою:
    понижуючий трансформатор – випрямляч – фільтр – стабілізатор.
  3. вторинні імпульсні:
    понижуючий трансформатор-фільтр – високочастотний перетворювач 20-400 кГц.
  4. імпульсний високовольтний високочастотний:
    фільтр – випрямляч ~ 220 В – імпульсний високочастотний перетворювач 20-400кГц.

Лінійні джерела живлення відрізняються простотою і надійністю, відсутністю високочастотних перешкод. Високий ступінь доступності комплектуючих і простота виготовлення робить їх найбільш привабливими для повторення початківцями радіоконструктора. Крім того, в деяких випадках важливий і чисто економічний розрахунок – застосування лінійних ІП однозначно виправдане в пристроях, споживаючих до 500 мА, які вимагають досить малогабаритних ІП. До таких пристроїв можна віднести:

  • зарядні пристрої для акумуляторів;
  • блоки живлення радіоприймачів, АОНов, систем сигналізації і т.д.

Необхідно відзначити, що деякі конструкції, які не потребують гальванічної розв'язки з промислової мережею, можна живити через гасящій конденсатор або резистор, при цьому споживаний струм може досягати сотень мА.

Ефективність і раціональність використання лінійних ІП значно знижується при струмах споживання більше 1А. Причинами цього є наступні явища:

  • коливання мережевої напруги позначаються на коефіцієнті стабілізації;
  • на вході стабілізатора доводиться встановлювати напругу, яка буде свідомо вище мінімально допустимого за будь-яких коливаннях напруги в мережі, а це значить, що коли ці коливання високі. необхідно встановлювати завищене напруга, що в свою чергу впливає на прохідний транзистор (невиправдано велике падіння напруги на переході, і як наслідок – високе тепловиділення);
  • великий споживаний струм вимагає застосування габаритних радіаторів на випрямляючих діодах і регулюючому транзисторі, погіршує тепловий режим і габаритні розміри пристрою в цілому.

Досить прості у виготовленні і експлуатації вторинні імпульсні перетворювачі напруги, їх відрізняє простота виготовлення і дешевизна комплектуючих. Економічно і технологічно виправдане конструювати ІП за схемою вторинного імпульсного перетворювача для пристроїв з струмом споживання 1-5 А, для безперебійних ІП до систем відеоспостереження та охорони, для підсилювачів низької частоти, радіостанцій, зарядних пристроїв.

Краща відмінна риса вторинних перетворювачів перед лінійними? масогабаритні характеристики випрямляча, фільтра, перетворювача, стабілізатора. Проте їх відрізняє великий рівень перешкод, тому при конструюванні необхідно приділити увагу екрануванню і придушенню високочастотних складових в шині живлення.

Останнім часом набули досить широкого поширення імпульсні ІП, побудовані на основі високочастотного перетворювача з безтрансформаторним входом. Ці пристрої, харчуючись від промислової мережі ~ 110В/220В, не містять у своєму складі громіздких низькочастотних силових трансформаторів, а перетворення напруги здійснюється високочастотним перетворювачем на частотах 20-400 кГц. Такі джерела живлення мають на порядок кращими массогаба-рітнимі показниками в порівнянні з лінійними, а їх ККД може досягати 90% і більше. ІП з імпульсним високочастотним перетворювачем істотно покращують багато характеристик пристроїв, що живляться від цих джерел, і можуть застосовуватися практично в будь-яких радіоаматорських конструкціях. Проте їх відрізняє досить високий рівень складності, високий рівень перешкод в шині живлення, низька надійність, висока собівартість, недоступність деяких компонентів. Таким чином, необхідно мати дуже вагомі підстави для застосування імпульсних ІП на основі високочастотного перетворювача в аматорській апаратури (у промислових пристроях це в більшості випадків виправдано). Такими підставами можуть служити: вірогідність коливань вхідного напруги в межах ~ 100-300 В. можливість створювати ІП з потужністю від десятків ватів до сотень кіловат на будь-які вихідні напруги, поява доступних високотехнологічних рішень на основі ІМС та інших сучасних компонентів.