Блоки питания и их устройство: Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Содержание

Блоки питания. Виды и работа. Особенности и применение

Вторичные источники питания являются неотъемлемой частью конструкции любого радиоэлектронного устройства. Они предназначены для того, чтобы преобразовывать переменное или постоянное напряжение электросети или аккумулятора в постоянное или переменное напряжение, требуемое для работы устройства, это блоки питания.

Виды

Источники питания бывают не только включены в схему какого-либо устройства, но и могут выполнятся в виде отдельного блока и даже занимать целые цеха электроснабжения.

К блокам питания предъявляется несколько требований. Среди них: высокий КПД, высокое качество выходного напряжения, наличие защит, совместимость с сетью, небольшие размеры и масса и др.

Среди задач блока питания могут числится:

  • Передача электрической мощности с минимумом потерь;
  • Трансформация одного вида напряжения в другое;
  • Формирование частоты отличной от частоты тока источника;
  • Изменение величины напряжения;
  • Стабилизация. Блок питания должен на выходе выдавать стабильный ток и напряжение. Эти параметры не должны превышать или быть ниже определенного предела;
  • Защита от короткого замыкания и других неисправностей в источнике питания, которые могут привести к поломке устройства, которое обеспечивает блок питания;
  • Гальваническая развязка. Метод защиты от протекания выравнивающих и других токов. Такие токи могут приводить к поломкам оборудования и поражать людей.

Но зачастую перед блоками питания в бытовых приборах стоят только две задачи – преобразовывать переменное электрическое напряжение в постоянное и преобразовывать частоту тока электросети.

Среди блоков питания наиболее распространены два типа. Они различаются по конструкции. Это линейные (трансформаторные) и импульсные блоки питания.

Линейные блоки питания

Изначально источники питания изготавливались только в таком виде. Напряжение в них преобразовывается силовым трансформатором. Трансформатор понижает амплитуду синусоидальной гармоники, которая затем выпрямляется диодным мостом (бывают схемы с одним диодом). Диоды преобразуют ток в пульсирующий. А далее пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра на конденсаторе. В конце ток стабилизируется с помощью триода.

Чтобы просто понять, что происходит, представьте себе синусоиду – именно так выглядит форма напряжения, поступающего в наш блок питания. Трансформатор как бы сплющивает эту синусоиду. Диодный мост горизонтально рубит ее пополам и переворачивает нижнюю часть синусоиды наверх. Уже получается постоянное, но все еще пульсирующее напряжение. Фильтр конденсатора доделывает работу и «прижимает» эту синусоиду до такой степени, что получается почти прямая линия, а это и есть постоянный ток. Примерно так, возможно, чересчур просто и грубо, можно описать работу линейного блока питания.

Плюсы и минусы линейных БП

К преимуществам относится простота устройства, его надежность и отсутствие высокочастотных помех в отличие от импульсных аналогов.

К недостаткам можно отнести большой вес и размер, увеличивающиеся пропорционально мощности устройства. Также триоды, идущие в конце схемы и стабилизирующие напряжение снижают КПД устройства. Чем стабильнее напряжение, тем большие его потери будут на выходе.

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания такой конструкции появились в 60-ых годах прошлого века. Они работают по принципу инвертора. То есть, не только преобразуют постоянное напряжение в переменное, но и меняют его величину. Напряжение из электросети попадая в прибор выпрямляется входным выпрямителем. Затем амплитуда сглаживается входными конденсаторами. Получаются высокочастотные импульсы прямоугольной формы с определенным повторением и длительностью импульса.

Дальнейший путь импульсов зависит от конструкции блока питания:
  • В блоках с гальванической развязкой импульс попадает в трансформатор.
  • В БП без развязки импульс идет сразу на выходной фильтр, который срезает нижние частоты.
Импульсный БП с гальванической развязкой

Высокочастотные импульсы из конденсаторов попадают в трансформатор, который отделяет одну электрическую цепь от другой. В этом и заключается суть гальванической развязки. Благодаря высокой частотности сигнала эффективность трансформатора повышается. Это позволяет снизить в импульсных БП массу трансформатора и его размеры, а, следовательно, и всего устройства. В импульсных трансформаторах в качестве сердечника используются ферромагнитные соединения. Это также позволяет снизить габариты устройства.

Конструкция такого типа предполагает преобразование тока в три этапа:
  1. Широтно-импульсный модулятор;
  2. Транзисторный каскад;
  3. Импульсный трансформатор.
Что такое широтно-импульсный модулятор

По-другому этот преобразователь называется ШИМ-контроллер. Его задача состоит в том, чтобы изменять время, в течении которого будет подаваться импульс прямоугольной формы. Модулятор меняет время, в течении которого импульс остается включенным. Он меняет время, в которое импульс не подается. Но частота подачи при этом остается одинаковой.

Как стабилизируется напряжение в импульсных БП

Во всех импульсных БП реализован вид обратной связи, при котором с помощью части выходного напряжения компенсируется влияние входного напряжения на систему. Это позволяет стабилизировать случайные входные и выходные изменения напряжения

В системах с гальванической развязкой для создания отрицательной обратной связи применяются оптроны. В БП без развязки обратная связь реализована делителем напряжения.

Плюсы и минусы импульсных БП

Из плюсов можно выделить меньшую массу и размеры. Высокий КПД, за счет снижения потерь, связанных с процессами перехода в электрических цепях. Меньшая цена в сравнении с линейными БП. Возможность использования одних и тех же БП в разных странах мира, где параметры электросети отличаются между собой. Наличие защиты от короткого замыкания.

Недостатками импульсных БП является их невозможность работы на слишком высоких или слишком низких нагрузках. Не подходят для отдельных видов точных устройств, поскольку создают радиопомехи.

Применение

Линейные блоки питания активно вытесняются их импульсными аналогами. Сейчас линейные БП можно встретить в стиральных машинах, СВЧ-печах, системах отопления.

Импульсные БП применяются почти везде: в компьютерной технике и телевизорах, в медицинской технике, в большинстве бытовых приборов, в оргтехнике.

Похожие темы:

БЛОКИ ПИТАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Для работы бытовой и промышленной техники, от компьютеров и холодильников до станков и автоматизированных узлов сборки, необходима электрическая энергия с подходящими параметрами: напряжением, частотой и силой тока.

Чтобы обеспечить нормальное функционирование — или хотя бы правильное отключение — приборов при выходе из строя сети, к которой они подключены, используются источники вторичного электропитания, или блоки питания. Как они устроены и каких видов бывают, будет рассказано ниже.

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ

Блок питания постоянного тока — это прибор, преобразующий исходные параметры электросети в требуемые для работы подключённых к ней технически сложных устройств. Чаще всего речь идёт о снижении и выпрямлении напряжения — именно оно имеет критическое значение для сохранности оборудования.

Второе назначение блоков питания — обеспечения работы устройств при временном отключении основной сети. Такое оборудование исполняет одновременно функции трансформатора и аккумулятора и при возобновлении электрического питания автоматически подзаряжается от сети.

Наконец, трансформаторные блоки питания могут использоваться и для соединения двух цепей в «опасных» точках — например, в местах с повышенной влажностью, наличием в воздухе проводящих или химически активных частиц и так далее.

Устройство в этом случае необязательно должно быть понижающим — часто коэффициент преобразования равен единице: и на входе, и на выходе вольтметр сохраняется среднее значение в 220 вольт.

Обычно один прибор выполняет сразу несколько функций: это и трансформатор, и аккумулятор, и изолированный «посредник»; чтобы дать пользователю возможность проверять и регулировать выходные параметры электричества, производителя снабжают устройства индикаторами напряжения, силы тока и (или) мощности, тумблерами и плавными переключателями.

Универсального сетевого блока питания не существует: такое устройство было бы крайне сложным в исполнении и ремонте, а кроме того, отличалось бы большой массой и высокой стоимостью.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРИБОРОВ

Основные виды блоков питания:

  • линейные;
  • импульсные.

В состав устройств первого типа непременно входят трансформатор, конвертирующий исходное напряжение в более низкое, и выпрямитель, преобразующий переменный ток стандартной частоты (в России — около 50 герц) в постоянный, требуемый для работы бытовой или промышленной техники.

Дополнительными составляющими являются фильтр, предназначенный для нивелирования всплесков и провалов напряжения, стабилизатор, высокочастотный фильтр и защита от коротких замыканий.

Все эти компоненты позволяют получить на выходе идеально ровный сигнал, что особенно важно для чувствительных электроприборов: чем «чище» подаваемый на них ток, тем дольше они могут прослужить.

Плюсы линейных приборов:

  • простота устройства и ремонта;
  • повышенная надёжность;
  • минимальный, вплоть до нулевого, процент помех и колебаний в выходном сигнале;
  • доступность — трансформаторные устройства стоят сравнительно недорого.

Минусы линейных преобразователей:

  • габаритность — занимают как минимум в два раза больше места, чем импульсные;
  • массивность — характеристики используемых составляющих не позволяют сделать трансформаторные блоки лёгкими;
  • невысокий КПД — потери энергии в сети с подключённым устройством составляют не менее 15%.

В импульсных, или инверторных блоках питания происходят более сложные преобразования: сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем формируются импульсы высокой частоты, подаваемые, через малогабаритный высокочастотный трансформатор, на выпрямитель и фильтр ВЧ, затем выход.

Таким образом, устройства гарантируют более качественный переменный ток с отсутствием недопустимых перепадов, а преобразование его в постоянный осуществляется уже в «принимающих» приборах.

Основными элементами импульсных приборов являются:

  • малогабаритные первичные преобразователи переменного напряжения в постоянное;
  • стабилизаторы, работающие по принципу отрицательной обратной связи и гарантирующие «ровный» результирующий сигнал;
  • низкочастотные фильтры, обеспечивающие отсутствие помех на выходе.

К дополнительным компонентам относятся иные или дублирующие фильтры, защита от короткого замыкания и нулевой нагрузки, а также трансформаторы выходного переменного сигнала в постоянный.

Плюсы импульсных устройств:

  • небольшие габариты — такие устройства как минимум в два раза меньше линейных;
  • небольшая масса — весят инверторные блоки сравнительно немного;
  • высокий КПД — потери при включении оборудования в сеть лежат в диапазоне 2…10%.

Минусы импульсных приборов:

  • сложность устройства и ремонта;
  • большая, по сравнению с линейными блоками, стоимость;
  • высокочастотные помехи, отрицательно сказывающиеся на работе чувствительных приборов.

В настоящее время и линейное, и импульсное оборудование оснащено стабилизаторами, позволяющими получить на выходе ровный, без резких скачков, сигнал. Стабилизированный блок питания продлевает срок службы бытовой и промышленной техники, а также, даже без использования дополнительной защиты, снижает риск короткого замыкания в сети.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

К основным параметрам блоков питания, линейных или импульсных, относятся:

  • мощность;
  • выходное напряжение;
  • сила тока на выходе;
  • коэффициент полезного действия;
  • наличие дополнительных опций;
  • габариты и масса;
  • стоимость.

Мощность.

Мощность измеряется в ваттах или, по сохранившейся традиции, в вольт-амперах. Максимальное значение, которое может выдать устройство на выходе, обязательно указывается в его характеристиках; в идеале оно должно на 15–30% превышать суммарную потребляемую мощность всех подключённых к сети через блок питания приборов.

Например, если для работы первого изделия требуется 15 Вт, второго — 6 Вт, а третьего — 9 Вт, мощность стабилизированного блока питания должна составлять: (15 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть от 34,5 до 39 ватт. Устройства, выдающие большие значения, использовать можно; меньшие — нет.

Кроме того, нужно принимать во внимание требования электротехнических изделий к пусковой мощности.

У холодильников, насосов и ряда других устройств она может превышать постоянную более чем в пять раз, что необходимо закладывать в расчёты.

Если для запуска первого из перечисленных в примере выше приборов требуется мощность, в три раза превышающая потребляемую в ходе функционирования, расчёты будут выглядеть следующим образом: (15×3 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть требуемая мощность оборудования должна составлять от 69 до 78 ватт.

Устройство, выдающее только номинальные 60 Вт, может оказаться недостаточно эффективным — или владельцу придётся на время пуска отключать другие два электроприбора.

Выходное напряжение.

Поскольку значение напряжения на входе не зависит от воли пользователя и в бытовой сети составляет приблизительно 220 В, с существенными колебаниями в меньшую или большую сторону, значение имеет лишь выходной параметр. Он может быть единственным (например, 12 В) или переключаемым — от 6 до 20 вольт или в любом другом предусмотренном производителем диапазоне.

В отличие от мощности, подбирать выходное напряжение нужно по ближайшему значению, не обязательно в большую сторону. Если для функционирования техники нужно 12,3 В, а в наличии имеются устройства с показателями 12 и 16 вольт, отдать предпочтение следует первому.

Хотя не все приборы требуют стабилизации напряжения, выбирать нужно устройства с этой функцией; они универсальны и подходят для любой техники, в то время как использование блока без стабилизатора может привести к выходу дорогостоящего оборудования из строя.

Выходная сила тока.

Этот параметр прямо связан с мощностью и напряжением, а потому зачастую не указывается. При подборе оборудования по силе тока нужно, как и в случае с мощностью, просуммировать потребляемые подключённой аппаратурой значения и прибавить к результату 15–30%

Например, если для работы первого прибора требуется 2 А, второго — 0,5 А, а третьего — 6 А, блок питания должен выдавать как минимум: (2 + 0,5 + 6)×(1,15…1,30), то есть от 9,8 до 11,1 ампера. По аналогии с ранее приведёнными расчётами нужно учитывать и пусковые значения, часто превышающие рабочие.

С целью упростить подбор оборудования можно руководствоваться эмпирическим правилом: если требуемое значение силы тока менее 5 А, нужно выбирать трансформаторный блок; если более — импульсный.

Коэффициент полезного действия.

Тут всё просто: чем выше КПД, тем эффективнее прибор и тем меньше потери электроэнергии в сети. Высокая стоимость блоков питания с КПД 95…98% со временем окупится экономией на потребляемом токе — а значит, приобретение устройства с максимальным параметром имеет смысл.

Дополнительная защита.

Наличие в устройстве блока защиты от перегрузок, полной разрядки, короткого замыкания, перегревания в ходе работы, резких скачков напряжения и повышения силы тока увеличивает стоимость изделия, зато даёт владельцу почти стопроцентную гарантию безопасности.

В одном блоке питания не обязательно должны присутствовать все компоненты; к обязательным можно отнести защиту от перегрузок, короткого замыкания (для инверторных и трансформаторных устройств) и перегревания (для линейных).

При выборе устройства следует обращать внимание на наличие регуляторов выходных параметров (плавных или ступенчатых), индикаторов, показывающих входных и выходные параметры тока (шкальных или цифровых), а также работу от сети или в автономном режиме (светодиодных), и возможности ручного разрыва сигнала (обычно реализуется в виде тумблера).

Чем больше информации сможет владелец получить о состоянии блока питания, тем безопаснее будет его работа и тем меньше риск преждевременного выхода из строя, «вылета» сети или короткого замыкания с последующим возгоранием.

Габариты и масса.

Здесь, как и в случае с КПД, всё прозрачно: чем компактнее и легче блок питания, тем он удобнее в эксплуатации — но, как правило, тем больше за него придётся заплатить.

Указанные параметры не являются краеугольными: если условиями работы являются большая мощность и высокий КПД, устройство просто не может быть слишком маленьким, тем более если подразумевается наличие в нём дополнительных функций.

Стоимость.

Наиболее дорогими и качественными в отношении выходного сигнала являются промышленные блоки питания; но если пользователю необходимо обеспечить работу компьютера, телевизора и видеопроигрывателя, никакой необходимости в излишних тратах нет. Достаточно найти подходящий по перечисленным выше параметрам прибор — и, сравнив цены, выбрать идеальную модель.

  *  *  *


© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Блоки питания и их характеристики. Как выбрать блок питания.

Блок питания в широком смысле — это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию сети переменного тока в электроэнергию с необходимыми параметрами (ток, напряжение, частота, форма напряжения), для питания других устройств, требующих эти параметры. То есть блок питания — это преобразователь.

Устройство.

В простейшем классическом варианте блок питания — это трансформатор, понижающий или повышающий переменное напряжение за счет электромагнитной индукции. Если требуется преобразование формы напряжения из переменного (AC) в постоянное (DC) — блок питания AC-DC, то используется выпрямитель напряжения. Также, в классическом блоке питания AC-DC присутствует фильтр пульсаций, создаваемых выпрямителем.


Трансформатор классического блока питания.

Классический вариант во многом оправдан благодаря своей простоте, надежности, доступности компонентов и отсутствию создаваемых радиопомех. Но из-за большого веса и габаритов, увеличивающихся пропорционально мощности, металлоемкости, а также низкого КПД при стабильном выходном напряжении, классические трансформаторные блоки питания уходят в прошлое. На смену им приходят импульсные блоки питания, о которых подробно и пойдет речь.

Импульсные блоки питания представляют собой инверторную систему, в которой входящее электричество сначала выпрямляется, после преобразуется в ток высокой частоты и определенной скважности с амплитудой прямоугольных импульсов, а потом происходит преобразование трансформатором и пропускание через фильтр низкой частоты. За счет повышения эффективности работы трансформатора с ростом частоты, снижаются требования к габаритам и металлоемкости по сравнению с классическими блоками питания.


Устройство импульсного блока питания.

Импульсные блоки питания получили широкое распространение благодаря ряду достоинств: значительно меньшие габариты и вес при сравнимой мощности; намного более высокий КПД (до 98%), благодаря устойчивости состояния ключевых элементов — потери возникают только при включении или выключении; меньшая стоимость — это стало возможным из-за повсеместного выпуска необходимых конструктивных элементов и разработке транзисторов повышенной мощности; сравнительная надежность; больший диапазон входных частот и напряжений — импульсный блок питания одинаково стабильно работает в диапазоне от 110 до 250 вольт и при частоте 50-60 Гц, что делает возможным использование техники с импульсными блоками питания повсеместно; безопасность при коротком замыкании.

Справедливости ради стоит сказать, что импульсные блоки питания не лишены минусов — сложность или невозможность ремонта, наличие высокочастотных радиопомех. Благодаря современным технологиям, эти минусы преодолимы, о чем свидетельствует широкое распространение, популярность и востребованность таких блоков на рынке.

Но, благодаря широкому распространению и большому разнообразию импульсных блоков питания в продаже, отличающихся функционально и характеристиками, иногда очень сложно подобрать необходимый. Попробуем разобраться в основных отличиях импульсных блоков, в их характеристиках и особенностях, а также ответим на вопрос: на что нужно обратить внимание, если вы хотите купить блок питания.

Особенности характеристик импульсных блоков питания.

В первую очередь, блоки питания делятся по функциональности преобразования. Одни блоки питания преобразуют электроэнергию таким образом, что на выходе получается стабилизированное напряжение при необходимой мощности — это AC-DC блоки питания. Другие преобразуют электроэнергию так, что на выходе получается стабилизированный ток постоянного значения в заданных диапазонах напряжения — это, так называемые, драйверы.

И те и другие блоки питания имеют определенную максимальную выходную мощность. Но, если в первом случае постоянным остается напряжение при возрастании тока в зависимости от мощности потребителей электроэнергии, то во втором случае постоянной остается сила тока, а в зависимости от мощности потребителей меняется напряжение на выходе. Диапазон изменения в драйверах ограничен, поэтому они распространены менее широко. Используются, в основном, в светотехнике, где заранее известны необходимые параметры тока.

Проще говоря, если вам нужен блок питания с необходимым током, например 700мА, при определенной мощности, то вам нужно выбирать драйвер. Если же вам нужен источник питания заданного напряжения и мощности, то нужен AC-DC блок питания.

При подборе блока питания важно учитывать его основные характеристики. С драйверами проще: все, что нужно о них знать, как правило, известно в рамках спецификации потребителя энергии. Встречаются драйверы в основном в составе готовых электротехнических изделий.

Чуть сложнее с AC-DC блоками питания. Современные блоки питания могут иметь различные характеристики выходного напряжения. Как правило, это: 5 вольт, 12 вольт, 24 вольта. Встречаются блоки питания и с другими выходными характеристиками: 3,3 вольта, 18 вольт, 32 вольта и прочие, но они менее распространены в отличие от первых, которые популярны в наружной и интерьерной рекламе и в декоративном освещении. Блоки питания необходимы, в большинстве случаев, для подключения светодиодных модулей, лент, линеек, для питания другой декоративной светотехники.

В зависимости от количества потребляемой электроэнергии и мощности подключаемых потребителей выбирается мощность блока питания. Тут необходимо учитывать, что при включении и выключении характеристики блока нестабильны, а также то, что в процессе работы в ту или иную сторону могут меняться характеристики входного электричества, поэтому блок подбирается с запасом по мощности, который составляет 1,2 — 1,3 от мощности подключаемых потребителей. Перегрузка блока по мощности может вывести его из строя или приведет к неправильному функционированию.

Другим важным критерием выбора, когда вы собираетесь купить блок питания, является область его использования. Это также актуально для драйверов. Блок может использоваться внутри помещения или на улице. Во втором случае он может быть размещен на стене или на горизонтальной плоскости, в тени или на солнце, может подвергаться, атмосферному воздействию в виде осадков снега и прочего, либо может быть размещен под крышей или козырьком. Все это влияет на то, с какой степенью защиты IP и в каком корпусе выбрать блок питания.

Для внутреннего использования, а также для размещения в закрытых щитках лучшим выбором будут блоки питания с защитой IP20, то есть не влагозащищенные, в защитном кожухе в виде сетки, исключающей прямой контакт с опасными элементами.

При выборе таких блоков питания следует обратить внимание на наличие EMI фильтра — это позволит избежать или свести к минимуму радиочастотные помехи, возникающие при работе блока питания. Иногда производители этим грешат в погоне за конкурентной ценой, поэтому покупая сравнительно недорогой блок питания, стоит уделить внимание этому вопросу.

Также может быть полезным наличие регулировки выходных параметров тока (в случае с драйверами) или напряжения, то есть наличие подстроечного резистора.

Иногда на выбор влияет размер блока питания. В настоящее время можно встретить блоки питания с одинаковыми характеристиками, но с большой разницей в габаритах. Меньшие по габаритам блоки, как правило, имеют в названии определения компакт (compact), слим (slim), экстра-слим (extra-slim). Меньшие габариты достигаются за счет развития технологий — более плотной компоновки и более совершенной элементной базы.

Часто блоки питания с защитой IP20 имеют активное охлаждение в виде вентилятора, работающего постоянно, либо срабатывающего при превышении определенной температуры. Удобством практически всех блоков в корпусах-сетках является достаточное количество винтовых контактов для подключения потребителей.

Для наружного использования нужны влагозащищенные блоки питания. Степень их защиты начинается с IP53. Это так называемые блоки rain proof или блоки с защитой от дождя. Представляют собой компромисс между влагозащищенными блоками и “сетками”, поскольку имеют неизолированные контакты, закрытые лишь крышкой, и должны располагаться только на стене в вертикальном положении. В местах, подверженных осадкам, их размещать не стоит.

Следующие по защищенности блоки питания выполнены в пластиковом или алюминиевом корпусе и могут иметь степень защиты IP66-67. Их можно размещать где угодно, но стоит учитывать, что пластик более подвержен деформации, поэтому в местах с прямым попаданием солнечных лучей блоки в алюминиевом корпусе предпочтительнее. Также блоки в пластиковых корпусах имеют ограничения по мощности: как правило, это максимум 150Вт. Как в варианте с пластиком, так и в варианте с алюминием, блок питания заполнен специальным составом, обеспечивающим герметичность и рассеивающим тепло. Открытых контактов у влагозащищенных блоков нет, вместо этого используются выводы в виде кабеля. Их может быть несколько для обеспечения необходимого суммарного сечения и удобства монтажа. Выводы подключены к одной силовой шине. Поэтому, при необходимости, они могут быть объединены.

Блоки питания в алюминиевых корпусах также, как и “сетки” могут быть выполнены в размерах compact, slim или extra-slim. Хотя, в зависимости от производителя, название может быть другим. Смысл в том, что это блок меньшего размера.

Покупая блок питания также нужно обращать внимание и на другие особенности. Производители блоков могут предлагать различные варианты защиты, от этого может зависеть цена на блок питания, но тот или иной вариант может быть полезным. У всех современных блоков существует защита от короткого замыкания. Полезной может быть защита от перегрузок, например Mean Well предлагает такую защиту, как Hiccup mode — при возникновении перегрузок блок питания, чтобы избежать перегрева переходит в режим редкой пульсации, пока характеристики перегрузок не придут в норму. В некоторых случаях критичен цвет блока питания — он может быть не обязательно белым или металлическим. Встречаются блоки питания черного цвета — это подойдет для тех мест, где светлый цвет блока бросается в глаза.

Особенностей и характеристик немало, но в них не так сложно разобраться, как кажется на первый взгляд. Зная эти особенности и руководствуясь нужными характеристиками, вы сможете без проблем подобрать и купить блок питания, наилучшим образом подходящий для ваших целей и задач.

Мы предлагаем более шестидесяти моделей блоков питания. При покупке блока питания у нас, мы всегда подробно ответим на все интересующие вас вопросы.

Блок питания и устройство, как определить их совместимость

Блок питания и устройство, как определить их совместимость

В этой статье мы расскажем вам, как определить совместимость блока питания и устройства.

Случается, сетевой блок питания какого-нибудь портативного устройства перегорает, и нам приходится бежать срочно в магазин дабы купить новый. Но как определить, совместим ли предлагаемый в магазине блок питания с нашим устройством? Подойдет ли он, не навредит ли устройству, не сожжет ли его, потянет ли, не сгорит ли сам? Вот и встает вопрос о выборе наиболее подходящего блока питания.

Речь может идти о заряднике для планшета, о блоке питания для роутера, ноутбука или принтера, для сканера или монитора, для игровой приставки или для чего-нибудь еще, вплоть до автоматического аппарата для измерения артериального давления. Мало ли сегодня в нашем быту устройств с внешними блоками питания (как правило постоянного тока), которые втыкаются в розетку.

Напряжение питания (VOLTAGE)

Первым шагом найдите данные о напряжении, которое необходимо вашему устройству. Оно измеряется в вольтах и обозначается 24 В, 12 V, 5V и т. д. Соответствующая надпись имеется обычно как на самом устройстве, так и на родном блоке питания от него. Вход для подключения блока питания к устройству, как правило, сопровожден надписью типа DC IN 5V, обозначающей вход постоянного тока.

Рядом с обозначением входа обычно имеется и цифра требуемого номинального напряжения. В крайнем случае откройте инструкцию по эксплуатации от вашего устройства, там в спецификации точно указано напряжение питания.

Узнав нужное напряжение, вы поймете, какого выходного напряжения блок питания вам нужен. На блоке питания будет соответствующая надпись, например OUTPUT VOLTAGE 5V DC. В самом крайнем случае допускается погрешность по напряжению до 0,5 вольт в большую или в меньшую сторону, однако лучше если напряжение покупаемого блока питания окажется точно равным номинальному для вашего устройства.

Итак, требуемое номинальное напряжение вам известно. На входном напряжении внимание не заостряем, поскольку в розетке у нас всегда 220-240 вольт переменного напряжения (AC), соответственно и блок питания выбираем сетевой на это входное напряжение.

Ток потребления (AMPERAGE, CURRENT)

Следующим шагом необходимо выяснить ток потребления вашего устройства. Эта информация так же, как и напряжение, указана на устройстве возле разъема подключения блока питания. Ток потребления измеряется в амперах, и указан он цифрами возле разъема, либо в крайнем случае — в спецификации или на том же родном блоке питания. Например 1А или INPUT CURRENT 1A – на питаемом устройстве, соответственно OUTPUT CURRENT 1A – на выходе родного блока питания.

Если информации о токе нет, то точно есть информация о потребляемой мощности по постоянному току, она измеряется в ваттах. Написано например: 20 Вт или 20 W. Разделите указанные ватты на вольты, и вы получите требуемые устройству амперы.

Полученное значение — это и будет минимальный ток, который обязан будет обеспечить новый блок питания. Допустим, указано на устройстве «5W 5V DC», значит ток потребления составляет 1 А. Или прямо указано 5V 1A – ток нужен в 1 ампер.

Этот ток требуется устройству, и его должен обязательно без перегрузки давать блок питания. Кстати, если блок питания способен дать больше ампер (например, в продаже есть только блок питания с выходными параметрами 5V 2A, а вы насчитали, что достаточно всего 1 А) – такой блок питания тоже подойдет, ибо ваше устройство возьмет столько тока, сколько ему нужно, не более. Блок питания будет в этом случае взят с запасом, в процессе работы он меньше нагреется, точно не перегреется.

Разъем питания

Наконец, взгляните на разъем. Есть множество стандартных разъемов питания, включая мини и микро-USB, а также круглые, двухштыревые и т. д. Измерьте линейкой диаметр и длину разъема, отметьте его форму, а лучше возьмите с собой штекер или хотя бы его фото или рисунок, когда соберетесь в магазин. Разумеется, лучше всего взять с собой в магазин старый блок питания или само устройство, к которому выбираете блок.

Если из блоков питания, имеющихся в ассортименте магазина, в продаже есть лишь те, что подходят по напряжению и току, но не подходят штекером, - это в конце концов тоже не беда. Штекер можно перепаять и от старого блока питания, либо вообще припаять провод от блока питания намертво внутрь разъема устройства (для некоторых устройств такое решение приемлемо).

С задачей перепайки разъема справится за 5 минут любой работник сервисного центра по ремонту бытовой техники или мобильных устройств. Главное — чтобы у блока питания было правильное выходное напряжение и выходной ток был больше или равен току потребления вашего устройства.

Ранее ЭлектроВести писали, что Служба безопасности Украины обнаружила в режимных помещениях Южно-Украинской атомной электростанции компьютерную технику, которая использовалась для майнинга криптовалют. По данным следствия, из-за несанкционированного размещения компьютерной техники произошло разглашение сведений о физической защите атомной электростанции, что является государственной тайной. К майнингу криптовалют, возможно, были причастны служащие части Национальной гвардии Украины, охраняющие АЭС.

По материалам: electrik.info.

Блок питания ATX, устройство и принцип работы. Часть 1.

Главные функции блока питания

Непосредственная задача компьютерного блока — правильно преобразовывать приходящий переменный ток 220 Вольт в три разных постоянных напряжения. Это поможет существенно снизить нагрузку на материнскую плату, а также её отдельные комплектующие. Кроме того, устройство способно стабилизировать периодические скачки нагрузки на видеокарту, а без него деталь запросто выйдет из строя.

Качественное приспособление способно наладить стабильность работы, поддерживая всегда одинаковое напряжение. В блоке питания установлен мощный вентилятор, который способствует оперативному охлаждению воздуха в камере системного блока ПК. От показателей питающего приспособления зависит, сможет ли компьютер справится с нагрузкой, которая зачастую оказывается на операционную систему вследствие загрузки всех деталей.


Внешний вид и размеры прибора никак не влияют на его работоспособность.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Правило №4: выпрямленный сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции на силовом ключе под управлением ШИМ контроллера.

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Устройство и принцип действия

Ваш компьютер тоже подключается напрямую к электросети? Зачастую это именно так, соответственно, устройство подвергается риску перегорания. Чтобы снизить эту вероятность до минимума целесообразно покупать качественный блок питания. Но для понимания главных целей этого механизма, целесообразно изучить его составляющие.

  1. Входной фильтр. Это механизм, принимающий ток электрической сети с показателем 220 В и преобразующий его в оптимальный для операционной системы. На данном этапе происходит снижение пульсаций и устранение приходящих помех.
  2. Импульсный трансформатор способствует разделению большой силы переменного тока на несколько небольших постоянных. Именно за счёт этого комплектующего напряжение 220 В снижается в разы.
  3. Инвертор напряжения повышает сетевую частотность с 50 Гц до сотен кГц, что позволяет сохранить мощность и размер установки.
  4. Дежурный трансформатор и контроллер, который управляет способностью блока питания запускаться автоматически при каждом включении компьютера.
  5. Выпрямитель сигнала переменного тока предназначен для сглаживания пульсации.
  6. Групповой стабилизатор. Такой механизм присутствует не во всех моделях БП (блоков питания), а только в более дорогих.
  7. Сигнальные узлы запускают схему, контролирующую и пропускающую напряжение к материнской плате системного блока.
  8. Встроенный вентилятор, диаметром 120 мм. Он способствует активному охлаждению всего блока.

Более подробное расположение деталей в компьютерном запитывающем устройстве смотрите на схеме в инструкции к приспособлению.

Модели, которые предусматривают возможность отключения жгутов от неработающих устройств, считаются одними из престижнейших среди аналогов. В эру флеш-накопителей практически никто не пользуется DWD-ромом, поэтому его разрешено отключить от питания.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

Правило №3: после выхода с фильтра напряжение подается на схему выпрямителя, состоящего в базовой версии из диодного моста и электролитического конденсатора.

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Разновидности блоков питания для компьютера

Практически каждый системный блок питания для ПК отличается своими конструктивными особенностями друг от друга. На данном этапе целесообразно выделить несколько видов и рассмотреть особенности их функционирования.

  • модульные механизмы — это устройства, которые дают возможность не запитывать детали системного блока, если они не используются;
  • механизмы с пассивным охлаждением. Такие устройства не имеют встроенного вентилятора, однако неплохо справляются со своими задачами. Данные варианты отличаются работой с низким уровнем шума;
  • полупассивные механизмы. Такие предусматривают наличие мощного и габаритного охлаждающего вентилятора, в дополнение к которому идёт управляющий контроллер.

Давайте разберёмся в некоторых технологических особенностях существующих механизмов. В производстве электропитающих блоков присутствует понятие форм-фактор. Это означает то, что некоторые детали механизма взаимозаменяемы. В случае если они выйдут из строя, можно использовать аналогичные, например, от другой модели.


Качественные и дорогостоящие модели блоков питания не создают лишнего шума и треска.

В декабре прошедшего года торговая марка Intel выпустила новую версию материнской платы, которая относится к семейству microATX. Для таких системных деталей предусматривается и индивидуально изготовленный блок питания типа Small Form Factor.

Критерии выбора блока питания для компьютера

Перед покупкой стоит подумать, какой из БП для ПК лучше приобрести, ведь некачественное устройство с поломкой конкретных деталей может «потянуть» за собой подключенные комплектующие самого системного блока. Это может стать причиной возгорания и, как следствие, выхода компьютера из строя. Поэтому давайте обратим внимание на это, чтобы не столкнуться с похожей проблемой.


Выбирайте модель блока питания с качественным корпусом и надёжными крепежами.

Учитывайте мощность и форм-фактор

В первую очередь пользователь без опыта должен обращать внимание на то, какой форм-фактор имеет блок питания. Важно, чтобы он помещался в системный блок ПК. Чтобы это выяснить, стоит отметить несколько разновидностей электропитающих приборов в зависимости от их размера:

  • ATX — такой вариант максимально подходит под стандартные системники, соответственно, подходит для использования на домашнем ПК;
  • SFX — этот вариант поместится в небольшие системные блоки, которые считаются усовершенствованными и выпускаются в наше время. Зачастую похожие варианты выбираются для детских компьютеров или офисных машин;
  • TFX — модель предназначена для дескоптных системников. Они имеют узкие размеры, соответственно, стандартный блок питания к ним не подходит;
  • FLEX — предназначена также для нестандартно малогабаритных системных блоков. Обычно в таких корпусах ниша под адаптер заужена, поэтому и устройство питания должно быть соответствующим.

Что можно сказать о мощности? В первую очередь её необходимо определить у системного блока. Для этого рекомендуется изучить обзор каждой комплектующей и узнать соответствующий показатель потребления. Как вариант: зайдите на официальный сайт производителя деталей машины и сложите показатели каждого. Полученная сумма и будет иметь общую мощность, по которой и следует покупать БП.


Требуемую мощность блока питания можно рассчитывать автоматически специальными сервисами.

Существует способ попроще – подойдёт больше для любителей, которые всерьёз никогда не занимались компьютерами. Всё, что вам нужно делать, это определить мощность материнской платы и видеокарты. Как правило, остальные детали потребляют мизерную часть электроэнергии. На основании полученной суммы необходимо покупать блок питания. Тем не менее, стоит выбирать модель, которая имеет некоторый запас мощности, чтобы устройство не находилось постоянно в нагрузке. Рассмотрим, как варьируется этот показатель на современных модификациях БП.

  1. Маломощные — от 200 до 400 Вт.
  2. Средней мощности — от 400 до 600 Вт.
  3. Высокой мощности — от 650 и выше.

Модели блоков питания, которые имеют показатель 650 Вт и более, устанавливают на игровые компьютеры, поэтому для домашнего или рабочего системного блока тратить большие деньги не рационально.

Разъёмы для питания материнской платы и видеокарты

Когда с мощностью закончили и присмотрели подходящий вариант питающего приспособления, важно определить достаточным ли количеством разъёмов обладает блок питания. Стандартно нужны выходы под питание видеокарты и материнской платы. Также адаптер подключается к жёстким дискам и, если есть, дополнительные SATA накопители.


Оседающая пыль на вентиляторе блока питания небезопасна: она может вызвать перегрев блока, а также вывести его из строя.

К примеру, у пользователя имеется многопроцессорный ПК, соответственно, к нему больше подойдёт блок БП с двумя коннекторами 8 pin. Для мощных системников с несколькими видеокартами важно иметь БП с разъёмами 6+2 pin. Для запаса необходимо, чтобы устройство оснащалось, как минимум четырьмя разъёмами для SATA.

К СВЕДЕНИЮ!

Обязательно обращайте внимание на длину провода ATX24 и CPU – их должно хватать до каждой детали. Варианты с показателем длины менее 65 см не всегда подходят. Это ещё зависит от размера самого корпуса системного блока.

Интерфейс подключения внутренних накопителей и периферийных устройств

В качестве дополнения следует сказать о таких разъёмах как SATA – они в новых моделях блоков питания имеют совершенно иной интерфейс и внешний вид провода. Ранее вместо такой комплектации применялся интерфейс IDE, что не всегда было удобно при коммутации различных деталей системника.


SATA — это и есть интерфейс блока питания, который выполнен в виде нового разъёма для подключения.

По внешнему виду разъёмы IDE и SATA существенно отличаются, соответственно, первые имеют некоторые минусы относительно вторых.

  1. SATA работает в несколько раз быстрее, чем IDE.
  2. Провод IDE намного шире обновленного, поэтому занимает много места и к новым типам винчестеров уже не подходит (если только у вас модель не имеет два типа соединений).
  3. Копирование информации или перенос крупных данных выполняется оперативнее на SATA.

Отталкиваясь от предложенных факторов, стоит отметить, что даже для рабочих компьютеров необходимо выбирать модели с интерфейсом разъёмов SATA.

Дополнительные особенности компьютерных блоков питания

Исходя из того, что все действующие детали системы ПК нуждаются в питании, необходимо выяснить его показатель КПД. Определимся для начала, что представляет собой коэффициент полезного действия: это общее количество энергии, которое необходимо для полезной работоспособности компьютера; как правило, её остатки превращаются в тепло.

Все устройства оснащаются специальным сертификатом, на котором указывается данный показатель.

Тип устройстваНапряжение в электросети 220 V
Процент нагрузки, %102050100
80 PLUS Bronze818581
80 PLUS SILVER858985
80 PLUS PLATINUM909491
80 PLUS GOLD889288


Подключая разъёмы к деталям системного блока, главное не перепутать их, поэтому нужно следить за маркировкой.
Хороший уровень КПД отличается несколькими преимуществами:

  • чем лучше показатель КПД, тем эффективнее расходуется электроэнергия независимо от мощности блока питания;
  • имеет минимальный показатель нагрева, соответственно, охлаждение и рассеивание тепла происходит быстрее;
  • длительный срок службы;
  • минимальный уровень шума, так как устройство не работает в полную нагрузку;
  • качественное питание для всех комплектующих без существенных погрешностей.

Новые модели устройств имеют встроенный активатор типа Active Power Factor Correction, который распространяется на усовершенствование КПД и правильное питание ПК в целом.


Если в блоке питания установлена подсветка, она никакого результата не даёт, кроме эстетического.

Защитные опции компьютерных блоков питания

Не менее важно иметь надёжный блок питания, а именно такой, который после небольших сбоев в работе продолжит действие в штатном режиме. Чтобы обзавестись таким прибором, вам необходимо убедится в наличии на нём защитных опций. О чём идет речь, смотрим далее.

  1. Защита от перепадов напряжения. Это очень полезная функция, главным действующим элементом которой является стабилизатор: он способен уберечь блок питания от сгорания.
  2. Защита от электрической перегрузки. Сила тока, передаваемая от сети к блоку питания, имеет превышенную величину, поэтому разветвляется на оптимальное количество Вольт для стабильной работы ПК. При правильно установленной защите происходит её срабатывание, как только сила тока в блоке достигнет 20-25 А.
  3. Защита от короткого замыкания. Для этого в БП устанавливается специальная схема SCP, которая уже несколько десятков лет рекомендует себя как качественный и долговечный механизм. База этой схемы — пара транзисторов.
  4. Защита от перегрева. Неотъемлемая функция практически каждого блока. ОТР выполняет защитное отключение в тот момент, когда температура платы достигнет предельного значения.
  5. Защита по питанию. Опциональный вид защиты OPP или OPL — он реализуется при помощи специально установленного контроллера. Система предназначена для осуществления контроля за приходящим током. В случае, если превышается допустимый порог, блок питания отключает весь системный блок.

Если в БП имеется целый комплекс систем, которые осуществляют свою работу на качественном уровне, то подобные модели прослужат длительное время.


Некоторые блоки оснащены специальным крепежом для фиксации в корпусе ПК.

Немного теории

Но прежде чем мы начнем копаться во внутренностях, давайте зададимся вопросом, действительно ли блок питания настолько необходим? Почему нельзя подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что компьютерные комплектующие рассчитаны на совсем другое напряжение, нежели сетевое.

На графике ниже показано, каким должно быть электричество сети (в США = синяя и зеленая кривые; Великобритания = красная кривая). Ось X представляет время в миллисекундах, а ось Y – напряжение (voltage) в вольтах. Проще всего понять, что такое напряжение, глядя на разность энергий между двумя точками.

Если напряжение приложено к проводнику (например, к металлической проволоке), разница в энергии заставит электроны в материале проводника течь от более высокого энергетического уровня к более низкому. Электроны – составляющие атомов, из которых состоит проводник, и металлы имеют много электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током (current) и измеряется в амперах.

Хорошую аналогию можно провести с садовым шлангом: напряжение сродни давлению, которое вы используете, а расход воды – это ток. Любые ограничения и препятствия в шланге – по сути как электрическое сопротивление.

Мы видим, что электричество в сети варьируется с течением времени, из-за чего оно называется напряжением переменного тока (AC, alternating current). В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пиковых значений 340 В или 170 В, в зависимости от местоположения и способа подключения. В Великобритании пиковые напряжения пониже, и частота этих колебаний также немного отличается. Большинство стран придерживаются схожих стандартов сетевого напряжения, и лишь в немногих странах пиковые напряжения более низкие или более высокие.

Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и кроме того – гораздо более низкое. На том же графике оно будет выглядеть примерно вот таким:

Но современному компьютеру требуется не одно постоянное напряжение, а четыре: +12 вольт, -12 вольт, +5 вольт и +3,3 вольта. И поскольку эти значения не меняются, такой ток называется постоянным (DC, direct current). Преобразование тока из переменного в постоянный (т.н. выпрямление) – одна из основных функций блока питания. Пришло время вскрыть его и посмотреть, как он это делает!

Преобразование тока из переменного в постоянный – одна из основных функций PSU. Пришло время посмотреть, как он это делает!

Здесь мы должны предупредить вас, что в блоке питания есть элементы, накапливающие электричество, в том числе смертельное. Поэтому разбирать PSU потенциально опасно.

Официальное фото блока питания Cooler Master.
Принцип работы этого блока питания аналогичен многим другим, и хоть маркировки на различных деталях внутри будут отличаться, принципиальных различий это не делает.

Разъём сетевого шнура находится в верхнем левом углу фотографии, и ток по сути идет по часовой стрелке, пока не достигнет выхода из блока питания (пучок цветных проводов, нижний левый угол).


Источник фото
techspot.com
Если мы перевернем плату, мы увидим, что по сравнению с материнской платой, проводники и соединения на ней более широкие и массивные – это потому, что они рассчитаны на более высокие токи. Также, бросается в глаза широкая полоса в середине, будто текущая по равнине река.

Это снова говорит о том, что все блоки питания имеют два четко разделённых узла: первичный и вторичный. Первый – это настройка входного напряжения, чтобы его можно было эффективно понижать; второй – это все настройки уже выпрямленного и пониженного напряжения.

Как устроена система охлаждения блоков питания

Всего имеется три зоны отвода горячего воздуха. Осуществляется процесс охлаждения тремя вентиляторами, которые размещаются у центрального процессора, видеокарты и на самом блоке питания. Одним из распространенных способов охладить блок питания для ПК является внедрение кулера диаметром 80 мм. После того как блок запускается, вентилятор начинает свою работу и распределяется внутри компьютера, отдавая охлаждённый поток воздуха требовательным зонам. Именно таким образом работают приборы АТХ12Vи СFХ12V.

Если взять, к примеру, модель STX12V, то здесь всё устроено несколько иначе: здесь устанавливаются вентиляторы, не превышающие в диаметре 60 мм. Как правило, это одни из дорогих моделей, которые имеют возможность настраивать скорость движения ротора вентиляторов.


Блоки, которые не оснащены вентилятором, имеют другой тип охлаждения.

Некоторые модели БП регулируют скорость автоматически только с того момента, как на процессор даётся повышенная нагрузка. За счёт наличия терморегулятора скорость вращения кулера начинает варьироваться от 1000 до 3000 об/мин.

Большое значение в охлаждении имеет тип решётки вентилятора. Наиболее актуальной считается изготовленная из проволочной стали с небольшим сечением. Эта конструкция быстрее передает поток воздуха внутрь системного блока.

Преобразование

Как мы уже сказали, блоку питания нужно изменить напряжение переменного тока, которое в американских розетках обычно в районе 120 вольт (технически, это среднеквадратичные 120 вольт, но мы не будем так язык выламывать), получив на выходе постоянное напряжение 12, 5 и 3,3 вольт.

Первым делом осуществляется преобразование переменного тока в постоянный, и наш блок использует для этого выпрямительный мост. На фото ниже это плоский черный элемент, приклеенный к радиатору.


Источник фото techspot.com

Это еще одно место, где производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые выпрямители хуже справляются со своей задачей (например, сильнее греются). Теперь, если пиковое входное напряжение составляет 170 В (что имеет место для сети 120 В), то пройдя через выпрямительной мост, оно станет 170 В, но уже постоянного тока.

В таком виде оно поступает на следующую стадию, и в нашем блоке это активный модуль коррекции коэффициента мощности (APFC или Active PFC, Active Power Factor Correction converter). Этот узел также стабилизирует напряжение, сглаживая «провалы» за счет накапливающих конденсаторов; кроме того, он защищает от скачков выходной мощности.

Пассивные корректоры (PPFC или Passive PFC) выполняют по сути ту же работу. Они менее эффективны, но хороши для маломощных блоков питания.


Источник фото techspot.com

APFC на фото выше представлен в виде пары больших цилиндров слева – это конденсаторы, которые накапливают выровненный ток, прежде чем отправить его дальше по цепочке процессов в нашем блоке питания.

За APFC находится ШИМ, широтно-импульсный модулятор (PWM, Pulse Width Modulator). Его предназначение заключается в том, чтобы с помощью нескольких быстро переключающихся полевых транзисторов преобразовать постоянный ток обратно в переменный. Это нужно сделать потому, что на следующем шаге нас ждёт понижающий трансформатор. Эти устройства, основанные на электромагнитной индукции, состоят из двух обмоток с разным количеством витков на металлическом сердечнике, необходимых для понижения напряжения, и работают трансформаторы только с переменным током.

Частота переменного тока (скорость, с которой он изменяется; в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора – чем выше, тем лучше, поэтому частота исходного питания 50/60 Гц увеличивается примерно в тысячу раз. А чем эффективнее трансформатор, тем меньше его размер. Такой тип устройств, который использует эти сверхбыстрые частоты постоянного тока, называется импульсным источником питания (Switched Mode Power Supply, SMPS).

На фото ниже вы можете видеть 3 трансформатора – самый большой имеет на единственном выходе 12 вольт, а тот, что поменьше – 5 вольт (чуть поговорим ещё о нём позже). В других БП вы можете встретить один большой трансформатор сразу на все напряжения, то есть с несколькими выходами. А самый маленький трансформатор предназначен для защиты транзисторов ШИМ и подавления его помех.


| Источник фото techspot.com

Можно по-разному реализовать получение необходимых напряжений, защиту ШИМ, и так далее. Всё зависит от бюджетного сегмента и мощности устройства. Однако, всем одинаково необходимо снять напряжения с трансформаторов и снова выпрямить.

На фото ниже мы видим алюминиевый радиатор низковольтных диодов, выполняющих это выпрямление. А также, конкретно в этом PSU, мы видим небольшую дополнительную плату в центре фото – это узел модулей регулирования напряжения (VRM, Voltage Regulation Modules), обеспечивающий выходы 5 и 3,3 вольт.


Источник фото techspot.com

И тут нам стоит поговорить о том, что такое пульсация.

В идеальном мире, с идеальными блоками питания, переменный ток будет преобразован в абсолютно ровный, без малейших колебаний, постоянный ток. В действительности же, такой 100%-ой точности не достигается, и напряжение постоянного тока имеет хоть и незначительные, но колебания.

Этот эффект называется пульсирующим напряжением, и в наших блоках питания мы бы хотели, чтобы оно было как можно меньше. Cooler Master не предоставляет информации о величине пульсирующего напряжения в спецификации к нашему подопытному PSU, поэтому мы прибегли к сторонним результатам тестирования. Один из таких анализов был выполнен JonnyGuru.com, и они установили, что максимальное пульсирующее напряжение выхода +12 В – 0,042 В (42 милливольт).

График ниже демонстрирует отклонение фактически получаемого напряжения (синяя кривая; при этом её форма, конечно, не такая идеальная синусоида – ведь сама пульсация не постоянна) от требуемого ровного напряжения +12 В постоянного тока (красная прямая).

Это отклонение, по большей части, лежит на совести конденсаторов во всём PSU. Некачественные, дешёвые конденсаторы приводят к увеличению этой не нужной нам пульсации. Если она слишком большая, то некоторые электронные узлы компьютера, наиболее чувствительные к качеству питания, могут начать работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт это нормально. Не супер, но и не плохо.

Но на получении приемлемых выходных напряжений дело ещё не заканчивается. Необходимо обеспечить управление выходами, чтобы питание на каждом из них было всегда полноценным и стабильным, независимо от мощности нагрузок на других выходах.

Источник фото techspot.com
Микросхема, которую вы видите на этом фото, называется супервизор (supervisor) и она следит за тем, чтобы на выводах не оказалось слишком высокого или низкого напряжения и тока. Работает бесхитростно – просто отключает блок питания при возникновении таких проблем.

Более дорогие PSU могут оснащаться ЦПОС, цифровым процессором обработки сигналов (DSP, Digital Signal Processor), который не только мониторит напряжения, но и может отрегулировать их при необходимости, а также отправлять подробные данные о состоянии БП на компьютер, его использующий. Для рядового пользователя эта функция достаточно спорная, но для серверов и рабочих станций – весьма желательная.

Лучшие производители блоков питания и популярные модели

Несомненно, лучше отдавать предпочтение известным производителям, которые предлагают взамен достойное качество и хорошую работоспособность. Поэтому редакция Tehno.guru предлагает обратить внимание на несколько моделей ниже.

ACCORD ACC-450-12 450W — блок питания с простым способом установки


Классические модели подходят для большинства компьютеров со стандартными рабочими параметрами.
Подбирая блок питания для домашнего или офисного ПК со стандартными параметрами, следует отметить заявленную модель как одну из лучших, простых, без серьёзных наворотов. Установка имеет один традиционный вентилятор диаметром 120 мм. Соответственно, подойдёт только для системных блоков привычных параметров.

Мощность, ВтТип охлажденияПараметры, ммТипы разъемовЗащита от короткого замыкания
450Один вентилятор86×150×14020+4 pinесть

Отзыв о модели ACCORD ACC-450-12 450W


Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-accord-acc-450-12-450w/12367530/reviews?track=tabs

Блок питания ACCORD ACC-450-12 450W

Блок питания Powerman PM-300ATX 300W


Отличный вариант для ненавороченных ПК.
Узкоформатная модель блока питания, предназначенная для таких системников, которые имеют соответствующую нишу для установки. Устройство оснащено стандартной системой охлаждения, однако имеет не очень удобную решётку для отвода воздуха. Тем не менее, отлично справляется с задачами, возложенными на него.

Мощность, ВтТип охлажденияПараметры, ммТип разъемов для материнской платы
3001 вентилятор (80 мм)65×85×17520+4 pin

Блок питания Powerman PM-300ATX 300W

Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W — высокомощный агрегат для ПК


Удобная модель с маркировкой под выходы для питания.
Такая система питания подойдёт идеальным образом для игрового компьютера. Устройство способно максимально запитывать графические девайсы. Кроме того, модель блока имеет стандартный внешний вид и оптимально оборудованную решётку для освобождения воздуха от вентилятора.

Мощность, ВтПараметры, ммСпособ охлажденияТип разъема для материнской платыСертификат КПД
65086×150×1401 вентилятор20+4 pin80 PLUS Gold

Отзыв о модели Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W


Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-sea-sonic-electronics-ssp-650rt-650w/9275780/reviews?track=tabs

Sea Sonic Electronics SSP-650RT 650W

AeroCool KCAS PLUS 600W — стандартная высокомощная установка


Отличительные свойства блоков питания заключаются в способности вовремя реагировать на некорректность работы.
Предложенный вариант блока питания для ПК не имеет никаких конструктивных особенностей, так как предназначен для корпуса системного блока обычного размера. Отличается высокой мощностью, соответственно, подойдёт к системе, где работает несколько видеокарт и жёстких дисков.

Мощность, ВтСкорость работы, об/минТип охлажденияТип разъема для материнской платыЗащита от перегрузки
6008001 вентилятор20+4 pinесть

Отзыв о модели AeroCool KCAS PLUS 600W


Подробнее на Яндекс.Маркет: https://market.yandex.ru/product—blok-pitaniia-aerocool-kcas-plus-600w/43055883/reviews?track=tabs

Блок питания AeroCool KCAS PLUS 600W

Фильтрация

Первое, что блок питания делает с сетевым электричеством, это не выпрямление и не понижение, а выравнивание входного напряжения. Поскольку в наших домах, офисах и на предприятиях имеется множество электрических устройств и приборов, постоянно включающихся-выключающихся, а также излучающих электромагнитные помехи, переменный ток в сети часто бывает «скомканный» и со случайными скачками и перепадами (частота также не постоянна). Это не только затрудняет блоку питания выполнять преобразования, но может вывести из строя некоторые элементы внутри него.

Наш БП имеет две ступени так называемых входных фильтров (transient filter), первая из которых построена сразу на входе с помощью трёх конденсаторов. Она выполняет роль, похожую на роль «лежачего полицейского» на дороге – только вместо скорости, этот фильтр гасит внезапные скачки входного напряжения.


Источник фото techspot.com

Вторая ступень фильтра более сложная, но в сущности делает то же самое.

Желтые кирпичики – это снова конденсаторы, а вот зеленые кольца, обмотанные медным проводом, это индуктивные катушки (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями). Катушки накапливают электрическую энергию в магнитном поле, но энергия при этом не теряется, а за счет самоиндукции плавно возвращается обратно. Таким образом, внезапно появившийся высокий импульс (скачок) поглощается магнитным полем дросселя, чтобы на выходе дать ровное напряжение без всяких скачков.

Два маленьких синих диска – ещё одни представители многообразия конденсаторов, а чуть ниже них (зелёный, с длинными ножками, обтянутыми черными изоляторами) – металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров можно прочитать здесь.


Источник фото techspot.com

По этому узлу блока питания часто можно определить, насколько производитель сэкономил, или к какому бюджетному классу принадлежит девайс. Более дешевые будут иметь упрощённую фильтрацию входа, а самые дешёвые и вовсе не иметь таковой (избегайте таких!).

Теперь, когда напряжение выровнено и причёсано, ему дозволяется идти дальше – собственно, к преобразованию.

Блоки питания - Новатек-Электро

Блоки питания

Блок питания постоянного тока – устройство, которое является источником для питания нагрузок стабилизированным постоянным напряжением. Помимо этого, такие БП используют, как зарядное устройство для аккумуляторных батарей.

Источники питания постоянного тока, для которых характерны низкий уровень пульсации и радиопомех, представлены на рынке компанией Новатек-Електро. Эти устройства с возможностью установки наиболее точного выходного напряжения, реализуются компанией на условиях розничной и оптовой продажи.

Мы являемся производителями данного и другого электротехнического оборудования, поэтому продукция реализуется по более низким и доступным для потребителя, ценам. При этом сохраняются все гарантийные обязательства, которые компания предоставляет, как изготовитель – 3 года, при условии целостности корпуса и наличия пломбы ОТК производителя.

Рабочие характеристики

Блоки питания представлены серией PS, где каждый преобразователь имеет свои отличительные рабочие характеристики. При этом устройства можно подключать в режиме параллельной работы в любом количестве.

Для всех устройств, диапазон входного напряжения – 135-275 Вольт. Тогда как номинальное входное напряжение, предельное значение тока нагрузки, амплитуда напряжения в пульсации разняться в зависимости от серии устройства. Основная рекомендация подключения устройства этой серии, является точность выставления напряжения до 1%, после чего допускается подсоединение второго блока.

  • Блок питания PS220/5 – предельное значение тока нагрузки (Imax) при номинальном выходном напряжении (Uн) блока питания 5 В – 7А.
  • Блок питания PS220/12 – в данном устройстве при заданном номинальном напряжении 12 В, максимальный показатель тока нагрузки будет 3А;
  • Блок питания PS220/24 – следовательно, при 24 В номинального напряжения, значение Imax – 1,5А;
  • Блок питания PS220/48 – при Uн – 48 В, Imax – 0,75А.

Преимущественные стороны

Для блоков питания с регулировкой напряжения, а данный показатель является неизменной характеристикой всех, без исключения, устройств серии PS, монтаж производиться на типовую DIN рейку.

Помимо этого, мы реализуем:

  • Блоки питания с защитой по току;
  • БП с защитой корпуса IP20 и рабочим температурным диапазоном от минус 30 до + 50 С.

Вся продукция имеет в комплектации инструкцию с детальным пояснением про подготовительные меры и эксплуатацию устройства. Имеется также схема подключения блоков питания при необходимости их параллельной работы и рекомендации о подзарядке аккумуляторных батарей.

Обращаясь к нам, потребитель получает недорогое, но высокоточное и надежное электротехническое оборудование с гарантией от производителя.  Также мы предлагаем выгодные условия сотрудничества, дилерам и оптовым покупателям.

Блоки питания электронных устройств - Статьи об энергетике

Все электронные устройства разделяют на две группы: стационарные и мобильные (фотоаппараты, мобильные телефоны, электронные часы). Источником питания для стационарных устройств является сеть переменного тока, для мобильных – источники постоянного тока (гальванические батареи, аккумуляторы). Стационарные устройства строятся на аналогичной элементной базе, что и мобильные, поэтому для их подключения к сети 220В применяются сетевые блоки питания. Основное назначение блока питания – преобразование высокого напряжения в низкое, применяемое для питания полупроводниковых элементов. Основой любого блока питания служит понижающий трансформатор и схема выпрямления. Далее рассмотрим различные варианты реализации блоков питания.

1. Опасные сетевые блоки питания.
Блоки питания строятся на базе выпрямителя с гасящим конденсатором (резистором), поэтому являются наиболее простыми по своей конструкции и электронной начинке. Применяются такие блоки питания стали более 20 лет назад.
Основными недостатками блоков питания с гасящими элементами являются отсутствие гальванической развязки сети переменного тока и цепи питания постоянного тока и низкий КПД. Отсутствие гальванической развязки может привести к появлению опасного потенциала на полупроводниковых элементах схемы.

2. Безопасные блоки питания с гасящими конденсаторами (рисунок 1, рисунок 2).

Рисунок 1

Отличительной особенностью приведенной схемы является наличие гальванической развязки цепей. Схема блока питания с гасящими конденсаторами и гальванической развязкой достаточно популярна ввиду своей надежности и простоты изготовления.
Алгоритм работы схемы следующий. Переменное напряжение 220В через конденсатор С1 поступает на диодный мост VD1. Выпрямленное напряжение стабилизируется (транзистор VT3) на уровне 24В. Трансформатор Тр2 выполняет функцию гальванической развязки. При частое генератора (транзисторы VT1 и VT2) позволяет подключать нагрузку до 7Вт.

Рисунок 2

На рисунке 2 приведен еще один вариант реализации безопасного блока питания с гасящим конденсатором. Отличительной особенностью данной схемы являются меньшие габариты трансформатора Т1, вторичная обмотка которого рассчитывается на меньшее напряжение (30…40В) при наличии гасящего конденсатора.

3. Блоки питания современной аппаратуры.
Современные производители бытовой и компьютерной техники в своих устройствах применяют импульсные блоки питания. В импульсном блоке питания постоянное напряжение от выпрямителя преобразуется инвертором в переменное высокочастотное напряжение. За счет этого удается достичь снижения габаритов трансформатора, а следовательно и самого блока питания. Дальнейшее преобразование переменного напряжения осуществляется полупроводниковым выпрямителем, схемами фильтрации и стабилизации.

Рисунок 3

4. Импульсный блок питания из электронного трансформатора
Электронный трансформатор применяется в схемах, где нагрузка к источнику питания подключена постоянно. Запуск такой схемы осуществляется лишь под нагрузкой, при малой нагрузке или е отсутствии схема не запустится. Однако существуют схемы электронного трансформатора, работающие даже при отсутствии нагрузки (звуковое оборудование).

5. Китайские сетевые адаптеры
Сетевые адаптеры из Китая, как правило, применяются для маломощных нагрузок. Трансформатор таких блоков питания рассчитан на 5…7 Вт потребляемой мощности.

Рисунок 4

Некоторые из таких устройств имеют регулятор выходного напряжения. Конструктивно такие блоки питания производятся в виде большой сетевой вилки с хвостом, оканчивающимся разъемом.



Всего комментариев: 0


Базовая электроника

- различные типы источников питания

В предыдущих статьях мы обсуждали пассивные электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы. Пассивные компоненты особенно полезны при разработке различных аналоговых схем.

Настоящее развлечение современной электроники начинается с полупроводников и цифровой электроники. Электроника - это все, что связано с сигналами (в форме напряжения или тока) и обработкой сигналов компонентами и схемами.Полупроводниковая электроника стала возможной благодаря обработке электронных сигналов как двоичных значений (0 и 1 или Low и High). Это применение полупроводниковой электроники для обработки сигналов как двоичных значений приводит к реализации булевой логики в форме цифровой электроники. Так началось использование электроники для «вычислений». Вскоре инженеры и исследователи разработали способы измерения различных физических величин путем преобразования их в аналоговые электрические сигналы и оцифровки этих аналоговых сигналов в цифровые значения.Они также разработали способы преобразования цифровых сигналов в эквивалентные аналоговые электрические сигналы. Теперь компьютеры также могут взаимодействовать и реагировать на физический мир.

Большая часть современной электроники связана с «электронными вычислениями» и их приложениями в реальном мире. Электронные вычисления в сочетании с технологиями отображения и электронными устройствами ввода / вывода приводят к развитию компьютеров общего назначения. Электронные вычисления в сочетании с различными коммуникационными технологиями приводят к развитию телекоммуникационных, телевизионных и интернет-технологий.Электронные вычисления в сочетании с беспроводной связью и датчиками привели к развитию мобильной электроники и носимых устройств. Электронные вычисления в сочетании с датчиками и исполнительными механизмами приводят к развитию таких приложений, как встроенные системы, робототехника и автоматизация.

Но, прежде чем мы начнем нескончаемый путь полупроводников и цифровой электроники, будет лучше иметь некоторое базовое представление об источниках питания. Это источник питания, дающий жизнь любой электронной схеме или устройству.Каждая электронная схема или устройство, по сути, должна иметь секцию источника питания или может потребоваться подключение в качестве нагрузки к внешней цепи источника питания.

Источником электроэнергии могут быть линии электропередачи (электросеть), электромеханические системы (генераторы и генераторы переменного тока), солнечная энергия или устройства хранения, такие как элементы и батареи. Источники питания - это преобразователи мощности, которые преобразуют электрическую энергию от источника в напряжение, ток и частоту, подходящие для цепи нагрузки.Источником электроэнергии может быть переменный или постоянный ток. Как и генераторы и сеть, электричество обеспечивает питание переменного тока, в то время как батареи и солнечные устройства являются источником постоянного тока. Схема источника питания может вводить мощность от источника переменного или постоянного тока и выводить мощность переменного или постоянного тока, преобразованную в соответствии с нагрузкой. Таким образом, цепи питания можно разделить на блоки питания переменного тока, переменного тока, постоянного тока и постоянного тока.

Различные источники питания переменного тока включают источники переменного тока переменного тока, изолирующие трансформаторы и преобразователи частоты. Источники питания переменного тока в постоянный являются наиболее распространенными.Некоторые из источников питания переменного тока в постоянный включают нерегулируемый линейный источник постоянного тока, линейный регулируемый источник постоянного тока (настольный источник питания), импульсные регулируемые источники питания и источник питания с пульсационной стабилизацией. Источники питания на батарейках, солнечные источники питания и преобразователи постоянного тока в постоянный являются примерами источников питания постоянного тока. Источники питания на батарейках и солнечные источники питания используются для непосредственного питания электронных схем, в то время как преобразователи постоянного тока в постоянный обычно используются для преобразования входного постоянного тока на разные уровни для питания разных цепей в одном и том же устройстве, а не для использования разных переменных переменного тока. Источники постоянного тока для получения различных уровней напряжения / тока.Инверторы, генераторы и ИБП обычно используются в качестве источников питания постоянного тока.

Переменный источник питания переменного тока
Переменный источник питания переменного тока разработан с использованием трансформаторов или регулируемых автотрансформаторов. Они используются для преобразования уровней напряжения переменного тока в переменный. Для разработки такого источника питания можно использовать трансформатор с несколькими обмотками или ответвлениями, в противном случае можно использовать регулируемый автотрансформатор. Эти источники питания преобразуют уровни переменного напряжения и тока, в то время как частота источника питания остается неизменной.

Преобразователи частоты
Преобразователи частоты используются для преобразования частоты переменного тока. Они могут быть спроектированы с использованием электромеханических устройств, таких как двигатель-генератор, или с помощью набора выпрямитель-инвертор. Выпрямитель сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный ток разных частот.

Изолирующие трансформаторы
Изолирующие трансформаторы используются для питания переменного тока в переменный, когда требуется согласование импеданса между источником питания и цепью нагрузки.Изолирующие трансформаторы обычно не преобразуют уровни напряжения или частоту источника питания. Они полезны при подключении симметричных и несимметричных цепей.

Этот изолирующий трансформатор используется для повышения или понижения напряжения, сохраняя при этом сетевые и выходные цепи изолированными с помощью усиленной изоляции, сертифицированной CE. (Изображение: преобразователь сигналов)

Нерегулируемый линейный источник питания
Нерегулируемый линейный источник питания - это простые источники питания переменного тока в постоянный.Они разработаны с использованием понижающего трансформатора, выпрямителя, конденсатора фильтра и резистора утечки. Сначала трансформатор преобразует напряжение в сети до необходимого уровня переменного тока. Пониженное напряжение переменного тока затем преобразуется в напряжение постоянного тока с помощью полуволнового или двухполупериодного выпрямителя. Выпрямитель выполнен на диодах. Пульсирующий постоянный ток выпрямителя сглаживается конденсаторами фильтра. Для защиты параллельно конденсатору фильтра может быть подключен резистор утечки.

Нерегулируемые блоки питания просты и надежны.Однако их выходное напряжение может изменяться из-за изменения входного напряжения или тока нагрузки. Так что они не очень надежны. Кроме того, они могут быть предназначены только для вывода фиксированного напряжения и тока.

Линейно-регулируемый источник питания
Линейно-регулируемый источник питания - это источники питания переменного тока в постоянный. Это то же самое, что и нерегулируемые (грубая сила) источники питания, за исключением того, что они используют транзисторную схему, работающую в активной или линейной области, вместо истекающего резистора. Этот активный транзисторный каскад позволяет выводить на разные точные уровни постоянного напряжения.Существует несколько микросхем стабилизаторов напряжения, в которые встроена активная транзисторная схема. Источники питания с линейным регулированием стабильны, безопасны, надежны и бесшумны. Существуют микросхемы регуляторов напряжения, доступные для широкого диапазона входных и выходных напряжений, и они выдают фиксированные напряжения постоянного тока. Основными недостатками этих расходных материалов являются их стоимость, размер и энергоэффективность. Эти блоки питания теряют много энергии из-за рассеивания мощности и могут потребовать использования радиатора с микросхемами регулятора.

Линейный источник питания от Acopian Power Supplies (вверху) в десять раз больше и тяжелее, чем сопоставимый импульсный источник питания (внизу), который также от Acopian, но линейный блок имеет преимущества, которым не может соответствовать источник питания коммутатора.

Импульсный регулируемый источник питания
Импульсный регулируемый источник питания - это сложные источники питания переменного тока в постоянный, которые, как правило, сочетают в себе преимущества нерегулируемых и регулируемых источников питания. В SMPS линейное напряжение выпрямляется в постоянное, а затем снова преобразуется в прямоугольный переменный ток с помощью переключающих транзисторов.Эта высокочастотная прямоугольная волна затем понижается или повышается, а затем снова выпрямляется. Выпрямленное постоянное напряжение фильтруется перед подачей его на нагрузку.

Источник питания с пульсирующим регулированием
Импульсный источник питания представляет собой улучшенный вариант нерегулируемого источника переменного тока в постоянный. Он разработан путем объединения нерегулируемого источника питания с транзисторной схемой, работающей в области насыщения. Схема транзистора передает мощность постоянного тока на конденсатор для поддержания уровня напряжения.Основным преимуществом пульсирующего источника питания является его энергоэффективность.

Регулируемые регулируемые источники питания
Линейно регулируемые источники питания могут быть модифицированы для обеспечения диапазона регулируемых напряжений с помощью переменного резистора на оконечном каскаде. Переменный резистор может понижать выходное напряжение до регулируемых значений. Такой регулируемый источник питания может затем подавать напряжения в диапазоне от нуля до максимального напряжения, регулируемого источником. Симметричные линейные регулируемые источники питания также могут быть модифицированы для подачи напряжения отрицательной полярности.

Аккумуляторы и солнечные источники питания
Аккумуляторы, элементы и солнечные панели обеспечивают питание постоянного тока. Энергия от накопителей или солнечных панелей должна быть сначала отфильтрована, чтобы удалить пульсирующую рябь. Затем его можно регулировать до желаемых уровней постоянного напряжения с помощью микросхем регулятора напряжения. Если необходимо увеличить напряжение питания от батареи или солнечной панели, это можно сделать с помощью транзисторов в качестве усилителей.

Преобразователи постоянного тока в постоянный ток
Преобразователи постоянного тока в постоянный используются для повышения или понижения напряжения постоянного тока.Преобразователи постоянного тока в постоянный ток могут быть полупроводниковыми, электромеханическими или электрохимическими. ИИП постоянного тока, такие как двухтактный преобразователь, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь, являются некоторыми примерами преобразователей постоянного тока полупроводникового типа. Эти источники обычно используются для преобразования постоянного тока (выпрямленного из электросети или другого источника переменного тока) для обеспечения различных уровней постоянного тока вместо использования множества источников переменного тока в постоянный в устройстве.

Пример блока питания постоянного / постоянного тока мощностью 2 Вт в SMD (Изображение: Recom).

Источники питания постоянного тока в переменный ток
Эти типы источников питания обычно используются для резервного питания. Инверторы, ИБП и генераторы являются примерами таких систем электроснабжения.

Инженеры и любители электроники чаще всего используют источники питания с линейным регулированием и аккумуляторные источники питания. Другие типы источников питания обычно разрабатываются и производятся для конкретных приложений или схем. Для некоторых схем может потребоваться проектирование источника питания с использованием солнечных панелей.

Для новичков всегда удобно начать с линейно регулируемого источника питания, обеспечивающего обычно используемые напряжения постоянного тока, такие как 12 В, 9 В, 5 В и 3 В. Для переносных схем такие же напряжения могут быть достигнуты с помощью регулируемых источников питания на основе батарей. Регулируемые источники питания на базе батарей могут потребовать регулярной замены батареи. Таким образом, линейно регулируемый источник питания, обеспечивающий обычно используемые уровни постоянного напряжения, лучше всего подходит для прототипирования и тестирования электронных схем. Затем производственные цепи могут получать питание от батарей или цепей на солнечных батареях, если это необходимо.

В следующей статье мы обсудим элементы и батареи.


В рубрике: Рекомендуемые, учебные пособия


Что такое блок питания?

Обновлено: 07.10.2019, Computer Hope

Сокращенно PS или P / S , блок питания или PSU (блок питания ) - это аппаратный компонент компьютера, который подает питание на все остальные компоненты. Блок питания преобразует 110–115 или 220–230 вольт переменного тока (переменного тока) в устойчивый низковольтный постоянный ток (постоянный ток), который может использоваться компьютером и рассчитывается по количеству генерируемых ватт.На изображении показан блок питания Antec True 330 мощностью 330 Вт.

Осторожность

Никогда не открывайте корпус блока питания. Он содержит конденсаторы, способные удерживать сильный электрический заряд, даже если компьютер выключен и отключен от сети на длительное время.

Кончик

Вы можете защитить свой блок питания и компьютер от скачков и падений напряжения, купив ИБП (источник бесперебойного питания). Если вы не можете позволить себе ИБП, убедитесь, что компьютер хотя бы подключен к сетевому фильтру.

Где в компьютере находится блок питания?

Блок питания расположен на задней панели компьютера, обычно вверху. Однако во многих более поздних корпусах для компьютеров в корпусе Tower источник питания расположен в задней части корпуса. В корпусе настольного компьютера (моноблока) блок питания расположен сзади слева или сзади справа.

Детали на задней панели блока питания

Ниже приведен список деталей, которые вы можете найти на задней панели блока питания.

  • Разъем кабеля питания к компьютеру.
  • Вентилятор, выходящий из блока питания.
  • Красный переключатель для изменения напряжения питания.
  • Кулисный переключатель для включения и выключения источника питания.

На передней панели блока питания, которая не видна, если компьютер не открыт, вы найдете несколько кабелей. Эти кабели подключаются к материнской плате компьютера и другим внутренним компонентам. Блок питания подключается к материнской плате с помощью разъема в стиле ATX и может иметь один или несколько из следующих кабелей для подключения питания к другим устройствам.

Детали, обнаруженные внутри блока питания

Ниже приведен список деталей внутри блока питания.

  • Выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный.
  • Фильтр, сглаживающий постоянный ток, исходящий от выпрямителя.
  • Трансформатор, который регулирует входящее напряжение, повышая или понижая его.
  • Регулятор напряжения, который управляет выходным напряжением постоянного тока, позволяя подавать необходимое количество энергии, вольт или ватт, на компьютерное оборудование.

Порядок работы этих внутренних компонентов источника питания следующий.

  1. Трансформатор
  2. Выпрямитель
  3. Фильтр
  4. Регулятор напряжения

Какие элементы питаются от БП компьютера?

Все, что находится в корпусе компьютера, питается от источника питания. Например, материнская плата, ОЗУ, ЦП, жесткий диск, дисководы и большинство видеокарт (если они есть в компьютере) потребляют энергию от источника питания.Любые другие внешние устройства и периферийные устройства, такие как компьютерный монитор и принтер, имеют источник питания или потребляют питание по кабелю для передачи данных, как некоторые устройства USB.

Вентилятор всегда работает от источника питания?

Пока компьютер включен, вентилятор (ы) внутри блока питания всегда должен работать. Если вентилятор не работает (вращается), либо компьютер не работает, либо вентилятор неисправен, и блок питания следует заменить.

Примечание

Некоторые блоки питания имеют регулируемые элементы управления, которые могут увеличивать или уменьшать скорость вентилятора в зависимости от его температуры.Однако он всегда должен крутиться.

Адаптер переменного тока, Аббревиатуры компьютеров, Термины по оборудованию, Питание, Шнур питания, Выключатель питания, Термины по питанию, Резервный источник питания, SMPS

Выбор правильных источников питания для электронных устройств

Блок питания преобразует переменное напряжение в стабилизированное постоянное напряжение. Прочтите, чтобы узнать, как выбрать лучший блок питания для электронного устройства.

Источник питания для электронного оборудования - это схема, преобразующая переменное напряжение в стабилизированное постоянное напряжение.Электронное устройство обычно не использует электрическую энергию в том виде, в котором она производится или распределяется. Это требует некоторой формы преобразования энергии. Блок питания (БП) передает электрическую энергию от заданного источника к заданной нагрузке с помощью электронных схем. Существуют разные типы блоков питания в зависимости от режима работы и применения.

Основные строительные элементы

Блок питания получает питание от сети переменного тока и выполняет множество задач, прежде чем передать его на выходное электронное устройство.Эти задачи включают:

  • Изменение уровня подачи до значения, подходящего для управления цепью нагрузки.
  • Обеспечение питания постоянного тока от сети переменного тока синусоидальной формы.
  • Предотвращение любого сигнала переменного тока на выходе источника питания.
  • Обеспечение постоянного выходного напряжения независимо от изменений напряжения питания переменного тока, тока нагрузки и температуры.

Для этого в базовом блоке питания есть четыре основных компонента: трансформатор, выпрямитель, фильтр и схема регулятора.

Входной трансформатор

Используется для преобразования входящего сетевого напряжения (переменного тока) до необходимого (переменного тока) уровня для источника питания. Он изолирует выходную цепь от сети.

Выпрямитель

Преобразует входящий сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока.

Фильтр

Это необходимо для того, чтобы компоненты переменного тока от линии питания не попадали на выход.

Регулятор

Эта схема обеспечивает практически постоянный выходной сигнал независимо от выходного тока или любых незначительных колебаний входного уровня.Для доведения выходного напряжения до необходимого уровня он может использовать как линейный, так и импульсный метод.

Рис.1: Блок-схема регулируемого источника питания (Источник: www.teamwavelength.com)
Линейный регулятор мощности

Может использоваться, когда требуется понижение входного напряжения до регулируемого выходного напряжения. Его необходимо выбирать в зависимости от тока нагрузки, а также требований к входному и выходному напряжению.

Линейный источник питания с регулятором с малым падением напряжения (LDO) обеспечивает чистый постоянный ток в соответствии с потребностями.LDO - это особый вариант линейного регулятора, который используется при высоком коэффициенте преобразования. Имеется два напряжения отключения: коэффициент подавления источника питания и коэффициент подавления синфазного сигнала. Это способность источника питания подавлять дифференциальный шум, который присутствует между положительным и отрицательным входами.

Импульсный регулятор мощности

Здесь транзисторы работают, переключая высокую частоту между включенным и выключенным состояниями. Выходной параметр управляется изменяющимся рабочим циклом, частотой или фазовым сдвигом этих переходов.

Для импульсных регуляторов доступны различные топологии, а именно: понижающий, синхронный понижающий, повышающий, инвертирующий понижающий-повышающий, SEPIC, Cuk, Zeta, fly-buck, обратный ход, обратный ход с двумя переключателями, вперед с активным фиксатором, вперед с одним переключателем. , с двумя переключателями вперед, полумостом, полным мостом и полным мостом со сдвигом фазы. Самыми популярными из них являются понижающий, повышающий, понижающий-повышающий, SEPIC и Zeta.

Формат Boost увеличивает входной сигнал, а формат buck - уменьшает. Повышающе-понижающий преобразователь может делать и то, и другое, в дополнение к инвертированию полярности выходного напряжения относительно земли.Если вам нужно изменить полярность выхода, топология Cuk - хороший вариант. Трансформаторы обеспечивают изоляцию, и топологии, которые включают ее в конструкцию, включают обратный ход, фиксацию вперед, двухтактную, полумостовую или полную мостовую схему.

Рис. 2: Блок-схема регулируемого импульсного источника питания (Источник: www.teamwavelength.com)

Типы источников питания для электронных устройств

Большинство электронных устройств работают от регулируемого постоянного тока, независимо от входного источника питания (переменного или постоянного тока). В зависимости от источника питания (переменного или постоянного тока) все такие устройства имеют различную настройку для преобразования его в регулируемый источник постоянного тока.Источник переменного тока с переменным током важен для оценки оборудования, когда оно подвергается воздействию повышенного или пониженного напряжения.

Различные типы источников питания постоянного тока:

Источник бесперебойного питания

Это резервный источник питания на случай сбоя или перепадов напряжения.

Источник постоянного напряжения

Он регулируется и обычно поставляется с измерителем, показывающим установленное напряжение питания.

Постоянный ток питания

В режиме постоянного тока источник питания поддерживает установленный ток независимо от изменений сопротивления нагрузки.

Источник питания с несколькими выходами

Имеет более одного выхода постоянного тока и полезен и экономичен для систем, требующих нескольких напряжений.

Программируемое питание

Часто используется как часть компьютерной системы для тестирования или производства.

Многодиапазонная подача

Он работает с фиксированными номинальными значениями напряжения и тока, такими как 30 В, 3 А.

Когда есть необходимость в особых характеристиках или необычных форм-факторах, разрабатываются индивидуальные конструкции, особенно для суровых условий, таких как военные или авионика.

Технические характеристики для поиска

Блоки питания

имеют разные характеристики для разных приложений. При выборе источника питания необходимо учитывать каждую спецификацию. Необходимо понимать все, от номинальных значений напряжения и тока до пульсаций, регулирования нагрузки, регулирования входного напряжения и тому подобного. Ниже приведены несколько важных параметров, о которых следует позаботиться.

  • Шум и пульсации, которые представляют собой небольшое изменение напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный
  • Низкое падение напряжения для снижения потерь мощности
  • Быстрый динамический отклик
  • Линейное регулирование, то есть изменение выходного напряжения при изменении входного или линейного напряжения
  • Регулировка нагрузки, то есть изменение выходного напряжения при изменении нагрузки
  • Перегрузка по току, которую можно контролировать с помощью внутренней схемы защиты
  • Перегрев, который можно контролировать с помощью датчика температуры и соответствующей цепи
  • Перенапряжение, которое может контролироваться источником питания со схемой защиты от перенапряжения
  • Электромагнитная совместимость, при которой используется метод проектирования для минимизации электромагнитных помех (EMI)
  • Изоляция.Изолированный источник питания использует трансформатор, чтобы исключить путь постоянного тока между входом и выходом, тогда как неизолированный источник питания следует по пути постоянного тока между входом и выходом источника

Пейюш Рустаги, помощник менеджера ANTPL, говорит: «Лучше иметь такие характеристики, как диапазон входного напряжения (переменного или постоянного тока), выходное напряжение (постоянное или переменное) и допуски, требования к выходному току, максимум пульсаций, предполагаемое общее потребление энергии, эффективность. требования, соображения по электромагнитным помехам, требования к гальванической развязке между входом и выходом, рабочий температурный диапазон, пиковый и средний выходной ток, переходное воздействие и потребности в реакции, требования к регулированию нагрузки и линии, частота коммутации и необходимость коррекции коэффициента мощности.Эффективность - одна из наиболее важных характеристик источника питания, позволяющая судить о производительности системы ».

Нишу Кумар Раунияр, разработчик оборудования, SGS Weather & Environmental Systems, говорит: «При подаче питания на различные ИС необходимо соблюдать некоторую архитектуру подачи питания. Особая осторожность требуется для высокочастотных компонентов, так как радиочастотные помехи могут разрушить весь блок питания. Для правильной работы необходима соответствующая система заземления. Особое внимание следует уделить дизайну компоновки, так как от него зависит общая производительность системы.”

Предпочтительные приложения

Блок питания используется во всем электронном оборудовании, использующем в качестве входа напряжение постоянного тока, например, в радиопередатчиках, приемниках, компьютерах и т. Д. Импульсные источники питания часто используются в приложениях, где важны время автономной работы и температура, например, электролиз, обработка отходов, топливные элементы, двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиация и морской транспорт, НИОКР, производственное и испытательное оборудование, зарядка литий-ионных аккумуляторов. и гальваника.

Линейные стабилизаторы обеспечивают бесшумное выходное напряжение, но имеют низкий КПД и большие размеры.Это делает их подходящими для устройств, которым требуется высокая частота и низкий уровень шума, таких как сигнальные процессоры, схемы управления, автоматизированное и лабораторное испытательное оборудование, малошумящие усилители, датчики и схемы сбора данных, среди прочего.

Для выбора подходящего источника питания для электронного устройства важно сначала понять требования к настройке. Изучите различные типы источников питания, доступные на рынке. Проверьте требуемые характеристики и предпочтительное приложение.


Источники питания | Скамья, программируемая, 12 В

Блоки питания

Что такое блоки питания?

Источники питания - это в основном компоненты, которые обеспечивают питание по крайней мере одной электрической нагрузки, и они обычно интегрированы в устройство, которое они питают. Они также обычно преобразуют один тип электроэнергии в другой - в большинстве случаев из переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный). Однако некоторые модели действительно преобразуют различные формы энергии, такие как солнечная или химическая энергия, в электрическую энергию.

Источники питания также называются блоками питания, блоками питания и адаптерами питания.

Почему следует осторожно выбирать источник питания?

Если вы хотите, чтобы ваша система работала оптимально, вам нужно позаботиться о фундаменте. Так сказать костяк всей операции.

Электроэнергия - это основа буквально любой электронной системы, будь то небольшое домашнее хобби или крупное промышленное использование. Электроника не может работать без какой-либо формы питания, и источники питания являются самим источником этой энергии.

Поэтому очень важно понимать характеристики хорошего блока питания и элементы, которые следует искать, чтобы выбрать лучший для вашей ситуации. Посмотрите на их тип, марку и модель. Знайте разницу между источником питания переменного тока и источником питания постоянного тока и выясните, с каким из них ваша система будет работать лучше всего.

Чтобы быть более конкретным, изучите различные преобразования блоков питания. Ознакомьтесь с различными типами источников питания; настольные, программируемые, регулируемые, нерегулируемые, линейные, переключатели и т. д.

Нужно распаковать много информации, это правда, но поверьте нам, когда мы говорим, что в конечном итоге это того стоит.

Сравнение источников питания

Для начала давайте рассмотрим некоторые способы сравнения различных источников питания. Опять же, необходимо учесть несколько элементов. А пока мы рассмотрим три:

  • Регулируемый и нерегулируемый

  • Линейные и коммутационные

  • переменного и постоянного тока

Регулируемый vs.Нерегулируемый Источники питания переменного и постоянного тока

могут быть как регулируемыми, так и нерегулируемыми. Самая большая разница между ними - их способность подавать постоянное напряжение на нагрузку. Регулируемые блоки питания вполне на это способны. Нерегулируемые источники питания не могут.

Если вы выберете неправильный тип источника питания, вы можете нанести непоправимый ущерб системе или устройству, которое питаете. Вы также можете потратить впустую энергию и заплатить слишком много, если будете использовать более мощный юнит, чем это строго необходимо.

Мы утверждаем, что выбор между регулируемым и нерегулируемым источником питания так же важен, как и выбор возможностей напряжения.

Нерегулируемые блоки питания

Нерегулируемые источники питания способны обеспечивать ожидаемую мощность при заданном токе. Однако полученное выходное напряжение не всегда отражает фактическое выходное напряжение. Более того, напряжение в нерегулируемом источнике питания выходит, когда на выходе мощности присутствует пульсация напряжения.

Нерегулируемые источники питания - это простые и недорогие варианты, которые подходят для небольших жилых помещений.Однако имейте в виду, что они обеспечивают неравномерное напряжение.

Более того, нерегулируемые источники питания не способны к резкому увеличению или уменьшению потока без конденсатора, чтобы предотвратить резкие колебания напряжения. Это означает, что изменения в токовой нагрузке и входном напряжении приведут к непоследовательному или нечистому выходу из источника питания.

Плюсы:

Минусы:

Регулируемые блоки питания С другой стороны, источники питания

имеют дополнительный регулятор напряжения, способный уменьшить пульсации напряжения для обеспечения чистого, равномерного выходного сигнала.Помимо этого, они имеют все те же детали, что и нерегулируемый источник питания, что означает, что они также способны обеспечивать ожидаемую мощность при заданном токе.

Самая большая разница между регулируемым источником питания и нерегулируемым источником питания заключается в том, что выходной сигнал регулируемого источника питания является стабильным и неизменным. В отличие от нерегулируемой модели, подача отражает фактическое выходное напряжение независимо от входа или потребления.

Из-за этого регулируемые источники питания идеально подходят для деликатной электроники, требующей согласованности.

Плюсы:

  • Бесперебойная и стабильная доставка

  • Выход отражает фактическое выходное напряжение, указанное в списке

  • Добавлен регулятор напряжения на длительный выход

  • Согласованный

  • Эффективный

Минусы:

Линейное и переключение

Большинство регулируемых источников питания также способны преобразовывать мощность постоянного тока в мощность переменного тока.Такие модели преобразователей бывают линейными, переключаемыми или аккумуляторными. Но источники питания на батарейках - это в значительной степени переключаемые преобразователи, поэтому вам действительно нужно сравнить линейные источники питания с переключаемыми (или переключаемыми) источниками питания.

Линейные блоки питания

Линейные блоки питания намного проще и понятнее, чем импульсные или импульсные блоки питания. Они также выделяют намного больше тепла.

В линейных источниках питания также используются трансформаторы для преобразования входного переменного тока в выходной постоянный ток.Они очень тихие и менее требовательны, чем импульсные блоки питания, что делает их отличным выбором для проектов, требующих минимальной или низкой мощности. Однако они довольно тяжелые и громоздкие. Они редко бывают портативными.

Общие области применения линейных источников питания включают лабораторные работы, связь и медицинские нужды.

Плюсы:

Минусы:

Импульсные источники питания

Импульсные блоки питания или импульсные блоки питания немного сложнее, чем их аналоги.К тому же они намного шумнее. Однако они намного холоднее линейных источников питания и намного более портативны.

Для эффективного регулирования выходного напряжения в импульсных источниках питания используется процесс, называемый изменением ширины импульса (PWM). Это позволяет им работать при более низкой температуре без ущерба для эффективности или гибкости. Фактически, импульсные источники питания известны своим многоцелевым применением, способным адаптироваться к широкому спектру функций.

Однако из-за высокочастотного шума импульсные источники питания не рекомендуются для лабораторных или медицинских работ.Импульсные источники питания в основном используются в авиации, кораблях, производстве и мобильных станциях.

Плюсы:

  • Эффективный

  • Легкий и компактный

  • Охладитель, работает при низкой температуре

  • Гибкость, позволяет использовать несколько приложений

Минусы:

Переменный ток в сравнении с постоянным током

Наконец, вы должны подумать, требует ли ваша ситуация источника переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).На всякий случай вы всегда можете спросить профессионала, но даже базовые знания обоих типов помогут.

Вот что вам следует знать:

Блоки питания переменного тока

Как следует из названия, источники питания переменного тока характеризуются волнами переменного тока, создаваемыми генераторами переменного тока, в частности, различными областями магнитной полярности внутри генераторов переменного тока. Также стоит отметить, что питание переменного тока на самом деле является стандартным форматом электрического вывода для розеток, что делает его довольно распространенным.

Источники питания переменного тока

обеспечивают электрические токи, которые периодически меняются в зависимости от определенных параметров. Они могут двигаться как в положительном, так и в отрицательном направлении. Когда электрический ток положительный, он создает поток вверх. Когда он отрицательный, он падает.

Это создает очень отчетливое волнообразное движение, и именно это движение дает мощности переменного тока преимущество перед мощностью постоянного тока.

Мощность переменного тока может передаваться дальше, чем мощность постоянного тока. Его также очень легко создать.Вы часто встретите этот формат в торговых точках в коммерческих зданиях, небольших устройствах, таких как настольные лампы, и бытовой технике, например холодильниках и посудомоечных машинах.

Преимущества переменного тока:

Источники питания постоянного тока

В то время как мощность переменного тока определяется его волнообразным движением, источники питания постоянного тока генерируют токи, которые движутся по прямой, непоколебимой линии - отсюда и название.

Электроны в постоянном токе фиксированы и неизменны. Они поступают от генераторов переменного тока, оборудованных коммутаторами, которые специально вырабатывают прямую энергию.Электропитание постоянного тока также может генерироваться выпрямителями, которые способны преобразовывать переменные токи в постоянные токи.

Постоянство мощности постоянного тока действительно делает его лучшим выбором для портативных устройств и чувствительной электроники. Большинство батарей являются источниками питания постоянного тока. Конвертеры созданы специально для преобразования мощности переменного тока из розеток в полезную мощность постоянного тока.

Подумайте о зарядных устройствах для портативных компьютеров. Они часто поставляются с преобразователями питания, преобразующими переменный волновой выходной ток вашей розетки в более линейный, постоянный ток, с которым действительно может справиться ваш ноутбук.Высокие и низкие значения переменного тока могут повредить хрупкие компоненты внутри портативных устройств, поэтому более стабильный ток предпочтительнее.

Другие приложения включают смартфоны, фонарики и некоторые электромобили нового поколения.

Преимущества постоянного тока:

  • Последовательный и стабильный

  • Легко преобразовать из AC

Но что касается преобразования, как преобразователи - и некоторые блоки питания - преобразуют мощность переменного тока в мощность постоянного тока?

Вот краткий обзор:

Преобразование переменного тока в постоянный

Рассмотрим выход переменного тока из стенной розетки.

Как мы упоминали ранее, постоянно меняющийся характер тока может быть вредным для большинства портативных электронных устройств. Допустим, вы хотите зарядить свой смартфон. Вашему смартфону требуется стабильный постоянный ток для безопасной зарядки аккумулятора.

Преобразователь или блок питания забирает переменный ток из розетки и преобразует его в нерегулируемый постоянный ток, одновременно снижая напряжение через входной силовой трансформатор. Напряжение выпрямлено, но все еще немного колеблется. Он проходит через конденсатор (обычно в импульсных источниках питания) для «сглаживания».”

Внутри конденсатора создается резервуар энергии. Этот пул затем подается на нагрузку при дальнейшем падении напряжения. Когда это происходит, поступающая энергия расходуется, эффективно сглаживая напряжение еще больше и устраняя «пики» или скачки тока. Осталась гладкая линейная линия, которая движется только в одном направлении.

Теперь, когда у вас есть хорошее представление о том, как работают разные блоки питания и для чего лучше всего подходят разные типы, вы готовы углубиться в детали! После того, как вы определили источник питания или источники питания, которые лучше всего подходят для вашего проекта, вы можете провести дальнейшее исследование, используя более конкретные и последовательные термины.

А если вы ищете источники питания самого высокого качества по выгодной цене, ознакомьтесь с полным списком источников питания для специалистов по схемам. От программируемых источников питания до линейных и импульсных источников питания - вы обязательно найдете здесь модель, которая точно соответствует вашим характеристикам.

Руководство по источникам питания

- B&K Precision

Введение

Источники питания являются одними из самых популярных единиц электронного испытательного оборудования. Это неудивительно, поскольку контролируемая электрическая энергия используется множеством способов.В этом руководстве мы рассмотрим различные типы источников питания, их элементы управления, способы их работы и некоторые примеры их применения.

Источником питания в широком смысле можно назвать все, что снабжает энергией, например плотину гидроэлектростанции, двигатель внутреннего сгорания или гидравлический насос. Однако мы ограничимся обсуждением типов источников питания, которые преимущественно используются для испытаний и измерений, технического обслуживания и разработки продуктов.

Этот документ предназначен для пользователей или потенциальных пользователей источников питания. Его цель - дать определение используемых терминов, познакомить с различными типами источников питания и лежащими в их основе технологиями, объяснить элементы управления типичными источниками питания и рассмотреть некоторые примеры их использования.

Вот таблица некоторых различных типов источников питания. Мы сосредоточимся на выделенных типах.

Выход = DC Выход = AC
Ввод = AC
  • «Бородавка стенка»
  • Настольные источники питания
  • Зарядное устройство
  • Разделительный трансформатор
  • Источник переменного тока
  • Преобразователь частоты
Ввод = DC

Термин «настольный источник питания» здесь используется несколько мягко, так как некоторые из обсуждаемых нами источников питания могут быть слишком тяжелыми, чтобы их можно было поставить на скамейку.Тем не менее, номенклатура полезна, поскольку даже тяжелые источники питания с высокой выходной мощностью имеют много общего со своими меньшими собратьями. Но термин «стенд» является описательным для многих людей, поскольку он вызывает в воображении мысленный образ источника питания постоянного тока, используемого на скамейке инженера или техника для множества энергетических задач.

В оставшейся части этого документа стендовый источник питания будет рассмотрен более подробно после краткого обзора источников питания переменного тока.

Источник переменного тока с переменным током

При тестировании электрического оборудования, которое питается от сети переменного тока, часто важно оценить оборудование, когда оно подвергается воздействию повышенного или пониженного напряжения.Нормальные колебания напряжения в сети переменного тока составляют порядка ± 10%, но могут быть больше, когда линия одновременно используется множеством тяжелых нагрузок. Разработчик может также захотеть провести испытания, выходящие за рамки нормальных изменений напряжения сети переменного тока, для целей нагрузочного тестирования (чтобы выяснить, в чем заключаются недостатки конструкции). Для этого типа тестирования требуется переменный источник переменного тока. Регулируемый источник переменного тока также может быть полезен во время «пониженного напряжения» (условия низкого напряжения в сети), чтобы поднять напряжение в сети до нормального уровня. Другое использование - повышение напряжения, когда нагрузка подключена через длинный удлинитель и падение напряжения на шнуре является значительным.

Различные напряжения переменного тока генерируются с помощью трансформатора (или автотрансформатора). Трансформатор может иметь несколько обмоток или ответвлений, и в этом случае прибор использует переключатели для выбора различных напряжений. В качестве альтернативы можно использовать регулируемый трансформатор (регулируемый автотрансформатор) для (почти) непрерывного изменения напряжения 1 . Некоторые источники переменного тока включают измерители для контроля напряжения, тока и / или мощности.

Некоторые продукты, такие как блок питания переменного тока с регулируемой изоляцией B & K Precision модели 1655A, показанный ниже, объединяют в себе изолирующий трансформатор и регулируемый трансформатор.Этот продукт также включает в себя возможность выполнять испытания на утечку переменного тока и имеет удобный регулируемый источник питания для паяльников. Это практичный и полезный инструмент для стенда устранения неполадок.

Типы источников питания постоянного тока

Батарейный отсек

Эти типы расходных материалов, как правило, самые дешевые. Название описывает их основное предназначение - действовать вместо батареи. Эти устройства недороги и удобны при работе с оборудованием с батарейным питанием, так как они позволяют работать с оборудованием без необходимости искать необходимые батареи.

Один из популярных типов выдает 13,8 В постоянного тока и предназначен для подачи постоянного тока на устройства, обычно питаемые от автомобильного аккумулятора. Типичное использование - обслуживание радиоприемников CB и автомобильного стереооборудования. Их характеристики линейного регулирования обычно шире, чем у лабораторных расходных материалов, но это нормально, поскольку напряжения в автомобилях существенно различаются.

Другой популярный тип (показан справа) заменяет различные схемы батарей на 1,5 вольта и батарей на 9 и 12 вольт. Единственными элементами управления являются двухпозиционный переключатель и поворотный переключатель, позволяющие выбрать желаемое выходное напряжение.

Поскольку это настоящие источники питания, они предназначены для безопасной непрерывной работы в условиях короткого замыкания.

Расстояние между банановыми разъемами составляет 0,75 дюйма (19 мм), чтобы можно было использовать переходники с двумя банановыми вилками, используемые с коаксиальными кабелями.

Источник постоянного напряжения

Чуть более сложный источник питания, чем разрядник батарей, обеспечивает постоянное регулируемое напряжение. Поскольку они регулируются, они обычно поставляются с измерителем, чтобы показать вам напряжение, на которое установлено напряжение.В некоторых также есть измерители, позволяющие контролировать ток. Типичная модель - B&K 1686A, показанная справа.

Основное поведение источника питания - поддержание установленного вами напряжения независимо от сопротивления нагрузки.

Эти модели имеют ручку для регулировки выходного напряжения. Некоторые модели не могут быть полностью отрегулированы до нуля вольт, и их максимальный выходной ток может быть пропорционален выходному напряжению, а не обеспечивать номинальный ток при любом выходном напряжении.

В модели справа предусмотрены "связующие" точки, позволяющие контролировать выходное напряжение с помощью более точного цифрового измерителя или для подключения к другим цепям (обратите внимание, что связующие точки имеют предел 2 А).

Эти типы источников питания хорошо работают в качестве разрядников батарей, а также покажут вам ток, потребляемый нагрузкой.

Постоянное напряжение / постоянный ток

Вероятно, самый популярный тип лабораторных источников питания - это источники постоянного напряжения / постоянного тока.В дополнение к подаче постоянного напряжения эти источники также могут подавать постоянный ток. В режиме постоянного тока источник питания будет поддерживать установленный ток независимо от изменений сопротивления нагрузки. Типичным примером этого типа источника питания является B&K 1621A, показанный:

Этот источник питания выдает одно регулируемое напряжение, которое обозначается одним набором клемм типа «банановый джек». Вышеупомянутое расположение выходных клемм с клеммой заземления между клеммами + и - является наиболее распространенным и делает подключение любой клеммы к земле с помощью металлической перемычки очень удобно.Это полезно, если вы хотите, чтобы одна из клемм была заземлена. Конечно, то же самое можно сделать с помощью куска проволоки или перемычки со штабелируемыми банановыми вилками.

Указанный выше источник питания имеет грубую и точную регулировку как тока, так и напряжения. В некоторых источниках питания для регулировки используются 10-оборотные потенциометры. В других используются дисковые переключатели или кнопочные переключатели. Дисковые и кнопочные переключатели полезны (если их настройки точны), потому что они могут устранить необходимость в измерителе.

У этих типов источников питания часто есть другие полезные функции:

  • Дистанционное измерение: вход с высоким сопротивлением, позволяющий измерять напряжение на нагрузке. Затем источник питания корректирует падение напряжения на выводах, соединяющих источник питания с нагрузкой.
  • Соединения ведущий / ведомый: существуют различные методы, позволяющие подключать источники питания одного семейства параллельно или последовательно для получения более высоких напряжений или более высоких токов.
  • Терминал дистанционного программирования: некоторые источники питания имеют входные терминалы для напряжения или сопротивления, которые можно использовать для управления выходным напряжением или током.Примечание: это называется аналоговым программированием, а не цифровым программированием с помощью компьютера.

Источник питания с несколькими выходами

Источники питания с несколькими выходами имеют более одного выхода постоянного тока, часто два или три. Они полезны и экономичны для систем, требующих нескольких напряжений. Часто используемый источник питания для разработки схем - это источник с тройным выходом. Один выход подает от 0 до 6 вольт, предназначенный для цифровой логики. Два других питают (обычно) от 0 до 20 вольт, которые могут использоваться с биполярной аналоговой схемой.Иногда для двух источников питания на 20 вольт предоставляется регулировка слежения, так что источники + и - 20 вольт можно регулировать вместе, поворачивая одну ручку.

Популярной моделью является модель 9130:

.

Три выхода можно настроить независимо с помощью ручки или клавиатуры. Выходы каналов 1 и 2 - 31 вольт при 3,1 ампера, а третий канал выдает 6 вольт при 3,1 ампера. Таким образом, источник питания может непрерывно выдавать более 200 Вт. Выходы можно включать и выключать независимо или все сразу (полезно для питания всей печатной платы).

Блок питания имеет ряд полезных функций. Выходы могут быть настроены на работу по таймеру: по прошествии определенного временного интервала выход отключается. Пределы напряжения устанавливаются для всех каналов, поэтому ваш прототип электрической конструкции может быть защищен от случайного перенапряжения. Два канала на 30 В могут быть подключены последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока соответственно. Существуют также регистры хранения для сохранения до 50 состояний прибора для последующего вызова (полезно для повторяющихся испытаний).

Приятной особенностью для автоматической работы является то, что источник питания можно настроить так, чтобы его выход был включен при последних настройках включения. Таким образом, если он работает в цепи и отсутствует питание переменного тока, источник питания снова начнет подавать питание при возобновлении подачи питания переменного тока.

Этот конкретный блок питания также программируется с помощью компьютера, что подводит нас к следующему типу блока питания.

Программируемый блок питания

Программируемые источники питания иногда называют «системными» источниками питания, поскольку они часто используются как часть компьютерной системы для тестирования или производства.Мы исключим из этого обсуждения «программирование» через внешние напряжения или сопротивления, которое использовалось в основном до того, как цифровое управление стало популярным.

На протяжении многих лет существовало множество типов компьютерных интерфейсов с контрольно-измерительными приборами. Двумя наиболее популярными из них были IEEE-488, также известный как GPIB (интерфейсная шина общего назначения), и последовательная связь RS-232. Также использовались сетевые интерфейсы (например, Ethernet) и USB-интерфейсы. Мы не будем здесь обсуждать достоинства различных типов интерфейсов, поскольку они выходят за рамки этого документа.

Командный язык для источника питания находится на несколько более высоком уровне, чем тип интерфейса. Это означает набор инструкций, отправляемых прибору по цифровому интерфейсу, и информацию, полученную компьютером от прибора. Вы увидите три категории:

Собственный

Собственные языки команд обычно специфичны для одного производителя, а иногда даже специфичны для определенного набора инструментов.Недостатком проприетарных командных языков является то, что пользователю необходимо написать программное обеспечение, специально предназначенное для этого инструмента. Переход на другой блок питания от другого производителя означает переписывание программного обеспечения.

SCPI

означает «Стандартные команды для программируемых инструментов», часто произносится как «скиппи» или «скуппи». Поскольку необходимость переписывать программное обеспечение при смене поставщика является болезненным, индустрия тестирования / измерения разработала SCPI для стандартизации команд для контрольно-измерительных приборов, чтобы упростить смену поставщиков приборов без необходимости переписывать большое количество программного обеспечения.

SCPI-подобный

SCPI очень помог, но не является полным решением, потому что добавляются новые функции, требующие новых команд. Несмотря на это, многие производители пытаются сделать свои языки командных инструментов SCPI-подобными, то есть они используют как можно больше стандартов. Синтаксис также выглядит знакомым разработчикам программного обеспечения, поэтому время разработки сокращается.

Здесь перечислены некоторые типичные наборы команд SCPI, общих для источников питания:

[SOURce:]
MODE {}
MODE?
НАПРЯЖЕНИЕ
[: LEVel] {}
[: LEVel]?
: ЗАЩИТА
: СОСТОЯНИЕ {}
: СОСТОЯНИЕ?
[: LEVel] {}
[: LEVel]?
ТОК
[: LEVel] {}
[: LEVel]?

Отправляя любую из приведенного выше списка команд через интерфейс, поддерживаемый прибором, можно управлять подачей питания с компьютера, а не нажимать клавиши на передней панели.Это очень полезно, особенно при выполнении более сложных настроек, таких как создание динамических ступеней напряжения с использованием режима списка.

Многодиапазонная поставка

Большинство обычных источников питания работают с фиксированными номинальными значениями напряжения и тока, например 30В / 3А. В этом примере максимальная выходная мощность 90 Вт может быть реализована только при напряжении питания 30 В / 3 А. Для всех других комбинаций напряжения / тока выходная мощность будет меньше. Многодиапазонные источники питания отличаются тем, что они пересчитывают пределы напряжения / тока для каждой настройки, образуя границу гиперболической формы с постоянной мощностью, как показано на диаграмме ниже.Модель B & K 9110, рассчитанная на 100 Вт / 60 В / 5 А, является примером этого типа источника питания. Возможны любые комбинации напряжения / тока, которые лежат на гиперболической кривой, например 20В / 5А или 60В / 1,66А, и в каждом случае источник питания работает на максимальной мощности. Преимущества этой архитектуры очевидны: источник питания с несколькими диапазонами обеспечивает большую гибкость в выборе выходных характеристик и позволяет пользователям заменять несколько фиксированных номиналов одним источником с несколькими диапазонами, что позволяет сэкономить средства и место на столе.

Характеристики источника питания

Режим постоянного тока и постоянного напряжения

Категория источников питания постоянного тока, обсуждаемая в этом разделе, изменяет напряжение сети переменного тока на напряжение постоянного тока.Наиболее распространенным и универсальным регулируемым источником питания постоянного тока является источник постоянного тока (CC) или постоянного напряжения (CV), который, как следует из названия, может обеспечивать либо постоянный ток, либо постоянное напряжение в определенном диапазоне, см. Изображение ниже.

Рабочая характеристика этого источника питания называется автоматическим кроссовером постоянного напряжения / постоянного тока. Это позволяет непрерывно переходить от режима постоянного тока к режиму постоянного напряжения в ответ на изменение нагрузки.Пересечение режимов постоянного напряжения и постоянного тока называется точкой кроссовера. На рисунке ниже показано соотношение между этой точкой перехода и нагрузкой.

Например, если нагрузка такова, что подключенный к ней источник питания работает в режиме постоянного напряжения, обеспечивается регулируемое выходное напряжение. Выходное напряжение остается постоянным по мере увеличения нагрузки до момента, когда будет достигнут заданный предел тока. В этот момент выходной ток становится постоянным, а выходное напряжение падает пропорционально дальнейшему увеличению нагрузки.На некоторых моделях блоков питания точка кроссовера обозначается светодиодными индикаторами на передней панели. Точка пересечения достигается, когда индикатор CV гаснет, а индикатор CC загорается.

Аналогично, переход из режима постоянного тока в режим постоянного напряжения автоматически происходит при уменьшении нагрузки. Хороший пример этого можно увидеть при зарядке 12-вольтовой батареи. Первоначально напряжение холостого хода источника питания может быть установлено равным 13,8 вольт. Низкий заряд батареи приведет к большой нагрузке на источник питания, и он будет работать в режиме постоянного тока, который можно отрегулировать для скорости зарядки 1 ампер.Когда аккумулятор заряжается, и его напряжение приближается к 13,8 вольт, его нагрузка уменьшается до точки, при которой она больше не требует полной зарядки в 1 ампер. Это точка кроссовера, когда источник питания переходит в режим постоянного напряжения.

В следующем списке спецификаций мы перечислим советы и вопросы, которые вы, возможно, захотите учесть при изучении характеристик источника питания. Внимательно читайте спецификации и всегда смотрите на мелкий шрифт.

Выход

Выходное напряжение и ток (или напряжения и токи для нескольких выходов), конечно, имеют фундаментальное значение.Если вы ищете источник питания для конкретного приложения, подумайте о том, чтобы быть консервативным и покупать больше возможностей, чем вам нужно - в проекты часто добавляются новые функции на поздних этапах цикла проектирования.

Советы и вопросы:

  • Убедитесь, что выходной сигнал указан в допустимом диапазоне входного линейного напряжения (пример: некоторые импульсные источники питания должны быть снижены, например, до 90 В переменного тока).
  • Некоторые блоки питания (обычно импульсные блоки питания) не рассчитаны на выходное напряжение до 0 В.
  • Насколько припас может плавать над или под землей?
  • Насколько выходной дрейф с течением времени? Типичное значение может составлять от 5 до 10 мВ в течение 10 часов при постоянной нагрузке и входном напряжении.
  • Если на выходе фиксированное напряжение, можно ли его немного отрегулировать до желаемого значения?
  • Проверьте, есть ли в источнике питания дистанционное зондирование. Дистанционное измерение использует две входные клеммы с высоким импедансом для измерения выходного напряжения источника питания. При подключении к нагрузке эта функция может корректировать падение напряжения в соединительных проводах питания и нагрузки.
  • Некоторые блоки питания имеют защиту на выходе. Иногда это называют «лом», «защитой от перенапряжения» или «защитой от предельного напряжения». Эта функция либо ограничивает выходное напряжение до значения, установленного пользователем, либо отключает выход, если выходное напряжение достигает установленного предела. Цель состоит в том, чтобы обеспечить защиту цепей, чувствительных к напряжению. Пример: вы запитываете логическую схему на 5 В с источником питания, способным обеспечить выходное напряжение 40 В. Вы устанавливаете защиту источника питания от перенапряжения на 5.5 вольт. Тогда выходное напряжение никогда не будет превышать 5,5 вольт, независимо от того, на сколько вы поворачиваете ручку регулировки напряжения. Примечание: «лом» обозначает устройство (обычно SCR), которое закорачивает выход при превышении установленного предела напряжения. Поведение лома может быть нежелательным - хотя отключение цепи защитит ее, это также может вызвать проблему из-за отсутствия питания цепи!

Постановление

Регулировка нагрузки - это степень изменения выходного напряжения при изменении нагрузки, обычно от 0 до 100% номинального значения.Это можно легко и удобно измерить с помощью современных нагрузок постоянного тока. Типичные характеристики составляют от 0,1% до 0,01%. Если подумать, это отличное поведение - изменение до 1 части из 10 000 (это делается с помощью схем управления с отрицательной обратной связью).

Линейное регулирование - это степень изменения выхода при изменении входного переменного напряжения. Обычно он указывается как мВ на данное изменение входного сигнала или как процентное изменение во всем допустимом диапазоне входного сигнала. Типичные значения снова находятся в диапазоне 0.От 1% до 0,01%.

Для очень требовательных проектов можно узнать, как изменяется выход при изменении трех основных факторов: входного напряжения, нагрузки и температуры. Это редко указывается и, вероятно, придется измерить.

Вышеуказанные нормативные характеристики относятся к установившемуся режиму работы. Переходное поведение важно для некоторых приложений. Можно указать переходное время отклика, оно связано с тем, сколько времени требуется источнику питания для восстановления до заданного значения после внезапного изменения нагрузки или выхода.Это может быть важной спецификацией, когда источник питания используется с цифровой схемой, которая потребляет энергию импульсами. Например, радиопередатчик быстро перейдет из состояния бездействия в состояние полной мощности, что приведет к скачкообразным изменениям спроса на источник питания. Источник питания с плохой переходной характеристикой (или нестабильной реакцией, вызывающей колебания) будет вредным для приложения, потому что он может быть не в состоянии обеспечить достаточную мощность, а его выходные переходные процессы могут быть связаны с цепью, которую он поставляет, что приведет к аномальное поведение.

Пульсация и шум

Не существует общепринятого метода измерения пульсаций и шума. Некоторые поставщики включают внешние схемы при проведении измерений, поэтому, чтобы дублировать их результаты, вам нужно будет связаться с ними, как они проводят свои измерения. Самым простым способом измерения является подключение осциллографа со связью по переменному току к выходу источника питания. Измерение может быть выполнено для синфазного шума (шум на обоих выходах + и - источника питания по отношению к заземлению источника питания переменного тока) или нормального (также называемого дифференциальным режимом) шума, который представляет собой шум, наблюдаемый между + и - клеммы источника питания.Примечание: поскольку внешняя сторона разъема BNC на многих прицелах подключена к заземлению, вам придется использовать изолирующий трансформатор для питания осциллографа или использовать дифференциальный усилитель для измерения шума в нормальном режиме.

Пульсации для линейных источников питания обычно измеряются при удвоенной частоте сети. Что касается импульсных источников питания, вам нужно проверить более высокие частоты, и вы можете увидеть скачки напряжения. Пульсация может быть определена как часть нефильтрованного переменного напряжения и шума, присутствующих на выходе фильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой, и обычно указывается в вольтах (среднеквадратичное значение).С другой стороны, шум обычно определяется как размах переменного напряжения и может быть определен как часть нефильтрованного и неэкранированного шума электромагнитных помех, присутствующего на выходе отфильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой.

Может быть важно знать, в какой полосе частот указан шум. Часто это 20 МГц, так как для его измерения используется осциллограф. Примечание: иногда рябь и шум обозначаются как PARD, что является аббревиатурой от «периодических и случайных отклонений».

Большинство линейных источников питания должны иметь пульсации менее 3 мВ RMS и менее 50 мВ пиковых значений для импульсных источников

* Практический пример : Вот несколько примеров измерений пульсации и шума.Выход блока питания B&K Precision 9130, установленного на 9 В, был подключен через коаксиальный кабель 50 Ом (с использованием переходника с двумя банановыми вилками) к цифровому запоминающему осциллографу B&K Precision 2534 (полоса пропускания 60 МГц). Вход осциллографа был связан по переменному току (канал был проверен, чтобы убедиться, что связь по переменному току не оказывала заметного влияния на амплитуду входного сигнала до 30 Гц). Прицел питался от изоляционного трансформатора медицинского назначения, поэтому измерение шума было дифференциальным, а не синфазным.Не было измеримых пульсаций в линии электропередач, и шум был в основном широкополосным с некоторыми всплесками с основной частотой 40 МГц. Эти шипы не от этого источника питания, потому что i) они присутствовали при выключенном источнике питания и ii) они присутствовали на других приборах на скамейке автора, также выключенных. Вероятно, это цифровые помехи от компьютера автора, проходящие через линию электропередачи. 9130 должен иметь уровень шума менее 3 мВ (среднеквадратичное значение); эта конкретная поставка соответствовала спецификации.Обратите внимание, что это примерные измерения и не предназначены для определения каких-либо конкретных характеристик источников питания 9130 в целом. Тем не менее, мы надеемся, что это показывает, что такая «простая» вещь, как подключение одного кабеля к источнику питания и выполнение измерения, включает в себя ряд вещей, о которых следует подумать. Если бы автор использовал на входе фильтр нижних частот 20 МГц, он бы не тратил время на отслеживание этого паразитного шума.


Рисунок 2: (A) Типичный тепловой шум (B) Более медленный захват (A), показывающий всплеск (~ 15 мВ) (C&D) Подробности всплеска

Температура

Поскольку компоненты, из которых состоят блоки питания, чувствительны к температуре, неудивительно, что блоки питания в целом также могут быть чувствительными к температуре.Это верно даже тогда, когда дизайнеры стараются минимизировать влияние температуры. Современные источники питания лабораторного качества должны иметь температурный коэффициент ниже 0,05% на C. Обычно это указывается в диапазоне рабочих температур, который часто составляет от 0 до 40 ˚C. Обычно подразумевается или предполагается, что источник питания испытывается при постоянной нагрузке без колебаний линии переменного тока.

Вход переменного тока

Источники питания большего размера могут использовать трехфазное питание. Они могут быть более экономичными и немного более эффективными, чем однофазные источники питания, хотя частота пульсаций будет выше.

Изоляция: определяется как напряжение постоянного или переменного тока, которое может быть приложено между входом и выходом без нарушения питания. Типичные числа от 500 до 1500 В. Изоляция источника питания между входом и выходом или шасси обеспечивается изоляцией, обеспечиваемой трансформатором источника питания.

Некоторые источники питания содержат фильтрующие конденсаторы большой емкости, которые, по сути, вызывают короткое замыкание на выпрямитель при первом включении источника питания. В некоторых источниках питания есть схемы, позволяющие минимизировать пусковой ток или распределить его по времени («плавный пуск»).

Спецификация удержания определяет, как долго вход переменного тока может отключиться, а источник питания будет оставаться в режиме регулирования. Заряд, накопленный на конденсаторах фильтра, используется для подачи питания при отключенном входе переменного тока.

По мере увеличения стоимости энергии эффективность энергоснабжения становится все более важной. Эффективность - это выходная мощность, деленная на входную, и, конечно же, всегда будет меньше 100% (обычно она преобразуется в проценты). Лучшие расходные материалы могут быть эффективными на 90% или лучше.Линейные источники питания обычно намного менее эффективны, чем импульсные источники питания.

Точность отслеживания

Некоторые блоки питания с двумя или более выходами могут иметь функцию отслеживания. Здесь один выход будет отслеживать выходное напряжение другого выхода. Это полезно при подаче питания на цепи, которым нужна положительная и отрицательная шина. Спецификация точности отслеживания определяет, насколько точно второй вывод отслеживает вывод первого вывода.

Изоляция по постоянному току

Изоляция означает, насколько клеммы + или - могут быть «плавающими» над или под землей линии питания.Эта спецификация часто включает выходное напряжение источника питания. Важно не превышать спецификацию, так как это может вызвать пробой диэлектрика внутреннего компонента и / или воздействие опасного напряжения. Довольно часто два блока питания подключаются последовательно, чтобы получить более высокое напряжение, чем может обеспечить любой из них. Например, рассмотрим следующую схему:

V out будет суммой напряжений, установленных на источнике питания 1 и источнике питания 2. Обратите внимание, что эта последовательная работа должна быть такой, чтобы ток не превышал ток источника питания с минимальным номинальным током.

Чтобы быть уверенным в том, что вы соблюдаете требования производителя по изоляции постоянного тока, убедитесь, что ни одно из напряжений на любом из внешних проводов относительно земли не превышает спецификации изоляции постоянного тока.

Теория работы

Есть два основных способа работы источников питания: линейное регулирование и режим переключения.

Линейный регламент

Принцип действия источника питания с линейным регулированием показан на следующей схеме:

Входное напряжение обычно поступает от трансформатора, двухполупериодного выпрямителя и конденсаторного каскада фильтра.Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением (полученным, например, из настроек передней панели источника питания), и разница подается на транзистор, чтобы пропускать через него больший или меньший ток. Транзистор обычно биполярный или MOSFET (иногда как часть управляющей ИС для небольших источников питания) и работает в своей линейной области (отсюда и название «линейное» регулирование). Стратегия линейного регулирования имеет преимущества простоты, низкого уровня шума, быстрого времени отклика и отличного регулирования.Недостатком является то, что они неэффективны, так как всегда рассеивают мощность. В приведенной выше схеме вы можете видеть, что транзистор имеет V на - V на выходе через него. Умножьте эту разницу на ток, чтобы получить рассеиваемую мощность. При большой разнице напряжений (т. Е. При низком выходном напряжении источника питания) и большом токе общий КПД может упасть почти до 10%. Максимальный КПД для линейного источника питания обычно составляет около 60%. Типичный средний КПД находится в диапазоне 30-40%.

Режим переключения

Примечание. В этом разделе мы будем называть импульсный источник питания сокращенно SMPS.

Проблемой типичного линейного источника питания является размер и вес трансформатора. Размер нужен из-за низкой частоты (от 50 до 60 Гц). При той же выходной мощности размер трансформатора уменьшается (сильно) с увеличением частоты (до определенного значения). SMPS использует это преимущество, разделяя форму волны переменного тока на множество мелких частей и изменяя их до желаемого уровня напряжения с помощью трансформатора гораздо меньшего размера.Ключевым фактом является то, что переключающий элемент (транзистор) либо выключен, либо полностью включен (насыщен). Падение напряжения на транзисторе невелико (как для биполярного транзистора, так и для полевого МОП-транзистора), что означает, что в нем тратится мало энергии. Когда он выключен, мощность не рассеивается. Это одно из преимуществ эффективности ИИП.

Конденсаторы фильтра также могут быть меньше на этих более высоких частотах, и дроссели более эффективны. Нижний предел частоты составляет 25 кГц (чтобы оставаться выше диапазона человеческого слуха), а современный верхний предел в настоящее время составляет около 3 МГц.Большинство импульсных источников питания используют частоты в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц.

Паразитное поведение и скин-эффект в проводимости становятся важными на более высоких частотах переключения, особенно потому, что формы волны представляют собой прямоугольные волны и богаты гармониками. В пассивных элементах, таких как конденсаторы и катушки индуктивности, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) становится важным и приводит к неэффективности. Резисторы должны быть неиндуктивными. Тщательно продуманные, оптимизированные схемы переключения режимов могут обеспечить эффективность 95%, но типичный SMPS имеет КПД около 75%, что все же намного лучше, чем у типичного линейного источника питания.Это одна из причин, по которой они повсеместно используются в персональных компьютерах.

Еще одним преимуществом SMPS является то, что переключение может модулироваться различными способами в зависимости от условий нагрузки. Выход источника питания регулируется с помощью цепи обратной связи, которая регулирует время (рабочий цикл), с которым MOSFETs включаются или выключаются.

Преимущества импульсных источников питания не связаны с некоторыми затратами. Более высокие частоты и переключение означают более высокие уровни электромагнитных помех (EMI), как излучаемых, так и кондуктивных.Это может вернуть коммутационный шум в линию электропередачи. Управляющая электроника также стала более сложной (особенно в последнее время из-за желания иметь более высокие коэффициенты мощности).

Импульсные источники питания могут с трудом вырабатывать низкое напряжение. Это связано с тем, что транзистор должен переключать ток, то есть SMPS не может работать, пока не будет протекать достаточный ток. Из-за этого импульсные источники питания часто имеют минимальное выходное напряжение.

Применение источника питания

http: // www.amtex.com.au/ApplicationNotesPower.htm

Использование источника питания для создания смещения постоянного тока с помощью функционального генератора

Если источник сигнала, такой как функциональный генератор, не имеет возможности смещения постоянного тока, вы можете эффективно добавить эту функцию, используя источник питания постоянного тока. Как и в спецификации на изоляцию постоянного тока источника постоянного тока, важно, чтобы такой режим работы источника сигнала был разрешен производителем и чтобы вы не превышали спецификации. Вам также понадобится источник сигнала, выходные клеммы которого (обычно разъем BNC) изолированы от земли.Если разъем не изолирован от земли, прибор можно изолировать от земли линии питания с помощью изолирующего трансформатора. Однако металлическое шасси инструмента может быть выше или ниже потенциала земли при смещении постоянного тока, поэтому примите соответствующие меры против поражения электрическим током. Способ подключения показан на следующей схеме.

Причина, по которой это может быть полезно, заключается в том, что сигнал функционального генератора затем может быть вставлен в схему, которая смещена выше или ниже земли (или источник питания постоянного тока может подавать смещение, например, для транзистора).Вы должны быть осторожны, чтобы не превысить текущие возможности функционального генератора.

Источники питания: вопросы и советы

Как измерить эффективность блока питания?

Если для вас важна эффективность, вы должны тщательно ее измерить. Для типичного источника постоянного тока, работающего от сети переменного тока, вам необходимо измерить входную мощность переменного тока и мощность постоянного тока, выдаваемую источником, как показано на следующей диаграмме:

Наверное, лучший инструмент для измерения мощности переменного тока, используемой источником постоянного тока, - это осциллограф.Вам нужно будет измерить переменное напряжение и переменный ток, поступающие в блок питания. Лучшим подходом, вероятно, является использование неиндуктивного токового шунта для измерения тока и двух независимых дифференциальных усилителей для измерения входного переменного напряжения источника питания и переменного напряжения на шунте. Форма волны мощности может быть получена путем умножения формы волны тока и напряжения с помощью осциллографа. При подходящей полосе пропускания осциллографа и усилителей это будет точное измерение, покажет вам коэффициент мощности и расскажет о любых гармониках / переходных процессах линии питания, связанных с работой источника питания постоянного тока.Если ваш осциллограф не может выполнить умножение, вы все равно можете измерить среднеквадратичные значения напряжения и тока, измерить коэффициент мощности и умножить эти три вместе.

Для измерения мощности, потребляемой нагрузкой, вы можете использовать измерители напряжения и тока источника постоянного тока, если вы знаете, что они точны. Для подтверждения вы можете вместо этого использовать нагрузку постоянного тока с такими же характеристиками нагрузки.

Тогда измеренный КПД в процентах будет

.

, где P в - это измеренная входная мощность переменного тока, а P out - измеренная выходная мощность постоянного тока, оба в одних и тех же блоках питания.

Почему существует такая большая разница в ценах на блоки питания?

Аналогичный вопрос можно задать об автомобилях. Оба вопроса имеют один и тот же ответ: существует множество факторов, и простой ответ, вероятно, невозможен. Некоторые из факторов:

  • Имя и репутация продавца

  • Насколько консервативен дизайн

  • Количество и тип конкурирующих единиц

  • Сертификаты (e.г., безопасность, EMI и др.)

  • Надежность конструкции (и усилия, затраченные на ее проверку)

  • Качество используемых компонентов и конструкции

  • Количество функций

При оценке источника питания (или любого другого оборудования) следует учитывать общую стоимость владения. Включите стоимость ежегодных калибровок и любые предполагаемые потери из-за недоступности или необходимости ремонта или замены устройства в случае его выхода из строя.По прошествии десяти лет и более эти затраты могут легко превысить первоначальную стоимость источника питания.

Что лучше: режим переключения или линейный?

Это зависит от того, что вы подразумеваете под словом «лучший». Вы можете получить некоторые рекомендации из следующей таблицы:

Тип

Сильные стороны

Слабые стороны

Линейная

  • Низкий уровень шума и электромагнитных помех
  • Хорошая регулировка линии и нагрузки
  • Быстрая переходная характеристика
  • Может производить очень низкий выходной ток
  • Низкий КПД (в среднем 30-40%)
  • Масса (трансформатор)
  • Радиаторы большего размера
  • Дороже для большей мощности

Режим переключения

  • Высокая эффективность (в среднем 75%, в некоторых случаях около 95%)
  • Более доступный для большей мощности
  • Более легкий
  • Невозможно подавать низкое напряжение, требуется минимальный ток
  • Больше шума (включая импульсный шум и нарушения ЭМС)
  • Намного более медленный переходной отклик по сравнению с линейным

Дополнительные комментарии по этим двум типам см. В разделе «Теория работы».

Все большую популярность приобретают гибридные технологии, использующие как линейные, так и переключающие схемы. Целью этого подхода является создание источников питания, характеристики которых сочетают в себе преимущества технологий линейного и импульсного режимов.

Что такое лом?

Это защитное устройство, используемое на выходе источников питания (обычно SCR) для короткого замыкания выхода, если выходное напряжение превышает установленный уровень. См. Раздел «Выход» в разделе «Характеристики источника питания».

Как лучше всего проверить блок питания под нагрузкой?

Безусловно, отличный способ - протестировать его с реальной нагрузкой, которую он предназначен, если это возможно. Однако это может не повлиять на поставку настолько, чтобы много рассказать о ее пригодности и надежности для вашего приложения. Отличным инструментом для проверки блоков питания является нагрузка постоянного тока. Их можно запрограммировать на применение самых разных нагрузок к источнику питания, и они могут делать это безостановочно. После того, как определенная поставка квалифицирована, они становятся хорошими инструментами для текущей или входящей проверки.

Как измерить пульсацию и шум?

Это можно сделать с помощью осциллографа или широкополосного среднеквадратичного вольтметра переменного тока. Но есть нюансы, о которых следует знать - см. Раздел «Пульсация и шум» в разделе «Характеристики источника питания».

Сопротивление провода и контакта

Контактное сопротивление в плохих соединениях или плохо выполненных механических соединениях может добавить значительные нагрузки, особенно в сильноточных приложениях. Плохое или корродированное гофрированное соединение может иметь сопротивление в сотни миллиомов или даже выше ома.Это снижает эффективность и создает горячие точки. Если вам когда-либо приходилось чистить клеммы аккумулятора на вашем автомобиле, чтобы он завелся, вы видели проблему.

Медный провод 10 калибра имеет сопротивление немногим более 3 Ом / м. Для цепи с проводом длиной 10 м это 30 мОм. Таким образом, соединение 100 мОм обеспечит 75% сопротивления проводки (а также потеряет 75% мощности, потерянной в проводке).

Плохие соединения относительно легко найти, если вы можете получить доступ к проводу под нагрузкой. Цифровой мультиметр можно использовать для измерения падения напряжения на соединениях (будьте осторожны, когда по проводам передаются значительные напряжения).Зная ток (измерьте его с помощью накладного амперметра постоянного тока, если измеритель источника питания не подходит), вы можете рассчитать сопротивление соединения. Если провод изолирован, доступны специальные пробивающие изоляцию щупы, такие как CalTest Electronics CT3044 или Pomona 5913. Если вы используете пробивные щупы, сначала отключите питание - случайная дуга может повредить острые наконечники (кроме потенциальная угроза безопасности).

Могу ли я подключиться параллельно?

Нагрузке для работы требуется n источников питания, поэтому используется n + 1 источник питания, что позволяет одному из них выйти из строя.Диоды должны изолировать источники питания друг от друга (они могут понадобиться, а могут и не понадобиться; опять же, спросите своего поставщика). Для источников питания может потребоваться соединение линий управления, чтобы они могли разумно распределять нагрузку. Требование состоит в том, чтобы на выходе каждого источника было одинаковое напряжение, чтобы они поровну распределяли нагрузку. Проводка должна быть короткой, и каждая ветвь должна быть одинаковой для каждого источника питания.

М. Шварц, Передача информации, модуляция и шум, 2-е изд., McGraw-Hill, 1970, ISBN 07-055761-6.

http://www.abbottelectronics.com/engineer/glossary.htm

http://www.currentsolutions.com/knowledge/glossary.htm

Регулировка линии
Насколько изменяется напряжение или ток нагрузки, когда источник питания работает при различных линейных напряжениях в заданном диапазоне. Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
Регулировка нагрузки
Насколько изменяется напряжение или ток нагрузки при работе источника питания на холостом ходу и при полной нагрузке.Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
КПД
Измеренный в процентах, он указывает количество выходной мощности по сравнению с мощностью, потребляемой в системе.
EMI
Электромагнитные помехи
Пусковой ток
Начальная величина тока, потребляемого источником питания при запуске.Иногда его называют пусковым током, и обычно он на несколько значений превышает установившееся значение источника питания.
Инвертор
Электрическое устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный ток.
Дистанционное зондирование
Предоставляется в некоторых приборах, которые можно использовать для измерения напряжения тестируемого устройства на его клеммах, чтобы обеспечить точные показания для компенсации падений напряжения на выводах, подключенных к прибору и тестируемому устройству.
Постоянное напряжение
Стабилизированный источник питания, который подает постоянное напряжение на нагрузку, даже когда сопротивление нагрузки изменяется до значения, не превышающего предельный ток источника питания.
Постоянный ток
Регулируемый источник питания, который подает постоянный ток на нагрузку даже при изменении сопротивления нагрузки. Обратите внимание, что источник питания должен соответствовать закону Ома.
Предел тока
Значение, установленное как предел тока, который может выдавать блок питания.Когда ток достигает предела, типичный источник питания CV / CC переключается из режима CV в режим CC. Это также известно как точка пересечения.
Защита от перегрузки
Функция защиты в большинстве источников питания постоянного тока, предотвращающая потребление каким-либо устройством большей мощности, чем предназначены для выработки.
Защита от перенапряжения
Защита, используемая во многих источниках питания, ограничивает величину выходного напряжения.
Параллельная работа
Этот режим работы, применяемый во многих источниках питания с двойным и тройным выходом, позволяет подключать два или более независимых выхода параллельно для увеличения токового выхода.
Последовательная работа
Режим работы многих источников питания с двойным и тройным выходом, в котором два или более независимых выхода последовательно соединяются для увеличения выходного напряжения.
PARD
Периодические (пульсации) и случайные (шум) отклонения выходного напряжения от заданного значения.
PWM
Широтно-импульсная модуляция
Разрешение
Наименьшее изменение напряжения или тока, которое может быть выполнено регулировкой органов управления.
Тепловая защита
Защита от повреждения источника из-за чрезмерной температуры.
Переходное время восстановления
Время, необходимое источнику питания для восстановления своей выходной мощности после ступенчатого изменения.
AC
Переменный ток. Описывает напряжение и ток, которые изменяются по амплитуде, обычно синусоидальной формы волны по времени. Электропитание переменного тока почти повсеместно используется для распределения электроэнергии.
Blackout
Потеря мощности переменного тока.
Понижение напряжения
Запланированное снижение напряжения переменного тока энергокомпанией для противодействия чрезмерному спросу.
Емкостная связь
Два отдельных проводника всегда образуют конденсатор. Чем они ближе, тем больше вероятность электростатического воздействия колебаний напряжения на одном проводе на другом проводе (в отличие от индуктивной связи).
Индуктивная связь
Когда в одном проводе протекает изменяющийся ток, в соседнем проводе индуцируется напряжение из-за магнитного поля, вызванного током (в отличие от емкостной связи).
Пик-фактор
В сигнале переменного тока пик-фактор - это отношение пикового значения к среднеквадратичному значению.
DC
Постоянный ток. Используется для описания неизменного напряжения, тока или электрической мощности.
Drift
Изменение во времени выходного напряжения или тока.
Электронная нагрузка
Тип прибора, который служит нагрузкой, обычно динамической, и может использоваться для тестирования источников питания и источников питания.
ESR
Эквивалентное последовательное сопротивление. Простая «последовательная» модель конденсатора или катушки индуктивности помещает чистое реактивное сопротивление последовательно с чистым резистором, величина которого обычно называется ESR. Часто измеряется на электролитических конденсаторах большего размера, и высокое значение ESR обычно указывает на неисправный конденсатор.
Заземление
Электрическое заземление в системе переменного тока - это провод, который соединен с землей, отсюда и название «земля». Причина такого подключения кроется в необходимости защиты пользователей электрического оборудования от поражения электрическим током.Электроэнергия доставляется к месту использования с помощью трансформатора, установленного на опоре или другого типа. Выход такого трансформатора состоит, по существу, из двух выводных проводов, между которыми имеется напряжение использования. По ряду сложных причин, связанных с безопасностью, один из этих выводных проводов трансформатора подключается к земле с помощью медной шины, вбитой в землю.
Минимальная нагрузка
Если указан для источника питания, это минимальный ток нагрузки, который должен быть получен от источника питания, чтобы он соответствовал его рабочим характеристикам.
Скачок
Кратковременное повышение напряжения в сети переменного тока.
Выходное сопротивление
Отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки.
Коэффициент мощности
Отношение активной и полной мощности. Это определяет, сколько тока требуется для выработки определенного количества энергии. Всегда желательно, чтобы отношение было как можно ближе к 1. Система с более низким коэффициентом мощности означала бы большую потерю мощности для выполнения того же объема работы по сравнению с системой с более высоким коэффициентом мощности.
Пульсации напряжения
Часть нефильтрованного переменного напряжения и шума на выходе фильтрованного источника питания, работающего при полной нагрузке. Обычно указывается в среднеквадратичных значениях напряжения переменного тока (с нулевыми пульсациями напряжения, представляющими идеально отфильтрованный источник питания).
Пульсации тока
Часть нефильтрованного переменного тока на выходе фильтрованного источника питания.
RMS
Среднеквадратичное значение. Для любой формы сигнала среднеквадратичное значение представляет собой квадратный корень из среднего значения суммы квадратов выбранных значений.Для непрерывной функции применима аналогичная интегральная формула.
Защитное заземление
Цепь, предназначенная для отвода опасного напряжения (из-за дефекта или аварии), тем самым защищая людей от случайных ударов. Металлические крышки инструментов и приборов заземлены (и, следовательно, называются защитным заземлением). Таким образом, если электрически «горячий» провод внутри устройства случайно касается металлического корпуса, подключение к защитному заземлению означает, что металл будет оставаться рядом с потенциалом земли.Обычно в таком состоянии срабатывает автоматический выключатель.
Диапазон температур
Диапазон, в котором рассчитан источник питания. Он также может обозначать диапазон температур, в котором может храниться источник питания.
Истинная мощность
Также называемая реальной мощностью, обычно измеряется в ваттах.
Полная мощность
Произведение среднеквадратичного значения тока и среднеквадратичного напряжения, обычно измеряемое в единицах ВА (вольт-амперы).

Электропитание | Encyclopedia.com

Требования к источникам питания

Батареи в качестве источников питания

Вставные блоки питания

Регулировка напряжения источника питания

Цепи регулирования напряжения

Источники питания и взаимодействие нагрузки

Уменьшение пульсаций

Минимизация влияние изменений сетевого напряжения

Лабораторные источники питания

Простые трансформаторные источники питания

Импульсные источники питания

Важность источников питания

Ресурсы

Электропитание - это устройство, которое обеспечивает энергию, необходимую для электрического или электронного оборудования оборудование.Часто электричество напрямую доступно только из источника с несоответствующими электрическими характеристиками, например, переменного тока (AC) вместо постоянного (DC), и для изменения мощности необходим источник питания в соответствии с требованиями оборудования. Поскольку цифровые устройства, которых так много, работают на довольно низком напряжении постоянного тока, в то время как мощность обычно доступна в виде переменного тока с довольно высоким напряжением, источники питания обычно преобразуют переменный ток в постоянный, повышая и понижая напряжение по мере необходимости. Они также необходимы для кондиционирования питания и тока от батарей к чувствительным устройствам.Например, фонарик не содержит источника питания, а цифровой фотоаппарат есть. Источники питания часто обеспечивают защиту от сбоев источника питания, которые могут повредить оборудование. Они также могут обеспечивать изоляцию от потенциально опасного электрического шума, который обычно встречается на коммерческих линиях электропередач.

Источником питания может быть простая батарея или более сложная, чем оборудование, которое она поддерживает. Соответствующий источник питания является неотъемлемой частью каждого рабочего набора электрических или электронных схем.

Батареи можно было бы использовать для питания почти всего электронного оборудования, если бы не высокая стоимость вырабатываемой ими энергии по сравнению с коммерческими линиями электропередач. Источники питания когда-то назывались вытяжными батареями, подходящее название, потому что они позволяли использовать менее дорогую энергию от коммерческой линии электропередач там, где она доступна. Батареи по-прежнему являются подходящим и экономичным выбором для портативного оборудования со скромными потребностями в энергии.

В аккумуляторах, которые питают электронное оборудование, используются два основных типа химических элементов.Первичные элементы обычно не перезаряжаются. Их следует выбросить после того, как их запас энергии будет исчерпан. С другой стороны, вторичные элементы являются перезаряжаемыми. Свинцово-кислотный вторичный элемент, используемый в автомобильном аккумуляторе, можно перезаряжать много раз, прежде чем он выйдет из строя. Никель-кадмиевые батареи основаны на вторичных элементах.

Электроснабжение домов и предприятий по коммерческим линиям электропередач осуществляется от переменного тока. Однако электронное оборудование почти всегда требует питания постоянного тока (DC).Источники питания обычно меняют переменный ток на постоянный с помощью процесса, называемого выпрямлением. Полупроводниковые диоды, пропускающие ток только в одном направлении, используются для блокировки тока в линии электропередач при изменении полярности. Конденсаторы накапливают энергию для использования, когда диоды не проводят, обеспечивая при необходимости постоянный ток относительно постоянного напряжения.

Из-за плохого регулирования напряжения в электросети свет в доме гаснет при каждом включении холодильника. Точно так же, если изменение тока от источника питания вызывает изменение напряжения, источник питания плохо регулирует напряжение.Большинство электронного оборудования будет работать лучше всего, когда оно будет питаться от источника почти постоянного напряжения. Неопределенное напряжение питания может привести к ухудшению работы схемы.

Анализ характеристик типичного источника питания упрощается за счет моделирования его как источника постоянного напряжения, включенного последовательно с внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление используется для объяснения изменений напряжения на клеммах при изменении тока в цепи. Чем ниже внутреннее сопротивление данного источника питания, тем больший ток он может выдать при поддержании почти постоянного напряжения на клеммах.Идеальный источник питания для цепей, требующих постоянного напряжения с изменяющимся током нагрузки, должен иметь внутреннее сопротивление, близкое к нулю. Блок питания с очень низким внутренним сопротивлением иногда называют «жестким» блоком питания.

Неадекватный источник питания почти всегда снижает производительность электронного оборудования. Например, усилители звука могут издавать искаженный звук, если напряжение питания падает с каждым громким звуковым импульсом. Было время, когда изображение на телевизорах уменьшалось, если напряжение в сети переменного тока упало ниже минимального значения.Эти проблемы менее значительны сейчас, когда регулирование напряжения включено в большинство источников питания.

Есть два подхода, которые можно использовать для улучшения регулирования напряжения источника питания. Поможет простой блок питания, который намного больше, чем требуется для среднего спроса на оборудование. Блок питания большего размера должен иметь более низкое эффективное внутреннее сопротивление, хотя это не является абсолютным правилом. При более низком внутреннем сопротивлении изменения подаваемого тока менее значительны, а регулирование напряжения улучшается по сравнению с источником питания, работающим с максимальной мощностью.

Для некоторых источников питания требуется более высокое внутреннее сопротивление. Для мощных радиолокационных передатчиков требуется источник питания с высоким внутренним сопротивлением, чтобы выходной сигнал мог закорачиваться каждый раз, когда радар передает импульс сигнала, не повреждая схемы. Телевизионные приемники искусственно увеличивают сопротивление источника питания очень высокого напряжения для кинескопа, намеренно добавляя сопротивление. Это ограничивает ток, который будет подаваться, если техник случайно коснется высокого напряжения, которое в противном случае могло бы вызвать смертельный удар электрическим током.

Источники питания с регулируемым напряжением имеют схему, контролирующую их выходное напряжение. Если это напряжение изменяется из-за изменений внешнего тока или из-за сдвигов напряжения в линии питания, схема регулятора выполняет почти мгновенную компенсационную настройку.

При разработке источников питания с регулируемым напряжением используются два общих подхода. В менее распространенной схеме шунтирующий стабилизатор подключается параллельно к выходным клеммам источника питания и поддерживает постоянное напряжение за счет потери тока внешней цепи, называемой нагрузкой, которая не требуется.Ток, подаваемый нерегулируемой частью источника питания, всегда постоянен. Шунтирующий регулятор почти не отводит ток, когда внешняя нагрузка требует сильного тока. Если внешняя нагрузка уменьшается, ток шунтирующего регулятора увеличивается. Недостаток шунтирующего регулирования заключается в том, что оно рассеивает всю мощность, на которую рассчитан источник, независимо от того, требуется ли энергия для внешней цепи.

Более распространенная конструкция последовательного регулятора напряжения зависит от переменного сопротивления, создаваемого транзистором, включенным последовательно с током внешней цепи.Падение напряжения на транзисторе регулируется автоматически для поддержания постоянного выходного напряжения. Выходное напряжение источника питания непрерывно измеряется по сравнению с точным эталоном, а характеристики транзистора регулируются автоматически для поддержания постоянного выходного сигнала.

Источник питания с адекватным регулированием напряжения часто улучшает характеристики электронного устройства, которое он питает, настолько, что регулирование напряжения является очень распространенной особенностью всех, кроме простейших конструкций.Обычно используются корпусные интегральные схемы, простые трехконтактные устройства, которые содержат последовательный транзистор и большую часть вспомогательных схем регулятора. Эти «готовые» микросхемы позволили очень легко включить в источник питания возможность регулирования напряжения.

Когда один источник питания обслуживает несколько независимых внешних цепей, изменения в потребляемом токе, налагаемые одной цепью, могут вызвать изменения напряжения, которые влияют на работу других цепей. Эти взаимодействия представляют собой нежелательную передачу сигналов через общий источник питания, вызывающую нестабильность.Регуляторы напряжения могут предотвратить эту проблему, уменьшив внутреннее сопротивление общего источника питания.

Когда переменный ток преобразуется в постоянный, небольшие колебания напряжения на частоте питания трудно полностью сгладить или отфильтровать. В случае источников питания, работающих от сети с частотой 60 Гц, результатом является низкочастотное изменение на выходе источника питания, называемое пульсационным напряжением. Пульсации напряжения на выходе источника питания будут суммироваться с сигналами, обрабатываемыми электронными схемами, особенно в схемах с низким напряжением сигнала.Пульсации можно свести к минимуму, используя более сложную схему фильтра, но их можно уменьшить более эффективно с помощью активного регулирования напряжения. Регулятор напряжения может реагировать достаточно быстро, чтобы отменить нежелательные изменения напряжения.

Напряжение в линии питания обычно беспорядочно колеблется по разным причинам. Специальный трансформатор, регулирующий напряжение, может улучшить стабильность напряжения первичного источника питания. Действие этого трансформатора основано на обмотке катушки, которая включает в себя конденсатор, который настраивает индуктивность трансформатора в резонанс на частоте линии электропередачи.Когда линейное напряжение слишком высокое, циркулирующий ток в резонансной обмотке трансформатора имеет тенденцию насыщать магнитный сердечник трансформатора, снижая его эффективность и вызывая падение напряжения. Когда напряжение в сети слишком низкое, как в жаркий летний день, когда кондиционеры нагружают возможности генераторов и линий электропередач, циркулирующий ток снижается, повышая эффективность трансформатора. Стабилизация напряжения, достигаемая этими трансформаторами, может быть полезной, даже если она не идеальна.Один из первых брендов телевизоров включал резонансные трансформаторы для предотвращения изменений размера изображения, сопровождающих нормальные сдвиги напряжения в сети.

Резонансные силовые трансформаторы тратят впустую энергию, что является серьезным недостатком, и они не работают должным образом, если они не сильно нагружены. Регулирующий трансформатор рассеивает почти полную номинальную мощность даже без нагрузки. Они также имеют тенденцию искажать форму волны переменного тока, добавляя гармоники к своему выходу, что может представлять проблему при питании чувствительного оборудования.

Источники питания с регулируемым напряжением - необходимое оборудование в научно-технических лабораториях.Они обеспечивают регулируемый, регулируемый источник электроэнергии для разрабатываемых испытательных схем.

Лабораторные источники питания обычно имеют два программируемых режима: выход постоянного напряжения в выбранном диапазоне тока нагрузки и выход постоянного тока в широком диапазоне напряжений. Точка перехода, при которой действие переключается с постоянного напряжения на действие с постоянным током, выбирается пользователем. Например, может быть желательно ограничить ток в тестовой цепи, чтобы избежать повреждения в случае возникновения скрытой неисправности цепи.Если схема требует тока меньше выбранного значения, схема регулирования будет удерживать выходное напряжение на выбранном значении. Если, однако, схема требует больше, чем выбранный максимальный ток, схема регулятора снизит напряжение на клеммах до любого значения, которое будет поддерживать выбранный максимальный ток через нагрузку. Цепи с питанием никогда не будут позволять пропускать ток, превышающий выбранный предел постоянного тока.

Переменный ток требуется для большинства линий электропередачи, поскольку переменный ток позволяет изменять отношение напряжения к току с помощью трансформаторов.Трансформаторы используются в источниках питания, когда необходимо увеличить или уменьшить напряжение. Выход переменного тока этих трансформаторов обычно должен быть преобразован в постоянный ток. Результирующий пульсирующий постоянный ток фильтруется для создания почти чистого постоянного тока.

Относительно новая разработка в технологии источников питания, импульсный источник питания, становится все более популярной. Импульсные блоки питания легкие и очень эффективные. Почти все персональные компьютеры питаются от импульсных источников питания.

Импульсный источник питания получил свое название от использования транзисторных ключей, которые быстро переключаются на проводимость и отключаются. Ток проходит сначала в одном направлении, а затем в другом, проходя через трансформатор. Пульсации выпрямленного коммутационного сигнала имеют гораздо более высокие частоты, чем частота линии электропередачи, поэтому содержание пульсаций можно легко минимизировать с помощью небольших фильтрующих конденсаторов. Регулировка напряжения может быть достигнута путем изменения частоты переключения. Изменения частоты переключения изменяют КПД трансформатора источника питания в достаточной степени, чтобы стабилизировать выходное напряжение.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Переменный ток - Электрический ток, который течет сначала в одном направлении, затем в другом; сокращенно AC.

Постоянный ток (DC) - Электрический ток, который всегда течет в одном и том же направлении.

Фильтр - Электрическая схема предназначена для сглаживания колебаний напряжения.

Гармоника - Целое число, кратное основной частоте.

Гц— Сокращенное обозначение в системе СИ для Герц, единицы частоты (1 Гц = один цикл в секунду).

Внутреннее сопротивление - Фиктивное сопротивление, предлагаемое для объяснения колебаний напряжения.

Моделирование - Анализ сложного устройства с помощью более простой аналогии.

Ом— Единица электрического сопротивления, равная 1 вольт на ампер.

Параллельно - Параллельное электрическое соединение.

Выпрямление - Преобразование переменного тока (AC) в постоянный (DC) путем блокировки обратного потока заряда.

Пульсация— Повторяющееся изменение напряжения из-за недостаточной фильтрации.

Импульсные источники питания обычно не повреждаются при внезапных коротких замыканиях. Действие переключения прекращается почти сразу, защищая питание и нагрузку цепи. Говорят, что импульсный источник питания остановился, когда чрезмерный ток прерывает его действие.

Импульсные источники питания имеют малый вес, поскольку их компоненты более эффективны на более высоких частотах. Трансформаторам требуется гораздо меньше железа в сердечниках на более высоких частотах.

Импульсные источники питания имеют незначительную пульсацию на слышимых частотах. Изменения в выходной мощности импульсного источника питания неслышны по сравнению с гудением, которое характерно для источников питания, работающих при частоте сети переменного тока 60 Гц.

Источники питания - не самая привлекательная часть современной техники, но без них электронные продукты, которыми мы окружены, не могли бы функционировать.

См. Также Электричество; Электроника.

КНИГИ

Ленк, Рон. Практическое проектирование источников питания . Нью-Йорк: Wiley / IEEE, 2005.

Марк, Раймонд А. Демистификация импульсных источников питания . Оксфорд, Великобритания: Newnes, 2005.

Дональд Бити

KEPCO, INC .: ТЕКУЩИЕ - ТОМ. 7, № 1

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Выступление Фрэнка Тойча, менеджера по продажам, на праздновании 50-летия Kepco

Индустрия источников питания восходит к началу 1920-х годов, когда впервые были разработаны примитивные устройства, служившие в качестве устройств для удаления батарей типа «B» для питания радиоприемников как на коммерческом, так и на потребительском рынках.

Рынок отдельных источников питания испарился примерно в 1929 году, когда большинство производимых радиоприемников имели встроенный источник питания. Потребность в автономных источниках питания оставалась относительно небольшой в 1930-х и 1940-х годах. Доминирующей технологией того периода были линейные регуляторы на электронных лампах.

Источники питания использовали вакуумные лампы как для элементов питания, так и для элементов управления. Обычно для получения стабильного опорного сигнала использовалась лампа стабилизатора напряжения (VR), предшественница сегодняшних стабилитронов.Управление в значительной степени ограничивалось ручным вращением ручек. В те дни мы не слишком заботились о расточительстве. В нормальных условиях электронные лампы сильно нагреваются, и, если только пластина ламп не светится красным или стекло не начинает плавиться, это никого не беспокоит.

Модель 700 Электропитание вакуумной трубки
Электропитание, 0-350 В, 0-750 мА

В середине 1940-х годов три компании открыли магазины в относительно малоизвестном районе Куинса, штат Нью-Йорк. Этими компаниями, которые в конечном итоге стали лидерами отрасли, были Lambda, Sorenson и Kepco.Хотя все три компании существуют сегодня, только Kepco сохраняет свою независимость и первоначальное владение и продолжает работать в Квинсе, штат Нью-Йорк.

Ранний логотип Kepco Laboratories

Важной вехой в отрасли стали 1950-е годы, когда полупроводники были впервые применены в конструкции источников питания. По мере распространения на рынке полупроводниковых конструкций (транзисторы заменяли лампы), беспокойство по поводу рассеяния тепла и тепла доминировало в мышлении разработчиков источников питания. германиевые транзисторы не обладали способностью светиться в темноте, как и лампы, они просто плавились и гасли.Разработчикам этих продуктов внезапно пришлось серьезно отнестись к своей термодинамике.

Kepco Type SC, первый «транзисторный» источник питания

Продукты, использующие транзисторы, были ограничены низковольтными моделями со скромными уровнями мощности или гибридными конструкциями, в которых использовались полупроводники в цепи управления и вакуумные лампы в силовом каскаде, чтобы сделать возможными продукты с более высоким напряжением. В 1950-х и начале 1960-х годов источники питания, использующие технологию Mag-Amp, удовлетворяли требованиям приложений, требующих значительно большей мощности.

Kepco Type KM, конструкция Mag-Amp

В это же время появилась концепция первых дистанционно программируемых источников питания. Пионером в этой области был доктор Кеннет Купферберг, один из основателей Kepco, которому за свою карьеру было присвоено 14 патентов.

В 60-е годы мир все еще был аналоговым. Компьютеры все еще находились на ранней стадии развития. Большая дискуссия была сосредоточена на аналоговых вычислениях [управление операционными усилителями для моделирования и моделирования] и этой странной концепции, называемой цифровыми вычислениями.В то время линейные последовательные источники питания рассматривались скорее как усилители мощности, чем как источник питания. Эта концепция усилителя использовала высокий коэффициент усиления и линейность транзисторов и позволила создать операционные усилители большой мощности. Как операционные усилители, они были созданы для масштабирования, суммирования, интеграции или управления сигналами. Для этого производились блоки питания, обеспечивающие доступ ко всем узлам управления. Элементы управления как вводом, так и обратной связью могут быть удалены и заменены пользователем, чтобы разрешить манипулирование выводом для удовлетворения многих разнообразных приложений.

В 1960-х годах также были представлены истинно биполярные (четырехквадрантные) блоки источника / поглотителя и концепция феррорезонанса для коррекции колебаний напряжения источника в высоконадежном корпусе с малым количеством деталей.

Модель противовыбросового превентора Kepco с биполярным 4-квадрантным питанием
(см. Технические характеристики противовыбросового превентора)

В 1970-х годах энергетический кризис, охвативший весь индустриальный мир, предоставил импульсным источникам питания возможность вновь выйти на поверхность и занять значительную позицию на рынке электроники.

Проектирование и производство импульсных источников питания восходит как минимум к 1950-м годам. В то время эта продукция производилась в огромных количествах, в основном для замены вибраторов. В те дни вибраторы преобразовывали 12 В автомобиля в постоянный ток высокого напряжения путем механического переключения (первый импульсный источник питания)! Позже для электрического переключения стали использовать германиевые транзисторы.

Основная проблема, которая препятствовала развитию и более широкому использованию этой топологии, заключалась в ее относительно низком частотном диапазоне (в пределах среднего звукового спектра), из-за которого эти продукты раздражающе свистели.

Большим прорывом в 1970-х годах стала разработка феррита с низкими потерями (материал сердечника трансформатора) в сочетании с легкодоступными высокоскоростными кремниевыми транзисторами, которые сделали возможной практическую реальность высокочастотных продуктов, которые могли работать на частотах выше 20 кГц, где они были неслышимы.

В течение этого же десятилетия линейный источник питания с высоким коэффициентом усиления был усовершенствован благодаря новому уровню интеллекта - способности выполнять команды с главного компьютера по стандартной коммуникационной шине.

Цифровое управление вживлялось в переднюю часть линейных источников питания. Самые первые интерфейсы состояли из цепей резисторов, которые были параллельны герконовым реле для создания управления BCD Digital. Затем последовало цифро-аналоговое преобразование [ЦАП] для управления напряжением, и, наконец, в середине десятилетия промышленность источников питания приняла стандарт измерительной шины, представленный компанией Hewlett Packard как HPIB. Он был принят Институтом инженеров по электротехнике и электронике как IEEE-488, а позже переименован в GPIB производителями приборов.До этого отраслевого стандарта промышленность была ограничена последовательной шиной RS232, которая была очень медленной и ограничивалась относительно ограниченными расстояниями между контроллером и прибором.

В Европе это известно как шина IEC.

В 1980-е годы на рынок вышло много новых начинающих компаний, производящих переключаемые продукты. Многие из этих новых компаний базировались в Азиатско-Тихоокеанском регионе, сначала в Японии, а затем переместились в Тайвань и Гонконг.

За это десятилетие качество и рабочие характеристики коммутаторов существенно улучшились.Рабочие частоты также увеличились с диапазона 25-50 кГц до 100 кГц и даже до 1 мегагерца, поскольку полевые транзисторы заменили биполярные транзисторы.

Сейчас мы находимся более чем на полпути в 1990-е годы, и мы уже испытали множество изменений. Например, эта отрасль, движимая требованиями рынка, создала коммутационные устройства, которые работают на все более высоких частотах и ​​построены с использованием технологии поверхностного монтажа (SMT), что существенно снижает их физический размер.Мы видели эти же продукты, предлагающие такие функции, как вход с широким диапазоном , для согласования с источниками напряжения по всему миру, коррекция активного коэффициента мощности , для минимизации гармонических искажений в линиях электропередач и для принудительного разделения тока, для обеспечения этих продуктов с возможность отказоустойчивой работы.

Kepco Model HSP, резервирование N + 1 с горячей заменой
(см. Технические характеристики HSP)

В современных отказоустойчивых энергосистемах обычно используется метод, известный как параллельное резервирование N + 1.Преимущество этого метода перед традиционной схемой параллельного подключения заключается в возможности распределения мощности (разделения тока) и минимизации нагрузки на отдельные блоки. Популярность подхода к системе с резервированием N + 1 с разделением тока возросла настолько быстро, что он стал фактическим стандартом в отрасли.

Kepco Model VXI-27, интерфейс VXI
управляет до 27 удаленными источниками питания

(см. Спецификации VXI-27)

Еще одна тенденция, вызывающая повышенный интерес, - это тенденция, которую иногда называют стабилизацией в точке использования; распределение мощности при некотором промежуточном напряжении (48 В, 150 В, 400 В).Этот метод также известен как «распределенная мощность». Он основан на использовании большого источника питания для преобразования переменного тока из сети в постоянный ток, который затем, в свою очередь, питает любой из ряда преобразователей постоянного тока в постоянный ток меньшей мощности, размещенных непосредственно в точке нагрузки. Этот метод распределения мощности позволил снизить количество проводов в системе, что привело к более управляемым размерам жгутов, что упростило сборку продуктов и уменьшило их общий размер.

Источники питания для КИП теперь взаимодействуют с IEEE 488.2, поддерживают VXI и поддерживают различные архитектуры программных панелей.

Что нас ждет на горизонте следующего этапа эволюции источников питания - оставайтесь с нами!


.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *