Основные типы источников питания

Основные типы источников питания постоянного тока с различной архитектурой:

Линейные источники питания

Регулируемые линейные источники питания обеспечивают высокое постоянство выходного напряжения, низкий уровень пульсаций и шума, а также быстрое регулирование несмотря на скачки нагрузки и напряжения в сети. Они создают значительно меньше электромагнитных помех, чем импульсные источники питания. Обычный сетевой трансформатор изолирует линию питания от вторичных цепей (выходные каскады). Следующий за ним выпрямитель подает нерегулируемое напряжение на последовательно подключенный исполнительный элемент. Конденсаторы на входе и выходе цепи регулирования выполняют функцию буферов и снижают уровень пульсаций.

Прецизионное опорное напряжение управляет аналоговым усилителем выходного сигнала. Этот быстродействующий усилитель, как правило, поддерживает очень малое время восстановления при изменениях нагрузки.

Линейные источники питания R&S Essentials: R&S®NGA100, R&S®NGL200, R&S®NGM200, R&S®NGU201/401.

Импульсные источники питания

Импульсные источники питания (например, R&S®NGP800) имеют значительно более высокую эффективность, чем регулируемые линейные источники питания. На первом этапе выпрямляется напряжение сети. Ввиду высокого входного напряжения можно использовать буферные конденсаторы малой емкости. На втором этапе преобразуемое постоянное напряжение срезается на высокой частоте.

Это происходит в переключающем транзисторе и требует только наличия относительно маленьких и легких ферритовых дросселей или трансформаторов с малыми потерями. Переключающий транзистор полностью включается и выключается, что означает низкие потери на переключение. Выходное напряжение, как правило, регулируется путем изменения продолжительности включения переключающего транзистора. Выпрямитель и фильтр нижних частот повышают качество выходного сигнала.

Смешанные источники питания

Применяются различные комбинации описываемых выше конструкций. Например, источники питания R&S®NGE100B имеют сетевой трансформатор на входе, за которым следуют выпрямитель и импульсная схема регулирования выходного напряжения, которая обеспечивает высокую эффективность. Линейный каскад помогает устранять нежелательные составляющие сигнала на выходе. Еще одним примером смешанной архитектуры является модель R&S®HMP2000/4000.

Квадранты источников питания постоянного тока

Если ток поступает на положительную клемму напряжения, источник питания работает как электронная нагрузка. Вместо производства питания он потребляет питание. Приборы, способные работать в режимах источника и потребителя, помогают имитировать аккумуляторные батареи или нагрузки и обозначаются как двухквадрантные (или четырехквадрантные) источники питания. Rohde & Schwarz имеют двух- и четырехквадрантную архитектуру. Приборы автоматически переключаются из режима источника в режим потребителя. Если внешнее подаваемое напряжение превышает заданное номинальное напряжение, ток начинает поступать в источник питания, на дисплее которого отображается отрицательное значение тока.

Архитектуру источников питания можно наглядно представить в прямоугольной системе координат. Четыре квадранта показывают все комбинации положительных и отрицательных напряжений и токов. Далее на рисунке изображена система координат с напряжением по вертикальной оси и током по горизонтальной оси.

Как было сказано выше, стандартные источники питания генерируют только положительное напряжение (т. е. они работают только в первом квадранте), например в диапазоне от 0 В до 20 В. Если источник питания может предоставлять положительное или отрицательное напряжение на своих выходных клеммах без необходимости переключения внешней разводки, это биполярный источник питания, который работает в квадрантах 1 и 3 и генерирует напряжение, например, в диапазоне от –20 В до +20 В. Среди прочего такие приборы можно использовать для испытаний реакции полупроводников на биполярные напряжения при переходе через точку 0 В.

Источники питания, работающие в квадрантах 1 и 3, обычно также могут выполнять функции нагрузки для положительных и отрицательных напряжений и токов. Они могут работать во всех четырех квадрантах и обозначаются как источники-измерители. В квадрантах 1 и 3 ток выходит из клеммы напряжения, и прибор находится в режиме источника питания. В квадрантах 2 и 4 ток поступает на клемму напряжения, и прибор находится в режиме потребителя питания.

Каналы с одинаковыми диапазонами напряжений

Большинство источников питания Rohde & Schwarz имеют одинаковый диапазон напряжений во всех каналах. Это означает, что вы можете выбирать любые каналы при решении ваших задач. Каждый канал рассматривается как отдельный источник питания.

Пульсации и шумы

Сложные современные электронные устройства обладают очень высокой чувствительностью к колебаниям напряжения в линиях питания. Чтобы свести к минимуму помехи в электропитании испытуемых устройств, источники питания должны обеспечивать максимально стабильные выходные напряжения и токи. В идеальном случае на выходе должны отсутствовать колебания напряжения. На практике существуют два типа колебаний, которые могут оказывать влияние на работу устройства: периодические колебания (пульсация) и случайные колебания (шум). Линейные источники питания имеют значительно более низкий уровень пульсаций на высоких частотах, чем импульсные источники питания.

Специализированные источники питания, а также некоторые базовые источники питания (например, R&S®NGA100) включают в себя линейное регулирование напряжения, чтобы сводить к минимуму остаточные пульсации и шумы.

Благодаря линейной конструкции выходного каскада можно подавать напряжение с низким уровнем помех на такие чувствительные устройства, как сложные полупроводники. Низкий уровень пульсаций и шума также идеально подходит для разработки усилителей мощности и монолитных интегральных СВЧ-схем.

Изменяемый выходной импеданс

Выходы специализированных источников питания можно настраивать различными способами. Например, можно задавать такие параметры, как выходной импеданс, задержка включения и разнообразные режимы запуска. Источники питания должны иметь минимальный выходной импеданс, чтобы не оказывать эффекты нагрузки на испытуемое устройство. Однако в некоторых случаях требуется контролируемая имитация батарей или имитация увеличения внутреннего импеданса по мере разрядки батареи. Источники питания R&S®NGL200, R&S®NGM200 и R&S®NGU201 поддерживают такие задачи путем регулирования выходного импеданса.