Импульсный блок питания принцип работы: Принцип работы у импульсного блока питания

Содержание

Импульсные блоки питания — устройство, применение, неисправности и ремонт

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Среди всех блоков питания можно выделить два основных типа:

  • линейные;
  • импульсные (инверторные) источники.

В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.

Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.

Основные отличия импульсных стабилизаторов.

Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор.

Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.

При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов.

Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.

Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:

  • входной выпрямитель;
  • блок конденсаторов;
  • схема управления;
  • выходные ключи;
  • импульсный трансформатор;
  • вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.

За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.

Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.

На ШИМ - контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.

Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них.

Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.

Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.

Часто производители бытовой техники вообще не предусматривают ремонт, выполняя корпус устройства неразборным или заливая печатную плату вместе с элементами специальным компаундом.

Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения.

Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.

Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Импульсные блоки питания в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств мощностью от долей ватта до единиц киловатт. Верхний предел ограничен параметрами выпускаемых на текущий момент транзисторов. Это ограничение можно обойти довольно просто, соединяя несколько идентичных маломощных блоков питания параллельно.

Для одинаковой и равномерной нагрузки отдельных составляющих, они объединяются по сигналам обратной связи. Постоянное совершенствование технологии разработки и конструирования полупроводниковых приборов, создание новых классов транзисторов (IGBT, MOSFET) стимулирует создание все более мощных импульсных устройств.

Даже большое число параллельно включенных устройств по массе и габаритам значительно меньше аналогичного по мощности понижающего трансформатора стандартной частоты 50 Гц, поэтому очень часто делают некоторый избыток блоков для того, чтобы при выходе одного из них он автоматически выключался и работа устройств не нарушалась.

Сам принцип работы обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения. Например импульсные блоки питания бытовых устройств при нормальном напряжении сети 220 В, способны работать вплоть до диапазона 80 — 250 В, то есть при таких напряжениях, когда обычный линейный стабилизатор выходит из границ стабильной работы.

ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ

Как ни странно будет звучать, но импульсным блокам питания гораздо страшнее низкое входное напряжения, чем высокое. Верхний предел обычно ограничен номинальным напряжением электролитических конденсаторов фильтра и допустимым обратным напряжением выпрямительных диодов.

Длительная работа при пониженном входном напряжении вызывает перегрев и тепловой пробой ключевых транзисторов, поскольку, чем ниже напряжение на входе, тем больше время открытия ключей для получения нужного напряжения на выходе трансформатора.

Многие импульсные блоки питания нестабильно работают, когда нагрузка выхода имеет малое значение или вообще отсутствует. Отсутствие обратной связи на входе ШИМ контроллера приводит к тому, что транзисторные ключи полностью открываются и блок выходит из строя буквально через несколько минут. Соответствующие схемные решения позволяют избавиться от такого недостатка.

Наиболее часто неисправности импульсных блоков питания вызываются:

  • выходом из строя диодов выпрямительного моста;
  • электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра;
  • ключевых транзисторов.

Такое обычно происходит в случае сильно завышенного входного напряжения или длительной работы при пониженном. В подавляющем большинстве случаев даже нет необходимости в измерительных приборах — повреждения видны невооруженным глазом по разрушенным и вздувшимся элементам.

Гораздо реже выходят из строя элементы управляющей схемы (ШИМ-контроллера) и обратной связи. В данном случае без измерений не обойтись.

Крайне редки случаи повреждения импульсного трансформатора. Обычно их габариты позволяют выполнять сборку с большими запасами по току и мощности. Поэтому неисправности случаются только при некачественном выполнении.

Практика ремонтов показывает, что львиная доля неисправностей происходит по причине крайне низкого качества некоторых типов электролитических конденсаторов.

Падение емкости или большое внутреннее сопротивление конденсаторов выходных цепей может приводить к неправильной работе обратной связи, в результате чего выходное напряжение перестает соответствовать норме.

В некоторых случаях конденсаторы могут вызывать срабатывание защиты. Внешне неисправные конденсаторы могут иметь вздутие на торцах корпуса. Такие элементы следует менять на исправные, не тратя время на их проверку.

Обычно ремонт серьезных импульсных блоков питания требует несколько большей квалификации специалистов, чем ремонт традиционных схем и требует таких измерительных приборов, как осциллограф.

Внимание!

Часть элементов схемы блока питания находится под напряжением сети. Это выпрямительные диоды, конденсаторы, ключевые транзисторы и первичная обмотка импульсного трансформатора.

Ремонт таких устройств можно выполнять только при отключенном блоке с разряженными конденсаторами фильтра. В крайнем случае можно производить некоторые работы и под напряжением, но только с обязательной гальванической развязкой блока от питающей сети через разделительный трансформатор.

Для исключения попадания электромагнитных помех в питающую сеть, на входе блока обычно ставят помехоподавляющий фильтр, элементы которого соединены непосредственно с экранирующим кожухом. Таким образом, кожух оказывается гальванически связан с проводами питающей сети.

При прикосновении к корпусу прибора можно получить удар электрическим током, опасным для жизни. Для обеспечения безопасности, все импульсные блоки питания должны быть в обязательном порядке заземлены или иметь корпус из изоляционного материала.

Современное бытовое оборудование и часть промышленного позволяют производить заземление непосредственно через шнур питания. Для этого в паре розетка — вилка предусмотрены отдельные контакты для подключения заземления.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Импульсные источники питания, теория и простые схемы

Импульсный источник питания - это инверторная система, в которой входное переменное напряжение выпрямляется, а потом полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсы высокой частоты и установленой скважности, которые как правило, подаются на импульсный трансформатор.

Импульсные трансформаторы изготавливаются по такому же принципу, как и низкочастотные трансформаторы, только в качестве сердечника используется не сталь (стальные пластины), а феромагнитные материалы - ферритовые сердечники.

Рис. Как работает импульсный источник питания.

Выходное напряжение импульсного источника питания стабилизировано, это осуществляется посредством отрицательной обратной связи, что позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне даже при изменении входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока.

Обратная отрицательная связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания. Использование оптрона или же одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения.

Основные плюсы импульсных источников питания (ИИП):

  • малый вес конструкции;
  • небольшие размеры;
  • большая мощность;
  • высокий КПД;
  • низкая себестоимость;
  • высокая стабильность работы;
  • широкий диапазон питающих напряжений;
  • множество готовых компонентных решений.

К недостаткам ИИП можно отнести то что такие блоки питания являются источниками помех, это связано с принципом работы схемы преобразователя. Для частичного устранения этого недостатка используют экранировку схемы. Также из-за этого недостатка в некоторых устройствах применение данного типа источников питания является невозможным.

Импульсные источники питания стали фактически непременным атрибутом любой современной бытовой техники, потребляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, применяются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные транзисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени.

Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе выходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходного напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Обычно для обеспечения надежности в импульсных источниках питания используют высоковольтные транзисторы, которые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в открытом состоянии).

Особенно это касается устаревших ныне моделей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы появилась достойная замена биполярным транзисторам, традиционно используемых в выходных каскадах импульсных источников питания.

Это специальные высоковольтные полевые транзисторы отечественного, и, главным образом, зарубежного производства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Биполярные симметричные импульсы регулируемой ширины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис. 1. Устройство может быть использовано в схемах авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) собран генератор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2.

Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необходимости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Рис. 1. Схема формирователя биполярных симметричных импульсов регулируемой длительности.

На элементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) собраны компараторы напряжения; на DA1.2, DA1.4 — выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через формирующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, C3, VD5) подаются прямоугольные импульсы.

Заряд конденсаторов С2, C3 происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответственно; разряд — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или C3 достигнет порога срабатывания компараторов-ключей DA1. 1 или DA1.3, соответственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.

Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой между импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1.2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов используется в схеме импульсного источника питания.

Плавное регулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компараторов (конденсаторы С2, C3) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных импульсов) устанавливают подбором резистора R4.

Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и конденсаторами Са, Сb. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.

При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного делителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент — полевой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулировать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым выходной мощностью преобразователя.

В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Схема испульсного источника питания

Импульсный источник питания (рис. 2) состоит из выпрямителей сетевого напряжения, задающего генератора, формирователя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения.

Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DD1 .1, DD1 . 2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше — 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микросхеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка длительности осуществляется с помощью оптрона U1.

Выходной каскад формирователя коммутирующих импульсов собран на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт. Предварительный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT1, VT2 типа КТ645А, а оконечный — на транзисторах VT3, VT4 типа КТ828 или более современных. Выходная мощность каскадов — 2 и 60…65 Вт, соответственно.

На транзисторах VT5, VT6 и оптроне U1 собрана схема стабилизации выходного напряжения. Если напряжение на выходе источника питания ниже нормы (12 В), стабилитроны VD19, VD20 {КС182+КС139) закрыты, транзистор VT5 закрыт, транзистор VT6 открыт, через светодиод (U1.2) оптрона протекает ток, ограниченный сопротивлением R14; сопротивление фотодиода (U1. 1) оптрона минимально.

Сигнал, снимаемый с выхода элемента DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадения DD2.2 напрямую и через регулируемый элемент задержки (R3 — R5, С4, VD2, U1.1), в силу его малой постоянной времени поступает практически одновременно на входы схемы совпадения (элемент DD2.2).

На выходе этого элемента формируются широкие управляющие импульсы. На первичной обмотке трансформатора Т1 (выходах элементов DD2.3, DD2.4) формируются двухполярные импульсы регулируемой длительности.

Рис. 2. Схема импульсного источника питания.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе источника питания будет увеличиваться сверх нормы, через стабилитроны VD19, VD20 начнет протекать ток, транзистор VT5 приоткроется, VT6 — закроется, уменьшая ток через светодиод оптрона U1.2.

При этом возрастает сопротивление фотодиода оптрона U1.1. Длительность управляющих импульсов уменьшается, и происходит уменьшение выходного напряжения (мощности). При коротком замыкании нагрузки светодиод оптрона гаснет, сопротивление фотодиода оптрона максимально, а длительность управляющих импульсов — минимальна. 2, вторичная обмотка имеет 3×6 витков провода ПЭВ-2 1,28 мм (параллельное включение). При подключении обмоток трансформаторов необходимо правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.

Источник питания работоспособен в диапазоне изменения сетевого напряжения 130…250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60…65 Вт (стабилизированное напряжение положительной и отрицательной полярности 12 S и стабилизированное напряжение переменного тока частотой 75 кГц, снимаемые,со вторичной обмотки трансформатора Т3). Напряжение пульсаций на выходе источника питания не превышает 0,6 В.

При налаживании источника питания сетевое напряжение на него подают через разделительный трансформатор или фер-рорезонансный стабилизатор с изолированным от сети выходом. Все перепайки в источнике допустимо производить только при полном отключении устройства от сети.

Последовательно с выходным каскадом на время налаживания устройства рекомендуется включить лампу накаливания 60 Вт на 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок в монтаже. Оптрон U1 должен иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.

Сетевой импульсный источник питания

Сетевой импульсный источник питания (рис. 3) разработан для телефонных аппаратов с автоматическим определителем номера или для других устройств с потребляемой мощностью 3…5Вт, питаемых напряжением 5…24В.

Источник питания защищен от короткого замыкания на выходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагрузки в пределах 20… 100% от номинального значения.

Управляемый генератор импульсов обеспечивает на базе транзистора VT3 сигнал частотой 25…30 кГц.

Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10x6x3 из пресспермаллоя МП140. Обмотки дросселя L1, L2 содержат по 20 витков провода ПЭТВ 0,35 мм и расположены каждая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм.

Дроссель L3 наматывают проводом ПЭТВ 0,63 мм виток к витку в один слой по внутреннему периметру кольца. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Б22 из феррита М2000НМ1.

Рис. 3. Схема сетевого импульсного источника питания.

Его обмотки наматывают на разборном каркасе виток к витку проводом ПЭТВ и пропитывают клеем. Первой наматывают в несколько слоев обмотку I, содержащую 260 витков провода 0,12 мм. Таким же проводом наматывают экранирующую обмотку с одним выводом (на рис. 3 показана пунктирной линией), затем наносят клей БФ-2 и обматывают одним слоем лакот-кани.

Обмотку III наматывают проводом 0,56 мм. Для выходного напряжения 5В она содержит 13 витков. Последней наматывают обмотку II. Она содержит 22 витка провода 0,15…0,18 мм. Между чашками обеспечивают немагнитный зазор.

Высоковольтный источник постоянного напряжения

Для создания высокого напряжения (30…35 кВ при токе нагрузки до 1 мА) для питания электроэффлювиальной люстры (люстры А. Л. Чижевского) предназначен источник питания постоянного тока на основе специализированной микросхемы типа К1182ГГЗ.

Источник питания состоит из выпрямителя сетевого напряжения на диодном мосте VD1, конденсатора фильтра С1 и высоковольтного полумостового автогенератора на микросхеме DA1 типа К1182ГГЗ. Микросхема DA1 совместно с трансформатором Т1 преобразует постоянное выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотное (30…50 кГц) импульсное.

Выпрямленное сетевое напряжение поступает на микросхему DA1, а стартовая цепочка R2, С2 запускает автогенератор микросхемы. Цепочки R3, C3 и R4, С4 задают частоту генератора. Резисторы R3 и R4 стабилизируют длительность полупериодов генерируемых импульсов. Выходное напряжение повышается обмоткой L4 трансформатора и подается на умножитель напряжения на диодах VD2 — VD7 и конденсаторах С7 — С12. Выпрямленное напряжение подается на нагрузку через ограничительный резистор R5.

Конденсатор сетевого фильтра С1 рассчитан на рабочее напряжение 450 В (К50-29), С2 — любого типа на напряжение 30 В. Конденсаторы С5, С6 выбирают в пределах 0,022…0,22 мкФ на напряжение не менее 250 В (К71-7, К73-17). Конденсаторы умножителя С7 — С12 типа КВИ-3 на напряжение 10 кВ. Возможна замена на конденсаторы типов К15-4, К73-4, ПОВ и другие на рабочее напряжение 10кB или выше.

Рис. 4. Схема высоковольтного источника питания постоянного тока.

Высоковольтные диоды VD2 — VD7 типа КЦ106Г (КЦ105Д). Ограничительный резистор R5 типа КЭВ-1. Его можно заменить тремя резисторами типа МЛТ-2 по 10 МОм.

В качестве трансформатора используется телевизионный строчный трансформатор, например, ТВС-110ЛА. ВЬюоковольтную обмотку оставляют, остальные удаляют и на их месте размещают новые обмотки. Обмотки L1, L3 содержат по 7 витков провода ПЭЛ 0,2 мм, а обмотка L2 — 90 витков такого же провода.

Цепочку резисторов R5, ограничивающих ток короткого замыкания, рекомендуется включить в «минусовой» провод, который подводится к люстре. Этот провод должен иметь вьюоко-вольтную изоляцию.

Корректор коэффициента мощности

Устройство, именуемое корректором коэффициента мощности (рис. 5), собрано на основе специализированной микросхемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагрузкой, к синусоидальной.

Рис. 5. Схема корректора коэффициента мощности на микросхеме TOP202YA3.

Максимальное напряжение на входе — 265 В. Средняя частота преобразователя — 100 кГц. КПД корректора — 0,95.

Импульсный источник питания с микросхемой

Схема источника питания с микросхемой той же фирмы Power Integration показана на рис. 6. В устройстве применен полупроводниковый ограничитель напряжения — 1,5КЕ250А.

Преобразователь обеспечивает гальваническую развязку выходного напряжения от напряжения сети. При указанных на схеме номиналах и элементах устройство позволяет подключать нагрузку, потребляющую 20 Вт при напряжении 24 В. КПД преобразователя приближается к 90%. Частота преобразования — 100 Гц. Устройство защищено от коротких замыканий в нагрузке.

Рис. 6. Схема импульсного источника питания 24В на микросхеме фирмы Power Integration.

Выходная мощность преобразователя определяется типом используемой микросхемы, основные характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики микросхем серии TOP221Y — TOP227Y.

Тип микросхемы Рmax, Вт Ток срабатывания защиты, А Сопротивление открытого транзистора, Ом
TOP221Y 7 0,25 31,2
T0P222Y 15 0,5 15,6
T0P223Y 30 1 7,8
T0P224Y 45 1,5 5,2
T0P225Y 60 2 3,9
T0P226Y 75 2,5 3,1
T0P227Y 90 3 2,6

Простой и высокоэффективный преобразователь напряжения

На основе одной из микросхем ТОР200/204/214 фирмы Power Integration может быть собран простой и высокоэффективный преобразователь напряжения (рис. 7) с выходной мощностью до 100 Вт.

Рис. 7. Схема импульсного Buck-Boost преобразователя на микросхеме ТОР200/204/214.

Преобразователь содержит сетевой фильтр (С1, L1, L2), мостовой выпрямитель (VD1 — VD4), собственно сам преобразователь U1, схему стабилизации выходного напряжения, выпрямители и выходной LC-фильтр.

Входной фильтр L1, L2 намотан в два провода на феррито-вом кольце М2000 (2×8 витков). Индуктивность полученной катушки — 18…40 мГн. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом сердечнике со стандартным каркасом ETD34 фирмы Siemens или Matsushita, хотя можно использовать и иные импортные сердечники типа ЕР, ЕС, EF или отечественные Ш-образные ферритовые сердечники М2000.

Обмотка I имеет 4×90 витков ПЭВ-2 0,15 мм; II — 3×6 того же провода; III — 2×21 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Все обмотки наматывают виток к витку. Между слоями должна быть обеспечена надежная изоляция.

Источник: Шустов М.А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения (2002).

Исправления: в схеме на рисунке 3 для катушки L2 изменена точка, указывающая начало намотки.

Основные принципы работы импульсного блока питания - Теория начинающим - Каталог статей

Здесь мы поговорим об импульсных блоках питания (ИБП), которые на сегодняшний день получили самое широкое распространение и с успехом используются во всех современных радиоэлектронных устройствах.

Прежде всего, эта статья посвящена для начинающих специалистов по ремонту электронной техники, поэтому материал будет изложен в упрощенной форме и поможет понять основные принципы работы ИБП.

Основной принцип, положенный в основу работы ИБП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения (50 Гц) в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование осуществляется с помощью мощного транзистора, работающего в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый –выполняется по схеме импульсного автогенератора (например, такой использовался в ИБП телевизоров 3 – 4 УСЦТ) и второй – с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств).

Поскольку частота преобразователя обычно выбирается от 18 до 50 кГц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно компактны, что является немаловажным параметром для современной аппаратуры.


Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением приведена на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1.

 

Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра Сф и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, т.к энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, соответственно напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а следовательно осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП. Единственное что для этого необходимо - схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ контроллер. ШИМ – широтно – импульсная модуляция. В состав ШИМ контроллера входит задающий генератор импульсов (определяющий частоту работы преобразователя), схемы защиты, контроля и логическая схема, которая и управляет длительностью импульса.

Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резисторе R2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Что в свою очередь, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, который включен последовательно фототранзистору и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМ контроллера. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, входящую в состав ШИМ контроллера, увеличивать длительность импульса до тех пор, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. При уменьшении напряжения – процесс обратный.

В ИБП используются два принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный». Выше описанный метод называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя. При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора (рисунок 2).

Рисунок 2

 

 

Уменьшение или увеличение напряжения на обмотке W2, приведет к изменению напряжения и на обмотке W3, которое через резистор R2 также приложено к выводу 1 ШИМ контроллера.

С цепью слежения я думаю, разобрались, теперь давайте рассмотрим такую ситуацию как короткое замыкание (КЗ) в нагрузке ИБП. В этом случае вся энергия, отдаваемая во вторичную цепь ИБП, будет теряться и напряжение на выходе будет практически равно нулю. Соответственно схема ШИМ контроллера будет пытаться увеличить длительность импульса для того, что бы поднять уровень этого напряжения до соответствующего значения. В итоге транзистор VT1 будет все дольше и дольше находиться в открытом состоянии, и через него будет увеличиваться протекающий ток. В конце концов, это приведет к выходу из строя этого транзистора. В ИБП предусмотрена защита транзистора преобразователя от перегрузок по току в таких нештатных ситуациях. Основу ее составляет резистор Rзащ, включенный последовательно в цепь, по которой протекает ток коллектора Iк. Увеличение тока Iк протекающего через транзистор VT1, приведет к увеличению падения напряжения на этом резисторе, а, следовательно, напряжение, подаваемое на вывод 2 ШИМ контроллера также будет уменьшаться. Когда это напряжение снизится до определенного уровня, который соответствует максимально допустимому току транзистора, логическая схема ШИМ контроллера прекратит формирование импульсов на выводе 3 и блок питания перейдет в режим защиты или другими словами отключится.

В заключении хотелось более подробно остановиться на достоинствах ИБП. Как уже упоминалось, частота импульсного преобразователя достаточно высока, в связи с чем, габаритные размеры импульсного трансформатора уменьшены, а значит, как это не парадоксально звучит, стоимость ИБП меньше традиционного БП т.к. меньше расход металла на магнитопровод и меди на обмотки, даже не смотря на то, что количество деталей в ИБП увеличивается. Еще одним из достоинств ИБП является малая, по сравнению с обычным БП, емкость конденсатора фильтра вторичного выпрямителя. Уменьшение емкости стало возможным за счет увеличения частоты. И, наконец, КПД импульсного блока питания доходит до 80%. Связано это с тем, что ИБП потребляет энергию электрической сети только во время открытого транзистора преобразователя, при его закрытии энергия в нагрузку отдается за счет разряда конденсатора фильтра вторичной цепи.

К недостаткам можно отнести усложнение схемы ИБП и увеличение импульсных помех излучаемым ИБП. Увеличение помех связано с тем, что транзистор преобразователя работает в ключевом режиме. В таком режиме транзистор является источником импульсных помех, возникающих в моменты переходных процессов транзистора. Это является недостатком любого транзистора работающего в ключевом режиме. Но если транзистор работает с малыми напряжениями (например, транзисторная логика с напряжением в 5В) это не страшно, в нашем же случае напряжение, приложенное к коллектору транзистора, составляет, примерно 315 В. Для борьбы с этими помехами в ИБП используются более сложные схемы сетевых фильтров, чем в обычном БП.

 

Виктор Малышев

Импульсный источник питания (иип): принцип действия, устройство

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения.

Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств.

Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой  пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

  1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
  2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В.

Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме.

Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию.

Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм.

Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

  • Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
  • Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
  • На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
  • Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц.

Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток.

Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Пример миниатюрных импульсных БП

  • Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
  • На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

  • частотно-импульсным;
  • фазо-импульсным;
  • широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется UП пилообразной формы, поступающее на вход компаратора КШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал UУС, поступающий с регулирующего усилителя.

Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности UП (опорное напряжение) и UРС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал UУС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (UOUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала UРС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

  • Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
  • Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
  • Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
  • Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

  • различные виды зарядных устройств;
    Зарядки и внешние БП
  • внешние блоки питания;
  • электронный балласт для осветительных приборов;
  • БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.

Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
  • Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
  • Транзистор VT1 – KT872A.
  • Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
  • Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
  • Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Источник: https://www.asutpp.ru/impulsnyj-blok-pitaniya.html

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, — инверторы.

Что это такое?

Инвертор — это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности (ширины) импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования. Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора.

Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока.

То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

  • бестрансформаторные;
  • трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

  Как подключить понижающий трансформатор с 220 на 12 вольт?

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

  • сетевой помехоподавляющий фильтр;
  • выпрямитель;
  • сглаживающий фильтр;
  • широтно-импульсный преобразователь;
  • ключевые транзисторы;
  • выходной высокочастотный трансформатор;
  • выходные выпрямители;
  • выходные индивидуальные и групповые фильтры.

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

  • генерация высокочастотных импульсов;
  • контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
  • контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты.

Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием.

Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Выходной импульсный трансформатор использует одинаковый с классическим принцип преобразования. Исключением является работа на повышенной частоте. Как следствие, высокочастотные трансформаторы при одинаковых передаваемых мощностях имеют меньшие габариты.

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора (их может быть несколько) поступает на выходные выпрямители. В отличие от входного выпрямителя, диоды выпрямителя вторичной цепи должны иметь повышенную рабочую частоту. Наилучшим образом на данном участке схемы работают диоды Шоттки. Их преимущества перед обычными:

  • высокая рабочая частота;
  • сниженная емкость p-n перехода;
  • малое падение напряжения.

Назначение выходного фильтра импульсного блока питания — снижение до необходимого минимума пульсаций выпрямленного выходного напряжения. Поскольку частота пульсаций намного выше, чем у сетевого напряжения, то нет необходимости в больших значениях емкости конденсаторов и индуктивности у катушек.

Сфера применения импульсного блока питания

Импульсные преобразователи напряжения применяются в большинстве случаев вместо традиционных трансформаторных с полупроводниковыми стабилизаторами.

При одинаковой мощности инверторы отличаются меньшими габаритными размерами и массой, высокой надежностью, а главное — более высоким КПД и возможностью работать в широком диапазоне входного напряжения.

А при сравнимых габаритах максимальная мощность инвертора в несколько раз выше.

В такой области, как преобразование постоянного напряжения, импульсные источники практически не имеют альтернативной замены и способны работать не только по понижению напряжения, но и вырабатывать повышенное, организовывать смену полярности. Высокая частота преобразования существенно облегчает фильтрацию и стабилизацию выходных параметров.

  Что такое генератор водорода и как его сделать своими руками

Малогабаритные инверторы на специализированных интегральных микросхемах используются в качестве зарядных устройств всевозможных гаджетов, а их надежность такова, что срок службы зарядного блока может превосходить время работоспособности мобильного устройства в несколько раз.

Драйверы питания на 12 Вольт для включения светодиодных источников освещения также построены по импульсной схеме.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Инверторы, особенно мощные, имеют сложную схемотехнику и доступны для повторения только опытным радиолюбителям.

Для самостоятельной сборки сетевых источников питания можно рекомендовать несложные маломощные схемы с использованием специализированных микросхем ШИМ-контроллеров.

Такие ИМС имеют малое количество элементов обвязки и имеют отработанные типовые схемы включения, которые практически не требуют регулировки и настройки.

При работе с самодельными конструкциями или ремонте промышленных устройств необходимо помнить, что часть схемы всегда будет находиться под потенциалом сети, поэтому требуется соблюдать меры безопасности.

Источник: https://odinelectric.ru/equipment/chto-takoe-impulsnyj-blok-pitaniya-i-gde-primenyaetsya

Импульсный блок питания

Для обычного человека, не вникающего в электронику, был незаметен переход всех питающих устройств с линейных на импульсные. Именно импульсные источники (ИИП) питания устанавливаются во всей современной аппаратуре. Основная причина перехода на такой тип преобразователей напряжения — это уменьшение габаритов. Так как всё время, с начала появления и изобретения, электронные приборы требуют постоянного уменьшения их размеров. На рисунке изображен для сравнения габариты обычного и импульсного источника постоянного тока. Не вооруженным глазом видны различия в размерах.

Принцип действия ИИП и его устройство

Импульсный источник питания — это устройство, которое работает по принципу инвертора, то есть сначала преобразует переменное напряжение в постоянное, а потом снова из постоянного делает переменное нужной частоты.

В конечном итоге последний каскад преобразователя всё равно основан на выпрямлении напряжения, так как большинство приборов всё же работают на пониженном постоянном напряжении. Суть уменьшения габаритов этих питающих и преобразующих устройств построена на работе трансформатора. Дело в том, что трансформатор не может работать с постоянным напряжением.

Просто-напросто на выходе вторичной обмотки при подаче на первичную постоянного тока не будет индуктироваться ЭДС (электродвижущая сила). Для того чтобы на вторичной обмотке появилось напряжения оно должно меняться по направлению или же по величине. Переменное напряжение обладает этим свойством, ток в нём меняет своё направление и величину с частотой 50 Гц.

Однако, чтобы уменьшить габариты самого блока питания и соответственно трансформатора, являющегося основой гальванической развязки, нужно увеличить частоту входного напряжения.

При этом импульсные трансформаторы, в отличие от обычных линейных, имеют ферритовый сердечник магнитопровода, а не стальной из пластин. И также современные блоки питания работающие по этому принципу состоят из:

  1. выпрямителя сетевого напряжения;
  2. генератора импульсов, работающего на основе ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или же триггера Шмитта;
  3. преобразователя постоянного стабилизированного напряжения.

После выпрямителя сетевого напряжения генератор импульсов с помощью ШИМ генерирует его в переменное с частотой около 20–80 кГц. Именно это повышение с 50 Гц до десятков кГц и позволяет значительно уменьшить, и габариты, и массу источника питания.

Верхний диапазон мог быть и больше, однако, тогда устройство будет создавать высокочастотные помехи, которые будет влиять на работу радиочастотной аппаратуры. При выборе ШИМ стабилизации обязательно нужно учитывать также и высшие гармоники токов.

Даже при работе на таких частотах эти импульсные устройства вырабатывают высокочастотные помехи. А чем больше их в одном помещении или в одном закрытом помещении тем больше их в радиочастотах. Для поглощения этих негативных влияний и помех устанавливаются специальные помехоподавляющие фильтры на входе устройства и на его выходе.

Это наглядный пример современного импульсного блока питания применяемого в персональных компьютерах.

A — входной выпрямитель. Могут применяться полумостовые и мостовые схемы. Ниже расположен входной фильтр, имеющий индуктивность;
B — входные с довольно большой емкостью сглаживающие конденсаторы.

Правее установлен радиатор высоковольтных транзисторов;
C — импульсный трансформатор.

Правее смонтирован радиатор низковольтных диодов;
D — катушка выходного фильтра, то есть дроссель групповой стабилизации;
E — конденсаторы выходного фильтра.

Катушка и большой жёлтый конденсатор, находящиеся ниже E, являются компонентами дополнительного входного фильтра, установленного непосредственно на разъёме питания, и не являющегося фрагментом основной печатной платы.

Если схему радиолюбитель изобретает сам то он обязательно заглядывает в справочник по радиодеталям. Именно справочник является основным источником информации в данном случае.

Обратноходовой импульсный источник питания

Блок питания из энергосберегающих ламп

Это одна из разновидностей импульсных источников питания, имеющих гальваническую развязку как первичных, так и вторичных цепей.

Сразу был изобретён именно этот вид преобразователей, который был запатентован ещё в далёком 1851 году, а его усовершенствованный вариант применялся в системах зажигания и в строчной развертке телевизоров и мониторов, для подачи высоковольтной энергии на вторичный анод кинескопа.

Основная часть этого блока питания тоже трансформатор или может быть дроссель. В его работе есть два этапа:

  1. Накопление электрической энергии от сети или от другого источника;
  2. Вывод накопленной энергии на вторичные цепи полумоста.

Во время размыкания и замыкания первичной цепи во вторичной появляется ток. Роль размыкающего ключа выполнял чаще всего транзистор. Узнать параметры которого нужно обязательно использовать справочник. управление же этим транзистором чаще всего полевым выполняется за счёт ШИМ-контроллера.

Управление ШИМ-контроллером

Преобразование сетевого напряжения, которое уже прошло этап выпрямления, в импульсы прямоугольной формы выполняется с какой-то периодичностью.

Период выключения и включения этого транзистора выполняется с помощью микросхем. ШИМ-контроллеры этих ключей являются основным активным управляющим элементом схемы.

В данном случае как прямоходовой, так и обратноходовой источник питания имеет трансформатор, после которого происходит повторное выпрямление.

Для того чтобы с увеличением нагрузки не падало выходное напряжение в ИИП была разработана обратная связь которая была заведена непосредственно в ШИМ-контроллеры. Такое подключение даёт возможность полной стабилизации управляемым выходным напряжения путём изменения скважности импульсов. Контроллеры, работающие на ШИМ модуляции, дают большой диапазон изменения выходного напряжения.

Микросхемы для импульсных источников питания могут быть отечественного или зарубежного производства. Например, NCP 1252 – ШИМ-контроллеры, которые имеют управление по току, и предназначены для создания обоих видов импульсных преобразователей. Задающие генераторы импульсных сигналов этой марки показали себя как надёжные устройства.

Контроллеры NCP 1252 обладают всеми качественными характеристиками для создания экономически выгодных и надежных блоков питания. Импульсные источники питания на базе этой микросхемы применяются во многих марках компьютеров, телевизоров, усилителей, стереосистем и т. д.

Заглянув в справочник можно найти всю нужную и подробную информацию обо всех её рабочих параметрах.

Преимущество импульсных источников питания перед линейными

Блок питания для шуруповерта 12в своими руками

В источниках питания на импульсной основе видны целый ряд преимуществ, которые качественно выделяют их от линейных. Вот основные из них:

  1. Значительное снижение габаритов и массы устройств;
  2. Уменьшение количества дорогостоящих цветных металлов, таких как медь, используемых в их изготовлении;
  3. Отсутствие проблем при возникновении короткого замыкания, в большей степени это касается обратноходовых устройств;
  4. Отличная плавная регулировка выходного напряжения, а также его стабилизация путём введения обратной связи в ШИМ-контроллеры;
  5. Высокие показатели КПД.

Однако, как и всё в этом мире, импульсные блоки имеют свои недостатки:

  1. Излучение помех, которые могут появляется при неисправных помехоподавляющих цепочек, чаще всего это высыхание электролитических конденсаторов;
  2. Нежелательная работа их без нагрузки;
  3. Более сложная схема с применением большего количества деталей для поиска аналогов которых необходим справочник.

Применение источников питания на основе высокочастотной модуляции (в импульсных) в современной электронике как в быту, так и на производстве, существенно повлияли на развитие всей электронной техники.

Они давно вытеснили с рынка устаревшие источники, построенные на традиционной линейной схеме, и в дальнейшем будут только усовершенствоваться.

ШИМ-контроллеры при этом являются сердцем этого аппарата и развитие их функциональности и технических характеристик постоянно улучшается.

Видео о работе импульсного источника питания

Источник: https://amperof.ru/elektropribory/impulsnyj-blok-pitaniya.html

Импульсный и аналоговый блоки питания, принципы работы и основные отличия

Практически все современные электронные устройства уже используют для своей работы импульсные блоки питания и простые (аналоговые) блоки питания становятся довольно редкими. Для понимания того, по какой причине так случилось, давайте изучим алгоритмы их функционирования, а также сильные и слабые стороны.

Блок питания с силовым трансформатором

Для простоты понимания давайте изучим упрощенную схему подобного блока питания (БП)

yandex.ru

Из выше представленного рисунка видно, что на входе расположен понижающий трансформатор. Благодаря ему выполняется трансформация входящего напряжения, например 230 вольт, на выходное напряжение, например 12 Вольт. Так же трансформатор служит гальванической развязкой высокой и низкой стороны.

Далее идет блок выпрямителя, в котором происходит преобразование синусоидального тока в импульсный. Для этого в рассматриваемом блоке применяются диоды, соединенные мостом.

В третьем блоке совмещены сразу две функции, а именно: сглаживание напряжения (для этого применяется конденсатор с подобранной емкостью) и его стабилизация (чтобы избежать провалов при возрастании нагрузки).

Еще раз скажу, что представленная схема довольно сильно упрощена, так как не указаны входной фильтр и цепи защиты, но для понимания принципа работы эти опущения допустимы.

Недостатки и достоинства блоков питания с трансформатором

Минусы

— Главным слабым элементом, а, следовательно, недостатком подобных блоков питания является трансформатор. Его размеры просто физически не позволяют создать компактные зарядные устройства, а его стоимость зачастую в несколько раз больше стоимости всех остальных комплектующих изделия.

yandex.ru

  • — Также у подобных блоков питания низкий КПД (по сравнению с импульсным блоком питания).
  • — Для стабилизации выходного напряжения необходимо дополнительно использовать стабилизатор, который еще сильнее уменьшает КПД (за счет дополнительных потерь).
  • Плюсы
  • Помимо слабых сторон у таких изделий есть и неоспоримые плюсы, а именно:
  • — Высокая надежность изделия.
  • — Подобные блоки питания не генерируют паразитных радиоволновых помех (в отличие от импульсных блоков питания).
  • — Довольно простая конструкция.

Импульсные блоки питания

Давайте теперь рассмотрим упрощенную структурную схему импульсного блока питания:

Принцип работы подобных блоков питания имеет существенную разницу от трансформаторных блоков питания и в первую очередь она обусловлена тем, что здесь отсутствует сам трансформатор. А теперь давайте познакомимся с алгоритмом подробнее:

yandex.ru

— Сетевое напряжение поступает на сетевой фильтр. Главная функция представленного элемента — снижение сетевых помех, которые возникают непосредственно в самом блоке питания и присутствуют в приходящем из сети напряжении.

— Затем подключается к работе преобразовательный блок, который трансформирует напряжение синусоидальной формы в постоянное напряжение импульсного характера. Затем подключается сглаживающий фильтр.

— Далее инвертор формирует прямоугольный высокочастотный сигнал. При этом обратная связь с инвертором выполняется через блок управления.

— Дальнейшим элементом, вступающим в работу, является блок ИТ (силовой трансформатор). Данный блок выполняет гальваническую развязку.

Так же ИТ нужен для автоматического генераторного режима и для запитывания цепей защиты, управления и нагрузки.

Сердечник элемента производится из ферромагнитных материалов, которые гарантируют передачу высокочастотных сигналов, находящиеся в пределе от 20 кГц до 100 кГц.

— Следующим элементом, вступающим в процесс преобразования, является выходной выпрямитель. Так как здесь происходит работа с напряжением высокой частоты, то в этом блоке применяются диоды Шоттки.

— И на завершающем этапе на выходном фильтре происходит сглаживание напряжения и выдача преобразованного напряжения на нагрузку.

Вот мы и рассмотрели алгоритм работы импульсного блока питания, давайте теперь узнаем, какие у них есть преимущества и недостатки

Плюсы и минусы импульсных блоков питания

  1. Плюсы
  2. По сравнению с трансформаторными аналогами импульсные блоки питания аналогичной мощности имеют довольно скромные габариты, а вследствие этого и довольно малый вес устройства.
  3. У импульсных БП КПД достигает 98% (потери в устройстве обусловлены лишь с переходными процессами во время открывания ключей).
  4. По причине очень широкого распространения комплектующих, готовые изделия имеют относительно низкую стоимость.
  5. Минусы

— Высокочастотные помехи.

Так как сам принцип работы подобных устройств построен на преобразовании высокочастотных импульсов, то неизбежна выработка паразитных составляющих.

Существуют ограничения по мощности

Особенность импульсных блоков питания заключена в том, что их нельзя не только перегружать, но и недогружать. В случае того, если потребление тока в цепи упадет ниже критического предела, то схема запуска может просто отказаться работать либо выходное напряжение будет иметь характеристики далекие от рабочего диапазона.

yandex.ru

Заключение

Итак, мы рассмотрели алгоритмы работы импульсных и трансформаторных блоков питания. Как вы видите, несмотря на очень широкое распространение импульсных блоков питания, трансформаторные БП все так же находят свое применение в аппаратуре, чувствительной к высокочастотным помехам.

Статья оказалась вам полезна и интересна, тогда оцените ее пальцем вверх. Спасибо за ваше внимание!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5aef12c13dceb76be76f1bb1/5bfd69699dd08200ab726dee

Импульсные блоки питания. Виды и работа. Особенности и применение

Практически в каждом электронном приборе есть блок питания – важный элемент монтажной схемы. Блоки применяются в устройствах, требующих пониженного питания. Базовой задачей блока питания считается уменьшение сетевого напряжения. Первые импульсные блоки питания сконструированы после изобретения катушки, которая работала с переменным током.

Применение трансформаторов дало толчок развития блоков питания. После выпрямителя тока осуществляется выравнивание напряжения. В блоках с преобразователем частоты этот процесс проходит по-другому.

В импульсном блоке основу составляет инверторная система. После выпрямления напряжения образуются прямоугольные импульсы с высокой частотой, подаются на фильтр выхода низкой частоты. Импульсные блоки питания преобразовывают напряжение, отдают мощность на нагрузку.

Рассеивание энергии от импульсного блока не происходит. От линейного источника идет рассеивание на полупроводниках (транзисторах). Его компактность и малый вес также дает превосходство над трансформаторными блоками при одинаковой мощности, поэтому часто линейные блоки заменяют импульсными.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах.

Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым.

Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток.

С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом.

Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:

  • Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
  • Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Схема импульсного блока минимального размера

В простой схеме ИБП вместо трансформатора применен дроссель. Это преобразователи для понижения или повышения напряжения, относятся к самому простому классу, применяется один переключатель и дроссель.

Некоторые виды ИБП
  • Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
  • Импульсные блоки питания на TL494.
  • Импульсные блоки питания на UC3842.
  • Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
  • Для усилителя с повышенными данными.
  • Из электронного балласта.
  • Регулируемый ИБП, механическое устройство.
  • Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
  • Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
  • На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
  • Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
  • Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
  • Для 24 В – работает только на 24 вольта.
  • Мостовой – применена мостовая схема.
  • Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
  • Для светодиодов – высокая чувствительность.
  • Двухполярный ИБП, отличается качеством.
  • Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.

Особенности

Простой ИБП может состоять из трансформаторов малых размеров, так как при повышении частоты эффективность трансформатора выше, требования к размерам сердечника меньше. Такой сердечник изготовлен из ферромагнитных сплавов, а для низкой частоты используется сталь.

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами.

Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель.

За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

Принцип действия осуществлен на активном преобразовании напряжения. Для удаления помех ставят фильтры в конце и начале цепи. Насыщение транзисторов положительно отражается на диодах, имеется регулировка напряжения. Встроенная защита блокирует короткие замыкания. Кабели питания применены немодульной серии, мощность достигает 500 ватт.

В корпусе установлен вентилятор охлаждения, скорость вентилятора регулируется. Наибольшая нагрузка блока составляет 23 ампера, сопротивление 3 Ом, наибольшая частота 5 герц.

Применение импульсных блоков

Сфера их использования постоянно растет как в быту, так и в промышленном производстве.

Импульсные блоки питания применяются в источниках бесперебойного питания, усилителях, приемниках, телевизорах, зарядных устройствах, для низковольтных линий освещения, компьютерной, медицинской технике и других различных приборах, и устройствах широкого назначения.

Достоинства и недостатки

Ибп имеет следующие преимущества и достоинства:

  • Небольшой вес.
  • Увеличенный КПД.
  • Небольшая стоимость.
  • Интервал напряжения питания шире.
  • Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты.

Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

У трансформаторов низкой частоты теряется много энергии, рассеивается тепло во время преобразований. В ИБП максимальные потери возникают при переходных процессах коммутации. В другое время транзисторы устойчивы, они закрыты или открыты. Созданы условия для сохранения энергии, КПД достигает 98%.

Стоимость ИБП снижена из-за унификации элементов широкого ассортимента на роботизированных предприятиях. Силовые элементы из управляемых ключей состоят из полупроводников меньшей мощности.

Технологии импульсов дают возможность применять сеть питания с разной частотой, что расширяет применение блоков питания в различных сетях энергии. Модули на полупроводниках с небольшими габаритами с цифровой технологией имеют защиты от короткого замыкания и других аварий.

Недостатки

Импульсные блоки питания функционируют с помощью преобразования импульсов высокой частоты, создают помехи, уходящие в окружающую среду. Возникает необходимость подавления и борьбы с помехами разными методами. Иногда подавление помех не дает эффекта, и применение импульсных блоков становится невозможным для некоторых типов устройств.

Импульсные блоки питания не рекомендуется подключать как с низкой нагрузкой, так и с высокой. Если на выходе резко упадет ток ниже установленного предела, то запуск может оказаться невозможным, а питание будет с искажениями данных, которые не подходят к диапазону работ.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/impulsnye-bloki-pitaniia/

Чем отличается импульсный блок питания от обычного: особенности и отличия

Обновлено: 23.04.2021 12:51:21

Подавляющее большинство современной электроники работает на постоянном токе с малыми значениями силы и напряжения. Например, роутеры потребляют 12 вольт и 5 ампер, а смартфоны в большинстве случаев – 5 вольт и 2 ампера. Вот только в бытовой сети распространяется совершенно другой ток – переменный, с частотой 60 Гц, напряжением 220 вольт и (обычно) силой до 6 ампер.

Соответственно, для использования электронных приборов в бытовой сети этот ток надо как-то преобразовать. Для этих целей и используются блоки питания. Их задача – трансформация тока для придания ему определённых параметров напряжения, силы, а также частоты (превращения переменного в постоянный).

И если требуется выбрать подходящий блок питания либо соорудить самостоятельно, то чаще всего можно встретить два варианта – обычный, он же трансформаторный, и импульсный. И в чём разница, кроме конструкционной сложности, не всегда понятно. Поэтому в этой статье мы разберёмся, чем отличается импульсный блок питания от обычного, рассмотрим их особенности и отличия.

Обычные блоки питания (трансформаторного типа)

Трансформаторные блоки питания – одни из первых устройств для преобразования электричества. Они относятся к аналоговому типу, отличаются конструкционной простотой и сравнительно высокой надёжностью. Впрочем, и существенные недостатки вроде слишком крупных габаритов у них также имеются.

Основной функциональный элемент таких БП – трансформатор. Он состоит из двух индукционных катушек. На первую подаётся электричество из бытовой 220-вольтовой сети и создаёт электромагнитное поле. Оно, в свою очередь, наводит индукцию и создаёт электродвижущую силу на второй. Таким образом достигается понижение напряжения.

В дальнейшем электрический ток, созданный на понижающей катушке, передаётся на выпрямляющее устройство. Как правило, оно состоит из нескольких силовых диодов, включённых по схеме моста. Для сглаживания пульсирующего напряжения используется конденсатор, подключённый параллельно диодному мосту, а затем силовые транзисторы его стабилизируют.

В итоге на выходе формируется постоянный ток заданного напряжения и силы. Для регулирования параметров его работы используются специальные резисторы подстройки, включаемые в схему стабилизации.

Обычные БП (трансформаторного типа) характеризуются максимальной конструкционной простотой. В принципиальной схеме элементарного устройства – всего три детали: система катушек, диодный мост и конденсатор.

Ключевые достоинства обычных блоков питания:

  1. Простота сборки и конструирования. БП необходимой мощности можно собрать самостоятельно – достаточно лишь понимать принцип работы и точно осознавать, для каких целей планируется использовать аппарат;

  2. Высокая надёжность и долговечность. При правильной эксплуатации срок работы аппаратов практически не ограничен. Так, сегодня ещё можно найти функционирующие модели, выпущенные более нескольких десятилетий назад;

  3. Доступность комплектующих. Все необходимые детали можно приобрести на радиорынках, у радиолюбителей и в специальных магазинах, заказывать какие-то определённые микросхемы из-за рубежа не требуется;

  4. Не создают паразитные радиоволновые токи. Благодаря этому помехи в питающей сети или в конечных потребителях практически не наблюдаются.

Ключевые недостатки обычных блоков питания:

  1. Низкий КПД. При передаче электричества трансформаторным способом огромная часть мощности просто теряется. Кроме того, из-за использования стабилизатора на выходе для получения стабильных параметров работы часть КПД дополнительно теряется;

  2. Крупногабаритные. Причём чем мощнее БП – тем больше его вес и размеры. Как следствие, высокомощные и вовсе могут быть маломобильными;

  3. Создают значительное электромагнитное поле. Тем самым они могут образовывать наводки в других линиях передачи сигнала – например, коаксиальных кабелях или «витой паре».

Все эти недостатки оказываются настолько критическими, что сегодня обычные БП в быту практически не используются. Вместо этого применяются импульсные.

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания имеют сложную конструкцию и являются устройствами инверторного типа. Их ключевое отличие от обычных заключается в том, что входное напряжение подаётся сразу на выпрямитель. Затем оно формирует импульсы определённой частоты. За это отвечает отдельная подсистема управления, так что импульсные БП являются полноценными цифровыми устройствами.

Поскольку импульсные БП отличаются конструкционной и принципиальной сложностью, рассматривать схему их работы в рамках этой статьи не целесообразно. и

  1. Ток из сети поступает на сетевой фильтр, минимизирующий входящие и исходящие искажения;

  2. Преобразователь трансформирует синусоиду переменного тока в импульсный постоянный ток;

  3. Инвертор, контролируемый через модуль управления, формирует из импульсного постоянного тока прямоугольные высокочастотные сигналы;

  4. Ток поступает на импульсный трансформатор, который подаёт напряжение на различные элементы самого БП, а также на нагрузку;

  5. После этого ток поступает на выходной выпрямитель, а затем сглаживается на выходном фильтре.

Такая система обеспечивает не только высокий коэффициент полезного действия, но и малые размеры устройства. Причём чем выше частота импульсов – тем компактнее БП за счёт уменьшения габаритов трансформатора.

Ключевые достоинства импульсных блоков питания:

  1. Высокий КПД, составляющий, как правило, около 98%. Небольшие потери создаются их-за переходных процессов, возникающих при переключении ключа. Но они слишком незначительны, чтобы брать их в расчёт;

  2. Компактные размеры и малый вес. Это достигается за счёт того, что импульсным БП не требуется массивный трансформатор.

Ключевые недостатки импульсных блоков питания:

  1. Конструкционная сложность. Собрать такое устройство в домашних условиях без знаний в области электроники или электротехники практически невозможно;

  2. Заметный нагрев при работе. Поэтому высокомощные импульсные БП оснащаются дополнительными системами охлаждения, которые приводят к увеличению размера и массы устройства;

  3. Наличие высокочастотных помех. Как следствие, для использования в чувствительной аппаратуре такие блоки питания оснащаются фильтром помех, но и он не даёт 100% защиты от такого «мусорного сигнала»;

  4. Мощность нагрузки должна входить в номинальный диапазон. При превышении или понижении её будут наблюдаться изменения выходного напряжения. Как правило, производители предусматривают это явление и устанавливают защиту от подобных нештатных ситуаций.

Компактные размеры и высокое значение КПД помогли импульсным БП распространиться максимально широко. Сегодня они применяются в зарядных устройствах мобильной электроники, компьютерной и бытовой техники, а также в системах электронного балласта осветительных приборов.

Сравнение импульсного и обычного блоков питания

Сравним эти два типа устройств, определив, какие лучше использовать в той или иной ситуации.

Тип блока питания

Обычный (трансформаторный)

Импульсный

Принцип работы

Напряжение сначала понижается, а затем выравнивается

Напряжение сначала преобразуется, а затем понижается

Использование

Некоторые высокоточные и чувствительные к ВЧ-помехам устройства

Практически повсеместно

Коэффициент полезного действия

Небольшой, особенно с учётом потерь на стабилизаторе

Как правило, 98%

Габариты

Как правило, крупные

Как правило, малые

Высокочастотные помехи в выходном токе

Нет

Могут быть

Требование максимальной и минимальной мощностей нагрузки

Нет

Да

При прочих равных предпочтительнее использовать импульсные БП. Они обеспечивают больший КПД, а ещё весят от нескольких десятков граммов. Но в некоторых высокоточных, прецизионных устройствах лучше применять обычные (трансформаторные) модели, поскольку они не засоряют выходной сигнал помехами.



Оцените статью
 

Всего голосов: 1, рейтинг: 5

Импульсный и аналоговый блоки питания: принципы работы и основные отличия | ASUTPP

Большинство современных бытовых приборов работает за счет того, что получает питание от импульсных источников (ИБП). Аналоговые устройства (их еще называют "трансформаторными") практически не используются, поскольку уступают импульсным по целому ряду показателей.

Прежде чем покупать тот или иной образец питающего прибора желательно внимательно разобраться с тем, в чем состоит отличие этих двух исполнений (фото ниже).

Также потребуется рассмотреть вопрос: почему трансформаторные БП встречаются только в старой аппаратуре.

Принципы работы простого БП и ИБП

Аналоговый БП со встроенным в него трансформатором работает по классическому принципу преобразования напряжения, сводящегося к его понижению и выпрямлению.

То есть для получения на выходе постоянных 12 Вольт, например, в приборе совершается следующая последовательность преобразований:

  • Сначала сетевые 220 Вольт понижаются в трансформаторе до 15-17 Вольт переменного тока.
  • Затем с помощью диодного мостика они выпрямляются и превращаются в пульсирующее напряжение амплитудой порядка 14-16 Вольт (недостающие вольты теряются на диодных переходах).
  • После этого пульсации сглаживаются электролитическим конденсатором большой емкости и поступают на стабилизатор 12 Вольт.
Важно! Для нормальной работы типового стабилизатора поступающее на его вход напряжение должно быть на 2-4 Вольта больше номинального выходного значения.

Один из вариантов схемы выпрямительной части БП приведен на фото ниже.

В представленной схеме дополнительно введены элементы защиты (предохранитель), а также индикация включения прибора и наличия выпрямленного напряжения.

Принцип работы ИБП

Принцип действия ИБП не так прост и состоит в следующем:

  • Сначала входное напряжение также выпрямляется, после чего оно преобразуется в импульсы относительно высокой частоты.
  • Одновременно на выходе цепи формируется сигнал обратной связи, позволяющий стабилизировать их амплитуду.

Затем они вновь выпрямляются, что позволяет получать на выходе всего устройства нужное напряжение (фото ниже).

Описанное двухступенчатое преобразование вызывает у многих недоумение. Зачем переменный ток превращать в постоянный, а затем снова делать из него импульсный сигнал (по сути – тоже переменный)? Ответ на него не так очевиден, но вполне понятен с технической точки зрения.

За счет используемой схемы удается:

  1. во-первых, упростить процедуру управления параметрами сигнала;
  2. а во-вторых – снизить размеры и вес всего устройства.
Обратите внимание: Последнее объясняется меньшими габаритами импульсного трансформатора.

Из этого объяснения проще понять, на чем основаны преимущества использования ИБП.

Помимо снижения размеров и веса, они состоят в следующем:

  • Низкое энергопотребление и малые нерабочие потери.
  • Простота сборки.
  • Высокий КПД и возможность защиты от перегрузок.

К минусам использования ИБП относят необходимость защиты от электромагнитных помех, возникающих при работе импульсной части схемы.

что это такое и как он работает?

Давно прошли времена, когда блоки питания на различное оборудование были трансформаторными. Многие молодые люди даже и не знают, как они выглядели. На сегодняшний день очень широкое распространение получил импульсный источник питания (или ИБП), и это не удивительно. Меньшая стоимость, отсутствие посторонних шумов при работе, более компактный размер и в то же время меньшее потребление электроэнергии вследствие более высокого коэффициента полезного действия — все эти преимущества в сумме и решили судьбу трансформаторных блоков, конечно, не в их пользу.

А все-таки, что такое импульсный блок питания? И каким же образом разработчикам удалось добиться подобного результата? Сейчас попробуем найти ответ на этот вопрос, разобраться в достоинствах (а может быть и недостатках) импульсного источника питания, а также понять схему и принцип работы подобного устройства.

Как работает импульсный блок питания

Принцип работы импульсного блока питания в корне отличается от действия обычного, трансформаторного блока питания. Изначально напряжение в 220 В проходит через диодный мост, после чего прямой ток поступает в инвертор, т.е. преобразователь напряжения в токи высокой частоты. Это действие может выполняться либо посредством гальванического отделения питающей сети от входной цепи, либо без такового.

Если гальваническая развязка присутствует, то высокочастотный ток подвергается ей при помощи трансформатора. Причем, чем выше будет частота импульсов, тем эффективнее будет работать трансформатор.

Схемы включения каскадов силовых ключей

Само действие такого БП основывается на применении трех элементов, которые содержит схема импульсного блока. Они четко взаимодействуют между собой в процессе работы. Элементы эти следующие:

  • контроллер широтно-импульсного модулятора;
  • транзисторный блок, который может быть включены по одной из схем — мостовой, полумостовой или же по схеме со средней точкой;
  • импульсный трансформатор, у которого имеется первичная и вторичная обмотки, смонтированные на магнитопроводе.

При условии отсутствия гальванической развязки высокочастотного трансформатора тока в схеме нет, а сигнал подается сразу на фильтры НЧ. По сути, все схемы импульсных источников питания идентичны.

Далее попробуем более детально разобрать, как работает каждый из этих трех элементов.

Контроллер широтно-импульсной модуляции

Наверное, не нужно объяснять, что контроллер — это управляющее чем-либо устройство. Если разбирать именно ШИМ в импульсном блоке, то тут закладывается задача создания токов с одной частотой, но с различной длительностью включения. Логической единицей выступает, естественно, сам импульс, ну а нулем — его отсутствие.

Импульсы обусловлены одинаковым периодом колебания, т.е. амплитуда их величин равна. А вот работой электронной схемы позволяет управлять именно отношение продолжительности к самому периоду.

Для того чтобы проще было понять изложенное, можно обратиться к схематическому изображению.

Импульсы, создаваемые ШИМ

Принимая во внимание, что частота тока в сети 220 В равна 50 Гц, можно себе представить, насколько сложна работа, выполняемая контроллером и модулятором ШИМ. Обычно на его выходе образуется ток, с частотой порядка 30-60 кГц.

Вообще, широтно-импульсная модуляция в наше время применяется во многих устройствах. И самый яркий тому пример — инверторные сварочные аппараты, где как раз при помощи ШИМ удалось снизить габариты и массу устройства в десятки раз по сравнению с обычными трансформаторными агрегатами.

Транзисторный блок, или каскад силовых ключей

Мощные полевые или IGBT-транзисторы образуют каскад, который также может управляться и менее мощными элементами либо интегральными драйверами. Собраны эти транзисторы могут быть в одну из трех схем: мостовую, полумостовую либо со средней точкой.

Вот, собственно, и все, что можно сказать о силовых ключах импульсного блока питания.

Импульсник, или блок без гальваники

Импульсник, т.е. высокочастотный трансформатор, может быть собран на основе ферритового или альсиферового кольца, на котором и размещены первичная и вторичная обмотки. Они могут выдавать высокочастотный ток с импульсом до 100 кГц. Их работу дополняют различные фильтрующие элементы и диоды.

Если же гальваническая развязка в подобном БП отсутствует, то сигнал напрямую будет поступать на низкочастотный фильтр без какой-либо трансформации. Наглядно это показано на схематическом изображении.

Импульсный блок питания без гальванической развязки

Преимущества и недостатки ИБП

Конечно, как и любое другое электронное устройство, подобный блок питания имеет как свои достоинства, так и недостатки. Конечно, т.к. этот БП является более высокотехнологичным прибором, положительных качеств в нем намного больше, чем отрицательных, но все же есть необходимость объективного рассмотрения, а потому умалчивать о минусах тоже не стоит. Но все же, для начала перечислим плюсы, а после будем разбирать их подробнее.

Основными и несомненными достоинствами импульсного блока питания являются:

  • более легкий вес;
  • высокий коэффициент полезного действия;
  • низкая цена;
  • широкий диапазон токов;
  • присутствие защиты от различных факторов.

Ну а теперь остановимся на каждом из пунктов подробнее.

Преимущества

  1. Малый вес и габариты достигаются за счет импульсной технологии, повышения частоты тока, а значит и уменьшения трансформаторных установок. В ИИП не требуется крупногабаритных радиаторов и обмоток. Также сокращена и емкость конденсаторов. К тому же схема выпрямления упрощается до элементарной — однополупериодной.
  2. Естественно, что у трансформаторных блоков питания большая часть энергии уходит на прогрев, в результате чего падает КПД. У импульсных БП незначительная часть этой энергии теряется на каскадах силовых ключей. После уже все транзисторы стабильны, а потому коэффициент полезного действия у таких БП может достигать 97%.
  3. Стоимость этих устройств снижается за счет расширения производства элементов для сборки подобной схемы. Они и непосредственно после появления на рынке стоили немного, а сейчас, когда ими насыщены все области продаж, их стоимость падает все ниже. Можно добавить, что и полупроводники возможно использовать менее мощные благодаря управляемым ключам.
  4. Широкий диапазон достигается как раз благодаря импульсным технологиям. Допускается питание разной частоты и амплитуды, что не может не сказаться и на расширении областей их применения.
  5. На основании того, что модули полупроводников достаточно малы, появляется возможность встраивания дополнительных блоков защиты (от короткого замыкания, перегрева, перегрузки и т.п.).
Схема импульсного блока питания

Недостатки

Если разговор зашел о плюсах, то не стоит оставлять без внимания и минусы, хотя их и ничтожно мало. Основным недочетом в работе импульсных блоков питания можно назвать высокочастотные помехи. Они естественны, т.к. само устройство работает именно на них. Как раз по этой причине используется различное шумоподавление, которое, впрочем, до конца проблему не решает.

А потому подобные ИБП не используются на некоторых высокоточных измерительных приборах.

Еще одним недостатком можно назвать некорректную работу на сверхнизких и сверхвысоких частотах — такие «стрессовые» токи могут либо вывести прибор из строя, либо на выходе он будет выдавать искаженное напряжение, не соответствующее заявленным техническим характеристикам.

Подведем итог

Очень хотелось объяснить, что означает импульсный блок питания для чайников, но вопрос этот сложен, а потому получилось ближе к научному пояснению. Если обобщить изложенную информацию, то импульсные блоки питания действительно стали прорывом в своей области электроники. По сравнению с трансформаторными блоками, такие ИБП намного экономичнее, производительнее, меньше и легче. И что самое интересное — при всех своих преимуществах они еще и дешевле аналоговых.

Конечно, технологии не стоят на месте, прогрессируя с каждым годом. Возможно, что скоро появятся еще более высокотехнологичные зарядные устройства или блоки питания. Но на сегодняшний день ИБП являются верхом инженерной мысли, а потому они стоят нашего внимания.

Похожие статьи: Принцип действия и устройство импульсного источника питания

Импульсный источник питания сильно отличается от линейного источника питания. Несмотря на свою сложность, более высокую стоимость материалов и большее количество деталей, импульсный источник питания по-прежнему является предпочтительной топологией источника питания на рынке. Основная причина - более высокий КПД и более высокая удельная мощность. Более высокая эффективность просто означает, что только небольшая часть входной мощности тратится впустую, в то время как более высокая плотность мощности означает, что более высокая мощность возможна при меньшем форм-факторе или размере.

Обзор линейного блока питания AC-DC

 

Трансформатор 50/60 Гц

Это может быть повышение или понижение в зависимости от использования. Обычно это понижающая версия, поскольку обычное требуемое выходное напряжение ниже входного уровня.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток в пульсирующий постоянный ток. Чаще всего используется выпрямитель двухполупериодного мостового типа, как показано на схеме.

Фильтр

Простой фильтр - это электролитический конденсатор. Это увеличит среднеквадратичный или постоянный уровень выпрямленного сигнала.

Регулятор

Это будет поддерживать чистый постоянный ток на выходе, чтобы не создавать проблем для чувствительных нагрузок или системы.

Общие проблемы

Эффективность и размер - общая проблема, связанная с линейным источником питания переменного и постоянного тока. Он также ограничен только для приложений с низким энергопотреблением.Для работы с высокой мощностью трансформатор 50/60 Гц будет очень большим и дорогим. Отфильтрованное вторичное выпрямленное напряжение должно всегда быть выше выходного со значительным запасом, чтобы регулятор мог работать правильно. По этой причине избыточное напряжение будет поглощаться регулятором, что приведет к огромным потерям мощности при умножении на ток нагрузки. Вот почему эффективность очень низкая. Линейный источник питания переменного и постоянного тока также не может обеспечить широкий диапазон входных сигналов. Например, трансформатор рассчитан на 220–20 В переменного тока, вы больше не можете использовать его для 110 В переменного тока, так как вы больше не можете получить 20 В переменного тока на вторичной обмотке.

Обзор линейного источника питания постоянного и постоянного тока

 

Вышеупомянутая схема представляет собой базовый линейный источник питания постоянного и переменного тока. Это просто и очень просто, поскольку в нем всего несколько компонентов. Однако его основным недостатком по-прежнему остается эффективность, ограниченная только для приложений с низким энергопотреблением. Для правильного регулирования линейного регулятора его входное напряжение должно быть выше выходного напряжения с запасом. Разница во входном и выходном напряжениях называется падением напряжения.В настоящее время на рынке уже есть линейные стабилизаторы с малым падением напряжения. Низкое падение напряжения все равно приведет к огромным потерям мощности при работе с более высоким током.

Блок-схема импульсного источника питания

AC-DC

Ниже представлена ​​блок-схема двухступенчатого импульсного источника питания постоянного и переменного тока. Первый блок - это мостовой выпрямитель, предназначенный для преобразования переменного тока в пульсирующий постоянный ток. В отличие от линейного источника питания переменного и постоянного тока, этот мостовой выпрямитель требует высокого напряжения, поскольку он напрямую видит входное напряжение.Импульсный преобразователь первой ступени в большинстве случаев представляет собой повышающий преобразователь, который функционирует как схема коррекции коэффициента мощности или PFC. Повышающий преобразователь имеет выходную мощность выше, чем входную. Коррекция коэффициента мощности необходима для переключения силовой цепи, чтобы скорректировать форму тока и минимизировать гармоники. Повышающий преобразователь - лучшая схема активной коррекции коэффициента мощности из-за его способности потреблять ток от входа в обоих состояниях Q1 (включен или выключен). Импульсный преобразователь второй ступени обычно называют секцией DC-DC производителями или разработчиками источников питания.Для DC-DC доступно множество топологий, таких как резонанс (LLC, последовательный, параллельный), прямой (ITTF, TTF, одиночный транзистор), мост и полный мост и многие другие. На приведенной ниже схеме секция DC-DC представляет собой резонансный преобразователь LLC. Последний блок - это выходной выпрямитель и фильтр. В приложениях с высокой мощностью вместо диодов используются NMOS.

 

Схема ниже обычно используется для автономных адаптеров и зарядных устройств с низким энергопотреблением. Это только использование одного переключающего преобразователя на секции DC-DC, который является обратным преобразователем.Обратный преобразователь эффективен при номинальной мощности до 100 Вт. В некоторых случаях Flyback используется до 200 Вт, если соблюдаются требования, особенно по эффективности. Каскад PFC больше не используется, поскольку типичная или номинальная мощность этой конфигурации составляет около 80–120 Вт, а требования к коэффициенту мощности для этого диапазона мощности не такие строгие. Обратный преобразователь очень популярен для энергосберегающих автономных импульсных источников питания из-за его простоты и меньшего количества деталей.

 

Импульсный источник питания постоянного и постоянного тока

Существует несколько топологий, которые можно использовать для создания импульсного источника питания DC-DC.Схема ниже представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный или обычно известный как понижающий преобразователь. Понижающий преобразователь имеет выходное напряжение ниже входного.

 

Еще одно решение для импульсного источника питания постоянного и постоянного тока - это повышающий преобразователь, показанный на схеме ниже. Повышающий преобразователь имеет выходную мощность выше, чем входную.

 

Комбинация понижающего и повышающего преобразователя также возможна в повышенно-понижающей топологии.Ниже приведено инвертирующее решение для повышения и понижения напряжения. Его можно настроить для работы, когда его вход ниже, чем выход, или наоборот. Неинвертирующий понижающий-повышающий также вариант, но он имеет несколько компонентов, чем инвертирующий понижающий-повышающий.

 

Принцип работы импульсных источников питания

Мы показываем в корпусе выше некоторые разновидности импульсного источника питания как в AC-DC, так и в DC-DC формах. Что именно делает SMPS? Чем он отличается от обычного линейного блока питания?

Импульсный источник питания - это источник питания, в котором в качестве силовой части используется импульсный преобразователь.Это может быть несколько переключающих преобразователей, работающих в каскаде или параллельно, или один. Импульсные преобразователи - это сердце импульсных источников питания.

Импульсный преобразователь работает по принципу непрерывного включения и выключения полупроводникового переключателя. Включение означает работу полупроводникового переключателя, такого как MOSFET, в режиме насыщения, в то время как выключение означает работу MOSFET в режиме отсечки. При насыщении на канале MOSFET не будет падения напряжения (в идеале), следовательно, не будет потерь мощности.С другой стороны, при отключении тока не будет, так что потери мощности по-прежнему отсутствуют. Благодаря этому принципу достигается очень высокий КПД.

На самом деле, есть небольшие потери мощности из-за сопротивления открытого МОП-транзистора и задержки выключения, которая вызывает небольшое пересечение между напряжением и током.

Приведение полупроводникового переключателя в режим насыщения и отсечки возможно с помощью ШИМ-контроллера. Контроллер PWM может быть аналоговой ИС для конкретного приложения (ASIC) или цифровым решением, таким как MCU, DSC и DSP.Контроллер также устанавливает регулирование и другие защиты цепи.

Постановление о получении продукции

Чтобы хорошо это обсудить, давайте рассмотрим понижающий преобразователь, показанный на схеме ниже. Принцип одинаков для всех переключающих преобразователей.

 

Может быть, вы уже слышали о системе разомкнутого и замкнутого контура. Система разомкнутого контура не имеет возможности настраиваться на основе поведения выхода, но замкнутая система имеет.Например, в приведенной выше схеме (понижающий переключающий преобразователь) регулирование разомкнутого контура возможно путем обеспечения фиксированного входного напряжения, фиксированной нагрузки и фиксированного рабочего цикла. Для понижающего преобразователя идеальное соотношение входного и выходного напряжения определяется рабочим циклом. Для понижающего преобразователя уравнение рабочего цикла составляет

.

 

Подробное объяснение того, как вычисляется рабочий цикл понижающего преобразователя, можно найти в статье «Расчет рабочего цикла понижающего преобразователя».

Например, входное напряжение составляет 20 В, а желаемое выходное напряжение - 10 В, рабочий цикл может быть установлен на 50%. Таким образом, сигнал ШИМ в приведенной выше схеме должен иметь 50% времени включения. Это может быть нормально, если вход фиксирован, а нагрузка также постоянна. Однако, когда есть небольшое возмущение, выход легко станет сумасшедшим, поэтому рекомендуется использовать управление с обратной связью.

Для управления замкнутым контуром необходим хороший контроллер (стандартный контроллер), или, если вы очень хорошо разбираетесь в системе управления, вы можете разработать собственное аналоговое или цифровое управление.

Замкнутый цикл для получения Положения

Схема ниже представляет собой понижающий преобразователь постоянного тока, который может работать от входных напряжений 30-60 В и выходных напряжений 24 В, 75 Вт. В силовую часть входят NMOS Si7852, диод SS3H9 и катушка индуктивности 47uH. Резисторы делителя 93,1 кОм и 4,99 кОм составляют цепь обратной связи для управления по замкнутому контуру. Напряжение на резисторе 4,99 кОм сравнивается с внутренним опорным сигналом на выводе V FB контроллера.

 

Выход не может отклоняться от установленного уровня из-за замкнутого контура.Выше представлено простое решение, благодаря контроллерам, доступным на рынке в настоящее время. Принцип, лежащий в основе управления с обратной связью, очень технический, но о нем забывают, поскольку на рынке доступно множество простых решений.

Чтобы сделать ответ петли быстрым, необходима компенсационная сеть. В приведенной выше схеме компоненты, подключенные к выводу V C , составляют схему компенсации.

Немного подробнее об эксплуатации SMPS

Цепи, из которых состоят импульсные блоки питания, представляют собой импульсные преобразователи.Понимание работы импульсного преобразователя также прояснит работу импульсного источника питания. Позвольте мне рассмотреть схему повышающего преобразователя ниже. Когда PWM высокий (MOSFET Q1 насыщается), переключатель Q1 включается, и на этот раз индуктор L1 заряжается. Диод D1 будет смещен в обратном направлении, и нагрузка будет зависеть только от заряда конденсатора C1.

 

Когда сигнал ШИМ низкий, Q1 отключается. Катушка индуктивности будет сопротивляться внезапному изменению тока, поэтому она изменит свою полярность, чтобы поддерживать то же направление тока.В результате D1 будет смещен в прямом направлении, а C1 будет пополнять свой заряд, а нагрузка будет получать свою мощность от входа. Изменение полярности катушки индуктивности создает уровень напряжения выше входного (эффект усиления). На диаграмме ниже показаны формы колебаний тока катушки индуктивности, диода и полевого МОП-транзистора в зависимости от состояния ШИМ.

 

КПД импульсного источника питания

Основная причина, по которой этот тип источника питания так популярен, - это его способность обеспечивать более высокий КПД.Ниже приведена таблица КПД, достижимого для импульсного источника питания, стандартизованного на 80+.

 

Эффективность вычисляется как

 

Ploss - общие потери источника питания. Ранее я упоминал о нулевом рассеянии мощности, когда переключатель находится в состоянии насыщения или при отключении. В идеале, но такой идеальной системы нет. Потери импульсного источника питания возникают из-за RDSon полевого МОП-транзистора, потерь переключения, потерь в диодах, потерь смещения и потерь, связанных с индуктором.

Руководство по проектированию ИИП

1.Знакомство с приложением

Определите приложение. Например. в каком приложении используется источник питания, каковы окружающие условия, рабочие температуры и определить, будет ли принудительное воздушное охлаждение или естественная конвекция. Принудительный воздух и естественная конвекция имеют разный дизайнерский подход.

2. Определить мощность

Если вашему приложению требуется 100 Вт, не создавайте блок питания на 100 Вт.Всегда включайте минимум 40% запаса на случай внезапных перегрузок. Если позволяет бюджет, вы можете спроектировать блок питания мощностью 200 Вт так, чтобы ваша нагрузка всегда была вдвое меньше, чем мощность блока питания. По результатам испытаний импульсный источник питания имеет наибольший КПД при нагрузке 50-60%.

3. Выберите топологию

Когда у вас будет целевая мощность, выберите топологию для использования. Для номинальной мощности ниже 150 Вт Flyback является экономичным решением. Однако для более высоких требований к эффективности Flyback не подходит.Вы можете рассмотреть резонансное решение. Для приложений с высокой мощностью, скажем, в диапазоне киловатт, вы можете рассмотреть полный мост в секции DC-DC. Для приложения DC-DC используйте понижающий режим, если вы стремитесь к более низкому выходному напряжению, повышающий режим для более высокого выходного напряжения или понижающий-повышающий режим, если необходимо комбинировать их.

4. Решите, нужно ли включать схему коэффициента мощности

Это зависит от технических характеристик и приложений. Для зарядных устройств и адаптера малой мощности нет необходимости в дополнительном каскаде PFC.Для высокой мощности или если вы хотите конкурировать на рынке и иметь сертифицированный источник питания, вам необходимо включить схему PFC, такую ​​как повышающий преобразователь.

5. Хотите, чтобы продукт был сертифицирован органами EMC?

Если да, то включите в проект фильтр электромагнитных помех.

6. Используйте синхронные выпрямители, параллельные МОП-транзисторы

Если вам требуется очень высокий КПД, подумайте об использовании синхронного выпрямителя. Вы также можете параллельно использовать полевые МОП-транзисторы, чтобы дополнительно снизить потери проводимости, связанные с RDSon.

7. Выберите Control

Вы можете использовать аналоговые контроллеры для конкретных приложений или выбрать цифровое решение, такое как MCU, DSC или DSP. Аналоговые контроллеры просты. Что ж, если вы хорошо разбираетесь в системах управления, почему бы не подумать о цифровом решении. Цифровое решение очень гибкое, так как вы можете включать в себя ведение домашнего хозяйства или мониторинг.

8. Прочее

Правильный выбор устройств, обратите внимание на номинальное напряжение, номинальный ток, а также номинальную мощность.Остерегайтесь допусков. Учитывайте срок службы конденсаторов, вентиляторов и оптоизоляторов.

Связанные

Принцип импульсного источника питания

Введение

Это видео показывает нам, как работает импульсный источник питания, на схемах, объяснениях, примерах и модификациях.


Каталог


Принцип импульсного источника питания

1.1 Basic Принцип импульсного источника питания

Импульсный источник питания - это источник питания, в котором используются современные технологии силовой электроники для управления соотношением времени включения и выключения переключающего транзистора для поддержания стабильного выходного напряжения. . Простая конструкция показана на рисунке 1.

Рисунок 1 . B asic C ircuit из Коммутация P ower S подача

Коммутационный транзистор VT включен последовательно между входным напряжением VI и выходным напряжением Vo.Когда база транзистора VT вводит импульсный сигнал переключения, VT периодически переключается, то есть попеременно включается и выключается по очереди. Предполагая, что VT является идеальным переключателем, падение напряжения между базой и эмиттером приблизительно равно нулю, когда VT насыщен, и входное напряжение Vi подается на выход через VT; Напротив, в то время, когда VT отключен, выход равен нулю. После периодического переключения VT импульсное напряжение получается на выходе, а среднее напряжение постоянного тока получается схемой фильтра.Выходное напряжение указано в формуле 1:

.

(1)

T на - это время включения, T - период переключения, а D - рабочий цикл. Можно видеть, что импульсный регулируемый источник питания может управлять значением выходного постоянного напряжения, изменяя рабочий цикл импульса переключения, то есть время включения.

1.2 Рабочий процесс импульсного источника питания

Импульсный источник питания обычно состоит из шести частей, как показано на рисунке 2.

Первая часть - это входная цепь, которая содержит фильтрацию нижних частот и одноступенчатое выпрямление. Vi получается после того, как переменное напряжение 220 В проходит низкочастотную фильтрацию и мостовое выпрямление. Это напряжение отправляется во вторую часть для коррекции коэффициента мощности. Цель состоит в том, чтобы улучшить коэффициент мощности. Форма должна поддерживать входной ток в фазе с входным напряжением.

Третья часть - это преобразователь мощности, который завершается электронным переключателем и высокочастотным трансформатором.Он преобразует постоянное напряжение с высоким коэффициентом мощности в высокочастотное импульсное напряжение прямоугольной формы, которое соответствует проектным требованиям. Четвертая часть - это выходная цепь, которая используется для выпрямления и фильтрации высокочастотного прямоугольного импульсного напряжения на выходе постоянного напряжения. Пятая часть - это схема управления. После разделения и выборки выходного напряжения оно сравнивается с опорным напряжением схемы и усиливается.

Шестая часть - это генератор частотных колебаний, который генерирует сигнал высокочастотного диапазона волн, который накладывается на управляющий сигнал для выполнения широтно-импульсной модуляции для достижения регулируемой ширины импульса.При высокочастотном колебании происходит преобразование мощности, поэтому суть импульсного источника питания заключается в преобразовании мощности.

Рисунок 2. Принципиальная блок-схема импульсного источника питания

1.3 Метод модуляции импульсного источника питания

Методы модуляции импульсного источника питания в основном включают три типа: PWM, PFM и PSM. Частота переключения режима широтно-импульсной модуляции (ШИМ) постоянна.Изменяя ширину импульса включения для изменения рабочего цикла, достигается управление выходной энергией, что называется расширением фиксированной частоты; Ширина импульса режима частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) постоянна. Регулируя частоту переключения, коэффициент заполнения изменяется таким образом, чтобы реализовать управление выходной энергией, что называется модуляцией с фиксированной шириной; ширина импульса в режиме модуляции с пропуском импульсов является постоянной, а выходная энергия регулируется выборочно с пропуском определенных рабочих циклов.

1.3.1 Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Режим модуляции PWM - это наиболее часто используемый метод управления в импульсных источниках питания. Сигнал обратной связи на стороне нагрузки сравнивается с пилообразной волной, генерируемой внутри, и выходной прямоугольный сигнал с постоянной частотой расширяется для управления трубкой переключателя, а время включения трубки переключателя регулируется в реальном времени в соответствии с состояние нагрузки для стабилизации выходного напряжения.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 3.

Рисунок 3.W orking P rinciple D iagram of PWM

В настоящее время режим управления ШИМ является наиболее часто используемым в импульсных источниках питания и имеет следующие преимущества: высокий КПД в случае большой нагрузки, хорошая скорость регулировки напряжения, высокая линейность, небольшая пульсация на выходе и пригодность. для режима управления током или напряжением.Но он также имеет следующие недостатки: слабая модуляция входного напряжения, плохие частотные характеристики и снижение КПД при небольшой нагрузке.

1.3.2 Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ)

PFM - это метод модуляции, часто используемый в импульсных источниках питания. Сравнивая сигнал обратной связи конца нагрузки с опорным сигналом, выходной сигнал ошибки регулирует рабочую частоту, а затем выводит прямоугольный сигнал постоянной ширины и переменной частоты для управления трубкой переключателя и регулирует время включения трубка переключателя в реальном времени в соответствии с условиями нагрузки, тем самым стабилизируя выходное напряжение.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 4.

Рисунок 4 . Принцип работы PFM

1.3.3 Пропуск импульсов Modulatio n (PSM)

PSM - это новый метод управления импульсными источниками питания, который называется перекрестно-импульсной модуляцией. Сигнал обратной связи конца нагрузки преобразуется в цифровой уровень, и уровень сигнала обратной связи определяется по нарастающему фронту тактового сигнала, чтобы определить, работать ли в тактовом цикле, а время включения трубки переключателя регулируется для стабилизации. выходное напряжение.Его рабочая форма сигнала показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Принцип работы PSM

В настоящее время режим управления PSM используется для импульсных источников питания и имеет следующие преимущества: высокая скорость при небольшой нагрузке, высокая рабочая частота, хорошие частотные характеристики и меньшая частота переключения силовых трубок, подходящая для небольших ИС управления питанием. Однако он также имеет следующие недостатки: большая пульсация на выходе и слабая возможность регулировки входного напряжения.

1.4 Метод управления импульсным источником питания

Импульсные источники питания, которые мы обычно используем, основаны на режиме ШИМ, поэтому мы сосредоточимся на технологии управления в режиме ШИМ. Существует два основных типа технологии управления ШИМ: один - это технология управления ШИМ в режиме напряжения, а другой - технология управления ШИМ в текущем режиме.

1.4.1 ШИМ-контроллер в режиме напряжения

Импульсный источник питания изначально был основан на технологии PWM в режиме напряжения.Основной принцип работы показан на рисунке 6. Выходное напряжение Vo сравнивается с опорным напряжением для получения сигнала ошибки VE. Это напряжение ошибки сравнивается с пилообразным сигналом, генерируемым пилообразным генератором. Компаратор PWM выдает управляющий сигнал прямоугольной формы с изменением рабочего цикла. Это принцип работы технологии управления PWM в режиме напряжения.

Поскольку эта система представляет собой одноконтурную систему управления, ее самым большим недостатком является отсутствие сигнала обратной связи по току.Поскольку ток импульсного источника питания протекает через катушку индуктивности, соответствующий сигнал напряжения имеет определенную задержку. Однако для регулируемого источника питания необходимо постоянно регулировать входной ток, чтобы адаптироваться к изменению входного напряжения и требований нагрузки, тем самым достигая цели стабилизации выходного напряжения. Следовательно, недостаточно использовать метод выборки выходного напряжения, потому что реакция регулирования напряжения медленная. Даже при изменении большого сигнала трубка переключателя мощности повреждается из-за колебаний, что является самым большим недостатком технологии управления ШИМ в режиме напряжения.

Рисунок 6. Принцип работы технологии ШИМ управления в режиме напряжения

1.4.2 ШИМ-контроллер текущего режима

Технология управления ШИМ в режиме тока была разработана из-за недостатков технологии управления ШИМ в режиме напряжения. Так называемое управление ШИМ в токовом режиме заключается в прямом сравнении сигнала обнаружения тока выходной катушки индуктивности с выходным сигналом усилителя ошибки на входе компаратора ШИМ для реализации управления рабочим циклом выходного импульса так, чтобы пиковый ток выходной дроссель следует за изменением напряжения ошибки.Этот метод управления может эффективно улучшить скорость регулирования напряжения и скорость регулирования тока импульсного источника питания, а также может улучшить переходную характеристику всей системы. Принцип работы технологии управления PWM в текущем режиме показан на рисунке 7.

Технология управления PWM в токовом режиме в основном делится на технологию управления пиковым током и технологию управления средним током. Две технологии управления обнаруживают и предоставляют обратную связь о пиковом значении и среднем значении изменения тока в течение одного периода проводимости.

Технология управления пиковым током: Управление режимом пикового тока напрямую управляет током индуктора на стороне пикового выхода, а затем косвенно регулирует ширину импульса ШИМ. Пиковый ток катушки индуктивности легко обнаружить и логически согласуется с изменением среднего тока катушки индуктивности. Однако пиковый ток индуктора не может быть во взаимно однозначном соответствии со средним током индуктора, потому что один и тот же пиковый ток индуктора может соответствовать разным средним токам индуктора с разными рабочими циклами и единственным фактором, определяющим значение выходного напряжения. - значение среднего тока катушки индуктивности.

Когда коэффициент заполнения системы ШИМ D> 50%, режим управления режимом пикового тока с фиксированной частотой имеет присущую нестабильность разомкнутого контура, и необходимо ввести соответствующую компенсацию наклона, чтобы устранить нарушение среднего тока катушки индуктивности из-за различных рабочих циклов и чтобы контролируемый пиковый ток индуктора в конечном итоге сходился к среднему току индуктора. Когда крутизна применяемого сигнала компенсации крутизны увеличивается до определенной степени, управление в режиме пикового тока преобразуется в управление в режиме напряжения.

Поскольку сигнал компенсации наклона полностью заменяется треугольной волной в колебательном контуре, он становится регулятором режима напряжения, но текущий сигнал в это время можно рассматривать как текущий сигнал прямой связи. Управление в режиме пикового тока представляет собой систему управления с двойным замкнутым контуром (внешний контур - это контур напряжения, а внутренний контур - это контур тока), а текущий внутренний контур мгновенно и быстро управляется в соответствии с импульсом за импульсом.При управлении с двойным контуром текущий внутренний контур отвечает только за динамическое изменение выходной катушки индуктивности, поэтому внешний контур напряжения должен только управлять выходным напряжением и не должен управлять схемой накопления энергии. Следовательно, управление в режиме пикового тока имеет гораздо большую полосу пропускания, чем управление в режиме напряжения.

Рисунок 7. Принцип работы технологии ШИМ управления в токовом режиме

Метод контроля среднего тока: Контроль среднего тока требует определения тока катушки индуктивности, сигнала определения тока катушки индуктивности и заданного VE.После сравнения управляющий сигнал VC генерируется регулятором тока и сравнивается с сигналом пилообразной модуляции для генерации импульса ШИМ. Регуляторы тока обычно используют схему компенсации PI-типа и отфильтровывают высокочастотные компоненты в дискретизированном сигнале.

Сравнение двух технологий управления током: Технология управления пиковым током удобна и быстра, но требует компенсации стабильности; Технология управления средним током отличается стабильностью и надежностью, но скорость реакции ниже, а управление более сложным.Поэтому в практических приложениях режим управления пиковым током более распространен, чем режим управления средним током.

1.5 W orking M ode of S witching P ower S upply, использованный в качестве примера преобразователя Fly

, так называемый обратный ход означает, что первичная полярность трансформатора противоположна вторичной полярности, как показано на рисунке 8.Он состоит из переключающей трубки VT, выпрямительного диода D1, фильтрующего конденсатора C и развязывающего трансформатора. Если верхний конец первичной обмотки трансформатора положительный, верхний вторичный конец отрицательный, и переключающая трубка VT работает в режиме ШИМ. Обратный преобразователь имеет высокий КПД, простую схему и может обеспечивать несколько выходов, поэтому он получил широкое распространение.

Рисунок 8 . B asic C ircuit из Обратный ход C onverter

Обратный преобразователь PWM имеет два режима: постоянный ток и прерывистый ток.Для тока, протекающего через переключающую трубку первичной обмотки W1, его ток не может быть непрерывным, потому что ток переключающей трубки VT обязательно равен нулю после отключения.

Но в это время во вторичной обмотке W2 неизбежно возникает ток. Для обратного преобразователя постоянный ток означает, что суммарный ток двух обмоток преобразователя не равен нулю в течение одного цикла переключения, а прерывание тока означает, что синтетическая ампула равна нулю в течение периода выключения переключающей лампы VT.Когда ток является непрерывным, обратный преобразователь имеет два режима переключения, как показано на (a) и (b) на рисунке 9; и когда ток прерывается, обратноходовой преобразователь имеет три режима переключения, как показано на (a) (b) (c) рисунка 9.

Рисунок 9. Эквивалентная схема в различных режимах переключения

1.5.1 Принцип работы обратноходового преобразователя при постоянном токе

Как показано на рисунке 9 (a), при t = 0 переключающий транзистор VT включается, и напряжение питания Vi подается на первичную обмотку трансформатора W 1 .В это время индуцированное напряжение во вторичной обмотке W 2 отключает диод D 1 , и ток нагрузки подается от конденсатора фильтра C. В этот момент вторичная обмотка трансформатора разомкнута, только первичная обмотка работает, что эквивалентно катушке индуктивности. Индуктивность L 1 , первичный ток L p линейно увеличивается от минимального значения I Pmin , а скорость увеличения составляет: (1-2)

Когда t = T на , ток I p достигает максимума I Pmax

(1-3)

Во время этого процесса сердечник трансформатора намагничивается, и его магнитный поток Φ также линейно увеличивается.Приращение потока Φ составляет:

(1-4)

Как показано на рисунке 9 (b), когда t = T на , переключающая трубка VT выключена, первичная обмотка разомкнута, и индуцированная электродвижущая сила вторичной обмотки меняет направление, чтобы включить диод D . 1 . Энергия, запасенная в магнитном поле трансформатора, высвобождается через диод D 1 , заряжая конденсатор C, с одной стороны, и подает питание на нагрузку, с другой стороны.В этот момент работает только вторичная обмотка трансформатора, которая эквивалентна катушке индуктивности, и ее индуктивность составляет L 2 . Напряжение на вторичной обмотке составляет В o , вторичный ток I с линейно падает от максимального значения I Smin и скорость его падения составляет:

(1-5)

При t = T ток I s достигает минимального значения I Smin

(1-6)

Во время этого процесса сердечник трансформатора размагничивается, и его магнитный поток Φ также линейно уменьшается.Величина уменьшения магнитного потока Φ составляет:

(1-7)

1.5.2 Basic R elationship of F lyback C onverter W hen C urrent I

При работе с регулируемым напряжением величина увеличения магнитного потока переключаемого сердечника обязательно равна величине уменьшения, когда переключатель VT выключен, то есть.Из формул (1-4) и (1-7) получаем:

(1-8)

В формуле - это соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора.

Когда K 12 = 1 ,

(1-9)

Напряжение, которому подвергается переключающая трубка VT при выключении, складывается из Vi и индуцированной электродвижущей силы в первичной обмотке W1, то есть

(1-10)

Когда напряжение источника питания V i является постоянным, напряжение переключающего транзистора VT зависит от продолжительности включения D, поэтому значение максимальной продолжительности включения D max должно быть ограничено.Напряжение диода D 1 равно сумме выходного напряжения V и входного напряжения Vi, преобразованного во вторичное напряжение:

(1-11)

Ток нагрузки Io - это среднее значение тока, протекающего через диод D1:

(1–12)

В соответствии с принципом работы трансформатора устанавливаются следующие две формулы.

(1-13)

(1-14)

Из формулы (1-3) и формулы (1-12) в (1-14) мы можем получить:

(1-15)

(1–16)

I Pmax и I Smax - соответственно максимальные значения тока, протекающего через переключающую трубку VT и диод D 1 .

1.5.3 Принцип работы и основные отношения обратного преобразователя при прерывании тока

Формула (1-9) все еще работает, если критический ток постоянный. В это время максимальный ток первичной обмотки равен I , тогда Pmax , а ток нагрузки равен

.

(1-17)

Критический постоянный ток нагрузки

(1-18)

Когда D = 0.5, I oG достигает максимального значения

(1-19)

Тогда формулу (1-18) можно записать как :

(1-20)

Формула (1-20) - критическая непрерывная граница тока индуктора.

Когда ток индуктора прерывается, это связано не только с рабочим циклом D, но и со значением тока нагрузки I o .Предположим, что относительное время свободного хода I с , мы можем получить, потому что величина увеличения и уменьшения магнитного потока сердечника равна одному циклу переключения. Итак,, и, то:

(1-21)

Формула

(1-21) показывает, что когда ток прерывается, выходное напряжение не только связано с рабочим циклом D, но также связано с величиной тока нагрузки I o .Когда рабочий цикл D является постоянным, уменьшение тока нагрузки I o может привести к увеличению выходного напряжения V o .

В случае режима прерывания тока энергия, запасенная в первичной катушке индуктивности, зависит от пикового тока:

(1-22)

Энергия доставляется один раз за цикл,

(1-23)

Эта формула говорит нам, что после фиксированного входного напряжения только T может увеличить выходную мощность за счет уменьшения частоты переключения или уменьшения индуктивности.А если также выбрана частота переключения, то мощность можно увеличить только за счет уменьшения индуктивности. Однако фактическая индуктивность имеет минимальное значение, и обратный преобразователь, работающий в прерывистом режиме, имеет максимальный предел выходной мощности, обычно менее 50 Вт.

1.6 Резюме

В этой главе, в основном, представлены основные принципы работы и рабочий процесс импульсного источника питания. Он также вводит режим модуляции импульсного источника питания.В настоящее время режим управления ШИМ является наиболее часто используемым в импульсных источниках питания. Он имеет следующие преимущества: высокий КПД при большой нагрузке, хорошее регулирование напряжения, высокая линейность и небольшая пульсация на выходе, а также подходит для режима управления током или напряжением. Следовательно, в этой конструкции будет использоваться модуляция ШИМ.

Существует два основных типа технологии управления ШИМ: один - это технология управления ШИМ в режиме напряжения, а другой - технология управления ШИМ в режиме тока.Поскольку метод управления током быстро реагирует на входное напряжение, в этой конструкции будет использоваться метод управления током.

В этой главе также описывается режим работы импульсного источника питания. Поскольку контур обратной связи в прерывистом режиме является стабильным, а мощность этой конструкции мала, принимается прерывистый режим.

Ⅱ Control D evices U sed in S witching P ower S lies upp.1 высокочастотный T преобразователь

2.1.1 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рисунок 10 . Намагничивание C urve и H ysteresis L oop из T преобразователя C или

Как показано на рисунке 10, в качестве прямого и мостового преобразователей большинство из них работают в зонах 1 и 2.Характеристики этих двух зон: внешнее магнитное поле небольшое и процесс намагничивания обратимый. В зоне 1,. μ 1 - начальная проницаемость. И явно линейно. Для силовых трансформаторов с низкой выходной мощностью и низкой частотой значение B при работе может быть рассчитано чрезвычайно точно. В зоне 2,. Здесь B - постоянная Рэлея, и эта область не была линейной.

Но процесс намагничивания по-прежнему обратим. Обычно для этих двух областей мы все еще используем приблизительную формулу для инженерных приложений:.Из-за обратимости прямой преобразователь почти не имеет гистерезиса (на самом деле, из-за технологического процесса и других причин, все еще существует необратимая намагниченность, но это относительно неочевидно). Для источника питания с одинаковым входом и выходом, если используются топологии прямого и обратного возбуждения, соответственно, эффективность прямого трансформатора должна быть выше, чем у обратного трансформатора, если рабочая частота одинакова.

Для обратноходового трансформатора рабочая зона - это зона 1, 2 и 3.Среди них зона 3 относится к зоне необратимого намагничивания. Эта область является основной областью формирования гистерезиса, поэтому обратный трансформатор имеет компонент потерь на гистерезис. Работает в среднем диапазоне магнитного поля. Даже если диапазон изменения магнитного поля невелик, изменение B очень существенно. Магнитная проницаемость быстро увеличивается и достигает максимального значения.

Эта область также является областью с максимальной магнитной проницаемостью. Очевидно, что магнитная проницаемость зоны 1, 2 и 3 не равна, но при расчете параметров трансформатора мы пользуемся формулой.Здесь μ e - эффективная проницаемость, которая заставляет кривую B — H зоны 1,2 и 3 равняться отношению B и H, полученному по прямой линии. Следует отметить, что эта формула адаптирована для обратноходового преобразователя, работающего в режиме DCM. Обратные преобразователи, работающие в режиме CCM, должны использовать инкрементную проницаемость для точных расчетов. Расчет индуктивности накопления энергии в прямом преобразователе также считается используемым в режиме DCM с использованием μ e и в режиме CCM с использованием инкрементной магнитной проницаемости.

Для петли максимального гистерезиса, если процесс намагничивания не может вернуться по первоначальному пути, неизбежно происходит потребление энергии. Мощность, потребляемая намагничиванием для одного круга, равна площади, окруженной кривой намагничивания. Чтобы снизить энергопотребление, мы всегда надеемся, что петля гистерезиса будет как можно более тонкой при выборе сердечника, потому что она больше похожа на прямую, пересекающую нулевую координату. При использовании формулы она ближе к реальной ситуации.Поскольку это приблизительная формула, а B max магнитопровода уменьшается с повышением температуры, значение △ B необходимо оставить с запасом при проектировании трансформатора. (Режим DCM обычно не должен превышать 2/3 своего номинального значения B max .

Следует отметить, что это значение соответствует максимальной температуре, при которой продукт может работать). Если запас небольшой, необходимо учитывать ограничение по току максимальной токовой защиты источника питания.Обычно, когда правильно спроектированный источник питания работает без обратной связи в полном диапазоне входного напряжения при полной нагрузке, сердечник трансформатора не насыщается.

Для трансформатора, если все вторичные обмотки не подключены, первичная обмотка эквивалентна катушке индуктивности, и весь ток, протекающий через первичную обмотку, намагничивается. В состоянии постоянного тока трансформатор эквивалентен короткозамкнутому компоненту и не может передавать энергию. Когда ток намагничивания велик, трансформатор будет насыщен.В это время резко падает эффективность передачи энергии. В реальных технических измерениях все другие обмотки обычно закорачивают для измерения при измерении индуктивности рассеяния определенной обмотки.

Когда вторичная обмотка разомкнута, первичный ток является током возбуждения. Индуктивность первичной обмотки соответствующей вторичной разомкнутой цепи может быть приблизительно выражена как индуктивность намагничивания. Для фиксированного трансформатора ток возбуждения в основном определяется напряжением, приложенным к первичной обмотке, а индуктивность намагничивания является реальной индуктивностью.Идеальный трансформатор - это просто черный ящик, передающий энергию.

Для прямого трансформатора и преобразователя, работающего как прямой трансформатор, необходим магнитный сброс, и индуктивность намагничивания пропускается через схему сброса для достижения баланса вольт-секунда. Обратный источник питания не требует магнитного сброса, потому что процесс обратного преобразователя сам по себе является процессом магнитного сброса. Существует несколько распространенных схем сброса, таких как LC-резонансный сброс, RC- или RCD-сброс, активный фиксатор и сброс с одной обмоткой.

2.1.2 Контроль воздушного зазора

Обратный трансформатор - это, по сути, катушка индуктивности. Весь его ток - это ток возбуждения. Формула накопления энергии индуктора:. Чтобы увеличить запас энергии, кажется, есть два пути: во-первых, увеличить индуктивность (то есть увеличить количество витков). Таким образом, объем трансформатора будет значительно увеличен. Другая проблема заключается в том, что поскольку магнитопровод постоянен, максимальный рабочий ток неизбежно уменьшается, поэтому неразумно увеличивать индуктивность для увеличения накопления энергии.Второй - увеличить рабочий ток. Текущие требования к накоплению энергии магнитного сердечника возрастают, что в конечном итоге приводит к увеличению общего накопления энергии сердечника.

Хотя магнитная проницаемость после открытия воздушного зазора меньше, чем магнитная проницаемость, когда воздушный зазор не открыт, напряженность магнитного поля (которая пропорциональна току), достигающая магнитного насыщения магнитопровода, значительно увеличивается. Это способствует накоплению большего количества энергии.

Увеличение сопротивления после воздушного зазора увеличивает рассеивание магнитного потока, особенно вокруг воздушного зазора. Если необходимо уменьшить индуктивность рассеяния, катушку можно намотать непосредственно на воздушный зазор, но катушка вокруг воздушного зазора будет находиться в сильном изменяющемся магнитном поле, и в проводе будет генерироваться локальный вихревой ток, и эмалированный провод пригорает и обесцвечивается через долгое время. Для сердечника из порошкового железа с дисперсными воздушными зазорами лучший способ уменьшить индуктивность рассеяния - это равномерно и равномерно обернуть весь сердечник.Ниже приводится формула расчета воздушного зазора трансформатора.

Во-первых, по закону Ома магнитопровода:

(2-1)

N - количество витков катушки, R m - магнитное сопротивление, NI - магнитный потенциал (аналогичный электродвижущей силе), и - магнитный поток.

Закон петли Ампера: подставляем его в формулу (2-1) и получаем:

(2-2)

(2-3)

(2-4)

(2-5)

Теперь мы можем получить формулу магнитосопротивления:

(2-6)

Из магнитного пути открытого воздушного зазора мы можем узнать, что полное сопротивление равно сумме сопротивления материала и сопротивления воздушного зазора.Поскольку магнитная проницаемость материала намного больше, чем магнитная проницаемость воздушного зазора. Следовательно, магнитное сопротивление материала намного меньше, чем магнитное сопротивление воздушного зазора, поэтому магнитное сопротивление материала не учитывается.

(2-7)

Из формулы накопления энергии индуктора:

(2-8)

Из закона петли Ампера:

(2-9)

Мы экспортируем:

(2-10)

мкм 0 - вакуумная проницаемость

I - первичный пиковый ток

B - значение магнитной индукции при номинальном режиме работы

S e - эффективная площадь поперечного сечения A e

2.1.3 Контроль индуктивности утечки

Рисунок 11. Распределение F люкс L чернил в A ctual T преобразователя

На рисунке 11 показан двухобмоточный трансформатор, N p является первичным, а N s вторичным. - это магнитный поток, который первично связан с вторичным, и магнитные потоки, которые не связаны друг с другом, то есть индуктивность рассеяния.Из-за наличия индуктивности рассеяния первичной обмотки энергия будет передана вторичной обмотке через некоторое время. На практике трансформатор имеет два метода намотки: метод последовательной намотки и метод многослойной намотки. Эти два метода намотки по-разному влияют на электромагнитные помехи и индуктивность рассеяния. Метод последовательной намотки обычно имеет индуктивность рассеяния около 5% от индуктивности, но поскольку первичная и вторичная обмотки имеют только одну контактную поверхность, а емкость связи мала, EMI лучше.

Метод сэндвич-обмоток обычно имеет индуктивность рассеяния примерно от 1% до 3% от индуктивности. Последовательность намотки многослойной намотки обычно сначала первичная, затем от одной секунды до одной трети вторичной. И чем меньше соотношение сторон, тем меньше индуктивность рассеяния трансформатора. Однако, поскольку первичная и вторичная обмотки имеют только две контактные поверхности и емкость связи велика, электромагнитные помехи возникают относительно сложно. Обычно, когда мощность ниже 30 ~ 40 Вт, энергия утечки приемлема, поэтому чаще используется метод последовательной намотки.Когда мощность превышает 40 Вт, энергия индуктивности рассеяния велика, и, как правило, можно использовать только метод сэндвич-намотки.

2.1.4 A анализ C ontrol P процесс F lyback P ower

В блоке питания с обратным ходом первичный и вторичный ток фактически не изменяются.Теоретически ток первичной обмотки и ток вторичной обмотки плавно изменяются посредством магнитной связи, и ток каждой обмотки может изменяться, но на самом деле никаких изменений нет. Подробный рабочий процесс выглядит следующим образом: после выключения МОП первичный ток заряжает выходной МОП конденсатор и паразитную емкость трансформатора (на самом деле паразитная емкость является разрядом. Для упрощения описания она описывается в совокупности. как зарядка), а затем напряжение на клеммах DS трубки переключателя резонансно возрастает.Поскольку ток очень велик, значение Q в резонансном контуре очень мало, так что в основном это линейный рост.

Когда напряжение на клемме DS повышается до тех пор, пока напряжение на вторичной обмотке не достигнет суммы выходного напряжения и напряжения выпрямителя, вторичная обмотка должна быть включена. Однако из-за влияния индуктивности рассеяния вторичной обмотки напряжение будет расти, чтобы преодолеть влияние индуктивности рассеяния вторичной обмотки, так что напряжение, отраженное в первичную обмотку, также немного выше, чем нормальное отраженное напряжение.В таких условиях вторичный ток начинает расти, а первичный ток начинает уменьшаться. Но не забывайте об индуктивности рассеяния первичной обмотки. Поскольку он не может быть связан, его энергия должна высвобождаться. В это время индуктивность рассеяния, выходная емкость MOS и паразитная емкость трансформатора резонируют, напряжение высокое и формируются несколько колебаний.

Энергия потребляется в цепи зажима. Следует отметить, что ток индуктивности рассеяния всегда идет последовательно с первичным током, поэтому процесс снижения тока утечки является процессом увеличения вторичного тока.А процесс снижения тока утечки определяется разницей между напряжением на конденсаторе цепи зажима и отраженным напряжением. Чем больше разница, тем быстрее падение. Чем быстрее процесс преобразования, тем очевиднее эффективность, и процесс преобразования представляет собой процесс суперпозиции напряжения и тока.

При использовании RC для поглощения, поскольку разница между напряжением на C и отраженным напряжением не слишком велика в установившемся режиме, процесс преобразования медленный, а эффективность низкая.При использовании TVS для поглощения допустимое напряжение и отраженное напряжение сильно различаются, поэтому преобразование происходит быстро, а эффективность высока. Конечно, RC потребляет больше энергии, чем TVS, но он дешевле.

Когда источник питания использует УЗО в качестве контура поглощения, во время процесса установки вторичного тока напряжение постоянного тока, приложенное к конденсатору, отсутствует и превышает это напряжение.

Энергия, поглощаемая контуром поглощения УЗО, состоит из двух частей: одна - это энергия индуктивности рассеяния, а другая - накопитель энергии первичной индуктивности.Если постоянная времени RC составляет от 1/10 до 1/5 периода переключения, потери будут большими, и в процессе обратного хода вторичная энергия будет поглощаться в большом количестве, что приведет к снижению энергоэффективности.

2.1.5 Конструкция A Поглощение C ontrol C Схема

Звон в лампе переключателя и выходном выпрямителе будет в каждом источнике питания. Перенапряжение, вызванное чрезмерным звонком, может вызвать повреждение устройства и вызвать проблемы с высокочастотными электромагнитными помехами или нестабильность контура.Решение обычно состоит в том, чтобы добавить петлю поглощения RC.

Сначала измерьте частоту вызывного сигнала с помощью осциллографа без добавления поглощающей цепи при небольшой нагрузке. Не забудьте использовать пробник с малой емкостью, потому что емкость пробника приведет к изменению частоты вызывного сигнала, и результат проектирования не будет точным. Во-вторых, лучше измерять частоту вызывного сигнала при самом высоком рабочем напряжении, потому что частота вызывного сигнала будет изменяться с увеличением напряжения, что в основном связано с изменением выходной емкости МОП или диода с изменением напряжения.

Причина звонка - колебание эквивалентной цепи RLC. Для схемы с малыми потерями это колебание может длиться несколько циклов. Чтобы предотвратить это колебание, мы должны сначала знать параметр этого колебания. Для MOS индуктивность рассеяния - это основная индуктивность, вызывающая колебания, и это значение можно измерить. Для диода емкость является основным фактором, который можно определить по инструкции. Чтобы вычислить его полное сопротивление: если мы знаем L, то; если мы знаем C,.Сначала попробуйте R = Z, обычно этого достаточно для контроля звонка. Однако потери могут быть высокими, и конденсатор необходимо подключить последовательно, чтобы уменьшить потери мощности в демпфирующей цепи в это время. Значение C можно рассчитать следующим образом:. Увеличение значения C приведет к увеличению потерь и усилению демпфирующего эффекта. Уменьшение значения C приведет к уменьшению потерь и ослаблению эффекта демпфирования. Потеря сопротивления составляет:. На практике некоторые корректировки производятся на основе расчетного значения в соответствии с экспериментом.

2.1.6 Контроль электромагнитных помех трансформатора

В силовых трансформаторах малой мощности обычно используются экранирующие слои двух типов: медная фольга и обмотки. Принцип медной фольги заключается в том, чтобы отрезать путь паразитной емкости между первичной и вторичной обмотками, так что все они образуют емкость относительно земли, а экранирующий эффект превосходен. но процесс будет немного сложнее, а стоимость увеличится. Экраны обмоток работают по двум принципам: отсекают путь конденсатора и уравновешивают электрическое поле.Следовательно, витки, направление намотки и положение обмотки имеют большое влияние на результаты EMI.

Вкратце, есть один момент: напряжение, индуцированное экранирующей обмоткой, противоположно направлению напряжения при работе экранированной обмотки. Положение обмотки экрана оказывает большое влияние на энергопотребление источника питания в режиме ожидания. Экранирование EMI ​​может быть подключено к исходному заземляющему проводу или к высоковольтному концу исходной стороны.

В электромагнитных помехах почти нет разницы, потому что есть высоковольтный конденсатор, а синфазный сигнал вверх и вниз (как правило, в нем преобладают синфазные помехи после того, как он превышает 1 МОм), является эквипотенциальным. Внешний экран трансформатора можно отсоединить или подключить к первичной массе. Влияние на электромагнитные помехи зависит от внутреннего состояния обмотки. Обратите внимание на проблему безопасности. Подключенный к проводу заземления первичной обмотки, магнитопровод является первичным, то есть магнитопровод находится на первичной стороне, и следует учитывать безопасное расстояние между первичной и вторичной сторонами.

Обмотка экрана влияет на работу трансформатора. Чтобы играть важную роль, экранирующая обмотка обычно располагается близко к первичной обмотке, так что она образует конденсатор с первичной обмоткой. Обмотка экрана обычно подключается к первичной массе или высокому напряжению. Этот конденсатор эквивалентен стороне D-S, подключенной к MOS, и, очевидно, вызывает большие потери при включении, а также влияет на энергопотребление в режиме ожидания. Конечно, добавление экранирования также увеличит индуктивность рассеяния.

В экранировании Фарадея обычно используются тонкие медные листы, которые не могут образовывать петлю. Экран первичной стороны должен быть подключен к первичной стороне, или прямолинейный конденсатор должен быть подключен к первичной стороне. Экран вторичной стороны должен быть подключен к вторичной стороне. Что касается способа подключения, лучше всего вынуть из меди точку, чтобы исключить индуктивность. В целях безопасности экран следует заземлить. Номинальный ток экрана, подключенного к земле, должен быть как минимум больше, чем значение тока силового предохранителя.

Для магнитопровода с воздушным зазором используется внешний экран. Ширина щита очень привередлива и принцип очевиден. Если номинальный ток предохранителя защитного экрана меньше или равен силовому предохранителю, предохранитель защитного экрана может первым выйти из строя в случае короткого замыкания и не может работать как защитный экран. Что касается внешнего экранирования, мы должны прежде всего соответствовать требованиям правил безопасности. При такой посылке, конечно, будет лучше, если она будет шире, но это также увеличит стоимость.Нам просто нужно соединить две половинки сердечника. На практике экранированная медная полоса часто находится в прямом контакте с сердечником.

2. 2 Основная трубка питания

Основная трубка питания, используемая для управления, обычно представляет собой полевой МОП-транзистор, а окружающие его компоненты являются паразитными компонентами, что серьезно влияет на работу МОП как переключателя. В качестве переключающего элемента основное внимание уделяется тому, чтобы время включения и выключения было достаточно коротким, чтобы работать между минимальным сопротивлением и максимальным сопротивлением, чтобы снизить энергопотребление.Фактическое время переключения обычно составляет 10–100 мкс, в то время как период переключения источника питания составляет 20–200 мкс. Время переключения также в основном определяется временем заряда и разряда его паразитной емкости. И CGD, и CDS зависят от напряжения стока и не являются линейными.

Еще одним важным паразитным параметром является сопротивление затвора, которое напрямую влияет на время включения переключателя, и этот параметр не предусмотрен в общей спецификации. Значение управляющего напряжения затвора обычно указывается в спецификации как значение 25 ° C.Фактически, напряжение домена затвора изменяется с отрицательным температурным коэффициентом -7 мВ / ° C.

Также есть два важных паразитных параметра: индуктор истока и индуктор стока. Стоимость паразитного индуктора в основном зависит от формы корпуса МОП-трубки. Типовые значения приведены в спецификации.

2.3 Основная микросхема управления

Основная часть импульсного источника питания состоит в основном из микросхемы прецизионного сравнения напряжения, микросхемы ШИМ, переключающей трубки, приводного трансформатора и главного переключающего трансформатора.Микросхема прецизионного сравнения напряжения сравнивает напряжение обратной связи выходной части постоянного тока с опорным напряжением, а микросхема ШИМ регулирует скважность переключающей трубки через приводной трансформатор в соответствии с результатом сравнения, тем самым управляя энергией, выводимой на часть постоянного тока. главного переключающего трансформатора для реализации регулируемого выхода.

Метод управления с обратной связью PWM можно разделить на тип тока и тип напряжения. Обычно используемый UC3842 является режимом управления текущего типа, и его внутренняя блок-схема показана на рисунке 12.

Рисунок 12. Внутренняя блок-схема UC3842

UC3842A - это высокопроизводительный регулятор тока с фиксированной частотой, предназначенный для автономных приложений и преобразователей постоянного тока. Это наиболее часто используемый и наиболее типичный чип управления ШИМ. Эти интегральные схемы оснащены регулируемым генератором для точного управления рабочим циклом, опорными сигналами с температурной компенсацией и усилителями ошибок с высоким коэффициентом усиления. Компаратор выборки тока и сильноточный выход на тотемный полюс идеально подходят для управления силовыми полевыми МОП-транзисторами.

Другие функции защиты включают в себя блокировку входного и опорного пониженного напряжения, каждая из которых имеет гистерезис, ЦИКЛ ЗА ЦИКЛОМ ограничение тока, программируемое мертвое время выхода и фиксацию измерения одиночного импульса. Эти устройства доступны в 8-контактных пластиковых корпусах с двойным расположением выводов и 14-контактных пластиковых корпусах для поверхностного монтажа (SO-14). Выходной каскад на тотемных полюсах в корпусе SO-14 имеет отдельные выводы питания и заземления. Пороговые значения блокировки низкого напряжения 16 В (вкл.) И 10 В (выкл.) UC3842A идеально подходят для автономных преобразователей.UCX843A разработан для систем низкого напряжения с порогом блокировки низкого напряжения 8,5 В (вкл.) И 7,6 В (выкл.) И имеет следующие характеристики:

1. Точно настроенный ток разряда генератора для точного управления рабочим циклом

2. Токовый режим работает до 500 кГц

3. Фиксирующая широтно-импульсная модуляция, которая может ограничивать текущий цикл циклом

4. Внутренне регулируемое опорное напряжение с блокировкой пониженного напряжения

5. Сильноточный выход на тотемный столб

6.Блокировка минимального напряжения с гистерезисом

7. Низкий пусковой и рабочий ток

2.3.1 Функция D регистрация E каждый C контроль M модуль

Осциллятор: частота определяется значениями выбора временных элементов RT и CT. Конденсатор CT заряжается опорным напряжением 0,5 В через резистор RT примерно до 2,8 В, а затем разряжается внутренним стоком тока до 1.2В. Во время разряда трансформатора тока генератор генерирует внутренний импульс гашения, чтобы поддерживать средний вход логического элемента ИЛИ-НЕ на высоком уровне, что приводит к низкому уровню выходного сигнала и обеспечивает контролируемую величину мертвого времени выхода. Следует отметить, что, хотя многие значения R и c могут давать одну и ту же частоту генератора, существует только одна комбинация, которая дает конкретное выходное мертвое время на данной частоте. Во многих приложениях, чувствительных к шуму, частота преобразователя может быть привязана к внешним системным часам.Для конкретного управления тактовым сигналом, пожалуйста, обратитесь к таблице данных.

Усилитель ошибки: он обеспечивает полностью компенсированный усилитель ошибки с доступным инвертирующим входом и выходом. Этот усилитель имеет типичное усиление по постоянному напряжению 90 дБ и коэффициент усиления 10 МГц с запасом по фазе 57 градусов при ширине полосы 1. Неинвертирующий вход имеет внутреннее смещение 2,5 В и не вытягивается штифтом. Обычно выходное напряжение преобразователя делится резисторным делителем и контролируется инвертирующим входом.Максимальный входной ток смещения составляет -2 мкА, что приведет к ошибке выходного напряжения. Последний равен входному току смещения и является произведением эквивалентного сопротивления источника входного делителя.

Выход усилителя ошибки (контакт 1) используется для компенсации внешнего контура. Выходное напряжение смещено примерно на 1,4 В из-за падения напряжения на двух диодах и делится на три части перед подключением к инвертирующему входу компаратора выборки тока.Это гарантирует отсутствие импульсов возбуждения на выходе (вывод 6), когда вывод 1 находится в самом низком состоянии, что происходит, когда источник питания работает и нагрузка отключена, или в начале процесса плавного пуска схемы.

Компаратор выборки тока и защелка широтно-импульсной модуляции: UC3843A работает как контроллер токового режима. Когда выходной переключатель включен генератором и пиковый ток катушки индуктивности достигает порогового уровня, установленного выходной компенсацией усилителя ошибки (вывод 1), сигнал ошибки управляет пиковым током катушки индуктивности на еженедельной основе.Конфигурация защелки с широтно-импульсной модуляцией, используемый компаратор выборки тока гарантирует, что только один одиночный импульс появляется на выходе в течение любого заданного периода генератора, а ток катушки индуктивности преобразуется в напряжение путем включения заземленного резистора выборки RS последовательно с источник выходного переключателя. Это напряжение контролируется входом выборки тока (вывод 3) и сравнивается с уровнем на выходе усилителя ошибки. В нормальных условиях эксплуатации пиковый ток индуктора контролируется напряжением на выводе 1, где:

(2-11)

Ненормальные рабочие условия будут возникать при перегрузке выхода источника питания или при потере выборки выходного напряжения.В этих условиях порог компаратора выборки тока будет внутренне ограничен до 1 В.

При разработке импульсного регулятора большой мощности внутреннее напряжение в баке может быть уменьшено до разумного уровня, чтобы сохранить потребляемую мощность RS. Однако чрезмерное снижение напряжения фиксации приведет к ошибочной работе из-за захвата шума, и обычно можно наблюдать узкий всплеск на переднем фронте формы волны тока. Если выходная нагрузка мала, это может вызвать нестабильность мощности.Этот резкий импульс генерируется из-за межвитковой емкости силового трансформатора и времени восстановления выходного выпрямителя. Добавление RC-фильтра к входу дискретизации тока приводит к тому, что его постоянная времени приближается к длительности всплеска, что обычно устраняет нестабильность.

Выход: Устройство ШИМ модели 3842 имеет выходной каскад с одним полюсным выводом, специально разработанный для непосредственного управления силовым полевым МОП-транзистором. Он обеспечивает пиковый ток возбуждения до 1 А и типичное время нарастания и спада 50 нс при нагрузке 1 нФ.В корпусе SO-14 для поверхностного монтажа предусмотрены отдельные контакты для VC (напряжения питания) и заземления. Соответствующее приложение может значительно снизить коммутационный переходной шум, воздействующий на цепь управления, и источник питания и заземление управления должны быть правильно подключены.

2.3.2 Меры предосторожности для P eripheral C ontrol C ircuit D esign

Штырь

(корпус с 8 выводами)

Функция

Описание

1

Компенсация

Выход усилителя ошибки для компенсации контура

2

Обратная связь по напряжению

Инвертирующий вход усилителя ошибки, выборка выходного напряжения

3

Текущая выборка

На этот вывод подается напряжение, пропорциональное току катушки индуктивности, и для управления выходом сравниваются сигналы ШИМ и внутренней ошибки.

4

RT / CT

К этому выводу подключаются колебательный конденсатор и резистор.

5

Земля

Это общая земля всего ШИМ

6

Выход

Тотемный выход для прямого привода внешнего MOS

7

VCC

Положительный источник питания для IC

8

VREF

Опорное напряжение SV внутри микросхемы, точность 1%, может выдавать ток 20 мА

Таблица 1 . Описание функций F из E ach P в UC3842

Для предотвращения дрожания ширины импульса необходимо использовать высокочастотную схему компоновки. Обычно он добавляется к входу выборки тока или обратной связи по напряжению, и возникает чрезмерный шум. Подавление шума может быть усилено за счет уменьшения импеданса цепи в этих точках. Компоновка печатной платы должна включать в себя заземляющую пластину с только слабым токовым сигналом, в то время как сильноточный переключатель и выходное заземление возвращаются к конденсатору входного фильтра по отдельному пути.

В соответствии со схемой, керамический байпасный конденсатор (0,1 мкФ) обычно требуется для прямого подключения к Vcc и Vref. Это обеспечивает тракт с низким импедансом, который отфильтровывает высокочастотный шум. Все сильноточные петли должны быть как можно короче и могут уменьшить излучаемые электромагнитные помехи за счет использования крупнозернистой медной фольги. Схема компенсации усилителя ошибки и выходной делитель преобразователя должны быть ближе к интегральной схеме и как можно дальше от переключателя питания и других компонентов, генерирующих шум.

Преобразователь режима тока работает при условии, что коэффициент заполнения превышает 50%, а постоянный ток индуктора будет генерировать субгармонические колебания. В это время необходимо добавить схему компенсации крутизны, чтобы весь блок питания работал стабильно.

2,4 G eneration и T передача из Control S ignal

2.4.1 Сигнал T передача в I solation

С быстрым развитием электронных компонентов линейность оптопар становится все выше и выше, и оптопары являются наиболее широко используемыми устройствами развязки и защиты от помех в импульсных источниках питания. Оптический соединитель (OC) также известен как оптоизолятор или оптрон, называемый оптопарой. Это устройство, которое передает электрические сигналы с помощью света.

Как правило, осветитель (инфракрасный светодиодный светодиод) и светоприемник (светочувствительная полупроводниковая трубка) упаковываются в одну и ту же упаковку. Когда на входной вывод подается питание, осветитель излучает свет, и после получения света фоторецептор генерирует фототок, который течет с выходного конца, тем самым реализуя «электрическое оптико-электрическое» преобразование. Оптопара, которая связывает входной сигнал с выходным концом со светом в качестве среды, широко используется в схемах из-за своего небольшого размера, длительного срока службы, отсутствия контакта, сильной помехоустойчивости, изоляции между выходом и входом, односторонней передачи сигнала. , так далее.

Из-за своей нелинейности типичная оптопара ограничена изолированной передачей слабых сигналов на более высоких частотах. Обычная оптопара может передавать только цифровые (коммутационные) сигналы и не подходит для передачи аналоговых сигналов. Линейные оптопары, представленные в последние годы, способны передавать непрерывно изменяющиеся аналоговые или аналоговые токовые сигналы, что расширяет область их применения.

Основным преимуществом оптопары является односторонняя передача сигнала, полная гальваническая развязка между входом и выходом, сильная защита от помех, длительный срок службы и высокая эффективность передачи.Оптопара имеет большое сопротивление изоляции (около 10 12 Ом) и небольшой изолирующий конденсатор (около нескольких пФ). Оптопара, работающая в линейном режиме, добавляет управляющее напряжение на вход оптопары, которое пропорционально создает напряжение на выходе для дальнейшего управления следующим этапом схемы. Линейная оптопара состоит из светодиода и фототранзистора.

Когда светодиод включен и излучает свет, фототранзистор включен.Оптопара - это токовый тип, и для включения светодиода требуется достаточно большой ток. Если входной сигнал слишком мал, светодиод не включается и его выходной сигнал будет искажен. В импульсном источнике питания цепь обратной связи оптопары может быть построена с использованием линейной оптопары, а коэффициент заполнения изменяется путем регулировки тока управляющего вывода для достижения цели точного регулирования напряжения.

Технические параметры оптопары в основном включают прямое падение напряжения на светодиодах VF, прямой ток IF, коэффициент передачи тока CTR, сопротивление изоляции между входным каскадом и выходным каскадом, а также напряжение обратного пробоя коллектор-эмиттер V (BR) CEO , коллектор- падение напряжения насыщения эмиттера V CE (sat).Кроме того, при передаче цифровых сигналов необходимо учитывать такие параметры, как время нарастания, время спада, время задержки и время хранения.

Коэффициент передачи тока обычно выражается как коэффициент передачи постоянного тока. Когда выходное напряжение остается постоянным, оно равно процентному отношению выходного постоянного тока IC к входному постоянному току IF. Диапазон CTR оптопары, использующей фототранзистор, обычно составляет 20–300% (например, 4N35), в то время как оптопары Дарлингтона (например, 4N30) могут достигать 100–5000%.

Это означает, что последний требует меньшего входного тока, если вы хотите такой же выходной ток. Следовательно, параметры CTR имеют некоторое сходство с HFE транзистора. Характеристическая кривая CTR-IF обычного оптического ответвителя является нелинейной, и нелинейные искажения особенно серьезны, когда IF мала, поэтому она не подходит для передачи аналогового сигнала. Характеристическая кривая CTR-IF линейного оптопара имеет хорошую линейность, особенно при передаче слабых сигналов.Его коэффициент передачи переменного тока очень близок к значению CTR, которое представляет собой коэффициент передачи постоянного тока. Следовательно, он подходит для передачи аналоговых сигналов напряжения или тока, обеспечивая линейную зависимость между выходом и входом.

Оптопары используются в первую очередь для обеспечения изоляции между входными и выходными цепями. При проектировании схемы необходимо соблюдать следующие принципы: Выбранное устройство оптопары должно соответствовать национальным и международным стандартам напряжения пробоя изоляции:

Для правильного выбора типа и параметров линейного оптического ответвителя в изоляции импульсного источника питания и конструкции импульсного источника питания с обратной связью оптопары необходимо соблюдать следующие принципы: допустимый диапазон коэффициента передачи тока ( CTR) оптопары составляет 50% - 200%.

Это связано с тем, что при CTR <50% светодиоду в оптопаре требуется большой рабочий ток (IF> 5 мА) для правильного управления рабочим циклом монолитной ИС импульсного источника питания, что увеличивает энергопотребление оптопары. Если CTR> 200%, при запуске схемы или при изменении нагрузки возможно ложное срабатывание однокристального импульсного источника питания, влияющее на нормальный выход; Если схема усилителя используется для управления оптопарой, она должна быть тщательно спроектирована для компенсации температурной нестабильности и дрейфа ответвителя; Рекомендуется использовать линейный оптрон, поскольку он характеризуется линейной регулировкой значения CTR в определенном диапазоне.

Оптрон, использованный выше, работает в линейном режиме. Управляющее напряжение подается на входной конец оптопары, и напряжение для дальнейшего управления схемой следующего каскада пропорционально генерируется на выходном конце, а управление регулировкой с обратной связью выполняется для стабилизации выхода источника питания.

2.4.2 Создание E rror C ontrol S ignals

TL431 имеет трехконтактный регулируемый шунтирующий источник опорного напряжения с хорошей термостабильностью.Его можно использовать в качестве опорного усилителя с программируемым низкотемпературным коэффициентом. Его выходное напряжение может быть произвольно установлено на любое значение от Vref (2,5 В) до 36 В с двумя резисторами, что позволяет снизить ток от 1 до 100 мА. Типичное динамическое сопротивление устройства составляет 0,2 Ом. Внутри TL431 находится опорное напряжение 2,5 В, поэтому его опорное входное напряжение может быть обеспечено частичным напряжением выходного постоянного напряжения, что позволяет ему хорошо работать. Он имеет очень низкий выходной шум и температурный коэффициент всего 50 ppm / C.Он идеально подходит для использования в качестве эталонного источника питания.

Схема выборки сравнивает полученный выходной сигнал с источником опорного напряжения 2,5 В внутри TL431 для генерации сигнала усиления ошибки и в это время преобразует сигнал выходного напряжения в сигнал тока. Согласно характеристикам операционного усилителя, только когда напряжение на выводе REF (синфазный вывод) немного выше 2,5 В, через триод будет проходить стабильный ненасыщенный ток.Более того, при небольшом изменении напряжения на выводе REF ток через последовательно соединенный транзистор будет варьироваться от 1 до 100 мА. Так что TL431 - это ни в коем случае не стабилитрон, а настоящая микросхема.

2.4.3 Реализация замкнутого контура управления с отрицательной обратной связью

Для схемы, показанной на рисунке 13, необходимо определить значения R1, R2, R3 и R4. Пусть выходное напряжение составляет 5 В, а выпрямленное выходное напряжение вспомогательной обмотки - 12 В.Схема использует выходное напряжение для сравнения с опорным напряжением, сформированным TL431, и управляет выводом COMP ШИМ через изменение тока фотодиода PC817, диод-транзистор, тем самым изменяя ширину ШИМ и достигая цели стабилизации выходного напряжения. . Поскольку управляемый объект - это ШИМ, первое, что нужно выяснить, - это характеристики управления ШИМ. Связь между Vcomp и Icomp известна из спецификации PWM. Это видно из рисунка 14.

Рисунок 14. Линейная рабочая зона ШИМ

Видно, что ток Icomp должен быть между 810 мкА и 822 мкА, а ШИМ будет изменяться линейно. Следовательно, ток Ice транзистора PC817 также должен изменяться в этом диапазоне. Пока Ice управляется током диода If, мы можем правильно определить прямой ток If диода PC817 по соотношению между Ice и If PC817. Из рисунка 15 видно, что когда прямой ток If диода PC817 составляет около 8 мА, ток коллектора Ice триода изменяется примерно на 810 мкА, а напряжение коллектора Vce может линейно изменяться в широком диапазоне, как показано на рисунке 16.

Рисунок 15. Характеристика C urve PC817

Рисунок 16. Связь между O выходным напряжением В и током C PC817

Отвечает требованиям управления ШИМ. Следовательно, можно определить, что прямой ток диода PC817 IF равен 8 мА. После определения прямого тока оптопары можно определить значение сопротивления токоограничивающего резистора R1:

(2–12)

Назначение параллельного резистора R2 - подавать ток смещения на TL431.TL431 требует, чтобы рабочий ток был не менее 1 мА, то есть, когда ток диода оптопары имеет минимальное значение срабатывания, TL431 также должен быть не менее 1 мА. Поскольку анод TL431 имеет напряжение не менее 2,5 В, по приблизительным оценкам R2 <= 2,5 В / 1 мА = 2,5 К.

Кроме того, это еще и соображение энергопотребления. Здесь мы выбираем 2K, и есть два фактора, которые следует учитывать при значении R3:

1) Ток опорной входной клеммы TL431 обычно составляет около 2 мкА.Чтобы избежать влияния этого тока на клеммах на коэффициент парциального давления и влияние шума, ток, протекающий через резистор R3, обычно в 100 или более раз превышает ток опорного сегмента. Следовательно, сопротивление должно быть меньше 2,5 В / 200 мкА = 12,5.

2) Требования к потребляемой мощности в режиме ожидания. Если требуется попытаться взять большое значение при <12,5 КБ, мы выбираем здесь 2,5 КБ. Поскольку выходное напряжение составляет 5 В, R4 также выбирает 2,5 К.

2.5 Резюме

Основная работа этой главы - познакомить с устройствами управления, используемыми в конструкции, высокочастотными трансформаторами, основными силовыми лампами и основными управляющими микросхемами. Также представлены процесс управления обратным источником питания и конструкция схемы управления абсорбцией. В этой главе подробно рассматривается процесс генерации и передачи управляющего сигнала.

Ⅲ FAQ

1. Как работает импульсный блок питания?

«Переключатель» в импульсном источнике питания на самом деле представляет собой полупроводник - полевой МОП-транзистор, который либо включен, либо выключен, - переведен в диапазон насыщения для передачи энергии через почти нулевое сопротивление.Он делает это много тысяч раз в секунду, создавая высокочастотный посредник переменного тока.

2. В чем разница между импульсным и регулируемым источником питания?

Для этой цели необходимо рассмотреть две топологии: источники питания с линейным регулированием и импульсные источники питания. Линейное регулирование идеально подходит для приложений, требующих низкого уровня шума, тогда как импульсные источники питания лучше подходят для портативных устройств, где важны срок службы батареи и эффективность.

3. Что такое импульсный источник питания постоянного тока?

Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение посредством процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором.

4. Нужен ли импульсный блок питания?

Импульсный источник питания подразумевает более высокий КПД из-за высокой частоты переключения, что позволяет использовать более компактный и менее дорогой высокочастотный трансформатор, а также более легкие и менее дорогие компоненты фильтра.

5. Когда следует использовать импульсный источник питания?

Импульсные источники питания в основном используются в цифровых системах, таких как телекоммуникационные устройства, вычислительное оборудование, звуковое оборудование, зарядные устройства для мобильных телефонов, медицинские испытательные устройства, оборудование для дуговой сварки и автомобильные зарядные устройства.

6. Как снизить напряжение питания?

Чтобы уменьшить напряжение вдвое, мы просто формируем цепь делителя напряжения между 2 резисторами равного номинала (например, 2 резистора 10 кОм).Чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно любые 2 резистора равного номинала, а затем установить перемычку между резисторами.

7. В чем преимущества блока питания?

Преимущества линейных источников питания включают простоту, надежность, низкий уровень шума и низкую стоимость. Эти источники питания, также известные как линейные регуляторы (LR), имеют очень простую конструкцию, поскольку для них требуется несколько компонентов, что делает их легким устройством для работы инженеров-проектировщиков.

8. Что такое блок питания с автоматическим переключением?

Что ж, этот тип источника питания необходим для обеспечения регулируемой и регулируемой системы электропитания, которая автоматически прекращает подачу в случае отсутствия нагрузки. ... Этот механизм автоматически отключает входное питание в случае отсутствия нагрузки.

9. Могу ли я использовать импульсный источник питания для привода двигателя постоянного тока?

Простой нерегулируемый аналоговый источник питания может быть проще и способен обеспечить большой пусковой ток под нагрузкой, превышающий импульсный.Двигатели постоянного тока не слишком привередливы к питанию и обычно неплохо работают на нефильтрованном постоянном токе.

10. Что такое обычный блок питания?

Наиболее распространенный источник питания представляет собой однофазный источник переменного тока. трансформатор, см. рисунок 10.49. Это преобразует первичное напряжение сети в низкое (2–20 В) вторичное сварочное напряжение. ... Максимально допустимый ток на первичной стороне трансформатора при рабочем цикле 50% равен номинальному значению в кВА, разделенному на напряжение сети.


Вам также может понравиться

Схема импульсного источника питания

с пояснениями

Схемотехника линейного источника питания постоянного тока

Конструкция однофазного синусоидального инверторного источника питания SPWM на основе SG3525

Принципиальная электрическая схема источника питания с регулируемым напряжением

Принцип и применение источника питания постоянного тока

Альтернативные модели

Часть Сравнить Производителей Категория Описание
Производитель.Номер детали: W25Q128FVFIG Сравнить: Текущая часть Производитель: Winbond Electronics Категория: Микросхема памяти Описание: Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель Номер детали: W25Q128FVFIG TR Сравнить: W25Q128FVFIG VS W25Q128FVFIG TR Производитель: Winbond Electronics Категория: Микросхема памяти Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128M-бит 16M x 8 7ns 16Pin SOIC
Производитель Номер детали: N25Q128A13ESF40E Сравнить: W25Q128FVFIG против N25Q128A13ESF40E Производитель: Micron Категория: Флэш-память Описание: NOR Flash Serial-SPI 3V / 3.3V 128Mbit 128M / 64M / 32M x 1Bit / 2Bit / 4Bit 7ns 16Pin SO W Tray
Производитель Номер детали: S25FL128P0XMFI000 Сравнить: W25Q128FVFIG VS S25FL128P0XMFI000 Производители: Spansion Категория: Микросхема памяти Описание: IC FLASH 128 Мбит 104 МГц 16SO
Типы импульсных источников питания

с работающими

Схема источника питания играет важную роль во всех электрических и электронных схемах, обеспечивая электроэнергией схему совы или нагрузки, такие как машины, компьютеры и т. Д.Эти разные нагрузки требуют разных форм мощности в разных диапазонах и характеристиках. Таким образом, мощность преобразуется в желаемую форму с помощью различных преобразователей мощности. В основном, разные нагрузки работают с различными типами источников питания, такими как SMPS (импульсный источник питания), источник питания переменного тока, источник питания переменного тока в постоянный, программируемый источник питания, источник питания высокого напряжения и источник бесперебойного питания.


Импульсный источник питания

Что такое импульсный источник питания?

SMPS определяется как, когда источник питания включен в импульсный регулятор, преобразовывающий электрическую мощность из одной формы в другую с необходимыми характеристиками, называется импульсным источником питания.Этот источник питания используется для получения стабилизированного постоянного напряжения o / p от постоянного напряжения i / p или нерегулируемого переменного тока.

SMPS

SMPS представляет собой сложную схему, как и другие источники питания, она обеспечивает питание от источника к нагрузке. MPS имеет решающее значение для различных электрических и электронных устройств, потребляющих электроэнергию, а также для разработки электронных проектов.

Топологии ИИП

Топологии SMPS подразделяются на различные типы, такие как преобразователь переменного тока в постоянный, преобразователь постоянного тока в постоянный, прямой преобразователь и обратноходовой преобразователь.

Принцип работы импульсного источника питания

Работа в топологии импульсного источника питания обсуждается ниже.

DC-DC преобразователь SMPS рабочий

В этом источнике питания мощность постоянного тока высокого напряжения поступает напрямую от источника питания постоянного тока. Затем эта высоковольтная мощность постоянного тока обычно переключается в диапазоне от 15 до 5 кГц. Затем он подается на понижающий трансформатор на 50 Гц. O / p этого трансформатора подается на выпрямитель, где эта выпрямленная мощность o / p используется в качестве источника для нагрузок, время включения генератора контролируется и формируется регулятор с обратной связью.

Преобразователь постоянного тока в постоянный SMPS

Импульсный источник питания o / p регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции, показанной в приведенной выше схеме, переключатель приводится в действие генератором ШИМ, а затем косвенно регулируется понижающий трансформатор, когда мощность подается на трансформатор. Следовательно, o / p управляется широтно-импульсной модуляцией, так как это напряжение o / p и сигнал ШИМ обратно пропорциональны друг другу. Если рабочий цикл составляет 50%, то максимальная мощность передается через трансформатор, а если рабочий цикл падает, то мощность в трансформаторе также падает за счет уменьшения рассеиваемой мощности.


Преобразователь переменного тока в постоянный, ИИП работает

Этот тип ИИП имеет переменный ток i / p и преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя и фильтра. Это нерегулируемое постоянное напряжение подается в цепи коррекции коэффициента мощности по мере воздействия. Это связано с тем, что вокруг пиков напряжения выпрямитель потребляет короткие импульсы тока, обладающие значительной высокочастотной энергией, которая влияет на коэффициент мощности для снижения.

Преобразователь переменного тока в постоянный SMPS

Он почти связан с рассмотренным выше преобразователем, но вместо источника питания постоянного тока здесь мы использовали переменный ток i / p.Таким образом, смесь выпрямителя и фильтра, эта блок-схема используется для преобразования переменного тока в постоянный, а операция переключения выполняется с помощью усилителя на полевых МОП-транзисторах. Транзистор MOSFET потребляет низкое сопротивление в открытом состоянии и может выдерживать высокие токи. Частота переключения выбирается такой, чтобы она была низкой для нормального человека (выше 20 кГц), а действие переключения контролируется обратной связью с использованием генератора ШИМ.

Опять же, это переменное напряжение подается на вывод трансформатора, показанного на приведенном выше рисунке, для повышения или понижения уровней напряжения.Затем выходное напряжение трансформатора выпрямляется и сглаживается с помощью фильтра дифференциального сигнала и выпрямителя. Напряжение o / p контролируется цепью обратной связи, сравнивая его с опорным напряжением.

Обратный преобразователь SMPS рабочий

Цепь SMPS с очень низкой выходной мощностью (менее 100 Вт) называется импульсным преобразователем с обратным ходом. Этот тип SMPS представляет собой очень низкую и простую схему по сравнению с другими схемами SMPS. Этот тип SMPS используется для приложений с низким энергопотреблением.

Обратный преобразователь типа SMPS

Нерегулируемое i / p-напряжение с постоянной величиной изменяется на предпочтительное o / p-напряжение за счет быстрого переключения с использованием полевого МОП-транзистора; частота переключения около 100 кГц.Изоляция по напряжению может быть достигнута с помощью трансформатора. Работой переключателя можно управлять с помощью ШИМ при выполнении практического обратного преобразователя.

Обратноходовой трансформатор показывает отличные характеристики по сравнению с обычным трансформатором. Обратно-обратный трансформатор имеет две обмотки, которые действуют как индуктор с магнитной связью. O / p этого трансформатора подается через конденсатор и диод для фильтрации, а также для выпрямления. Как показано на рисунке выше, выходное напряжение SMPS можно принять как напряжение на конденсаторе фильтра.

Преобразователь прямого типа SMPS Рабочий

Этот тип SMPS почти такой же, как и SMPS с обратным преобразователем. Но в этом типе ИИП к выходу вторичной обмотки трансформатора подключено управление для управления переключателем. По сравнению с обратным преобразователем схема фильтрации и выпрямления сложна.

Прямой преобразователь типа SMPS

Он также называется понижающим преобразователем постоянного тока в постоянный вместе с трансформатором, который используется для масштабирования и развязки.В дополнение к диоду «D1» и конденсатору «C», индуктор L и диод D подключены на конце токового выхода. Если переключатель «S» включен, то I / P подается на первичную обмотку трансформатора. Следовательно, на вторичной обмотке трансформатора создается масштабированное напряжение.

Следовательно, диод D1 смещен в прямом направлении, и масштабированное напряжение проходит через LPF, продолжая нагрузку. Когда переключатель S включен, токи через обмотку достигают нуля, однако ток через индуктивный фильтр и нагрузку не может быть изменен в ближайшее время, и диод выбегания D2 предлагает полосу для этого тока.За счет использования катушки индуктивности фильтра устанавливается необходимое напряжение на диоде D2 и сохраняется электромагнитная сила, необходимая для поддержания стабильности тока на индуктивном фильтре. Несмотря на то, что ток падает относительно напряжения o / p, почти постоянное напряжение o / p поддерживается благодаря наличию большого емкостного фильтра. Он регулярно используется для различных коммутационных приложений с диапазоном мощности от 100 Вт до 200 Вт.

Это все о импульсном блоке питания и его типах, включая понижающий преобразователь, понижающий-повышающий преобразователь, самоколебательный обратный преобразователь, повышающий преобразователь, Cuk, Sepic, повышающий-понижающий преобразователь.Но в этой статье обсуждаются несколько типов SMPS, это преобразователь переменного тока в постоянный, преобразователь постоянного тока в постоянный, прямой и обратный преобразователи. Кроме того, любая информация, касающаяся типов SMPS, вы можете оставить свои отзывы, чтобы дать свои предложения, комментарии в разделе комментариев ниже.

Как работает блок питания - Kitronik Ltd

Внешние блоки питания, используемые с электронными изделиями

Отделители аккумуляторных батарей

Устройство для удаления батарей или регулируемый источник питания - это устройство, которое можно использовать вместо батарей.Он принимает сетевое питание переменного тока и преобразует его в 3 В, 4,5 В, 6 В, 9 В или 12 В постоянного тока, позволяя подавать эквивалентное напряжение для различного количества батарей. Выбор напряжения обычно осуществляется поворотом небольшого регулятора на корпусе блока питания. Регулируемые блоки питания обычно продаются с рядом адаптеров, позволяющих подключать их к большинству электронного оборудования (при условии, что они имеют подключение к источнику питания).

Внешние блоки питания

Когда электронный продукт продается с источником питания, этот источник питания будет иметь одно напряжение и один разъем.Это сделает его немного дешевле, чем регулируемая альтернатива.

Маркировка

Когда вы посмотрите на источник питания, он расскажет вам, каковы входное напряжение и ток, а также выходное напряжение и ток, он также может указать, какой контакт на выходном разъеме является заземлением и питанием. Вы также увидите некоторые символы; Значение этих символов описано ниже:

Как работают блоки питания

Источник питания используется для снижения напряжения в сети при 240 вольт переменного тока до чего-то более полезного, например, 12 вольт постоянного тока.Есть два типа питания: линейный и импульсный. В линейном блоке питания используется трансформатор для снижения напряжения. Отношение первичных обмоток (подключенных к сети) к количеству вторичных обмоток (подключенных к выходу) даст отношение того, насколько снижается напряжение, в этом случае соотношение 20: 1 снижает входное напряжение переменного тока 240 вольт. до 12 В переменного тока на вторичных обмотках. Импульсный источник питания работает путем очень быстрого включения и выключения электросети для снижения напряжения.В этом случае снижение напряжения зависит от соотношения времени включения и времени выключения. Переключение происходит очень быстро, 10 000 раз в секунду или быстрее. Используя эту технику, можно заменить громоздкий трансформатор в линейном источнике питания на меньший. Ниже представлена ​​блок-схема импульсного источника питания. Сигнал переменного тока выпрямляется и регулируется для получения высокого постоянного напряжения. Затем он быстро включается и выключается полевым транзистором. Затем коммутируемый сигнал проходит через трансформатор, хотя это может снизить напряжение, он изолирует выход от электросети (по соображениям безопасности).Затем обратная связь выхода используется для управления отношением промежутка между метками переключения, чтобы выход оставался при требуемом напряжении. Трансформатор, используемый в импульсном источнике питания, намного меньше и дешевле, чем трансформатор, используемый в линейном источнике питания, но он должен выдерживать более высокие частоты переключения.

Трансформаторы

Мы уже упоминали, что существует два типа трансформаторов: те, которые используются на низких частотах (50 Гц) в линейных источниках питания, и высокоскоростные (> 10 кГц) версии, используемые в импульсных источниках питания.Трансформатор линейного источника питания обычно использует стальной сердечник. Поскольку вихревые токи могут возникать в твердом стальном сердечнике и снижать эффективность, сердечник сделан из изолированных стальных пластин, уложенных друг рядом с другом, с намотанными вокруг них обмотками.

Линейный и режим переключения

Поскольку для импульсного источника питания не нужен большой трансформатор, он меньше, легче и дешевле. Импульсный источник питания более эффективен, чем линейный, поэтому выделяет меньше тепла. Источники импульсного режима могут быть разработаны для работы с различными входными напряжениями (240 В или 115 В), поэтому их можно использовать по всему миру.Все вышеперечисленные причины означают, что импульсный источник питания гораздо более распространен, чем линейный источник питания. К сожалению, очень быстрое переключение импульсного источника питания вызывает электрические помехи или скачки напряжения в источнике каждый раз, когда он переключается. Если необходима чистая подача, она должна быть линейной.
Ферритовые тороидальные (кольцевые) сердечники намного лучше работают с более высокими частотами и используются в импульсных источниках питания.

Регулируемые поставки

В блок-схеме импульсного источника питания заключительным этапом было сглаживание импульсов путем добавления конденсатора большой емкости.В зависимости от того, насколько точной должна быть поставка, этого решения может быть достаточно. В этой конструкции на выходе будет некоторая рябь; оно будет отличаться от требуемого напряжения на небольшую величину, может быть, на несколько процентов. В регулируемом источнике питания используется ИС, в которой ИС контролирует выходное напряжение относительно опорного напряжения и соответствующим образом регулирует выходное напряжение. Регуляторы имеют гораздо более низкую пульсацию и часто включают защиту от перегрузки по току и перегрева, благодаря чему они автоматически отключаются, делая их и остальную часть источника питания неразрушаемыми.Деталь, показанная справа, представляет собой обычный регулятор на 5 вольт 7805.

Типы корпусов

Самый распространенный тип корпуса - пластиковый. Это связано с тем, что его можно легко изготовить с использованием процесса литья под давлением, а такие функции, как монтажные отверстия или зажимы для печатной платы, отверстия для ввода кабеля и т. Д., Могут быть включены в конструкцию практически без дополнительных затрат на детали. Более дорогая альтернатива - металлический корпус; однако они должны быть заземлены по соображениям безопасности. Скачать pdf-версию этой страницы здесь. Узнать больше об авторе подробнее »

© Kitronik Ltd - Вы можете распечатать эту страницу и ссылку на нее, но не должны копировать страницу или ее часть без предварительного письменного согласия Kitronik.

Что такое блок питания? - Типы, принцип работы, схемы и спецификации

Источник питания является важной частью конкретного измерительного прибора. Почти все части конкретного измерительного прибора требуют для работы электричества. Источник питания в этом случае обеспечивает электроэнергией для питания системы прямо от преобразователя (датчика); мы имеем в виду пассивный, идет к микроконтроллеру и вплоть до дисплея (ЖК-дисплея) или другого выхода, например исполнительного механизма.Без источника питания система не будет работать и останется выключенной.

В основном, новичкам необходимо изучить источник питания. В этом посте мы расскажем, что такое блок питания, его типы, принципы работы и т. Д.

Итак, что такое блок питания?

Источник питания - это электрическое устройство, которое используется для подачи питания на электрические приборы. Подача энергии осуществляется через несколько процессов, пока электричество не будет готово и не станет пригодным для использования электрическими приборами.Процессы можно легко понять с помощью следующей блок-схемы.

Блок-схема блока питания. Типичный блок питания будет иметь следующие системные блоки.

Типы источников питания

Существует три основных типа источников питания. Типы определяются в соответствии с блоками, из которых строится вся система, и выходным сигналом постоянного тока, который производит источник питания. Ниже приведены типы источников питания:

1. Нерегулируемый линейный источник питания

Этот тип источника питания состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, конденсатора фильтра для сглаживания / фильтрации и резистора стока.Он недорогой и подходит для маломощных устройств. Единственный недостаток в том, что его производительность непостоянна. Это означает, что есть пульсация, которая не подходит для электронных устройств. Фильтр индуктивность-конденсатор (LC) можно использовать для уменьшения пульсаций, но его стоимость будет выше.

2. Регулируемый линейный источник питания

В основном это нерегулируемый линейный источник питания, но он оснащен регулятором вместо резистора стока. Основное назначение этого типа источника питания - обеспечение постоянного выходного напряжения постоянного тока в широком диапазоне различных нагрузок.

Достоинства этого типа - простота, дешевизна, надежность и низкий уровень шума. С другой стороны, его недостатками являются большие теплопотери, габариты и низкий КПД.

3. Импульсный источник питания (SMPS)

Он более сложен и отличается от ранее описанных типов. Блок-схема SMPS содержит выпрямитель, конденсатор фильтра, последовательный транзистор, регулятор, трансформатор и резистор стока. Недостатки этого типа заключаются в том, что его сложность не подходит для приложений с низким энергопотреблением, и трансформаторы должны изготавливаться на заказ.

Принцип работы источника питания

Мы уже говорили, что существует несколько типов источников питания. В этом случае мы собираемся углубиться в то, как это работает, особенно для типов источников питания, которые мы можем легко сделать своими руками для небольших проектов.

1. Нерегулируемый линейный источник питания

Рабочий механизм можно легко и четко объяснить для каждого системного блока. Ниже приводится порядок объяснения:

  • Понижающий трансформатор .Как следует из названия, трансформатор здесь имеет функцию понижения входного переменного напряжения 220 В до требуемого уровня выпрямителя.
  • Выпрямитель . Он используется для преобразования переменного тока в исходную форму постоянного тока. Схема имеет два типа: однополупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель. Он состоит из диодов, расположенных в определенном порядке.
  • Конденсатор фильтра . Постоянный ток, создаваемый выпрямителем, сглаживается конденсатором и снижает нежелательные пульсации.
  • Сток резистор . Он также известен как спускной резистор и подключается параллельно конденсатору фильтра для отвода накопленного заряда, чтобы система оставалась безопасной.
Схема цепи нерегулируемого источника питания

2. Регулируемый линейный источник питания

Уже известно, что регулируемый источник питания аналогичен нерегулируемому источнику питания, за исключением того, что резистор стока заменен регулятором. Стабилизатор напряжения состоит из транзисторов типа BJT или MOSFET (активных) и резисторов (проходное устройство, последовательно или шунтирующих), управляемых дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления.Тогда регулятор напряжения здесь можно разделить на два типа.

  • Регулятор серии . Это наиболее часто используемый тип регулятора для линейных источников питания. Его место последовательно с нагрузкой, чтобы выходной сигнал был линейным по отношению к току, потребляемому нагрузкой.
  • Шунтирующий регулятор . Это наименее используемый тип регулятора. Здесь резистор истока включен последовательно со входом, а переменный шунтирующий резистор обеспечивает постоянное напряжение на нагрузке.
Схема регулируемого источника питания

3. Импульсный источник питания

Входное напряжение переменного тока выпрямляется выпрямителем в нерегулируемую форму сигнала постоянного тока с помощью последовательного транзистора и регулятора. Затем этот сигнал постоянного тока прерывается, чтобы получить постоянное высокочастотное напряжение. Это означает, что размер трансформатора можно уменьшить и сделать блок питания меньшего размера. После прерывания и постоянного высокочастотного напряжения сигнал сглаживается конденсатором фильтра и готов к использованию.После этого резистор стока становится резистором фильтра для обеспечения безопасности системы.

Технические характеристики источника питания

Перед тем, как выбрать источник питания, важно знать несколько вещей.

1. Характеристики напряжения и тока

Эти два параметра являются основными и основными характеристиками, которые следует учитывать. Источник питания может иметь фиксированное или переменное выходное напряжение. Если это фиксированный тип выхода, то может потребоваться определенная настройка для соответствия требуемому напряжению.Если это переменный тип вывода, убедитесь, что диапазон соответствует требованию, которое вы собираетесь выполнить. Это правило также применимо к текущей спецификации.

2. Регулировка линии

Определяет регулирование допустимых изменений входного напряжения. Эти изменения затем можно будет увидеть на выходе. Обычно его записывают в милливольтах входного переменного напряжения.

3. Регулировка нагрузки

Это похоже на линейное регулирование с точки зрения котировки в милливольтах или в процентах от максимального выходного напряжения.Можно обнаружить, что выходное напряжение немного падает при добавлении нагрузки или подключении к выходу источника питания.

4. Пульсация и шум

Эти две характеристики рассматриваются как единые спецификации. Частота пульсаций должна быть в два раза выше частоты сети для линейных источников питания. Что касается SMPS, действия переключения вызывают пульсацию и всплески.

Шум и пульсации должны быть более 10 мВ для большинства хороших источников питания. Что касается SMPS, во многих случаях должно быть доступно 50 мВ или меньше.

5. Температурная стабильность

Температура может влиять на изменение выходного напряжения. Информацию о температуре можно получить в паспорте. Он измеряется как процентное или абсолютное изменение напряжения на градус C. Например, оно может находиться в диапазоне 0,02% / oC или 2 мВ / oC.

6. Стабильность во времени

Характеристики электронного устройства со временем будут меняться. Часто указывается в общих технических характеристиках источника питания. Стабильность во времени измеряется в течение периода времени при постоянной нагрузке, входном напряжении и измеренном дрейфе напряжения.В основном это несколько милливольт (5-10) в течение десятичасового периода.

7. Ограничение тока и перенапряжение

Чтобы предотвратить повреждение в случае сбоя, предусмотрены средства защиты для защиты источников питания. Есть два его типа.

  • Защита от короткого замыкания . Он нужен, когда происходит короткое замыкание или принимаемый ток превышает изначально проектный.
  • Защита от перенапряжения . Он предназначен для защиты устройства от полного предварительно регулируемого выходного напряжения.Устройство будет отключено защитой от перенапряжения, чтобы предотвратить возникновение состояния полного перенапряжения.

Что такое импульсный источник питания (SMPS)? Типы, блок-схема, работа и применение SMPS

Определение : SMPS, аббревиатура от S witch M ode P ower S upply - это тип блока питания, который выдает регулируемый выход постоянного тока. с использованием методов переключения полупроводников. По сути, здесь регулируемый выходной сигнал постоянного тока преобразуется в нерегулируемый входной сигнал переменного или постоянного тока.Иногда его также называют импульсным источником питания или импульсным источником питания.

Этот блок питания предназначен для подачи энергии на нагрузку от источника с помощью коммутирующих устройств. Прежде чем подробнее остановиться на SMPS, позвольте нам иметь представление о -

Что такое блок питания?

Блок питания или блок питания - это электрическое устройство, которое берет энергию от источника и подает ее на нагрузку. Иногда люди используют термины "источник питания" и "источник питания" как синонимы.Так это правильно?

Очевидно, нет. Источник питания - это объект, который хранит энергию с целью подачи ее на различные блоки, когда это необходимо, например, батарея . Однако источник питания - это устройство, которое преобразует энергию, полученную от любого источника питания, в форму, которая может использоваться для работы электрических или электронных схем. Таким образом, образует связь между источником и нагрузкой.

Хотя источники электроэнергии имеют энергию в виде таких величин, как напряжение или ток, использование источника питания необходимо.Это так, потому что он изменяет эти электрические величины в форме, подходящей для работы нагрузки.

В основном источники питания подразделяются на две категории, а именно ,

  • Линейный источник питания
  • Импульсный источник питания

Линейный источник питания - это тот, который используется для преобразования нерегулируемого входного сигнала переменного или постоянного тока в регулируемый выходной сигнал постоянного тока. Но принцип работы LPS и SMPS разный. Кроме того, это считается менее эффективным подходом, при котором непрерывное тепловыделение вызывает потери мощности.Он включает в себя последовательно включенный регулятор напряжения, который подходит для приложений с низкой выходной мощностью.

В линейном источнике питания приложенное входное переменное напряжение сначала понижается с помощью трансформатора. Дополнительный диодный выпрямитель используется для выпрямления переменного сигнала.

После выпрямления сигнал фильтруется с помощью конденсаторного фильтра. Несмотря на фильтрацию, нерегулируемый сигнал постоянного тока затем подается в схему линейного регулятора напряжения, которая выдает на выходе регулируемый сигнал постоянного тока.

По сути, SMPS был изобретен, чтобы преодолеть недостаток LPS, поскольку он очень эффективен. Кроме того, в отличие от линейного источника питания, он подходит для приложений, где требуется более высокий выходной ток или напряжение, поскольку включает в себя импульсные стабилизаторы. По этой причине импульсный источник питания назван так.

Введение в SMPS

Различные электрические и электронные нагрузки получают питание от батарей. Но батареи не обеспечивают регулируемую мощность, поскольку они предлагают очень высокое или очень низкое напряжение.Итак, для получения регулируемого выхода постоянного тока используется SMPS.

В отличие от линейного источника питания, в котором используется стандартный линейный метод регулирования напряжения, импульсный источник питания представляет собой устройство, которое выполняет регулирование напряжения нерегулируемого сигнала с использованием методов полупроводниковой коммутации . Он считается высокоэффективным, поскольку снижает энергопотребление, тем самым демонстрируя уменьшение количества рассеиваемого тепла. Таким образом, были заменены традиционные линейные блоки питания.

SMPS включает переключающий транзистор (силовой MOSFET) для регулирования напряжения.Во время работы транзистор переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием таким образом, что когда он включен, он полностью проводит ток с незначительным падением напряжения на нем. Когда он выключен, он пытается полностью заблокировать ток. Таким образом, переключение между состоянием включения (насыщение) и состоянием выключения (отключение) происходит на высокой частоте, и, таким образом, устройство действует как идеальный переключатель .

Здесь следует отметить, что если трансформатор работает на высокой частоте, то размер устройства уменьшается.Следовательно, общий размер SMPS невелик и имеет меньший вес, что является еще одним преимуществом перед линейными источниками питания.

Типы импульсных источников питания

Линейные регуляторы всегда обеспечивают понижающий тип регулирования напряжения. Однако это не относится к импульсному источнику питания, поскольку он может обеспечивать как повышающий, так и понижающий тип регулирования напряжения. Это приводит к дальнейшей классификации SMPS как:

  • понижающий импульсный источник питания : Он состоит из схемы понижающего регулятора, которая выполняет преобразование постоянного тока в постоянный.Слово « доллар» соответствует вычитанию или вычитанию . Он в основном выполняет преобразование высокого напряжения постоянного тока в низкое значение той же полярности.
  • Импульсный импульсный источник питания : Он имеет схему регулятора повышающего типа для преобразования сигнала постоянного тока низкого уровня в сигнал высокого уровня. Слово « boost» означает, что сложить или увеличить , таким образом, импульсный импульсный стабилизатор увеличивает уровень напряжения питания, сохраняя полярность такой же, как у входного сигнала.
  • Импульсный источник питания с понижающим и повышающим режимом : Этот SMPS выполняет комбинированную работу понижающего и повышающего регулятора. В этой топологии выходной сигнал имеет инвертированный характер, напряжение которого может быть больше или меньше входного напряжения питания в зависимости от рабочего цикла.

Наряду с этими тремя, еще два типа значительных smps - это обратный преобразователь и прямой преобразователь.

Известно, что это три основные операции переключения, обычно называемые топологиями коммутационных схем .

Блок-схема и работа SMPS

Основными компонентами ИИП являются следующие :

  1. Входной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
  2. Высокочастотный переключатель (силовой транзистор или полевой МОП-транзистор)
  3. Силовой трансформатор
  4. Выходной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
  5. Цепь управления (компаратор и широтно-импульсный модулятор)

На приведенном ниже рисунке представлена ​​функциональная блок-схема SMPS :

.

Первоначально нерегулируемый входной сигнал переменного тока от источника подается на входной выпрямитель и схему фильтра.Здесь входной сигнал переменного тока выпрямляется для генерации сигнала постоянного тока и дополнительно сглаживается, чтобы удалить из него высокочастотную составляющую шума. Выход постоянного тока (все еще в нерегулируемом виде) подается на силовой транзистор, который действует как высокочастотный переключатель.

Здесь сигнал постоянного тока претерпевает прерывание (переключение). Эта схема действует как идеальный переключатель, т. Е. Когда силовой транзистор (схема прерывателя) находится во включенном состоянии, через него проходит ток с незначительным падением напряжения, и на выходе транзистора получается сигнал постоянного тока.Однако в выключенном состоянии силового транзистора через него не проходит ток, что приводит к максимальному падению напряжения внутри него. Таким образом, на выходе не будет напряжения.

Следовательно, в соответствии с действием переключения силового транзистора на его выходной стороне будет получено постоянное напряжение. Частота прерывания играет решающую роль в поддержании желаемого уровня постоянного напряжения .

Полученный сигнал постоянного тока на выходе схемы прерывателя подается на первичную обмотку высокочастотного силового трансформатора.Здесь понижающий трансформатор преобразует сигнал высокого напряжения в сигнал низкого напряжения, который дополнительно подается на вход блока выходного выпрямителя и фильтра. Это просто отфильтровывает нежелательные остатки из сигнала, чтобы обеспечить регулируемый сигнал постоянного тока на выходе.

Схема управления, представленная здесь, действует как цепь обратной связи для всего устройства. Это включает в себя компаратор и широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Выходной сигнал постоянного тока выпрямителя и фильтра подается в схему управления, где усилитель ошибки, который действует как компаратор, сравнивает полученное напряжение постоянного тока с опорным значением.

Если выходное напряжение постоянного тока больше заданного значения, то необходимо уменьшить частоту прерывания. Уменьшение частоты прерывания приведет к уменьшению выходной мощности и, следовательно, выходного напряжения постоянного тока. Однако, если выход постоянного тока меньше эталонного значения, частота прерывания увеличивается. При увеличении частоты прерывания увеличивается выходное напряжение постоянного тока.

Широтно-импульсный модулятор в приведенной выше схеме отвечает за генерацию сигнала с фиксированной частотой с широтно-импульсной модуляцией, рабочий цикл которого определяет частоту прерывания.

По сути, коэффициент заполнения - это отношение продолжительности включения к общему времени цикла (т. Е. Времени включения + выключения). Следовательно, путем внесения необходимых корректировок в ширину импульсов регулируется частота прерывания, следовательно, может быть получен регулируемый выход постоянного тока.

Преимущества

  1. Он более эффективен, чем линейные блоки питания. Обычно КПД ИИП находится в пределах 60% - 95% .
  2. Из-за высокочастотной работы устройства габаритные размеры устройства меньше и меньше габаритов.Таким образом, компактно.
  3. Недорого, потому что тепловыделение меньше.
  4. Полученное выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения питания.

Недостатки

  1. Возникновение переходных всплесков из-за переключающего действия - одна из основных проблем. Это может вызвать радиопомехи, поэтому изоляция является обязательной.
  2. Схема сложная. Кроме того, регулирование (управление) напряжения является сложной задачей.
  3. Правильная фильтрация необходима для устранения шума и всплесков.

Применение ИИП

Устройства, созданные с использованием новейших технологий, требуют высокоэффективного источника питания, предлагаемого SMPS. Таким образом, он находит применение в различных усилителях мощности, персональных компьютерах, системах безопасности и железнодорожных системах, телевизорах, моторных приводах и т. Д.

Что такое импульсный источник питания SMPS »Примечания по электронике

Импульсные источники питания, SMPS обеспечивают повышенную эффективность и экономию места по сравнению с традиционными линейными источниками питания, но следует позаботиться о том, чтобы шум на выходе был низким.


Схемы источника питания SMPS Праймер и руководство Включает:
Импульсный источник питания Как работает SMPS Понижающий понижающий преобразователь Повышающий повышающий преобразователь Конвертер Buck Boost

См. Также: Обзор электроники блока питания Линейный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Импульсные блоки питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения размера, веса, стоимости, эффективности и общей производительности.

Благодаря своим характеристикам импульсные блоки питания используются во всех областях, кроме самых требовательных, чтобы обеспечить эффективный и действенный источник питания для большинства видов электронных систем.

Импульсные источники питания

стали общепринятой частью электронной сцены и часто называются импульсными преобразователями мощности или просто переключателями.

Терминология импульсного источника питания

Импульсный источник питания, SMPS, технология может быть обозначена рядом схожих терминов.Хотя все они рассматривают одну и ту же базовую технологию, они относятся к разным элементам общей технологии:

  • Импульсный источник питания, SMPS: Термин импульсный источник питания обычно используется для обозначения элемента, который может быть подключен к сети или другому внешнему источнику и используется для генерации источника питания. Другими словами, это полноценный блок питания.
  • Регулятор режима переключения: Обычно это относится только к электронной схеме, которая обеспечивает регулирование.Регулятор режима переключения будет частью общего источника питания режима переключения.
  • Контроллер импульсного регулятора: Многие интегральные схемы импульсного регулятора не содержат последовательного переключающего элемента. Это будет верно, если уровни тока или напряжения высоки, потому что внешний последовательный переключающий элемент сможет лучше справляться с более высокими уровнями тока и напряжения, а также с результирующей рассеиваемой мощностью.

Основы импульсного источника питания

Основная концепция импульсного источника питания или SMPS заключается в том, что регулирование осуществляется с помощью импульсного регулятора.В нем используется последовательный переключающий элемент, который выключает подачу тока на сглаживающий конденсатор.

Основная концепция импульсного источника питания

Время включения последовательного элемента регулируется напряжением на конденсаторе. Если оно выше требуемого, переключающий элемент серии отключается, если ниже требуемого - включается. Таким образом, напряжение на сглаживающем или накопительном конденсаторе поддерживается на необходимом уровне.

Преимущества / недостатки импульсного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для импульсных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Преимущества ИИП

  • Высокая эффективность: Переключающее действие означает, что элемент последовательного регулятора либо включен, либо выключен, и, следовательно, в виде тепла рассеивается мало энергии, что позволяет достичь очень высокого уровня эффективности.
  • Компактный: Благодаря высокой эффективности и низкому тепловыделению импульсные источники питания можно сделать более компактными.
  • Стоимость: Одним из факторов, делающих импульсные блоки питания очень привлекательными, является их стоимость. Более высокий КПД и переключаемый характер конструкции означают, что количество тепла, которое необходимо уменьшить, ниже, чем у линейных источников, и это снижает затраты. При этом переключаемый характер питания означает, что многие компоненты имеют более низкую стоимость.
  • Гибкая технология: Технология импульсных источников питания может использоваться для обеспечения высокоэффективного преобразования напряжения в приложениях с повышением или «повышением» напряжения или понижающих приложениях.

SMPS Недостатки

  • Шум: Переходные всплески, возникающие при переключении в импульсных источниках питания, являются одной из самых больших проблем. Если выбросы не отфильтрованы должным образом, выбросы могут мигрировать во все области цепей, питаемых импульсными импульсными модулями. Кроме того, всплески или переходные процессы могут вызывать электромагнитные или радиочастотные помехи, которые могут влиять на другие расположенные поблизости элементы электронного оборудования, особенно если они принимают радиосигналы.
  • Внешние компоненты: Хотя можно спроектировать импульсный регулятор с использованием одной интегральной схемы, обычно требуются внешние компоненты. Наиболее очевидным является резервуарный конденсатор, но необходимы и фильтрующие элементы. В некоторых конструкциях последовательный переключающий элемент может быть встроен в интегральную схему, но там, где потребляется любой ток, последовательный переключатель будет внешним компонентом. Все эти компоненты требуют места и увеличивают стоимость.
  • Требуется экспертный дизайн: Часто можно собрать работающий импульсный источник питания. Обеспечить его соответствие требуемой спецификации может быть сложнее. Особенно сложно обеспечить поддержание уровней пульсации и помех.
  • Фильтрация: Тщательное рассмотрение фильтрации для SMPS, потому что плохая конструкция может привести к высоким уровням шума и скачкам на выходе.

В целом, импульсные блоки питания идеально подходят для множества приложений, от компьютеров до зарядных устройств и от лабораторного оборудования до многих предметов домашней электроники. Стоимость, размер и эффективность являются ключевыми факторами в обеспечении того, чтобы они стали основной технологией для очень многих приложений.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *