Источники питания электронной аппаратуры

Все ИП можно разделить на две группы: источники первичного электропитания и источники вторичного электропитания. РЭА может иметь в своем составе: ИП первой группы; ИП второй группы; ИП первой и второй групп одновременно.Источники первичного электропитания. К данной группе ИП относятся 1) химические источники тока (гальванические элементы, батареи и аккумуляторы);2) термобатареи 3) термоэлектронные преобразователи;4) фотоэлектрические преобразователи (солнечные батареи 5) топливные элементы; 6) биохимические источники тока; 7) атомные элементы;8) электромашинные генераторы.

Химические источники тока (ХИТ) широко используются для питания маломощных устройств и аппаратуры, требующей автономного питания. Батареи и аккумуляторы являются также вспомогательными и (или) резервными источниками энергии в устройствах, питающихся от сети переменного тока. Выходное напряжение таких источников практически не содержит переменной составляющей (пульсаций), но в значительной степени зависит от величины тока, отдаваемого в нагрузку, и степени разряда. Поэтому в устройствах, критичных к напряжению питания, химические источники тока используются совместно со стабилизаторами напряжения.

Термобатареи состоят из последовательно соединенных термопар.Термобатареи используются в качестве ИП малой мощности, например для питания радиоприемников.

Термоэлектронные преобразователи представляют собой вакуумные или газовые приборы с твердыми нагреваемыми катодами. Преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется за счет использования термоэлектронной эмиссии нагретых тел. Эмитированные катодом электроны движутся к аноду под действием разности температур. Для обеспечения этой разности температур необходимо охлаждение анода. В зависимости от температуры нагрева катода термоэлектронные преобразователи делятся на низкотемпературные (1200 – 1600°С) и среднетемпературные (1900 – 2000°С). У среднетемпературных преобразователей КПД достигает 20%, что более чем в 2 раза превышает КПД термобатарей.

Фотоэлектрические преобразователи осуществляют преобразование тепловой и световой энергии солнечных лучей в электрическую. Солнечные батареи представляют собой ряд фотоэлементов, соединенных между собой определенным образом. Фотоэлектрические преобразователи используются в качестве источника электрической энергии для питания маломощной радиоаппаратуры, а также для питания радиотехнической и телеметрической аппаратуры на спутниках Земли и на автоматических межпланетных станциях.

Топливные элементы осуществляют непосредственное преобразование энергии химических реакций в электрическую энергию. Действие таких элементов основано на электрическом окислении вещества (топлива),которое подобно реакции горения топлива. В топливных элементах химическая реакция протекает при взаимодействии активных веществ, которые в твердом, жидком или газообразном состоянии непрерывно поступают к электродам.

Биохимические источники тока можно рассматривать как разновидность топливных элементов, так как в них протекают подобные окислительно-восстановительные процессы. Отличие биохимических элементов от топливных состоит в том, что активные вещества (или одно из них) создаются с помощью бактерий или ферментов из различных углеводов и углеродов.

Атомные элементы применяются для питания маломощных устройств. Конструкция таких ИП различна в зависимости от принципа их действия.В элементах, использующих β- излучение, на внутреннем электроде размещается радиоактивный изотоп стронция 90. Вторым электродом является металлическая оболочка. Между электродами находится твердый диэлектрик или вакуум. Под действием β-лучей на электродах создаются заряды. Напряжение в таких элементах может достигать нескольких киловольт, а внутреннее сопротивление очень велико (порядка 1013Ом). Разрядный ток не превышает одного миллиампера. Достоинством таких элементов является очень большой срок службы.

В элементах, использующих контактную разность потенциалов, применяются электроды в виде пластинок из различных материалов. Одна из пластин покрыта двуокисью свинца, другая изготовлена из алюминия.Между электродами находится смесь инертного газа и радиоактивного трития. Под действием излучения происходит образование ионных пар.Напряжение между электродами определяется контактной разностью потенциалов. Под действием этого напряжения положительно и отрицательно заряженные ионы перемещаются к электродам.

Источники вторичного электропитания. Они представляют собой функциональные узлы РЭА или законченные устройства, использующие энергию, получаемую от системы электроснабжения или источника первичного электропитания и предназначенные для организации вторичного электропитания радиоаппаратуры.

Классификация источников вторичного электропитания. Источники вторичного электропитания можно классифицировать по следующим параметрам:

1. По типу питающей цепи:

1.1 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от однофазной сети переменного тока;

1.2 ИП, использующие электрическую энергию, получаемую от трехфазной сети переменного тока;

1.3 ИП, использующие электрическую энергию автономного источника постоянного тока.

2. По напряжению на нагрузке:

2.1 ИП низкого (до 100 В) напряжения;

2.2 ИП среднего (от 100 до 1000 В) напряжения;

2.3 ИП высокого (свыше 1000 В) напряжения.

3. По мощности нагрузки:

3.1 ИП малой мощности (до 100 Вт);

3.2 ИП средней мощности (от100 до 1000 Вт);

3.3 ИП большой мощности (свыше 1000 Вт).

4. По роду тока нагрузки:

4.1 ИП с выходом на переменном токе;

4.2 ИП с выходом на постоянном токе;

4.3 ИП с выходом на переменном и постоянном токе.

5. По числу выходов:

5.1 одноканальные ИП, имеющие один выход постоянного или переменного тока;

5.2 многоканальные ИП, имеющие два или более выходных напряжений.

6. По стабильности напряжения на нагрузке:

6.1 стабилизированные ИП;

6.2 нестабилизированные ИП.

Стабилизированные источники питания имеют в своем составе, по крайней мере, один стабилизатор напряжения (тока) и могут быть разделены:

а) по характеру стабилизации напряжения: -ИП с непрерывным регулированием; ИП с импульсным регулированием.

б) по характеру обратной связи- параметрические; - компенсационные;- комбинированные;

в) по точности стабилизации выходного напряжения:

- ИП с низкой стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность выходного напряжения более 2 – 5%);

- ИП со средней стабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность не более 0,5 – 2%);

- ИП с высокой нестабильностью выходного напряжения (суммарная нестабильность до 0,1 – 0,5%);

- Прецизионные ИП (суммарная нестабильность менее 0,1%).

Примечание: к вторичным источникам питания (вторичным элементам) принято относить также аккумуляторы, хотя деление ХИТ на первичные и вторичные условно (аккумуляторы могут использоваться и для однократного разряда).