УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ БЫТОВОЙ ТЕХНИКИ. БЛОКИ ПИТАНИЯ

September 25, 2011 by admin Комментировать »

В мастерской радиолюбителя кроме инструментов для изготовления и монтажа РЭУ, предназначенных для использования в быту, должны быть разнообразные источники электропитания с широким набором регулируемых напряжений и токов.

В настоящее время существует значительное количество промышленных источников питания, но практически ни один из них не удовлетворяет требованиям, которые встают перед радиолюбителем в процессе его творчества. Поэтому цель данной главы решить эту проблему с помощью самостоятельного изготовления таких устройств и источников питания, которые должны быть максимально простыми при эксплуатации.

Источники электропитания являются одними из главных узлов любой аппаратуры и приборов. Они определяют все основные параметры и технические характеристики создаваемых РЭУ, их надежность и устойчивую работу в различных климатических условиях. Наиболее распространенными источниками первичного электропитания для бытовой аппаратуры являются сети переменного тока, ХИТ, а также термо- и фотоэлектрические преобразователи. При этом большое значение имеют стандартизованные параметры и характеристики входной электроэнергии.

Источники питания, о которых рассказывается в этой главе, дают достаточно полное представление об их эксплуатации при различных воздействиях дестабилизирующих факторов. Нормальная работа РЭА и создаваемых электронных приборов решается с помощью средств вторичного электропитания, которые подключаются к источникам первичного электропитания, преобразуют их переменное или постоянное напряжение в ряд выходных напряжений различных номиналов как постоянного, так и переменного тока с характеристиками, соответствующими требованиям государственных стандартов. Для решения всех задач электропитания бытовой РЭА и приборов домашнего мастера в состав устройств вторичного электропитания входят основные и дополнительные узлы и блоки, обеспечивающие их нормальную работу.

Радиолюбитель при изготовлении УЭП должен иметь в виду, что к ним предъявляются определенные требования, которые позволяют в конечном счете обеспечить высокие параметры и надежную эксплуатацию изделий. Одновременно необходимо учитывать, что источники электропитания в последние годы существенно изменились за счет применения наиболее экономичных схем, использования высокочастотного преобразования энергии постоянного тока, радикального снижения массогабаритных характеристик, рациональных импульсных методов регулирования и применения ИС. В частности, повысились требования к первичным питающим напряжениям во всем диапазоне напряжений и токов. Переменные напряжения однофазного и трехфазного тока в соответствии с требованиями государственного стандарта соответствуют следующим значениям:

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В …………………………….  220

Пределы изменения напряжения:

при питании аппаратуры от промышленной

сети переменного тока, В ……………………………. 187—242

при питании через устройства регулирования

и преобразования, В…………………………………… 213—227

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ………………………….. 50

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц …………………………..  47,5—52,5

Допустимый коэффициент нелинейных искажений питающей сети, %, не более    1

При изготовлении вторичных источников электропитания руководствуются утвержденными в установленном порядке основными нормами на электрические параметры первичной и вторичной электроэнергии, а также стандартизованными рядами. Важнейшие из них:

1.  Номинальное значение первичной промышленной сети переменного тока — 220 В.

2.  Номинальные значения выходных напряжений и частот вторичных унифицированных УЭП приведены в табл. 2.1.

3.  Номинальные значения выходных напряжений постоянного тока установлены следующим рядом: 0,25; 0,4; 0,6; 1,2; 2,4; 3; 4; 5; 6; 6,3; 9; 10; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 40; 48; 60; 80; 100; 125; 140; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600;

Таблица 2.1. Номинальные значения выходных напряжений и частот унифицированных УЭП

Выходные

Постоянное

Переменное напряжение

параметры

напряжение

однофазное

трехфазное

Напряжение, в

6, 12, 27

40

115

220

40

200

220

380

Частота, Гц

 

400, 1000

400, 1000

50, 400

400, 1000

50, 400

50, 400, 1000

50

800; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 4000; 5000; 6000; 8000; 10 000; 12 000; 15 000; 20 000; 25 000 В.

4.  Номинальные напряжения переменного тока, действующие значения которых установлены следующим рядом: 1,2; 2,4; 3,15; 5; 6; (6,3); 12; (12,6); 15; 24; 27; 36; 40; 60; 80; 110; (115); 127; 200; 220; 380 В. Напряжения, указанные в скобках, не применяются.

5.  Номинальные значения тока нагрузки для унифицированных источников вторичного электропитания широкого применения установлены стандартом.

6. Коэффициент пульсаций выходных напряжений постоянного тока определяется в каждом конкретном случае требованиями создаваемой аппаратуры и выбирается из следующего ряда: 0,01; 0,02; 0,03; 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 3; 5%.

7. Допустимое изменение выходного напряжения при заданных пределах изменения входного напряжения питающей сети и неизменном токе нагрузки определяется как нестабильность по напряжению и задается в процентах от номинального напряжения исходя из следующего ряда: 0,1; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10%.

8.  Нестабильность по току, определяемая как допустимое изменение выходного напряжения при заданных пределах изменения тока нагрузки и неизменном входном напряжении питающей сети, задается при разработке ТЗ и обеспечивается при изготовлении.

9. Температурный коэффициент нестабильности (ТКН) задается совместно с частными нестабильностями по напряжению и току и определяется как допустимое изменение выходного напряжения при изменении температуры окружающей среды в заданных пределах.

10. Суммарная нестабильность выходного напряжения при воздействии всех дестабилизирующих факторов является важнейшим параметром, оказывает существенное влияние на массогабаритные характеристики УЭП и выбирается из следующего ряда: 0,1; 0,5; 1; 2; 3; 5; 10% от номинального значения.

11. Кпд унифицированных УЭП с выходным напряжением до 1000 В и мощностью до 1 кВт не менее значений, указанных в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Значения кпд устройств электропитания

Выходное напряжение, В

Кпд устройства электропитания

с переменным регулированием

с импульсным регулированием

с многократным преобразованием и регулированием

0,1—2,4

0,3

0,4

0,35

2,4—6

0,4

0,5

0,45

6—15

0,5

0,7

0,55

Свыше 15

0,6

0,8

0,65

12.  Надежная электрическая защита УЭП от перегрузки или короткого замыкания с автоматическим восстановлением работоспособности устройства при снятии перегрузки или короткого замыкания в нагрузке.

13.  Гальваническая развязка цепей управления и нагрузки УЭП от высоковольтной сети переменного тока.

14. Заданная частота преобразований.

15. Электрическая защита потребителя от превышения выходного напряжения электропитания, допустимый уровень превышения питающего напряжения.

16. Заданное значение вероятности безотказной работы УЭП в течение заданного промежутка времени или среднее значение времени наработки на отказ.

17.  Длительная работа в условиях воздействия климатических нагрузок: максимальной и минимальной температуры, давления, влаги, инея, росы, смены температур.

18. Бесперебойная эксплуатация в условиях воздействия механических нагрузок — вибрации, центробежного ускорения, ударов при перевозке различными видами транспорта.

19.  Минимальное время готовности УЭП или минимальное время выхода его на режим, когда выходные значения достигают заданного значения.

20.Обеспечение дистанционного управления УЭП, сигнализации о его включении и выключении.

21. Наличие сигнализации о неисправностях в УЭП, контроля значений выходных напряжений и токов.

22. Установление режима и длительности работы (непрерывного, повторно-кратковременного или импульсного).

23. Ремонтопригодность.

24.  Минимальные значения массогабаритных характеристик.

Всем этим условиям должны отвечать универсальные источники электропитания с большим числом выходных параметров. Для оснащения мастерской радиолюбителя такие требования не предъявляются. Однако с учетом технико-экономических факторов, применяемых комплектующих ЭРЭ, УЭП, используемые домашним мастером, должны обладать определенными и необходимыми параметрами: высокой степенью универсальности при эксплуатации, высоким кпд, высокой технологичностью при изготовлении, малой стоимостью, легкой повторяемостью и др.

В технической литературе часто применяются понятия: блок питания, источник питания, питающее устройство, вторичный источник питания и т. д., которые не имеют точных определений, и поэтому здесь используется понятие «устройство электропитания» (УЭП), полностью соответствующее стандартизованному.

В справочник включены УЭП, необходимые радиолюбителю в практической деятельности и являющиеся самостоятельными сборочными единицами. Одна часть таких изделий работает локально, обеспечивая заданными питающими напряжениями и токами отдельные узлы и блоки РЭА в соответствии со своим функциональным назначением, а другая часть встраивается в РЭА и приборы и от них неотделима.

УЭП, представляющие интерес для радиолюбителя, который хотел бы иметь их в своей мастерской, могут быть повторены на основе представленной информации и изготовлены в необходимом количестве. В этом случае домашнему мастеру необходимо выполнить определенную конструкторскую доработку, сделать расчеты и осуществить подбор и проверку основных комплектующих ЭРЭ в соответствии с приведенными рекомендациями.

Для испытания, регулировки и налаживания различных устройств, изготавливаемых в домашней лаборатории, необходим высокостабилизированный источник питания с регулированием выходного напряжения в широких пределах и при значительных изменениях тока нагрузки. Такой источник питания должен удовлетворять большинству требований, изложенных выше.

Рассматриваемые в данной главе практические схемы источников питания удовлетворяют самым взыскательным требованиям радиолюбителей и одновременно представляют довольно простые УЭП постоянного напряжения, работающие от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц. Здесь следует сказать, что существует большое количество источников питания, работающих от сети переменного тока напряжением 110, 115 или 127 В, например импортных, изготавливаемых в США, где действуют сети переменного тока 115 В частотой 60 Гц для питания большинства бытовых изделий и приборов. Но всегда надо ориентироваться на отечественные аналоги и использовать только соответствующие комплектующие ЭРЭ.

Изготовление устройств, приборов, их узлов, блоков и сборок, а также различных деталей непромышленным способом сопряжено с многочисленными трудностями, которые вызваны отсутствием требуемой технологической оснастки, ограничениями в выборе материалов и комплектующих изделий, а иногда и недостатком опыта или практических навыков. В настоящей главе предлагаются материалы, публиковавшиеся в научно-технической и научно-популярной литературе, пособиях отраслевого характера, а также рекомендации практического использования УЭП.

Радиолюбители должны принять во внимание, что приведенные рекомендации, схемы и конструкции даны в вариантах, допускающих их совершенствование и доработку в определенных рамках, оговоренных в тексте, но они не являются официальными, не могут заменить ТУ и технологических карт на изготовление и ремонт.

УЭП с выходным постоянным током можно назвать любое устройство, если в электрической цепи при подключенной к выходным выводам этого устройства нагрузке электрический ток протекает в одном направлении, т. е. действует постоянный ток. К ним можно отнести различные генераторы, аккумуляторы или сложные электронные схемы, в основе действия которых лежит переменный ток.

Применение покупных источников питания, работающих от сети переменного тока, разработанных и созданных для конкретной аппаратуры и бытовой техники или работающих в ее составе для других целей, как правило, не допускается. Такие питающие устройства и источники питания должны использоваться по своему прямому назначению. Существует ограничение выбора и применения покупных устройств электропитания, оговоренное условиями эксплуатации, отличающимися от тех, для которых они создавались, а также продиктованное тем, что данное конкретное питающее устройство имеет присущие только ему особенности.

При создании УЭП соблюдаются нормы и основные параметры, обеспечивающие полную совместимость изделий промышленного и самодельного изготовления по электрическим характеристикам. Важно, чтобы применялись нормированные значения этих параметров, установленные параметрическими рядами. В табл. 2.3 приведены ряды значений номинальных напряжений, за рамки которых выходить не рекомендуется. Расширение этих рамок возможно только за счет полей допусков.

Таблица 2.3. Значения номинальных напряжений, разрешенных к применению в источниках электроэнергии

Род напряжения питания

Значение напряжения, В

источников и преобразователей энергии

сетей и приемников энергии

Переменное:

 

 

однофазный

6; 12; 28,5; 42; 62;

6; 12; 27; 40; 60; 110;

115; 230

220

трехфазный

42; 62; 230; 400; 690;

40; 60; 220; 380; 660

Постоянное

6; 12; 28,5; 42; 62;

6; 12; 27; 48; 60; 110;

 

115; 230; 460

220; 440

Примечание. Для источников тока и преобразователей электроэнергии в таблице указаны межфазные значения трехфазного тока.

В табл. 2.4 приведены номинальные значения напряжений, применяемых для электропитания конкретных видов электронной и электротехнической аппаратуры и изделий бытовой техники. Здесь рассматриваются наиболее общие группы продукции, включая и те изделия, которые изготавливаются в домашних мастерских. Необходимость придерживаться рекомендованных номинальных значений напряжений и токов продиктована тем, что в большинстве случаев предусматривается комбинированное

Таблица 2.4. Номинальные значения напряжений постоянного и переменного тока, разрешенные к применению в унифицированных устройствах бытовой техники

Наименование

Основные значения напряже

Дополнительные значения

видов источни

ний, В

напряжений, В

ков и приемни

 

 

 

 

 

 

 

 

ков электроэнер

постоянного

переменного

постоянного

переменного

гии

тока

тока

тока

тока

Источники и

6; 12; 28,5;

однофазный:

24; 57

однофазный:

преобразовате

48; 62; 115;

6; 12; 28,5;

 

24 (50 Гц);

ли бытового

230; 460

42; 62; 115;

 

36 (50 и

назначения

 

230

трехфазный: 42; 62; 230; 400; 600

 

200 Гц); 133

Сети и при

6; 12; 27;

однофазный:

24; 54

однофазный:

емники обще

48; 60; 110;

6; 12; 27;

 

24 (50 Гц);

промышленно

220; 440

40; 60; 110;

 

42; 36 (50 и

го назначения

 

220

трехфазный: 40; 60; 220; 380; 660

 

200 Гц); 127

Источники

6; 12; 24

7; 14; 24; 28

7

питания авто

 

 

 

 

мобилей, мото

 

 

 

 

циклов, трак

 

 

 

 

торов, генера

 

 

 

 

торы

 

 

 

 

Преобразо

/ ______________

220

однофазный:

ватели элект

 

 

 

26 (50 и

рооборудова

 

 

 

400 Гц)

ния катеров,

 

 

 

 

яхт, кораблей

 

 

 

 

Приемники

220

однофазный:

электрообору

 

 

 

24 (50 и

дования кате

 

 

 

400 Гц)

ров, яхт и дру

 

 

 

 

гих речных су

 

 

 

 

дов

 

 

 

 

Приемники,

2,4; 4,5; 9;

1,2; 4; 12;

работающие

24

 

эдс хит

 

от ХИТ

 

 

 

 

электропитание или питание от автономных источников энергии.

Важное место в РЭУ, создаваемых радиолюбителями, занимают ИС или БИС. Напряжения и токи питания этих изделий не должны превышать значений, указанных в табл. 2.5. Необходимо учитывать то обстоятельство, что даже незначительное превышение допустимых значений напряжения и тока может вызвать выход из строя дорогостоящей микросхемы. Поэтому в книге даются необходимые рекомендации при монтаже каждого РЭУ, созданного на основе ППП и микросхем.

Таблица 2.5. Номинальные значения напряжений электропитания бытовых устройств, в которых применены микросхемы

Группа микросхем

Ряды номинальных значений напряжений, В

ИМС общего

12

15

применения

1,2

1,3

1,5

(12,6)

18

100

150

 

2,4

24

27

200

БИС

3

30

36

 

4

4,5

48

—.

 

5

5,2

 

 

 

 

 

 

6

6,3

60

 

9

 

 

 

 

 

 

ИМС, работающие от ХИТ

1,3

1,5

4,5

5,2

___

___

___

Примечание. Допускаемые отклонения питающих напряжений от номинальных значений выбираются из следующего ряда: ±5, 10, 20%.

Ниже рассматриваются конкретные УЭП различного функционального назначения и области их применения.

Здесь есть и простые, и сложные технические решения, но все они доступны для повторения.

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты