CC BY
75
Емашкина Т.С., Белов А.Г., Кочегаров И.И.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Источник (блок) электропитания представляет собой устройство, которое преобразует напряжение одного вида (обычно переменное напряжение осветительной сети) в другое [1], более подходящее по своим параметрам для снабжения электроэнергией какого-то конкретного блока или части устройства.
Все источники питания можно разделить на:
Работающие от сети (источники вторичного электропитания, которые весьма распространены в жизни каждого человека - они установлены во многой бытовой технике, используются для зарядки аккумуляторов телефонов и т.д.);
Батарейные источники питания [2]; (широко распространилось в последние 10-15 лет, в основном
благодаря сотовым телефонам, КПК, ноутбукам, до этого от батарей или аккумуляторов питалось немногое, в основном кассетные магнитофоны и военные переносные станции);
Дизельные источники питания и им подобные (чаще предназначены для обеспечения электроэнергией потребителей в случае аварии электролиний); альтернативные источники питания (например, ветряки и пр. радости современной техники, которые в домашних условиях не всегда применимы).
Подробнее рассмотрим вторичные источники питания. Они, в свою очередь, делятся на внешние (зарядки к мобильным телефонам) и на внутренние (питание узлов телевизоров и т. п.).
Их основные классификационные признаки:
Гальванически [3] развязанные и не развязанные от первичного источника питания - практически все выносные источники питания и источники преобразовывающие сетевое напряжение являются гальванически развязанными. В качестве гальванической развязки в подавляющем большинстве случаев служит трансформатор. Очень редко для этого применяют оптоэлектронные пары (светодиод-фотодиод). Остальные элементы питания аппаратуры, например, обеспечивающие дополнительную стабилизацию, являются гальванически связанными с источником первичного электропитания;
Импульсные и непрерывного действия [4] - в последнее время все большую долю завоевывают им-
пульсные источники питания. Несмотря на то, что схемы импульсных источников значительно сложнее и требуют дорогих компонентов, доля их будет только увеличиваться, т. к. источники непрерывного действия проигрывают по массогабаритным показателям, КПД, и что немаловажно - требуют дорогостоящего и тяжелого сетевого трансформатора;
Стабилизированные и нестабилизированные источники питания;
Регулируемые и нерегулируемые источники питания - в жизни мы чаще сталкиваемся с нерегулируемыми источниками питания, в лабораторных условиях чаще используются регулируемые источники. Регулировка может носить дискретный характер: 1,5В; 3,0В; 4,5В;..., либо линейный (например, потенциометром) .
Также, все источники питания можно поделить по следующим классификационным признакам:
Цена. Конечно, здесь нельзя просто разделить все источники питания на дешевые, дорогие и очень дорогие, потому что все относительно. Но, например, самый дешевая солевая батарейка стоит около 5 рублей, солнечная энергия достается вообще бесплатно, а один из самых дорогих источников питания - АЭС в Хинкли Пойт, где за МВтч берут £92.50.
Габариты [5].
Область применения. Это источники общего применения, источники для систем CCTV и источники для систем ОПС. Источники общего применения - недорогие источники с упрощенным набором возможностей и параметров. Могут использоваться при построении простых систем СКУД, систем охранной сигнализации на неответственных объектах. Профессиональные источники для ОПС - в первую очередь, отличаются наличием в них функций и возможностей, таких как электронная защита от КЗ, определение наличия АКБ, индикация и информационные выходы об авариях источника и АКБ. Источники питания для CCTV -многоканальные источники, специально разработанные для питания [б] дорогостоящей аппаратуры CCTV.
Рабочий шум и эффективность. Высокая эффективность означает экономию энергии. Эффективность определяется как отношение выходной мощности к входной мощности, то есть к той мощности, которую блок питания потребляет из электрической розетки. В нашем тестировании разница в эффективности доходила до 11%. Блок питания Seasonic SS-300FB Active PFC обеспечивает максимальную эффективность 76%, в то время как блок питания FSP350-60PN от Fortron Source дал самую низкую эффективность - 65%. То есть при использовании блока питания от Seasonic вместо FSP350-60PN вы сэкономите 14% электроэнергии.
По проектированию. Существует два принципиальных подхода к проектированию схем источников питания, в соответствии с которым их можно разделить на два основных класса [7] : линейные (непре-
рывные) и импульсные (рисунок 1).
В импульсном источнике питания переменное напряжение сети, прежде всего, выпрямляется, затем преобразуется в высокочастотное напряжение, имеющее частоту, как правило, превышающую 50 кГц, после этого оно повышается или понижается до необходимого значения с использованием трансформаторов, потом оно выпрямляется и сглаживается. Стабилизация значения напряжения является существенной частью любой схемы импульсного преобразования. Импульсные блоки питания характеризуются небольшими габаритами (поскольку трансформация напряжения происходит на высоких частотах, а не на 50 Гц), малым весом и высоким КПД. Их разработка является очень специфичной, ранние модели импульсных источников питания характеризовались очень высоким значением высокочастотных шумов.
Имлульс*шй источник питания
Входное переменное = напряжение
-к- сЬ| ш т сЬ
Выходное
постоянное
напряжение
Линейный источник литания
Sr
Выходное
постоданое
напряжение
Рисунок 1 - Схемы импульсного и линейного источника питания
Линейные блоки питания [8] очень массивные, у них очень маленький КПД, но при проектировании они требуют выполнения очень несложных расчетов и отличаются очень низким уровнем шумов.
Схемотехничность. По схемотехническим решениям источники можно разделить на три категории. Основным критерием является способ построения мощного низковольтного стабилизатора.
Первая категория - это источники питания [9] с высокочастотным импульсным стабилизатором. К достоинствам можно отнести высокий КПД, малые габариты и широкий диапазон входного сетевого напряжения, а также невысокую стоимость. Недостатки - высокий уровень помех и средний уровень надежности. Поэтому в системах безопасности пока применяются крайне редко, однако развитие элементной базы сулит со временем неплохие перспективы этому типу приборов.
Вторая категория - это трансформаторные источники питания с ШИМ-стабилизатором [10]. Их достоинства - высокий КПД и невысокая цена. Недостатки - высокочастотные помехи на выходе. В последнее время, благодаря развитию современной элементной базы, эти источники получили большое развитие. Иногда ШИМ-стабилизаторы применяются для преобразования одного напряжения в другое при разработке источников питания с несколькими напряжениями на выходе или при необходимости получить на выходе напряжения, не равные напряжению АКБ.
Третья категория - это трансформаторные источники питания с линейным стабилизатором. Их достоинства - высокая надежность, низкий уровень помех, хорошая ремонтопригодность. Однако существенный недостаток - это постоянный рост стоимости, пропорциональный росту цен на цветные металлы, а также большая масса и габариты. Однако, учитывая специфику применения в системах безопасности, эти источники еще долго будут фаворитами.
При токах до 2 А эти блоки вполне конкурентоспособны [11] по цене. При токах 2 А и выше последнее время все чаще используются ШИМ-стабилизаторы, которые при применении некоторых схемотехнических ухищрений по надежности и качеству выходного тока уже достигли уровня линейных стабилизаторов при меньшей стоимости.
-по производителю. Отечественные, импортные, и производители, специализирующиеся на выпуске конкретного типа источника питания.
Конечно, это не все признаки источников питания. В работе рассмотрены основные, с которыми чаще всего сталкиваются конструкторы, и на которые обращают свое внимание.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев П.Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, Н.К. Юрков, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, А.В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161-164.
2. Андреев П. Г. Основы проектирования электронных средств:учеб. пособие/П. Г. Андреев, И. Ю.
Наумова//Пенза:Изд-во ПГУ, 2010.-124 с.
3. Белов А.Г. Автоматизированные системы сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Ю. А. Сивагина, А. Г. Белов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков, // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 222-226.
4. Бростилов С. А. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта / С. А.
Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростилова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. - № 4. - С. 106-117.
5. Бростилов С. А. Технологические основы проектирования волоконно-оптического датчика ускорения / С. А. Бростилов, А. С. Щевелев, О. В. Юрова, Т. И. Мурашкина, А. В. Архипов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 8. - С. 39-43.
6. Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.
7. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.
8. Горячев Н.В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 3. С. 70-75.
9. Сивагина Ю. А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю. А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74-76.
10. Подложенов К.А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К.А. Подложёнов, Н.В. Горячев Н.К.Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193-194.
11. Падолко Е. П. Основные понятия имитационного моделирования и построение имитационной модели системы массового обслуживания / Е. П. Падолко //Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 43-45.
12. Затылкин, А.В. Метод связанных систем в моделировании процесса обучения / А. В. Затылкин,
B. Б. Алмаметов, И. И. Кочегаров // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. № 4 (6). - С. 86-89.
13. Затылкин, А. В. Программная система оценки теплового режима конструкций РЭС / А. В. Затылкин, И. И. Кочегаров, С. В. Крылов, // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс: Периодическое научное издание - Пенза: Изд-во Пенз. гос. технол. акад., 2012. №3 - С. 75-80
C.
14. Лысенко А.В. Краткий обзор методов имитационного моделирования / А.В. Лысенко, Н.В. Горячев, И.Д. Граб, Б.К. Кемалов, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171-176.
