Источники вторичного электропитания (ИВЭ)

1.

Источники вторичного
электропитания (ИВЭ)
ИВЭ служат для преобразования переменного
тока
в постоянный ток (выпрямление), либо
постоянный ток – в переменный (инвертирование),
требуемого значения.
Конструкция блока питания
диоды
конденсатор
трансформатор
элементы схемы
стабилизатора
16.09.2017 5:04
1

2.

Однофазные
Переменный ток
По типу
источника питания
Трехфазные
Постоянный ток
И
С постоянным
напряжением
(выпрямители)
По роду тока
на выходе
В
Малой (до 100 Вт)
Э
По мощности
выделяемой
в нагрузке
Средней (до 1000 Вт)
Большой (более 1000 Вт)
По напряжению
на выходе
16.09.2017 5:04
С переменным
напряжением
(инверторы)
Низкого
среднего
высокого
2

3. Структурная схема вторичного источника электропитания

u1(t)
ТР
u2(t)
U2
В
СФ
Uст
СТ
Uн
нагрузка
Входное напряжение u1(t)
Трансформатор (ТР)
Блок вентилей (В)
Сглаживающий фильтр (СФ)
Стабилизатор напряжения (СТ)
Выходное напряжение Uн
16.09.2017 5:04
3

4.

Трансформатор ТР предназначен для согласования
входного (сетевого) напряжения u1 и выходного
(выпрямленного) напряжения Uн нагрузки.
Блок вентилей В выполняет функцию выпрямления
переменного тока.
Для
уменьшения
пульсаций
выпрямленного
напряжения в нагрузке, применяют сглаживающий
фильтр СФ.
Стабилизатор
постоянного
напряжения
СТ
поддерживает постоянство выходного напряжения
нагрузки Uн при изменении напряжения сети,
сопротивления нагрузки (включают его в неуправляемые
выпрямители).
16.09.2017 5:04
4

5.

Схема стабилизированного однофазного
однополупериодного выпрямителя переменного тока.
16.09.2017 5:04
5

6.

Форма напряжений
u(t)
Напряжение сети
Uд
Напряжение на
выходе выпрямителя
Напряжение на
выходе фильтра
Uф
Uст
16.09.2017 5:04
Напряжение на
выходе стабилизатора
6

7. 2. Блок вентилей

Основным узлом источника питания является
вентильный комплект.
В нем преобразование переменного тока в
постоянный
осуществляется
с
помощью
нелинейных элементов с несимметричной ВАХ,
обладающих
вентильными
свойствами
(односторонней проводимостью).
Строят различные схемы выпрямления, то
есть устройства, называемые выпрямителями.
16.09.2017 5:04
7

8.

Классификация выпрямителей
1).
Неуправляемые
(Uн = const)
Диоды
2).
Управляемые
(Uн = var.)
Тиристоры, транзисторы,
электронные лампы.
Имеют третий
(управляющий) электрод
Однофазные
Трехфазные
(мощность менее 1кВт)
(мощность более 1кВт)
3). Однополупериодные
16.09.2017 5:04
Двухполупериодные
8

9. Основные параметры выпрямителя

Uн.ср (Iн.ср) – среднее значение выпрямленного
напряжения (тока) нагрузки
(или постоянная составляющая);
U m.осн – амплитуда основной гармоники
выпрямленного напряжения;
qп – коэффициент пульсации выпрямленного
напряжения;
S – мощность трансформатора;
Uобр.max и Iпр.max – максимальные допустимые
обратное напряжение и
прямой ток вентиля.
16.09.2017 5:04
9

10.

4. Параметрический стабилизатор
Стабилизатором напряжения (тока)
называют устройство, автоматически
обеспечивающее поддержание
напряжения (тока) нагрузочного
устройства с заданной степенью точности.
Rбал
I
IН
Iст
VD
Rн
Uвх
Uвых
Ucт
16.09.2017 5:04
10

11.

Стабилитрон
- кремниевый диод, работающий в
режиме
электрического пробоя.
Анод
Катод
Стабилитроны предназначены для использования в
параметрических стабилизаторах напряжения.
16.09.2017 5:04
11

12.

Рабочим участком ВАХ стабилитрона является
участок обратной её ветви,
соответствующий области обратного электрического
пробоя p-n - перехода и ограниченный
минимальным Iст.min и максимальным Iст.max
значениями тока.
При работе в этой области обратное напряжение
на стабилитроне Uст меняется незначительно
при относительно больших изменениях
тока стабилитрона Iст.
16.09.2017 5:04
12

13.

16.09.2017 5:04
13

14.

Основные параметры
стабилитронов:
•Uст = 3…180 В – напряжение на стабилитроне;
Rд=
=
- динамическое сопротивление
на участке стабилизации;
Чем меньше сопротивление, тем лучше стабилитрон.
• Iст.min и Iст.max – минимальный и максимальный
допустимые токи стабилизации
(от 5 мА до 5 А);
• Pmax – максимальная допустимая рассеиваемая
16.09.2017 5:04
мощность.
14

15.

Стабилитрон
в
параметрическом
стабилизаторе
включают
параллельно
нагрузочному резистору Rн.
Параллельное
включение
не
допустимо,
т.к.
из
всех
параллельно
соединённых
стабилитронов ток будет только в одном из них,
имеющем
наименьшее
напряжение
стабилизации.
Последовательно со стабилитроном для
создания требуемого режима работы включают
балластный резистор Rбал.
16.09.2017 5:04
15

16.

Для
нормальной
работы
стабилизатора
сопротивление резистора Rбал должно быть таким,
чтобы его ВАХ пересекала ВАХ стабилитрона в
точке «А», соответствующей номинальному току
стабилитрона Iст.ном (указывается в паспортных данных
стабилитрона).
ВАХ:
Формула для расчета Rбал:
U
R
I
бал
min U ст
ст min
16.09.2017 5:04
Iн
16

17.

Принцип действия параметрического стабилизатора
постоянного напряжения удобно объяснять с помощью
ВАХ стабилитрона и «опрокинутой» ВАХ резистора Rбал.
Такое построение позволяет графически решить
уравнение электрического состояния стабилизатора
напряжения:
Uвх = Ucт + URбал
16.09.2017 5:04
17

18. Основные соотношения токов и напряжений в стабилизаторе определяются первым и вторым законами Кирхгофа:

I I н I ст
U вх I Rбал U н
U U
н
ст
16.09.2017 5:04
18

19. Коэффициент стабилизации по напряжению

- основной параметр, характеризующий
качество работы стабилизатора.
U вх
КcтU
U вых
U вх
U вых
Коэффициент стабилизации параметрического
стабилизатора напряжения на полупроводниковом
стабилитроне: Кст = 5 – 50
16.09.2017 5:04
19

20. Стабилитрон выбирается по справочнику:

Расчет стабилизатора сводится к тому, чтобы
выбрать стабилитрон и выбрать величину Rбал.
Uст - напряжение стабилизации,
которое определяется напряжением на
нагрузочном устройстве.
Iст max, который не должен превышать
максимально допустимый ток через
стабилитрон;
Iст min,
Rдиф.
16.09.2017 5:04
20

21. Недостатки:

Достоинства
параметрического стабилизатора:
простота конструкции;
надежность работы.
Недостатки:
небольшой
(не более 0,3);
большое внутреннее
(5-20 Ом);
узкий и нерегулируемый диапазон стабилизируемого
напряжения.
16.09.2017 5:04
коэффициент
полезного
сопротивление
действия
стабилизатора
21

22. Электрические фильтры

Электрические фильтры – это
четырехполюсники, содержащие катушки,
конденсаторы и резисторы и
предназначенные для выделения или
подавления на нагрузочном устройстве
напряжения в заданном диапазоне частот.

23. Коэффициент передачи фильтра

U
j
вых
KU
K Ue
U
вх
К – зависит от частоты, т.к. Xс и XL
зависят от частоты
1
XC
ωC
X L ωL

24. Характеристики фильтров

KU(f) – называется Амплитудночастотная
характеристика АЧХ
φ(f) – называется Фазочастотная
характеристика ФЧХ
Область частот пропускаемых фильтром,
называется полосой пропускания

25. Классификация фильтров

Низкочастотные НЧФ (интегрирующие)
Высокочастотные ВЧФ
(дифференцирующие)
Избирательные
Заграждающие

26. Низкочастотный фильтр

K
1
j 1

27. Высокочастотный фильтр

j
K
j 1

28. Избирательный фильтр

29. Заграждающий фильтр