Можно выделить два типа источников питания: линейные и импульсные.
Линейные источники: Строятся на основе низкочастотного трансформатора и при необходимости выпрямителя, фильтра и стабилизатора.
Имеют значительную массу и габариты. Кроме того стабилизатор рассеивает значительную мощность, что ухудшает КПД и тепловой режим.
Правда существуют варианты с импульсным стабилизатором, где проблема нагрева минимальна, но такой вариант опасен.
В случае пробоя переключателя на оборудование попадет полное напряжение с выпрямителя, которое может составлять 20 – 30В.
Оборудование при этом гарантированно выйдет из строя.
Импульсные источники:
В импульсных источниках сетевое напряжение выпрямляется, фильтруется, и подается на высокочастотный преобразователь, который имеет малые габариты, массу и тепловыделение.
К тому же импульсные источники допускают большие отклонения напряжения питающей сети. При прокладке кабелей питания надо учитывать:
1. Напряжение проходящее по проводам
2. Мощность нагрузки
3. Условия окружающей среды.
Напряжение проходящее по проводам.
При выборе типа кабеля этот параметр – один из основных, так как далеко не все кабели допускают напряжение 220В (например «витая пара» на такое напряжение не рассчитана).
Мощность нагрузки определяет сечение провода. Расчет сечения приведен ниже.
Расчет сечения кабеля питания.
Необходимые данные:
L – расстояние от нагрузки до источника питания (м);
Рнаг – мощность нагрузки;
? – коэффициент удельного сопротивления меди = 0,0175 (Ом*мм?/м)при 20°С;
?U – допустимое падение напряжения на кабеле.
Smin = 2*L*[Рнаг / Umin]*?/?U, (мм?)
Пример: Камера с кожухом питаются 12В постоянного тока, расстояние до блока питания 30м. Потребляемая мощность 4Вт камера + 10 Вт подогрев.
Номинальное значение напряжения питания камеры – 12В. Минимальное напряжение питания камеры – 10В.
Smin = 2*30*[14 / 10]*0,0175/2=0,735 мм?
Выбираем провод с наиболее близким значением сечения большим расчетного – 0,75 мм?
Независимо от сечения питающего кабеля для 12В камер желательно шунтирование цепи питания конденсатором большой емкости, для устранения наводок и помех.
Выбор источника питания.
В первую очередь, конечно, следует обратить внимание на соответствие электрических параметров ИП требованиям питаемого устройства, а именно:
• напряжение питания;
• потребляемый ток;
• требуемый уровень стабилизации напряжения питания;
• допустимый уровень пульсации напряжения питания.
Немаловажны и характеристики ИП. влияющие на его эксплуатационные качества:
• наличие систем защиты;
• массогабаритные размеры.
Являясь неотъемлемой частью радиоэлектронной аппаратуры, средства вторичного электропитания должны жестко соответствовать определенным требованиям,
которые определяются как требованиями к самой аппаратуре в целом, так и условиями предъявляемыми к источникам питания и их работе в составе данной аппаратуры.
Любой из параметров ИП, выходящий за границы допустимых требований, вносит диссонанс в работу устройства.
Существует четыре основных типа сетевых источников питания:
• бестрансформаторные, с гасящим резистором или конденсатором.
• линейные, выполненные по классической схеме: понижающий трансформатор — выпрямитель — фильтр — стабилизатор.
• вторичные импульсные: понижающий трансформатор -фильтр — высокочастотный преобразователь 20-400 кГц.
• импульсный высоковольтный высокочастотный: фильтр — выпрямитель ~220 В — импульсный высокочастотный преобразователь 20-400кГц.
Линейные источники питания отличаются предельной простотой и надежностью, отсутствием высокочастотных помех.
Кроме того, в некоторых случаях немаловажен и чисто экономический расчет — применение линейных ИП однозначно оправдано в устройствах, потребляющих до 500 мА.
Эффективность и рациональность применения линейных ИП значительно снижается при токах потребления более 1 А.
Причинами этого являются следующие явления:
• колебания сетевого напряжения сказываются на коэффициенте стабилизации;
• на входе стабилизатора приходится устанавливать напряжение, которое будет заведомо выше минимально допустимого при любых колебаниях напряжения в сети,
а это значит, что когда эти колебания высоки. необходимо устанавливать завышенное напряжение, что в свою очередь влияет на проходной транзистор
(неоправданно большое падение напряжения на переходе, и как следствие — высокое тепловыделение);
• большой потребляемый ток требует применения габаритных радиаторов на выпрямляющих диодах и регулирующем транзисторе,
ухудшает тепловой режим и габаритные размеры устройства в целом.
Достаточно просты в изготовлении и эксплуатации вторичные импульсные преобразователи напряжения, их отличает простота изготовления и дешевизна комплектующих.
Экономически и технологически оправдано конструировать ИП по схеме вторичного импульсного преобразователя для устройств с током потребления 1-5 А,
для бесперебойных ИП к системам видеонаблюдения и охраны, для усилителей низкой частоты, радиостанций, зарядных устройств.
Лучшая отличительная черта вторичных преобразователей перед линейными — массогабаритные характеристики выпрямителя, фильтра, преобразователя, стабилизатора.
Однако их отличает большой уровень помех, поэтому при конструировании необходимо уделить внимание экранированию и подавлению высокочастотных составляющих в шине питания.
В последнее время получили достаточно широкое распространение импульсные ИП, построенные на основе высокочастотного преобразователя с бестрансформаторным входом.
Эти устройства, питаясь от промышленной сети ~110В/220В, не содержат в своем составе громоздких низкочастотных силовых трансформаторов,
а преобразование напряжения осуществляется высокочастотным преобразователем на частотах 20-400 кГц.
Такие источники питания обладают на порядок лучшими массогаба-ритными показателями по сравнению с линейными, а их КПД может достигать 90% и более.
ИП с импульсным высокочастотным преобразователем существенно улучшают многие характеристики устройств, питаемых от этих источников,
и могут применяться практически в любых радиолюбительских конструкциях.
Однако их отличает достаточно высокий уровень сложности, высокий уровень помех в шине питания, низкая надежность, высокая себестоимость, недоступность некоторых компонентов.
Таким образом, необходимо иметь очень веские основания для применения импульсных ИП на основе высокочастотного преобразователя
в любительской аппаратуре (в промышленных устройствах это в большинстве случаев оправдано).
Такими основаниями могут служить: вероятность колебаний входного напряжения в пределах ~100-300 В. возможность создавать ИП с мощностью от десятков ватт
до сотен киловатт на любые выходные напряжения, появление доступных высокотехнологичных решений на основе ИМС и других современных компонентов.
