Источники питания электронных схем. Выпрямители переменного напряжения, однополупериодные и двухполупериодные

Источником питания электронных схем является блок питания (БП)

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное. В большинстве случает выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания. Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, регуляторы напряжения и тока.

Схема простейшего трансформаторного БП:

Достоинства трансформаторных БП

Простота конструкции

Надёжность

Доступность элементной базы

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес

Металлоёмкость

Низкий КПД

Импульсные БП

Структурная схема простейшего импульсного БПВ импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение используется для питания генератора, с помощью которого оно преобразуется в прямоугольные импульсы с частотой от 10 килогерц до 1 мегагерца, подаваемые на трансформатор. В таких БП может применяются малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты питающего напряжения уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется сталь.

Одна из выходных обмоток трансформатора используется для управления генератором. В зависимости он напряжения на ней (например, при изменении тока нагрузки) изменяется частота или скважность импульсов на выходе генератора. Таким образом, с помощью этой обратной связи блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Структурная схема простейшего импульсного БП:

Достоинства импульсных БП

Высокий КПД (До 80—90 %);

Небольшой вес;

Невысокая общая стоимость (достигнуто только в последние десятилетия благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности);

Повышенная пиковая мощность при сравнимых габаритах;

Короткое замыкание на выходе не выводит БП из строя.

Недостатки импульсных БП

Сложность конструкции;

Высокие требования к качеству компонентов;

Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети;

Невозможность работы без нагрузки (может наступить пробой ключевого транзистора). В современных схемах импульсных БП всегда имеется защита от выхода из строя БП по причине отсутствия нагрузки. В качестве простейшей защиты, на выходе может быть устнавлен простой шунтирующий резистор;

Импульсные блоки питания могут создавать высокочастотные помехи в сети.

Выпрямители напряжения:

Однополупериодный:

Двухполупериодный: