Строение блока питания: Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Содержание

Блоки питания для светодиодных лент в Краснодаре выгодно

Выбираем блок питания: основные моменты

Правильный подбор блока питания – одно из важных условий при организации светодиодной подсветки, а потому, уделим ему особое внимание. В первую очередь необходимо определиться с типом светодиодной ленты и ее длиной, только тогда мы сможем узнать две основные характеристике, на которых основывается выбор источника питания – напряжение питания светодиодной ленты и суммарная потребляемая мощность.

Напряжение питания светодиодной ленты всегда указывается в ее характеристиках. Это значение должно совпадать с выходным напряжением источника питания, которое, кроме всего прочего, должно быть стабилизированным.

Например, для подсветки нам необходимо 8 метров светодиодной ленты. Мы остановились на ленте с напряжением питания 24 В и мощностью – 9,6 Вт/м. Суммарно такая лента будет потреблять 76,8 Вт/м (8×9,6). Но мы помним про запас: 76,8+20%=92,16 Вт/м. Таким образом, наш выбор – это блок питания с выходным напряжением 24 В и мощностью 100 Вт.

Кроме выходного напряжения и мощности на выбор блока питания может повлиять и его конструкция. На данный момент наиболее часто встречаются 2 тип блоков питания – герметичные и открытые, в защитном кожухе. Последние дешевле, но имеют ряд недостатков. Например, открытые блоки питания мощностью от 200 Вт сильно нагреваются, а потому их строение предусматривает наличие вентилятора. Во-первых, он создает дополнительный шум, а, во-вторых, как любое механическое устройство, вентилятор требует профилактического обслуживания – чистки и смазки. Особенно неприятно то, что при отказе вентилятора из-за не своевременного обслуживания, блок питания может перегреться и выйти из строя.

Герметичные блоки питания рекомендуется использовать не только в тех случаях, когда на них может попасть влага, но и тогда, когда Вы планируете менять яркость или цвет светодиодной ленты, т.е. использовать диммеры или контроллеры. В подобных системах открытые блоки питания могут издавать тихий, но неприятный писк. В общественных местах это может быть абсолютно незаметно, а вот там, где требуется тишина и покой, например, в спальнях или детских комнатах, подобный звук может раздражать.


Этот специфический писк появляется из-за использования ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для управления светодиодными лентами. По сути своей, ШИМ – это периодическое отключение и подключение ленты к блоку питания с высокой частотой (более 200 Гц), незаметной для глаз. Подобная переменная нагрузка и заставляет блок питания «пищать». В отличии от открытых блоков, внутреннее пространство герметичных источников питания полностью залито компаундом, а потому посторонний звук при их работе практически не слышен даже на небольшом расстоянии.

Анатомия. Из чего состоит блок питания?

Он есть в каждом компьютере, ноутбуке и приставке. Он не влияет на вашу частоту кадров и майнинг биткоинов. У него нет миллиардов транзисторов, и в его производстве не используются новейшие полупроводниковые техпроцессы. Звучит скучно? Ничуть! Без этой штуки наши компьютеры абсолютно ничего бы не сделали.

БП, они же блоки питания (англ. PSU, Power Supply Units), не взрывают заголовки журналов как новейшие процессоры, но это интереснейшие технологии, заслуживающие нашего внимания. Так что надевайте белые халаты, маски, перчатки и приступим к вскрытию нашего скромного парнишки – блока питания, разберём его на части и рассмотрим, чем занимается каждый его орган.

И да, совсем недавно мы разбирались как правильно выбрать Блок питания. Рекомендуем к прочтению.

Что это и с чем это едят?

Многие компьютерные компоненты имеют названия, требующие чуточку технических знаний, чтобы понять, что это и зачем (например, твердотельный накопитель), но в случае блока питания всё довольно очевидно. Это блок, обеспечивающий питание.

Но мы же не можем на этом поставить точку, с гордостью заявив «статья готова». Наш цикл статей посвящен внутреннему строению, и на операционном столе у нас лежит подопытный – Cooler Master G650M. Это довольно типичный представитель, с характеристиками, подобными десяткам других моделей, но у него есть одна особенность, встречающаяся не во всех блоках питания.


Официальное фото блока питания Cooler Master.

Это блок питания стандартного размера, соответствующий форм-фактору ATX 12V v2.31, поэтому он подходит для многих компьютерных корпусов.

Есть и другие форм-факторы – например, для малых корпусов, либо вовсе уникальные по спецзаказу. Не каждый блок соответствует точным размерам, установленным стандартными форм-факторами – они могут быть одинаковой ширины и высоты, но отличаться по длине.

Этот блок питания от Cisco специально спроектирован для серверных стоек

В маркировке PSU обычно указывается их основной параметр – максимально обеспечиваемая мощность. В случае с нашим Cooler Master, это 650 Вт. Позже мы поговорим, что это на самом деле значит, а пока лишь заметим, что есть и менее мощные БП, поскольку не всем компьютерам требуется именно столько, а некоторым достаточно даже на порядок меньше. Но всё-ж большинство настольных компьютеров обеспечены питанием в диапазоне от 400 до 600 Вт.

Блоки питания вроде нашего собираются в прямоугольных, зачастую неокрашенных, металлических корпусах, отчего бывают достаточно увесистые. У ноутбуков блок питания практически всегда внешний, в пластиковом корпусе, но его внутренности очень схожи с тем, что мы увидим у рассматриваемого нами БП.

Источник фотографииnix.ru
Большинство типичных блоков питания оснащены сетевым выключателем и кулером для активной терморегуляции, хотя в ней не все БП нуждаются. И не у всех из них есть вентиляционная решётка – у серверных версий, в частности, это редкость.

Ну что-ж, как вы можете видеть на фото выше, мы уже вооружены отверткой и готовы приступить к вскрытию нашего экземпляра.

Регулируемый импульсный стабилизатор

Схема импульсного стабилизатора собрана на достаточно известной и доступной микросхеме DC/DC преобразователя – MC34063.

Будет интересно➡ Как выбрать флюс для пайки микросхем

Чтобы было понятно. Микросхема MC34063 является специализированным ШИМ-контроллером, разработанным для импульсных DC/DC преобразователей. Эта микросхема является ядром регулируемого импульсного стабилизатора, который используется в данном блоке питания.

Микросхема MC34063 снабжена узлом защиты от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки. Выходной транзистор, встроенный в микросхему, способен отдать в нагрузку до 1,5 ампер тока. На базе специализированной микросхемы MC34063 можно собрать как повышающие (Step-Up), так и понижающие (Step-Down) DC/DC преобразователи. Так же возможно построение регулируемых импульсных стабилизаторов.

Особенности импульсных стабилизаторов

К слову сказать, импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД по сравнению со стабилизаторами на микросхемах серии КР142ЕН (КРЕНки), LM78xx, LM317 и др. И хотя блоки питания на базе этих микросхем очень просты для сборки, но они менее экономичны и требуют установки охлаждающего радиатора.


КПД

Микросхема MC34063 не нуждается в охлаждающем радиаторе. Стоит заметить, что данную микросхему можно довольно часто встретить в устройствах, которые работают автономно или же используют резервное питание. Использование импульсного стабилизатора увеличивает КПД устройства, а, следовательно, уменьшает энергопотребление от аккумулятора или батареи питания. За счёт этого увеличивается автономное время работы устройства от резервного источника питания.

Думаю, теперь понятно, чем хорош импульсный стабилизатор.

Немного теории

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

Устройство

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

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

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

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

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

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

Особенности характеристик импульсных блоков питания

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


Импульсных блоков питания

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

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

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

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

Виды блоков питания

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

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

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

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

Интересный материал: Что такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения

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

Будет интересно➡ Что такое интегральная микросхема

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

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


IP20

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

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

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


Блоки питания в алюминиевых

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

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

Фильтрация

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

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


Источник фото techspot.com

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

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

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


Источник фото techspot.com

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

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

Преобразование

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

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


Источник фото techspot.com

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

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

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


Источник фото techspot.com

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

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

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

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


| Источник фото techspot.com

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

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


Источник фото techspot.com

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

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

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

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

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

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

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

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

Выходы

Все блоки питания поставляются с длинными пучками проводов, торчащими сзади. Количество проводов и доступных разъёмов для запитывания устройств будут отличаться от модели к модели, но некоторые стандартные подключения должны обеспечивать все БП без исключения.

Так как напряжение – это величина разности потенциалов, то каждый выход подразумевает два провода: один для указанного напряжения (например, +12 В) и провод, относительно которого измеряется разность потенциалов. Этот провод называется заземлением, «землёй», «reference wire» или «общим» проводом, и два этих провода образуют петлю: от блока питания до устройства-потребителя, а затем обратно в БП.

Поскольку в некоторых таких замкнутых контурах токи небольшие, они могут использовать общие провода заземления.


Официальное фото блока питания Cooler Master.

Главным из обязательных разъёмов является 24-pin ATX12V v. 2.4, обеспечивающий основное питание с помощью нескольких выводов различных напряжений, а также имеющий ряд специальных выводов.

Из этих специальных отметим лишь вывод «+5 standby» – дежурное питание компьютера. Это напряжение подаётся на материнскую плату всегда, даже когда компьютер выключен, при условии, что он остаётся включен в розетку и его БП исправен. Дежурное питание нужно материнской плате для того, чтобы оставаться активной.

Большинство PSU также имеют дополнительный 8-pin разъём для материнской платы с двумя линиями +12 В, и по крайней мере один 6 или 8-pin разъём питания для PCI Express.

Со слота PCI Express видеокарты могут взять максимум 75 Вт, поэтому этот разъем обеспечивает дополнительную мощность для современных GPU.

Конкретно наш рассматриваемый блок питания по соображениям экономии фактически использует два разъема питания PCI Express на одной и той же линии. Поэтому, если у вас действительно мощная видеокарта, старайтесь выделить ей независимую линию питания, не делите её с другими устройствами.

Разница между 6 и 8-pin разъемами PCI Express – два дополнительных провода заземления. Это позволяет повысить силу тока, удовлетворяя потребности наиболее прожорливых видеокарт.

Последние несколько лет мы всё чаще стали замечать блоки питания с гордой припиской «модульный» (modular PSU). Это просто означает, что у них отстегивающиеся кабели, что позволяет использовать только необходимое количество кабелей и разъёмов, не подключая всё ненужное, освободив тем самым пространство внутри блока.

Источник фотографии nix.ru
Наш Cooler Master, как и большинство, использует довольно простую систему подключения модульных кабелей.

Каждый разъем имеет по одному проводу +12В, +5В и +3,3В, а также два провода заземления, и в зависимости от того, к какому устройству будет подключен кабель, разъем на другом конце будет использовать либо соответствующую, либо упрощённую распайку.

Представленный на фото выше разъем Serial ATA (SATA) используется для подключения питания жестких дисков, твердотельных накопителей и таких периферийных устройств, как DVD-приводы.

Этот всем знакомый разъём называется замысловато: «разъём питания AMP MATE-N-LOK 1-480424-0». Но все называют его просто Molex, невзирая на то, что это всего лишь название компании-разработчика этого разъёма. Он предоставляет по одному выводу +12В и +5В, и два провода заземления.

На выходных проводах производители тоже могут сэкономить или накрутить цену за счет более ярких или более мягких проводов. Сечение провода также играет важную роль, поскольку более толстые провода обладают меньшим сопротивлением, чем тонкие, поэтому меньше греются при прохождении тока по ним.

На что обращать внимание при выборе

В начале нашей статьи мы говорили, что большинство блоков питания имеют в названии значение своей максимальной мощности. Простым языком, электрическая мощность – это напряжение, умноженное на силу тока (например, 12 вольт x 20 ампер = 240 ватт). И хотя такое утверждение не совсем технически точное, для наших целей оно удовлетворительное.

Как и на большинстве моделей, на нашем блоке питания есть шильдик, содержащий основную информацию о том, сколько мощности может обеспечить каждая линия напряжения.

Источник фотографии nix.ru
Здесь мы видим, что суммарная максимальная мощность всех +12 В линий составляет 624 Вт. Приплюсовав все остальные мощности, мы в итоге получим 760 Вт, а не 650. Что тут не так? А дело просто в том, что линии +5 В (кроме дежурной) и +3,3 В создаются через VRM, используя одну из линий +12 В.

Ну и конечно, все выходные напряжения поступают из одного источника: сетевой розетки. Таким образом, мощность в 650 Вт – это максимум, который блок питания может обеспечить в целом по всем линиям. То есть, если у вас на линиях +12 В висит нагрузка в 600 Вт, то на все остальные линии у вас остается всего 50 Вт. К счастью, большинство оборудования в любом случае бо́льшую часть мощности берёт от линий 12 В, поэтому проблема неправильно подобранного БП встречается редко.

Правее от таблицы со спецификациями мощности на шильдике присутствует значок «80 Plus Bronze». Это рейтинг эффективности, используемый в отрасли в соответствии с требованиями к производителям блоков питания. Эффективность также отражает величину общей нагрузки, которую блок питания способен обслуживать.

20%, 50% и 100% – процент нагрузки по отношению к максимальной мощности для стандартных систем

Если наш Cooler Master нагрузить ровно на половину его максимальной мощности, то есть на 325 Вт, то его ожидаемый КПД будет в пределах 80-85% в зависимости от напряжения в сети (115/230 В).

Это означает фактическую нагрузку блока питания на сеть от 382 до 406 Вт. Более высокий рейтинг 80 PLUS не означает, что блок питания даст вам больше энергии, он просто более экономичный – меньше энергии теряет на всех этапах фильтрации, выпрямления и преобразования.

Также обратите внимание, что максимальная эффективность достигается в диапазоне между 50 и 100% нагрузки. Некоторые производители предоставляют графики, показывающие, какой КПД можно ожидать от их устройства при различных нагрузках и напряжениях в сети.


Официальное изображение Cooler Master.

График эффективности для блока питания Cooler Master V1300 Platinum. Вертикальная шкала – эффективность (КПД), горизонтальная – % нагрузки по отношению к максимальной мощности.

Иногда полезно обращать внимание на эту информацию, особенно если собираетесь раскошелиться на киловаттный блок питания. Если ваш компьютер будет потреблять близко к этому пределу мощности, то КПД блока питания будет несколько снижен.

Вы можете наткнуться на некие «одноканальные» и «многоканальные» (либо комбинированные – снабжённые переключателем) блоки питания. Термин «канал» в данном случае – просто другое слово для определенного напряжения, выдаваемого PSU. Наш Cooler Master имеет один канал 12 В и всевозможные разъёмы питания, обеспечивающие +12 В линии от этого канала. Многоканальный блок питания имеет две или более систем, обеспечивающих линии 12 вольт, однако существует большая разница в том, как это реализовано.

Многоканальные блоки питания широко применяются для серверов или дата-центров в целях отказоустойчивости – при выходе из строя одного из каналов, работоспособность системы не нарушится. Для обычных компьютеров тоже могут предлагаться многоканальные PSU, но скорее всего, вы столкнетесь с псевдо-многоканальностью, когда производитель просто разделит единственный канал на два или три якобы независимых канала. Например, наш подопытный выдает до 52 ампер по линии +12В, что эквивалентно 624 Вт электроэнергии. Дешевая «многоканальная» версия такого БП будет иметь в спецификации якобы два канала +12 В, но на самом деле это лишь два полуканала, каждый из которых будет обеспечивать только 26 А (или 312 Вт).

Хороший блок питания для настольного компьютера, использующий качественные компоненты, вовсе не требует многоканальности на +12 В, так что не беспокойтесь об этом!

Блок питания

Содержание:

  • Определение
  • Чем опасна нехватка мощности блока питания в ПК?
  • Чем качественный и надежный блок питания отличается от дешевого?
  • Модульные кабели и разъёмы

Блок питания компьютера (БП) – это электронное устройство, формирующее напряжение, необходимое определенному компоненту ПК, из напряжения электрической сети. На территории России блок питания преобразует переменный ток от электросети 220В и частотой 50Гц в несколько низких значений постоянного тока: 3,3В; 5В; 12В и т.д.
Блок питания для компьютера

Основной параметр блока питания – мощность, которая исчисляется в ваттах (Вт). Чем мощнее компьютер, тем мощнее блок питания требуется. Обычно это 300-500 Вт в бюджетных и офисных компьютерах и 600 Вт и более в мощных станциях и игровых ПК. Все более требовательны к мощности БП видеокарты топ-класса, которым нужна мощность более киловатта.

Блок питания это своеобразный энергетический центр любого компьютера. Именно он снабжает электричеством все компоненты компьютера, и позволяет ПК работать. Из электросети кабель идет в блок питания, а уже он распределят требуемое напряжение по всему остальному компьютеру.

Из БП выходят кабели к материнской плате, видеокарте, жесткому диску, приводу, кулерам и вентиляторам, к другим устройствам. Качественные и дорогие блоки устойчивы к перепадам напряжения в электрической сети. Это позволяет предотвратить выход из строя, как самого блока питания, так и всех комплектующих компьютера.

Что же необходимо для стабильной бесперебойной работы компьютера?

Мощный процессор, современная видеокарта, хорошая материнская плата. Но почти все забывают добавить в этот список надежный блок питания, который, в качестве центра электропитания всех остальных комплектующих компьютера. Он обязан справляться с поставленными задачами на 100%. В противном случае о стабильной и безотказной работе компьютера, не может быть и речи.

Чем опасна нехватка мощности в ПК?

Если для всех элементов компьютера не достаточно мощности установленного блока питания, то это обернуться, как небольшими неполадками, так полной невозможностью включить ПК.

Вот основные опасности слабого БП:
  • Есть вероятность выхода из строя или частичного повреждения жесткого диска. Это связано с тем, что в жестком диске из-за нехватки мощности считывающие головки не смогут нормально функционировать и скользить по поверхности диска и начнут царапать её. При этом могут быть слышны характерные звуки.
  • Возможны проблемы с видеокартой (вплоть до пропадания изображения на мониторе). Особенно это проявляется современных компьютерных играх.
  • Съемные жесткие диски и флеш накопители, подключаемые к USB-портам, а также другие устройства без дополнительного питания, могут не определятся операционной системой или отключаться в процессе работы.
  • В моменты наибольшего энергопотребления компьютер может выключаться или перезагружаться.

Как избавиться от этого? Очень просто — установить более мощный и надежный блок питания.

Внимание!!! Указанные выше проблемы могут проявляться не только из-за некачественного БП, а быть следствием неисправности других комплектующих ПК. Для определения точной причины лучше обратиться в наш ремонт компьютеров на дому в городе Москва.

краткое описание оборудования и отличие от обычного БП

Модульный блок питания для компьютера представляет собой блок, на котором отсутствуют встроенные провода. Далее будет представлено описание модульного блока и его отличие от обыкновенного питания. На данный момент имеется три разновидности БП — это распространенные стандартные, полумодульные и модульные блоки питания.

Стандартный блок питания

Стандартные блоки питания являются самыми распространенными: их можно увидеть практически в любом магазине. Они используются как в стационарных компьютерах, так и в профильных игровых. Они нашли широкое применение даже в серверных системах. Минимальная мощность такого блока питания составляет 350 ватт, чего вполне достаточно для работы с офисным оборудованием. Однако его размеры больше подходят для корпусов формата ATX, то есть самого большого размера.

Кабели для стандартного блока питания создавались таким образом, чтобы их невозможно было случайно вырвать из блока. Именно поэтому, если разобрать такой блок питания, можно увидеть, что внутри они крепко спаяны. Минус такого блока в том, что некоторые из кабелей могут оказаться бесполезными и будут занимать место в корпусе, создавая путаницу из проводов.

Полумодульный блок питания

У этой разновидности блоков питания немного другое строение и расположение кабелей. Встроенные провода предназначены только для самого необходимого — материнской платы, процессора и видеокарты.

Другие кабели, которые могут пригодиться, есть в комплекте, но они присоединяются уже отдельно, давая возможность экономить место в корпусе.

Плюсы такого блока питания состоят в том, что подключение остальных кабелей осуществляется через определенные разъемы в блоке, что существенно улучшает работоспособность системы охлаждения.

Отрицательная сторона таится не в самих блоках, а в местах продажи данного товара. Дело в том, что многие продавцы и владельцы таких модульных блоков питания представляют их, как полноценные модульные, что приводит к введению потенциальных клиентов в заблуждение.

Модульный БП

У модульного блока питания есть одно существенное отличие от предыдущих представителей — это отсутствие проводов вовсе. Дело в том, что кабелей, встроенных в блок, просто нет, так как они поставляются отдельно.

Кабели для модульного блока питания подключаются каждый в свое гнездо, тем самым экономя место в корпусе. Такой вариант идеально подойдет тем, кто ценит компактность, ведь у такого блока не будет без дела лежать множество кабелей, которые не только портят внешний вид, но и несут угрозу для системного блока в виде перегрева. Лишние провода будут мешать нормальной циркуляции воздушных потоков, что может привести к нагреву оборудования. Наличие такого блока позволит установить его даже в корпус miniATX без потери места в системном блоке.

Стоимость модульного блока питания для компьютера на несколько тысяч превышает цену обычного. Этот показатель аргументируется тем, что производители создают такие блоки, помещая внутрь только нужную «начинку» и исключительно хорошего качества. На данный момент такие БП можно свободно купить в любом магазине компьютерной электроники.

Виды кабелей и их подключение

Провода для модульного блока питания могут быть в оплетке или просто плоскими. Кабели в оплетке называются экранированными, так как они способны защищать провода от электронных помех, которые способны нарушить подачу сигнала на то или иное оборудование.

Плоские провода появились относительно недавно, но уже успели завоевать популярность среди владельцев модульных блоков питания. Их преимущество перед «пучками» в том, что они не занимают много места, хорошо поддаются сгибанию и их сложно повредить. Несмотря на такое превосходство перед обычными проводами, эти кабели отдельно приобрести нельзя — только в комплекте с блоком питания.

Способ подключения к модульному блоку питания прост — нужно посмотреть на кабель и посчитать количество контактов на нем, а после уже присоединять провод к разъему. Для неопытных пользователей была создана система обратного расположения контактов, которая исключает неправильное подключение.

Многие пользователи склоняются к мнению, что целостность кабеля важнее экономии места, поэтому их выбор падает на стандартные блоки питания. Такое утверждение в корне неверно, так как при поломке кабелей на обычном БП его придется весь отдавать на ремонт, когда у модульного блока питания в такой же ситуации достаточно просто заменить неисправный кабель.

Блоки питания

Блоки питания входят в комплект поставки большинства современных электронных устройств, которые функционируют от постоянного тока. Но сильные перепады напряжения, некачественное исполнение или некорректная эксплуатация приводят к скорому выходу электрического адаптера из строя. В таком случае требуется приобрести новый адаптер питания для роутера, усилителя или другого прибора.

Разновидности блоков питания

Сравнение (0)

На странице: 50255075100

Сортировка: Наименование (А -> Я)Цена (по возрастанию)Цена (по убыванию)Рейтинг (по возрастанию)Рейтинг (по убыванию)

В корзину

200 р.

В корзину

500 р.

В корзину

500 р.

В корзину

700 р.

В корзину

700 р.

В корзину

1 000 р.

В корзину

1 200 р.

В корзину

1 500 р.

В корзину

1 800 р.

В корзину

2 000 р.

В корзину

2 400 р.

В корзину

3 000 р.

В корзину

4 000 р.

В корзину

4 000 р.

Переходник предназначен для подключения оборудования с плоской американской или английской тройной вилкой в стандартную евророзетку (применяются в России). ..

Автомобильная USB-зарядка позволяет заряжать, питать устройства с USB-разъемом в дороге. В зависимости от типа разъема: USB, mini-USB, micro-USB понадобится разный кабель (в ком..

Сетевая USB-зарядка позволяет заряжать устройства с USB-разъемом. В зависимости от типа разъема USB, mini-USB, micro-USB понадобится разный кабель (в комплект не входит). Ряд ..

Адаптер 12В для питания роутеров Huawei, ZTE и других производителей от разъема прикуривателя. Использование адаптера позволяет избежать нежелательных манипуляций с электрическо..

Блок питания с выходной силой тока 3А и напряжением 5В. Длинный провод позволяет подключать к сети устройства, расположенные на расстоянии до 90 см от розетки или ближайшего удл..

Pilot S — недорогой сетевой фильтр отечественного производства для комплексной защиты электроприборов от помех в сети, возникающих вследствие грозовых разрядов и других факторов..

Адаптер питания для подключения разнообразных устройств к электрической сети. Блок питания выполняет преобразование переменного тока 100–240В (50/60 Гц) в постоянный ток, которы..

Адаптер питания с выходными характеристиками напряжения 12В и силы тока до 5А. Блок питания подходит к различным электрическим приборам, которые нуждаются во входном питании пос..

Универсальное устройство для питания бытовых электроприборов и оборудования, оснащенное регулировкой напряжения. Регулятор и цифровой дисплей на корпусе блока питания позволяют ..

Специализированное устройство для питания репитеров и бустеров, рассчитанных на входное напряжение 9В и силу тока 5А. Данный адаптер питания подходит к мощным репитерам Baltic S..

Адаптер питания для подключения к сети 110–220В различных электрических устройств. Блок представленной модели имеет выходное напряжение 15В и рекомендуется для приборов, требующ..

Блок питания с выходным напряжением 10В и силой тока 6А для репитеров и бустеров. В области усиления мобильной связи нет единого стандарта для питания усилителей. Каждый произво..

Блок питания (сетевой адаптер с кабелями) для репитеров Baltic Signal, ДалСВЯЗЬ и других производителей. Подходит к моделям, питаемым постоянным током 10А при напряжении 10В. ..

Сетевой адаптер питания для мощных моделей репитеров, бустеров и других электрических устройств. Блок питания рассчитан на входящий переменный ток (100–240В, 50/60 Гц) и обеспеч..

Где используют адаптеры питания

Сетевые адаптеры, которые преобразует переменный ток электрической сети в постоянный, необходимы всем цифровым устройствам. Поскольку разное оборудование рассчитано на разный ампераж и вольтаж, аналогично различаются и электрические аксессуары.

Важно помнить, что адаптер может превышать ваше устройство по силе тока, но превышение напряжения недопустимо и грозит выходом оборудования из строя! Пример: БП с выходными характеристиками 12В, 2А совместим с маршрутизатором 12В, 1А, но категорически не подходит к модели, рассчитанной на 5В, 2А.

  • Блоки питания для домашних роутеров обычно оснащаются тонким штыревым DC-разъемом. Промышленные маршрутизаторы могут иметь специфические и редкие разъемы, такие как Micro-Fit 4, 6P6C и др.;
  • Репитеры имеют самые разнообразные разъемы (в зависимости от конкретной модели и производителя), в том числе промышленные многопиновые коннекторы;
  • Блоки питания для WiFi-модемов нужны, чтобы использовать их без компьютера, подключая напрямую в розетку.

Покупайте адаптеры питания в нашем интернет-магазине «GSM-Репитеры»

Если у вас сломался БП от электрического девайса — не беда! Практически любому аксессуару можно найти полноценную замену, которая не будет уступать ни по качеству, ни по характеристикам оригинальному экземпляру. Главное убедиться в совместимости по разъемам и электрическим параметрам!

На виртуальном прилавке нашего магазина вы можете купить различные блоки питания для роутеров, репитеров, антенных усилителей сигнала и иных приборов. Мы осуществляем доставку по всей России. Срок доставки зависит от вашего местоположения: 1–2 дня по Москве и Санкт-Петербургу, в прочие города и регионы — по условиям выбранной транспортной компании. Купить в нашем магазине сетевой блок питания очень просто — переместите товар в корзину и оформите заказ онлайн!

Блок питания системного блока | Для дома, для семьи

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Этой статьей я начинаю цикл постов о персональном компьютере, так как тема эта довольно обширная, а начнем мы с самых азов, читать придется много. А я в свою очередь буду стараться излагать материал достаточно понятно и в тоже время интересно. Наберитесь терпения, а когда мы придем на финиш, Вас уже никто не посмеет назвать «чайником».

Начнем с системного блока, или как его называют продвинутые юзеры «системник», а мы по старинке «процессор». Из себя он представляет небольшой ящик, внутри которого находится куча всяких проводов, приспособлений и еще много чего не понятного, которое на компьютерном языке называется железом. Вот с ним мы и начнем разбираться.

Стандартный минимальный набор любого системного блока обычно состоит:
1. Блок питания
2. Процессор + кулер
3. Видеокарта
4. Модули оперативной памяти
5. Жесткие диски
6. Оптический дисковод
7. Системная (материнская) плата.
А теперь давайте ближе познакомимся с каждым элементом отдельно.

Блок питания.

Это один из самых главных элементов системного блока, так как без питания вся электронная начинка становится просто кучей железа, поэтому к его выбору отнеситесь серьезно. На рисунке показан стандартный блок питания, который устанавливается во всех системных блоках.

Размещается он в верхней части системного блока, и предназначен для преобразования напряжения сети 220В переменного тока в напряжение постоянного тока, которое необходимо для работы компьютера. С внешней стороны в разъем (2) подключается шнур питания 220 вольт, а с внутренней от него отходит пучок проводов (5) уже с нужным напряжением 3.3, 5 и 12 вольт, на конце которых имеются разъемы (5), предназначенные для подключения внутренних элементов компьютера.

Выключателем (1) можно включать или отключать блок питания, вентилятор (4) осуществляет забор воздуха в системный блок через его штатные отверстия в корпусе, и, выбрасывая его из системного блока, способствует дополнительному перемешиванию воздушного потока внутри компьютера, попутно охлаждая свои радиокомпоненты. Переключатель (3) предназначен для переключения входящего напряжения 110 или 220 вольт. Я настоятельно не рекомендую пытаться переключать его, поломкой одного блока питания не отделаетесь, по умолчанию все стоит как надо.

А теперь, собственно разъемы блока питания:
1— подается основное напряжение для материнской платы;
2— является вспомогательным разъёмом для питания процессора и устанавливается на материнскую плату;
3— запитываются периферийные устройства типа старых оптических приводов или жестких дисков IDE, а так же через насадки (6) подается дополнительное питание на видеокарту в зависимости от конфигурации компьютера;
4— предназначен для подключения дисководов FDD, так называемые «флоппики»;
5— питает устройства с интерфейсом SATA (жесткие диски, оптические приводы).

Надеюсь, Вы уже разобрались, для чего нужен блок питания со всеми его проводами и разъемами. А теперь поговорим о таком важном параметре источников питания – мощности.

На сегодняшний день минимум мощности для компьютерных блоков питания составляет 450-500 Ватт. Эти цифры берутся при суммировании энергопотребления каждым элементом, входящим в комплект компьютера, и конечно 30% запас мощности, а куда же без него. Запас прочности должен быть всегда. Вдруг, Вы со временем захотите более мощную видеокарту, или процессор по шустрей, а это не исключено, значит, нагрузка на блок питания возрастет, а запаса нет. Что? Правильно. Бежим в магазин.

Для среднего домашнего игрового компьютера мощность должна составлять около 600Ватт, брать меньше просто нет смысла, но и увлекаться в сторону увеличения тоже не стоит. Зачем переплачивать за то, что возможно не будет востребовано. Добротный блок сегодня стоит не менее 80 — 130 долларов, брать за меньшую сумму не вижу смысла,так как можете нарваться на подделку.

Скажем, есть два абсолютно одинаковых по всем параметрам блоков питания, только цена у них разная, естественно возникает вопрос, в чем разница? Из личного опыта скажу, когда занимаешься ремонтом радиоаппаратуры, и стоит взглянуть внутрь, сразу видно какого качества сборка того или иного аппарата. Китайские инженеры очень хорошо умеют удешевлять конструкцию аппаратуры, но во вред надежности и времени эксплуатации.

Если на плате вместо половины радиодеталей стоят перемычки, или вообще ничего нет, где должно быть, а использование деталей с заниженными параметрами приводит их к быстрому износу, а следовательно, и выходу из строя. Такой блок питания будет работать, но на пределе своих возможностей, из-за недостаточной нагрузочной способности, а ведь его первостепенная задача надежно обеспечить питанием все компоненты компьютера. Как правило, дешевые модели при выходе из строя тянут за собой более половины компьютера. Так что, при выборе источника питания выбирайте только солидные брэнды, например InWin, FSP, CoolerMaster, Hiper. В интернете всегда можно найти обзоры и тесты этих блоков питания и ориентироваться по ним.

И еще один совет. Выбирая корпус, а они, как правило, идут со встроенными источниками питания, обязательно спросите продавца, или посмотрите сами, какая мощность установленного блока. Если она ниже расчетной, попросите заменить на более мощную модель. Основные параметры указываются на боковой стороне компьютерных блоков питания, на рисунке я выделил прямоугольниками. В верхнем прямоугольнике указаны модель и мощность 430Ватт, а в нижнем, как Вы сами догадались, входные- выходные напряжения, ток нагрузки по каждому напряжению и мощность.

И главное — качественный источник питания, это, прежде всего залог здоровья и стабильности работы Вашего домашнего компьютера: не экономьте на питании.

Удачи!

принцип работы, выбор лучшего, создание своими руками, типы БП

В нашем сегодняшнем материале мы подробно рассмотрим все, что так или иначе связано с блоками питания. В целом, блок питания это сердце любого электронного прибора, начиная от пульта телевизора и заканчивая огромными серверными. Конечно, подобно автомобилям, эти блоки очень сильно отличаются по назначению и характеристикам.

Если коротко, блок питания это электронное устройство, которое питает агрегаты основного устройства, преобразовывая поступающей сигнал из сети, либо аккумулятора.

Обычно, на каждом блоке питания имеется маркировка, указывающая на его основные характеристики. Рассмотрим на примере: на нашем блоке питания указана маркировка 1502 — первая пара цифр указывает на максимальное напряжение, которое может выдать данный аппарат — 15 Вольт. А последние две цифры — это максимальная сила тока — 2 Ампера. Но, спешим вас заверить, что это лишь беглый осмотр и обо всех этих вещах сегодня мы поговорим более основательно.

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

Устройство

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

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

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

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

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

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

Особенности характеристик импульсных блоков питания

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

Импульсных блоков питания

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

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

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

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

Виды блоков питания

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

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

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

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

Интересный материал: Что такое подстроечный резистор: описание устройства и область его применения

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

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

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

IP20

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

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

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

Блоки питания в алюминиевых

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

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

Собираем регулируемый блок питания

Те новички, которые только начинают изучение электроники спешат соорудить нечто сверхъестественное, вроде микрожучков для прослушки, лазерный резак из DVD-привода и так далее… и тому подобное… А что насчёт того, чтобы собрать блок питания с регулируемым выходным напряжением? Такой блок питания – это крайне необходимая вещь в мастерской каждого любителя электроники.

С чего же начать сборку блока питания?

Во-первых, необходимо определиться с требуемыми характеристиками, которым будет удовлетворять будущий блок питания. Основные параметры блока питания – это максимальный ток (Imax), который он может отдать нагрузке (питаемому устройству) и выходное напряжение (Uout), которое будет на выходе блока питания. Также стоит определиться с тем, какой блок питания нам нужен: регулируемый или нерегулируемый.

Регулируемый блок питания – это блок питания, выходное напряжение которого можно менять, например, в пределах от 3 до 12 вольт. Если нам надо 5 вольт – повернули ручку регулятора – получили 5 вольт на выходе, надо 3 вольта – опять повернул – получил на выходе 3 вольта.

Регулируемый блок питания

Нерегулируемый блок питания – это блок питания с фиксированным выходным напряжением – его менять нельзя. Так, например, многим известный и широко распространённый блок питания «Электроника» Д2-27 является нерегулируемым и имеет на выходе 12 вольт напряжения. Также нерегулируемыми блоками питания являются всевозможные зарядники для сотовых телефонов, адаптеры модемов и роутеров. Все они, как правило, рассчитаны на какое-то одно выходное напряжение: 5, 9, 10 или 12 вольт.

Понятно, что для начинающего радиолюбителя наибольший интерес представляет именно регулируемый блок питания. Им можно запитать огромное количество как самодельных, так и промышленных устройств, рассчитанных на разное напряжение питания.

Далее нужно определиться со схемой блока питания. Схема должна быть простая, легка для повторения начинающими радиолюбителями. Тут лучше остановиться на схеме с обычным силовым трансформатором. Почему? Потому что найти подходящий трансформатор достаточно легко как на радиорынках, так и в старой бытовой электронике. Делать импульсный блок питания сложнее. Для импульсного блока питания необходимо изготавливать достаточно много моточных деталей, таких как высокочастотный трансформатор, дроссели фильтров и пр. Также импульсные блоки питания содержат больше радиоэлектронных компонентов, чем обычные блоки питания с силовым трансформатором.

Итак, предлагаемая к повторению схема регулируемого блока питания приведена на картинке (нажмите для увеличения).

Параметры блока питания:

  • Выходное напряжение (Uout) – от 3,3…9 В;
  • Максимальный ток нагрузки (Imax) – 0,5 A;
  • Максимальная амплитуда пульсаций выходного напряжения – 30 мВ.;
  • Защита от перегрузки по току;
  • Защита от появления на выходе повышенного напряжения;
  • Высокий КПД.

Возможна доработка блока питания с целью увеличения выходного напряжения.

Принципиальная схема блока питания состоит из трёх частей: трансформатора, выпрямителя и стабилизатора.

Трансформатор. Трансформатор Т1 понижает переменное сетевое напряжение (220-250 вольт), которое поступает на первичную обмотку трансформатора (I), до напряжения 12-20 вольт, которое снимается со вторичной обмотки трансформатора (II). Также, по «совместительству», трансформатор служит гальванической развязкой между электросетью и питаемым устройством. Это очень важная функция. Если вдруг трансформатор выйдет из строя по какой-либо причине (скачок напряжения и пр.), то напряжение сети не сможет попасть на вторичную обмотку и, следовательно, на питаемое устройство. Как известно, первичная и вторичная обмотки трансформатора надёжно изолированы друг от друга. Это обстоятельство снижает риск поражения электрическим током.

Выпрямитель. Со вторичной обмотки силового трансформатора Т1 пониженное переменное напряжение 12-20 вольт поступает на выпрямитель. Это уже классика. Выпрямитель состоит из диодного моста VD1, который выпрямляет переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора (II). Для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямительного моста стоит электролитический конденсатор C3 ёмкостью 2200 микрофарад.

Регулируемый импульсный стабилизатор

Схема импульсного стабилизатора собрана на достаточно известной и доступной микросхеме DC/DC преобразователя – MC34063.

Чтобы было понятно. Микросхема MC34063 является специализированным ШИМ-контроллером, разработанным для импульсных DC/DC преобразователей. Эта микросхема является ядром регулируемого импульсного стабилизатора, который используется в данном блоке питания.

Микросхема MC34063 снабжена узлом защиты от перегрузки и короткого замыкания в цепи нагрузки. Выходной транзистор, встроенный в микросхему, способен отдать в нагрузку до 1,5 ампер тока. На базе специализированной микросхемы MC34063 можно собрать как повышающие (Step-Up), так и понижающие (Step-Down) DC/DC преобразователи. Так же возможно построение регулируемых импульсных стабилизаторов.

Особенности импульсных стабилизаторов

К слову сказать, импульсные стабилизаторы обладают более высоким КПД по сравнению со стабилизаторами на микросхемах серии КР142ЕН (КРЕНки), LM78xx, LM317 и др. И хотя блоки питания на базе этих микросхем очень просты для сборки, но они менее экономичны и требуют установки охлаждающего радиатора.

КПД

Микросхема MC34063 не нуждается в охлаждающем радиаторе. Стоит заметить, что данную микросхему можно довольно часто встретить в устройствах, которые работают автономно или же используют резервное питание. Использование импульсного стабилизатора увеличивает КПД устройства, а, следовательно, уменьшает энергопотребление от аккумулятора или батареи питания. За счёт этого увеличивается автономное время работы устройства от резервного источника питания.

Думаю, теперь понятно, чем хорош импульсный стабилизатор.

Детали и электронные компоненты

Теперь немного о деталях, которые потребуются для сборки блока питания.

Трансформатор. В качестве трансформатора подойдёт любой сетевой понижающий трансформатор мощностью 8-10 ватт. Его первичная обмотка (I) должна быть рассчитана на переменное напряжение 220-250 вольт, а вторичная (II) на 12-20 вольт.

Где найти такой трансформатор?

Найти подходящий трансформатор можно в старой, неисправной и морально устаревшей аппаратуре: кассетных магнитофонах, стационарных CD-проигрывателях, игровых приставках и пр. Например, подойдут трансформаторы от старых лампово-полупроводниковых телевизоров советского производства ТВК-110ЛМ, ТВК-110Л2 и ТВК-70. Можно приобрести трансформатор серии ТП114, например ТП114-163М. При подборе силового трансформатора не лишним будет иметь представление о том, как узнать мощность трансформатора.

Также подойдёт трансформатор ТС-10-3М1 с выходным напряжением около 15 вольт. В магазинах радиодеталей и на радиорынках можно найти подходящий трансформатор, главное, чтобы он соответствовал указанным параметрам.

Микросхема MC34063. Микросхема MC34063 выпускается в корпусах DIP-8 (PDIP-8) для обычного монтажа в отверстия и в корпусе SO-8 (SOIC-8) для поверхностного монтажа. Естественно, в корпусе SOIC-8 микросхема обладает меньшими размерами, а расстояние между выводами составляет около 1,27 мм. Поэтому изготовить печатную плату для микросхемы в корпусе SOIC-8 сложнее, особенно тем, кто только недавно начал осваивать технологию изготовления печатных плат. Следовательно, лучше взять микросхему MC34063 в DIP-корпусе, которая больше по размерам, а расстояние между выводами у такого корпуса – 2,5 мм. Сделать печатную плату под корпус DIP-8 будет легче.

Диодный мост. Диодный мост для блока питания можно изготовить из 4 отдельных диодов 1N4001-1N4007. Также вместо диодов 1N4001-1N4007 можно применить диоды 1N5819. При этом экономичность блока питания повыситься, поскольку диоды серии 1N58xx – это диоды Шоттки и у них меньшее падение напряжения на p-n переходе, чем у обычных диодов серии 1N400x.

Также в блок питания можно установить диодную сборку выпрямительного моста. Сборка занимает на печатной плате меньше места. Для установки в схему подойдут сборки на ток 1 ампер и выше. Для надёжности можно воткнуть в плату сборку и на 2 ампера – хуже не будет.

Где найти сборку диодного моста? В бэушных платах от любой электроники, которая питается от сети 220 вольт. Даже в компактных люминесцентных лампах – КЛЛ – есть диодный мост. Можно выковырять оттуда. Правда что попадётся, 4 отдельных диода или сборка диодного моста можно только гадать – тут как повезёт.

Если быть более конкретным, то подойдут диодные мосты (сборки): DB101-107, RB151-157, D3SBA10, 2W10M, DB207, RS207 и другие аналогичные и более мощные. Можно с лёгкостью применить диодный мост из неисправного компьютерного блока питания. Они мощные и здоровые, рассчитаны на довольно большой ток – хватить за глаза. Не забудьте проверить его на исправность!

Конденсаторы C1, C2, C4, C5 служат для подавления импульсных помех, которые поступают из электросети. Кроме этого они блокируют импульсные помехи, которые могут поступить в электросеть от самого импульсного стабилизатора.

Элементы защиты. В схеме применено два предохранителя. Предохранитель FU2 представляет собой обычный плавкий предохранитель на ток срабатывания 0,16 А (160 мА). Он включен последовательно с первичной обмоткой (I) трансформатора T1. FU1 – самовосстанавливающийся предохранитель. Когда ток через него становиться больше 0,5 ампер, то его сопротивление резко увеличивается, а ток в цепи выпрямителя и стабилизатора резко падает.

Так реализована защита в случае неисправности преобразователя. Стабилитрон VD3 также служит защитным и работает в паре с самовосстанавливающимся предохранителем FU1. Основная его цель – защитить нагрузку (питаемое устройство) от повреждения высоким напряжением. Напряжение стабилизации стабилитрона составляет 11 вольт. В случае неисправности преобразователя и появления на выходе напряжения более 11 вольт, ток через стабилитрон резко возрастает. Возросший ток в цепи приводит к срабатыванию предохранителя FU1, который ограничивает ток. Поэтому защитный стабилитрон VD3 необходимо установить в схему обязательно. В случае если не удастся найти подходящий самовосстанавливающийся предохранитель, то его можно заменить обычным плавким на ток срабатывания 0,5 ампер.

Список деталей, которые потребуются для сборки блока питания.

НазваниеОбозначениеНоминал/ПараметрыМарка или тип элемента
МикросхемаDA1MC34063
Диодный мостVDS1 (VD1-VD4)1-2 ампер, 600 вольтD3SBA10, RS207, DB107 и аналоги
Электролитические конденсаторыC8, C9, C12330 мкФ * 16 вольтК50-35 или аналоги
C32200 мкФ * 35 вольт
КонденсаторыC1, C2, C4, C5, C10, C11, C130,22 мкФКМ-5, К10-17 и аналогичные
C60,1 мкФ
C7470 пФ
РезисторыR10,2 Ом (1 Вт)МЛТ, МОН, С1-4, С2-23, С1-14 и аналогичные
R3560 Ом (0,125 Вт)
R43,6 кОм (0,125 Вт)
R58,2 кОм (0,125 Вт)
Резистор переменныйR21,5 кОмСП3-9, СП4-1, ППБ-1А и аналогичные
Диод ШотткиVD21N5819
СтабилитронVD311 вольт1N5348
ДроссельL1, L2300 мкГн
ДроссельL3самодельный
Предохранитель плавкийFU20,16 ампер
Самовосстанавливающийся предохранительFU10,5 ампер (на напряжение >30-40 вольт)MF-R050; LP60-050; FRX050-60F; FRX050-90F
Светодиод индикаторныйHL1любой 3 вольтовый

Дроссели. Дроссели L1 и L2 можно изготовить самостоятельно. Для этого потребуется два кольцевых магнитопровода из феррита 2000HM типоразмера К17,5 х 8,2 х 5 мм. Типоразмер расшифровывается так: 17,5 мм. – внешний диаметр кольца; 8,2 мм. – внутренний диаметр; а 5 мм. – высота кольцевого магнитопровода. Для намотки дросселя понадобиться провод ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. На каждое кольцо необходимо намотать 40 витков такого провода. Витки провода следует распределять по ферритовому кольцу равномерно.

Дроссели L1 и L2

Перед намоткой, ферритовые кольца нужно обмотать лакотканью. Если лакоткани нет под рукой, то обмотать кольцо можно скотчем в три слоя. Стоит помнить, что ферритовые кольца могут быть уже покрашены – покрыты слоем краски. В таком случае обматывать кольца лакотканью не надо.

Кроме самодельных дросселей можно применить и готовые. В этом случае процесс сборки блока питания ускориться. Например, в качестве дросселей L1, L2 можно применить вот такие индуктивности для поверхностного монтажа (SMD – дроссель).

Как видим, на верхней части их корпуса указано значение индуктивности – 331, что расшифровывается как 330 микрогенри (330 мкГн). Также в качестве L1, L2 подойдут готовые дроссели с радиальными выводами для обычного монтажа в отверстия. Выглядят они вот так.

Величина индуктивности на них маркируется либо цветовым кодом, либо числовым. Для блока питания подойдут индуктивности с маркировкой 331 (т.е. 330 мкГн). С учётом допуска ±20%, который разрешён для элементов бытовой электроаппаратуры, также подойдут дроссели с индуктивностью 264 – 396 мкГн. Любой дроссель или катушка индуктивности рассчитана на определённый постоянный ток. Как правило, его максимальное значение (IDC max) указывается в даташите на сам дроссель. Но на самом корпусе это значение не указывается. В таком случае можно ориентировочно определить значение максимально допустимого тока через дроссель по сечению провода, которым он намотан. Как уже говорилось, для самостоятельного изготовления дросселей L1, L2 необходим провод сечением 0,56 мм.

Дроссель L3 самодельный. Для его изготовления необходим магнитопровод из феррита 400HH или 600HH диаметром 10 мм. Найти такой можно в старинных радиоприёмниках. Там он используется в качестве магнитной антенны. От магнитопровода нужно отломать кусок длиной 11 мм. Сделать это достаточно легко, феррит легко ломается. Можно просто плотно зажать необходимый отрезок пассатижами и отломить излишки магнитопровода. Также можно зажать магнитопровод в тисках, а потом резко ударить по магнитопроводу. Если с первого раза аккуратно разломить магнитопровод не получиться, то можно повторить операцию.

Затем получившийся кусок магнитопровода нужно обмотать слоем бумажного скотча или лакоткани. Далее наматываем на магнитопровод 6 витков сложенного вдвое провода ПЭВ-2 сечением 0,56 мм. Для того чтобы провод не размотался, обматываем его сверху скотчем. Те выводы проводов, с которых начиналась намотка дросселя, в последующем впаиваем в схему в том месте, где показаны точки на изображении L3. Эти точки указывают на начало намотки катушек проводом.

Дополнения

В зависимости от нужд можно внести в конструкцию те или иные изменения.

Например, вместо стабилитрона VD3 типа 1N5348 (напряжение стабилизации – 11 вольт) в схему можно установить защитный диод – супрессор 1,5KE10CA.

Супрессор – это мощный защитный диод, по своим функциям схож со стабилитроном, однако, основная его роль в электронных схемах – защитная. Назначение супрессора – это подавление высоковольтных импульсных помех. Супрессор обладает высоким быстродействием и способен гасить мощные импульсы.

В отличие от стабилитрона 1N5348, супрессор 1.5KE10CA обладает высокой скоростью срабатывания, что, несомненно, скажется на быстродействии защиты.

В технической литературе и в среде общения радиолюбителей супрессор могут называть по-разному: защитный диод, ограничительный стабилитрон, TVS-диод, ограничитель напряжения, ограничительный диод. Супрессоры можно частенько встретить в импульсных блоках питания – там они служат защитой от перенапряжения питаемой схемы при неисправностях импульсного блока питания.

О назначении и параметрах защитных диодов можно узнать из статьи про супрессор.

Супрессор 1,5KE10CA имеет букву С в названии и является двунаправленным – полярность установки его в схему не имеет значения.

Если есть необходимость в блоке питания с фиксированным выходным напряжением, то переменный резистор R2 не устанавливают, а заменяют его проволочной перемычкой. Нужное выходное напряжение подбирают с помощью постоянного резистора R3. Его сопротивление рассчитывают по формуле:

Uвых = 1,25 * (1+R4/R3)

После преобразований получается формула, более удобная для расчётов:

R3 = (1,25 * R4)/(Uвых – 1,25)

Если использовать данную формулу, то для Uвых = 12 вольт потребуется резистор R3 с сопротивлением около 0,42 кОм (420 Ом). При расчётах, значение R4 берётся в килоомах (3,6 кОм). Результат для резистора R3 также получаем в килоомах.

Для более точной установки выходного напряжения Uвых вместо R2 можно установить подстроечный резистор и выставить по вольтметру требуемое напряжение более точно.

При этом следует учесть, что стабилитрон или супрессор стоит устанавливать с напряжением стабилизации на 1…2 вольта больше, чем расчётное напряжение на выходе (Uвых) блока питания. Так, для блока питания с максимальным выходным напряжением равным, например, 5 вольт следует установить супрессор 1,5KE6V8CA или аналогичный ему.

Изготовление печатной платы

Печатную плату для блока питания можно сделать разными способами. О двух методах изготовления печатных плат в домашних условиях уже рассказывалось на страницах сайта.

  • Наиболее быстрый и комфортный способ – это изготовление печатной платы с помощью маркера для печатных плат. Применялся маркер Edding 792. Показал он себя с лучшей стороны. Кстати, печатка для данного блока питания сделана как раз этим маркером.
  • Второй метод подходит для тех, у кого в запасе есть много терпения и твёрдая рука. Это технология изготовления печатной платы корректирующим карандашом. Это, довольно простая и доступная технология пригодиться тем, кто не смог найти маркер для печатных плат, а делать платы ЛУТом не умеет или не имеет подходящего принтера.
  • Третий метод похож на второй, только в нём используется цапонлак – Как сделать печатную плату с помощью цапонлака?

В общем, выбрать есть из чего.

Налаживание и проверка блока питания

Чтобы проверить работоспособность блока питания его для начала нужно, конечно же, включить. Если искр, дыма и хлопков нет (такое вполне реально), то скорее БП работает. Первое время держитесь от него на некотором расстоянии. Если ошиблись при монтаже электролитических конденсаторов или поставили их на меньшее рабочее напряжение, то они могут «хлопнуть» – взорваться. Это сопровождается разбрызгиванием электролита во все стороны через защитный клапан на корпусе. Поэтому не торопитесь. Подробнее об электролитических конденсаторах можно почитать здесь. Не ленитесь это прочитать – пригодиться не раз.

Внимание! Во время работы силовой трансформатор находиться под высоким напряжением! Пальцы к нему не совать! Не забывайте о правилах техники безопасности. Если надо что-то изменить в схеме, то сначала полностью отключаем блок питания от электросети, а потом делаем. По-другому никак – будьте внимательны!

P.S.

Под занавес всего этого повествования хочу показать готовый блок питания, который был сделан своими руками.

Скачайте в PDF интересную публикацию “Диагностика и ремонт блоков”

Да, у него ещё нет корпуса, вольтметра и прочих «плюшек», которые облегчают работу с таким прибором. Но, несмотря на это, он работает и уже успел спалить офигенный трёхцветный мигающий светодиод из-за своего бестолкового хозяина, который любит безбашенно крутить регулятор напряжения  . Желаю и вам, начинающие радиолюбители, собрать что-нибудь похожее!

https://go-radio.ru/blok-pitaniya-svoimi-rukami.html

https://diodkmv.ru/info/1512484550_bloky/

https://elektrovesti.net/tekhnologii/383_vse-o-kompyuternom-bloke-pitaniya

https://beginpc.ru/hardware/blok-pitaniya-computera

http://electrik.info/main/praktika/643-bloki-pitaniya-elektronnyh-ustroystv.html

http://www.thg.ru/howto/obzor_blokov_pitaniya/onepage.html

Предыдущая

СхемыДелаем лабораторный блок питания своими руками

Трещит блок питания компьютера при нагрузке, при включении

Автор Акум Эксперт На чтение 7 мин Просмотров 11.2к. Опубликовано Обновлено

Блок питания ПК – довольно сложное электронное устройство и отремонтировать его чаще всего может лишь специалист. Но неисправность неисправности рознь. Встречаются и такие, с которыми может справиться даже рядовой пользователь, имеющий минимальные познания в электротехнике. В этой статье мы выясним, почему трещит блок питания компьютера, и постараемся устранить проблему своими силами.

Вентилятор

Чаще всего неисправность вентилятора проявляется в характерном «рычании». «Зарыча» –

Но иногда он может затрещать. Причем треск появляется механический, совсем не похожий на резкий электрический.

Две причины появления треска:

  • лопасти вентилятора цепляют свой же провод питания или пластиковую стяжку;
  • вентилятор забит мусором и пылью.

В первом случае проблема чаще всего возникает после разборки БП, например, для чистки или после транспортировки. Но случается, что треск возникает из-за деформации провода при нагреве БП.

Второй вариант – из-за мусора. Как следствие того, что мы не проводим периодическую чистку блока питания и самого ПК от пыли. Если системный блок стоит под столом (да и на столе тоже, хотя и в меньшей мере), то он работает как пылесос. Через месяц его «мешок для мусора» – блок питания – будет забит под завязку. Пыль слеживается и превращается в куски грязи, которые запросто втянет крыльчатка.

И с чего он затрещал?

Вычислить проблемы с вентилятором несложно. Для этого достаточно запустить компьютер и остановить крыльчатку вентилятора, сунув спичку в вентиляционное отверстие. Треск пропал? Разбираем, чистим, убираем провода. Если вентилятор расположен сзади БП, то для проверки даже не потребуется

После проверки убеждаемся, что вентилятор снова заработал. Если он не запустится, мы рискуем сжечь БП. Ведь температура его силовых элементов компьютером не контролируется.

Проблемы с пайкой и пылью

В процессе эксплуатации ПК  плата блока питания периодически нагревается и остывает. Если пайка изначально была некачественной, то со временем контакт начнет пропадать и появится характерный треск.

Некачественная пайка развалилась от постоянных перепадов температуры 

Вскрываем БП, снимаем плату, чистим и внимательно осматриваем все дорожки и пайки, обращая особое внимание на элементы высоковольтной части:

  • сетевой фильтр;
  • выпрямитель;
  • конденсатор;
  • силовой транзистор;
  • импульсный трансформатор, включая трансформатор дежурного питания.

Во время осмотра слегка покачиваем элементы. Находим подозрительные места – пропаиваем, используя нейтральный (не кислотный!) флюс.

Трещать блок питания может из-за пыли. Многие считают, что пыль является диэлектриком, но это абсолютно неверно. Во-первых, пыль бывает разная. Во-вторых, у нас в доме не нулевая влажность, а вода – не диэлектрик.

Причиной треска может оказаться обычная пыль

При низких напряжениях (5, 12 В) пыль обычно проблем не доставляет, но вот высоковольтной части сильно мешает ее присутствие между дорожками и пайками. Вскрываем и чистим, включая обратную сторону платы. Заодно осматриваем дорожки на предмет подгорания при пробое. Если находим – чистим, протираем спиртом и покрываем любым нитролаком. К примеру, лаком для ногтей.

Проблемы с подачей питания

Нередко треск возникает и в цепях подачи питания. Казалось бы, чему там ломаться? Провод от розетки до блока питания. Но это не просто провод, а целый комплекс:

  • сетевая вилка;
  • сам провод;
  • вилка для подключения к ПК;
  • розетка БП;
  • механический выключатель питания (не во всех БП).

Сетевую вилку провод и вилку подключения к ПК проверить просто. Для этого достаточно заменить сетевой кабель, взяв его напрокат у знакомого.

Нередко причиной треска оказывается этот с виду вечный кабель 

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

На всякий случай.  Причиной проблемы может оказаться домовая розетка, к которой подключен ПК. Поскольку эта розетка обычно находится в непосредственной близости от «системника», мы можем неправильно определить источник треска. Кидаем удлинитель и запитываем системный блок от соседней розетки.

Выключатель. Выключаем ПК, несколько раз перещелкиваем выключатель – он расположен на задней стенке компьютера. Запускаем машину.

Если не помогло, пока откладываем решение вопроса и переходим к розетке на БП. Внимательно осматриваем контакты розетки. Они должны быть чистыми, без следов нагара. Если нужно, чистим обычной мелкозернистой наждачной бумагой. На них нет покрытия, которое можно было бы ободрать.

Выключатель перещелкиваем, контакты осматриваем 

Не помогло? Разбираем блок питания и проверяем качество пайки на контактах вилки и выключателя визуально и слегка подергивая провода (без фанатизма). Заодно завершаем проверку выключателя, временно закоротив его перемычкой и запустив компьютер.

Эта пайка запросто может оказаться некачественной и вызвать треск 

Проблемы с электронными компонентами платы

Треск нередко вызывают и проблемы на плате, по порядку.

Дроссель фильтра питания

Первая причина – межвитковый частичный пробой обмоток. При этом возникает характерный резкий “электрический” звук. Внимательно осматриваем обмотки на предмет обугливания. Осматриваем внимательно, поскольку пробой может выглядеть, как маленькая черная точка на проводе. Включаем ПК, затемняем помещение и смотрим – ничто нигде не искрит на обмотке? Если обмотка закрыта пленкой, аккуратно ее сдираем, используя для этого только пальцы, а не острые предметы.

Обмотка этого дросселя спрятана под пленку 

Если находим место искрения, то прежде чем бежать искать новый дроссель, стараемся вылечить этот. Заостренной спичкой чистим место пробоя, протираем спиртом и заливаем любым нитролаком.

Вторая причина – разболтавшийся сердечник. Если он разболтался сильно, то будет слышно низкое гудение. А если слегка, то может появиться периодический треск. Прижимаем сердечник диэлектрическим предметом (обмотка дросселя под опасным для жизни напряжением!). Треск пропал? Пропитываем стыки сердечника нитролаком.

Конденсатор фильтра

Как ни удивительно, трещать может пленочный конденсатор того же фильтра. Выглядит он обычно так:

Конденсатор фильтра питания

Для проверки этой версии просто выпаиваем “подозреваемого” и включаем компьютер без него. Не помогло? Ставим элемент на место. Помогло – ищем конденсатор того же типа, номинала и с тем же (можно большим) рабочим напряжением.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос

Трещать могут и конденсаторы коррекции коэффициента мощности. Они тоже пленочные и выглядят примерно так же. Их проверять простым выпаиванием нельзя! Только заменой на заведомо исправный однотипный элемент.

Сглаживающий конденсатор

Имеется в виду высоковольтный электролитический конденсатор, установленный после выпрямительного моста. Обычно в блоке питания таких конденсаторов два. Найти их несложно – большие бочонки в районе фильтра питания, предохранителя и выпрямительных диодов.

Высоковольтные выпрямительные конденсаторы

Проверить их можно только заменой на конденсаторы той же емкости и с тем же (можно большим) рабочим напряжением.

Электролитический конденсатор – полярный прибор, имеющий «плюс» и «минус» (минус отмечен на корпусе). Если вы спутаете полярность и впаяете элемент наоборот, то он тут же взорвется!

Вот и все основные причины треска в блоке питания компьютера. Обратите внимание, что мы говорили именно о треске, а не о писке. Если ваш блок питания запищал, то всю полезную информацию по этой неисправности вы можете найти в статье «».

Спасибо, помогло!4Не помогло

Структура и внешний вид импульсных источников питания

Контекст 1

… источник питания является основным компонентом широко применяемого повсеместно в технических устройствах любого электронного устройства, при котором надежность эксплуатации в течение многих десятилетий СМЗ весьма высока. зависит работоспособность устройства. Простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоят из нескольких элементов: был выпущен трансформатор напряжения, слой (ИППС).И с тех пор есть выпрямитель, фильтр на основе конденсатора и интенсивно развивающийся до сегодняшнего дня полупроводниковый стабилизатор SMPS (стабилитрон с стабилитроном почти полностью затмил более старый линейный мощный транзистор, или одномощный твердотельный силовой Питание (LPS) из всех областей техники (элемент с аналогичной функцией). В чем разница между этими двумя типами В отличие от LPS, SMPS гораздо более сложны, чем вторичные источники питания, и являются ли SMPS супеплексными устройствами, работающими на высокой частоте и более медленными, чем LPS? состоящий из сотен активных и пассивных элементов, рис.2. Широко применяемые повсеместно в технике на протяжении многих десятилетий СМЗ представляют собой достаточно простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоящие всего из нескольких элементов: трансформатора напряжения, выпрямителя, фильтра на основе конденсатора и полупроводникового фильтра. проводниковый стабилизатор (стабилитрон с мощным транзистором или одиночный силовой твердотельный элемент с аналогичной функцией). В отличие от СЗИ ИИП представляют собой гораздо более сложные устройства, работающие на высокой частоте и состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис.2. Каковы основные отличия этих при изменении уровня входного напряжения двух типов источников питания? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для маломощного номинального входного напряжения, применяются диоды выпрямительного моста).На трансформатор подаются прямоугольные высокочастотные импульсы, запираемые обратным напряжением, приложенным от трансформатора, емкостное и потребление тока которого отсутствует. выдает напряжение, соответствующее требуемому уровню А. В результате ток, потребляемый ИИП, напряжение которого затем выпрямляется и сглаживается. появляется практически вне фазы напряжения, рис. 3а. Стабилизация уровня выходного напряжения В чем принципиальные отличия этих двух типов источников питания при изменении уровня входного напряжения? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для …

Контекст 2

… источник питания является основным компонентом широко применяемого повсеместно в технических средствах любого электронного устройства, от которого зависит надежность мента в течение многих десятилетий СМЗ, а скорее работоспособность устройства. Простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоят из нескольких элементов: был выпущен трансформатор напряжения, слой (ИППС). И с тех пор есть выпрямитель, фильтр на основе конденсатора и интенсивно развивающийся до сегодняшнего дня полупроводниковый стабилизатор SMPS (стабилитрон с стабилитроном почти полностью затмил более старый линейный мощный транзистор, или одномощный твердотельный силовой Поставка (ЛПС) из всех областей техники.элемент с аналогичной функцией). В чем разница между этими двумя типами В отличие от LPS, SMPS гораздо более сложны, чем вторичные источники питания, и являются ли SMPS супеплексными устройствами, работающими на высокой частоте и более медленными, чем LPS? состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис. 2. Широко применяемые повсеместно в технике на протяжении многих десятилетий СМЗ представляют собой достаточно простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоящие всего из нескольких элементов: трансформатора напряжения, выпрямителя, фильтр на основе конденсатора и полупроводниковый стабилизатор (стабилитрон с мощным транзистором или одиночный силовой твердотельный элемент с аналогичной функцией).В отличие от ЛИП ИИП представляют собой гораздо более сложные устройства, работающие на высокой частоте и состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис. 2. В чем принципиальные различия между ними при изменении уровня входного напряжения? источники питания? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для маломощного номинального входного напряжения, применяются диоды выпрямительного моста).На трансформатор подаются прямоугольные высокочастотные импульсы, запираемые обратным напряжением, приложенным от трансформатора, емкостное и потребление тока которого отсутствует. выдает напряжение, соответствующее требуемому уровню А. В результате ток, потребляемый ИИП, напряжение которого затем выпрямляется и сглаживается. появляется практически вне фазы напряжения, рис. 3а. Стабилизация уровня выходного напряжения В чем принципиальные отличия этих двух типов источников питания при изменении уровня входного напряжения? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряже- ния для изменения ширины регулирования, подведенная к стабилизирующему элементу, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряже- ние уровня питания, чтобы компенсировать …

Контекст 3

… источник питания является основным компонентом широко применяемого повсеместно в технических средствах любого электронного устройства, от которого зависит надежность работы в течение многих десятилетий СМЗ, а скорее работоспособность устройства.Простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоят из нескольких элементов: был выпущен трансформатор напряжения, слой (ИППС). И с тех пор есть выпрямитель, фильтр на основе конденсатора и интенсивно развивающийся до сегодняшнего дня полупроводниковый стабилизатор SMPS (стабилитрон с стабилитроном почти полностью затмил более старый линейный мощный транзистор, или одномощный твердотельный силовой Питание (LPS) из всех областей техники (элемент с аналогичной функцией).В чем разница между этими двумя типами В отличие от LPS, SMPS гораздо более сложны, чем вторичные источники питания, и являются ли SMPS супеплексными устройствами, работающими на высокой частоте и более медленными, чем LPS? состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис. 2. Широко применяемые повсеместно в технике на протяжении многих десятилетий СМЗ представляют собой достаточно простые и даже примитивные устройства, рис. 1, состоящие всего из нескольких элементов: трансформатора напряжения, выпрямителя, фильтр на основе конденсатора и полупроводниковый стабилизатор (стабилитрон с мощным транзистором или одиночный силовой твердотельный элемент с аналогичной функцией).В отличие от ЛИП ИИП представляют собой гораздо более сложные устройства, работающие на высокой частоте и состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис. 2. В чем принципиальные различия между ними при изменении уровня входного напряжения? источники питания? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для маломощного номинального входного напряжения, применяются диоды выпрямительного моста).На трансформатор подаются прямоугольные высокочастотные импульсы, запираемые обратным напряжением, приложенным от трансформатора, емкостное и потребление тока которого отсутствует. выдает напряжение, соответствующее требуемому уровню А. В результате ток, потребляемый ИИП, напряжение которого затем выпрямляется и сглаживается. появляется практически вне фазы напряжения, рис. 3а. Стабилизация уровня выходного напряжения В чем принципиальные отличия этих двух типов источников питания при изменении уровня входного напряжения? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения при пониженном или в- …

Контекст 4

… сложные устройства, работающие на высокой частоте и состоящие из сотен активных и пассивных элементов, рис. 2. В чем принципиальные отличия этих при изменении уровня входного напряжения есть два типа блоков питания? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для маломощного номинального входного напряжения, применяются диоды выпрямительного моста).На трансформатор подаются прямоугольные высокочастотные импульсы, запираемые обратным напряжением, приложенным от трансформатора, емкостное и потребление тока которого отсутствует. выдает напряжение, соответствующее требуемому уровню А. В результате ток, потребляемый ИИП, напряжение которого затем выпрямляется и сглаживается. появляется практически вне фазы напряжения, рис. 3а. Стабилизация уровня выходного напряжения В чем принципиальные отличия этих двух типов источников питания при изменении уровня входного напряжения? В ЛПС входной сигнал, подаваемый с помощью цепи обратной связи, состоящей из согласующего напряжения, преобразуется в необходимый для специального формирователя, обеспечивающего широтно-импульсный уровень (или уровни, в случае множественной вторичной модуляции (ШИМ) управляющего сигнала коммутационные обмотки в трансформаторе) с помощью трансформатора через узел гальванической развязки (он формируется, затем выпрямляется диодным мостом, фильтруется обычным образом с включением дополнительного разделительного трансформатора посредством электролитического конденсатора и стабилизирующего формирователя ).Этот драйвер небольшой, но содержит нелинейный электронный элемент. Интегральная схема напряжения аппликации для изменения ширины регулирования, подаваемой на стабилизирующий элемент, должна иметь большие импульсы по выходному напряжению источника питания, чем номинальное выходное напряжение уровня питания, чтобы компенсировать отклонения. слой, а его избыток рассеивается в виде тепла. Бюджетные блоки питания имеют такие конструкции. на этом стабилизирующем элементе (иногда это лучше и дороже содержат ИИП, требующие использования радиатора).не менее двух дополнительных блоков: входной высоковольтный. Наличие некоторого превышения напряжения на частотном фильтре и корректоре коэффициента мощности позволяет осуществить стабилизацию (ККМ), рис. 2. Первый блок необходим для защиты выходного напряжения с пониженным или внутрисетевым, то есть у всех остальных потребителей пониженное входное напряжение из-за изменения доли, подключенной к той же сети, что и ИИП, от высокого рассеяния энергии на стабилизирующих элементах. частотные гармоники, генерируемые в сети ментом.По этой причине коэффициент полезного действия СМПС. Второй блок используется для повышения коэффициента мощности таких блоков питания всегда намного больше, чем коэффициент мощности блока питания. Проблема низкого. Коррекция коэффициента мощности (КМ) возникает из-за того, что в ИИП входное переменное напряжение в первую очередь связано с наличием выпрямительного моста, при этом все выпрямляется диодным мостом (или просто пропускается сглаживающий конденсатор на входе ИИП. В такой цепи — через диоды этого моста без изменения напряжения конденсатор потребляет ток, импульсами, случай питания вторичного источника питания от сети только в те моменты времени сети постоянного тока).Затем оно сглаживается и действует, когда мгновенное значение входной синусоиды на коммутирующем элементе (обычно на основе dal напряжение становится больше, чем постоянное напряжение на MOSFET-транзисторе), с помощью которого конденсатор (который зависит от этого отбрасываемое постоянное напряжение «нарезается» на узкие полоски (переключение с нагрузки).В остальное время при частоте от 70 до 700 кГц для больших мощностей напряжение на конденсаторе больше, чем мгновенная подача и от 1 до 3 МГц для маломощного номинального входного напряжения, применяются диоды выпрямительного моста).На трансформатор подаются прямоугольные высокочастотные импульсы, запираемые обратным напряжением, приложенным от трансформатора, емкостное и потребление тока которого отсутствует. выдает напряжение, соответствующее требуемому уровню А. В результате ток, потребляемый ИИП, напряжение которого затем выпрямляется и сглаживается. появляется практически вне фазы напряжения, рис. 3а. Стабилизация уровня выходного напряжения При подключении большого количества ИИП к сети переменного тока становится заметным суммарное снижение КФ в сети (типичные значения КФ для одного ИИП без коррекции равны 0.65). В связи с этим используется активная коррекция коэффициента мощности с помощью так называемого корректора коэффициента мощности (PFC) в SMPS. КПЧ представляет собой независимый преобразователь напряжения, так называемый «повышающий преобразователь» (БП), снабженный специальной схемой управления, рис. 4. Основными элементами ВС являются: дроссель L, диод VD2, конденсатор С2 и быстродействующий переключающий элемент VT. (на основе МОП-транзистора). Функционирование этого устройства основано на выработке импульса высокого напряжения обратной полярности на индуктивности (L) при отключении тока в его цепи.Транзистор VT включает и выключает ток в индуктивности L с высокой частотой (обычно она составляет 200 кГц), а образующиеся в процессе коммутации импульсы высокого напряжения заряжают конденсатор С2 через диод VD2, от которого снимается нагрузка ( в нашем случае, собственно, питает ИИП). Таким образом, напряжение на конденсаторе С2 всегда превышает входное напряжение ВС. Благодаря этому свойству ВС широко используется в электронных устройствах в качестве преобразователя уровня напряжения: от напряжения стандартного гальванического элемента уровня 1.2 на 1,5В на другой стандартный уровень напряжения 5В, необходимый для управления интегральными микросхемами. В нашем случае конденсатор С2 заряжается до напряжения 385 – 400В. Благодаря тому, что конденсатор С1 имеет очень маленькую емкость (он по сути является лишь фильтром высоких частот), а схема управления коммутационным элементом с ШИМ постоянно отслеживает фазу входного переменного напряжения и обеспечивает согласующую привязку управляющие импульсы (то есть импульсы тока, проходящего через переключающий элемент) к фазе приложенного напряжения.Можно полностью исключить фазовый сдвиг между током и напряжением, потребляемым конденсатором С2, рис. 3б. Кроме того, эта же схема управления обеспечивает жесткую стабилизацию уровня напряжения заряда конденсатора С2. Несмотря на малые габариты микросхемы управления ККМ, она имеет сложную внутреннюю структуру, рис. 5, а весь блок ККМ значительно сложен и занимает заметную площадь на печатной плате ИИП из-за количества дополнительных пассивных элементы, рис.6. Возникает вопрос: почему такие сложные устройства, как ИИП, вытеснили с рынка такие простые и хорошо зарекомендовавшие себя устройства СЗИ? Основными преимуществами ИИП перед СМЗ, которые обычно указываются в технической литературе, являются: 1. Значительное уменьшение габаритов и массы за счет меньших размеров основного трансформатора (высокочастотный трансформатор имеет значительно меньшие габариты и вес по сравнению с трансформатором промышленного назначения). частота той же мощности). 2. Очень широкий диапазон рабочего входного напряжения.3. Значительно более высокий КПД (до 90–95 %, против 40–70 % у ЛПС). В дополнение к …

Контекст 5

… и во внутренних цепях SMPS привели к повышенным требованиям к многочисленным электролитическим конденсаторам, которые доступны во внутренних цепях SMPS. К сожалению, эти требования редко учитываются инженерами при разработке СМИП. Как правило, типы этих конденсаторов выбирают только исходя из их емкости, рабочего напряжения и габаритов, без учета их высокочастотных характеристик.Однако не все типы конденсаторов имеют длительный срок службы при воздействии высокочастотного напряжения, а только специальные типы, имеющие низкое сопротивление на высоких частотах. В результате такие неподходящие электролитические конденсаторы часто заметно нагреваются из-за больших диэлектрических потерь на высоких частотах. Повышение температуры электролита интенсифицирует химические реакции внутри конденсатора, что приводит к ускорению растворения оболочки конденсатора и даже к истечению электролита непосредственно на печатную плату, что в очень плотных установках , приводит к замыканию выводов других элементов или обрыву цепей вследствие растворения медных дорожек печатной платы (даже несмотря на наличие прочного покрытия дорожек специальной маской), рис.10. Другими известными видами неисправностей ИИП, вызываемыми высокими температурами электролита, являются медленное (в течение нескольких лет) высыхание электролита и значительное (на 30 — 70 %) снижение емкости, что приводит к резкому снижению характеристики источника питания, а иногда и полная потеря его работоспособности [1]. Для обеспечения эффективной работы ККМ силовой коммутирующий элемент (обычно это MOSFET-транзистор) должен обладать более низким импедансом в проводящем состоянии.Величина этого импеданса во многом зависит от максимального рабочего напряжения транзистора. Для транзисторов с максимальным рабочим напряжением 500–600 В этот импеданс достигает 0,05–0,3 Ом, тогда как для транзисторов, работающих при более высоких напряжениях (1000–1500 В), этот импеданс на один-два порядка выше (например, 12 Ом для транзистора 2SK1794). на напряжение 900В; 17 Ом на транзистор IXTP05N100 на напряжение 1000В; 7 Ом на транзистор STP4N150 на напряжение 1500В). Этим объясняется выбор низковольтных (максимальное рабочее напряжение 500-600В) транзисторов для ККМ.Например, в реальных ИИП таких ответственных устройств, как микропроцессорные реле защиты и микропроцессорные регистраторы аварийных режимов, широко используются следующие типы транзисторов: ИРФ440, АПТ5025 и др. с максимальным рабочим напряжением 500В. Этого явно недостаточно для работы в промышленной электрической сети с номинальным напряжением 220В из-за наличия значительных коммутационных и атмосферных всплесков напряжения. Как известно, для защиты от таких всплесков поставляется электронное оборудование, обычно с варисторами.Однако из-за недостаточной нелинейности характеристики вблизи рабочей точки варисторы выбираются таким образом, чтобы между их нормально приложенным рабочим напряжением и напряжением фиксации была существенная разница. Например, для варисторов любого типа, предназначенных для работы при номинальном напряжении 220 В переменного тока, напряжение фиксации составляет от 650 до 700 В. В источниках питания упомянутых микропроцессорных устройств используются варисторы типа 20К431 с напряжением фиксации 710В.Это означает, что при всплесках с амплитудой ниже 700В варистор не будет обеспечивать защиту электронных компонентов блока питания, особенно силовых транзисторов (500В), подключенных непосредственно к сети. И трансформатор, и катушка в PFC имеют высокий импеданс на высоких частотах, что ограничивает ток, протекающий через них и через переключающие элементы. Однако неисправность интегральных микросхем, обеспечивающих управление силовым коммутационным элементом в ККМ или основным силовым коммутационным элементом ИИП (например, в результате выброса импульса), приводит к переходу из режима работы высокочастотного переменного тока в режим работы постоянного тока. режиме (то есть с очень низким импедансом) и резких токовых перегрузках силовых твердотельных элементов и к их мгновенным выходам из строя.Учитывая высокую плотность печатной платы ИИП, это часто приводит к выходу из строя близлежащих элементов и выгоранию целых участков печатных плат. Вообще, что касается надежности, то должно быть совершенно ясно, что надежность такого сложного устройства, как ИИП, содержащего, как он есть, совокупность сложных микросхем и силовых твердотельных элементов, работающих при высоком напряжении в импульсном режиме с высокой скоростью повышения тока и напряжения, всегда будет заметно ниже надежности такого простого устройства, как ЛПС, содержащего лишь несколько электронных компонентов, работающих в линейном режиме.Плотность элементов на печатной плате и удельная мощность ИИП постоянно увеличивается, например, источник питания типа ЭМА212, рис. 2 (справа), при габаритах всего 12,7 х 7,62 х 3 см имеет выход мощность 200 Вт. Они находят применение в миниатюрных электронных компонентах, имеющих технологию поверхностного монтажа (SMT), с очень плотной установкой мощных элементов и постоянным увеличением частоты коммутации. В прошлом эта частота не превышала 50–100 кГц.В настоящее время многие мощные ИИП с выходными токами до 20 А работают на частотах от 300 до 600 кГц; и менее мощные, например, управляемые интегральной схемой типа ADP1621, работают на частотах 1 МГц и более. Это способствует дальнейшему снижению массы и габаритов ИИП. Эта тенденция в развитии SMPS рекламировалась как большое преимущество SMPS. Минусом этого является практически полная потеря ремонтопригодности СМПС. Это источник серьезных проблем для пользователя SMPS.Проблема заключается не только в дополнительных затратах на приобретение новых устройств ИИП, но и в том, что не все входные/выходные соединения ИИП имеют унифицированные размеры и формы. Они могут быть выполнены в виде специальных жестких соединителей, или в виде клемм с винтами, или в виде гибкого проводника с соединителем на конце, рис. 11, а также могут быть выполнены в виде двух частей жестких соединителей, размещенных на печатной поверхности. -платы (первая часть), которые вдвигаются по направляющим в случае установки оборудования до соприкосновения с материнской платой (вторая часть).Такая неоднородность конструкции ИП приводит к невозможности замены поврежденного ИП одного типа, который, как правило, находится внутри оборудования, на ИП другого типа, если старый ИП больше не выпускается. ИИП постоянно обновляются, поэтому вышедшие из строя по прошествии нескольких лет обслуживания внутри сложного оборудования, перед пользователем встает задача: когда и как заменить этот поврежденный ИИП? Автору неоднократно приходилось решать эту загадку, приобретая более компактный ИИП нового типа и его корпус в старом корпусе, либо размещая новый ИИП открытого типа на старой печатной плате старого ИИП.Все эти ухищрения не прибавляют очков в пользу СМПС. В сложных системах промышленной автоматики и энергетики применяется множество различных электронных устройств: измерительные преобразователи (преобразователи), контроллеры и т.п., устанавливаемые в шкафах управления. Как правило, каждое из этих устройств имеет свой встроенный блок питания. Из-за стремления уменьшить габариты приборов и удешевить их встраиваемые блоки питания сильно упрощают (часто даже с демпфирующими резисторами вместо изолирующих трансформаторов).А элементная база таких источников выполнена с использованием достаточно дешевых элементов, не имеющих достаточных запасов мощности и напряжения. В результате такие устройства часто выходят из строя из-за нехватки источников питания. Однако нужны ли такие источники питания в этих устройствах? Вопрос можно поставить еще шире: нужны ли вообще встроенные источники питания в электронных устройствах промышленного назначения, предназначенных для установки в шкафах управления, вместе с десятками других аналогичных устройств? Почему бы не выпускать в полностью автоматических системах (в шкафу управления) такие устройства, как блоки управления, электронные реле, электронные преобразователи и т.п.без блоков питания и только с разъемом, предназначенным для подключения внешнего блока питания? Этот внешний источник питания, установленный в шкафу управления, должен быть, на наш взгляд, линейным, иметь хороший запас мощности, должен быть снабжен необходимыми элементами защиты от перенапряжения и короткого замыкания. Причем в шкафах управления применительно к автоматическим системам повышенной надежности таких СМЗ должно быть две и они могут соединяться между собой через диод (так называемый «горячий резерв»).Это может показаться странным, но в эпоху SMPS многие компании (VXI, Lascar, Calex Electronics, Power One, HiTek Power, R3 Power и многие другие) продолжают производить LPS. Это свидетельствует об их популярности в определенных областях техники и доступности для практических приложений. На наш взгляд, указанный выше подход позволил бы значительно повысить надежность систем автоматики типа телемеханики, релейной защиты и т.п. (при питании от сети переменного тока) без увеличения ее стоимости (за счет меньшей стоимости электронных устройства без встроенных блоков питания).Аналогичный подход можно использовать и в случае питания электронного оборудования (например, тех же микропроцессорных реле защиты), установленного в шкафах управления, от сети постоянного тока, с той лишь разницей, что два источника питания должны быть ИИП. вместо ЛПС. Таким образом, эти ИИП должны быть подвергнуты серьезной модернизации. Во-первых, следует отказаться от корректоров коэффициента мощности как абсолютно бессмысленных устройств для питания от сети постоянного тока, что само по себе повысит надежность ИИП….

Энергетическая система: базовая структура и функционирование

Электроэнергия является одной из основных потребностей экономического развития и прогресса страны. Различные функции, жизненно важные для современной жизни, могут останавливаться из-за отсутствия электроэнергии.
Система энергоснабжения называется Power System. Роль электричества в развитии современной цивилизации невозможно оценить. Экономика страны напрямую зависит от наличия избыточной электроэнергии.Фактически доход на душу населения в стране прямо пропорционален потреблению энергии на человека. Чем больше потребление энергии на душу населения в стране, тем выше уровень жизни ее населения.

Энергия существует в природе в различных формах, но наиболее важной формой является электрическая энергия. Современное общество настолько зависит от использования электроэнергии, что она стала неотъемлемой частью нашей жизни. В этой статье мы сосредоточим наше внимание на общих аспектах электрической энергии, ее генерации, передачи и системы распределения, которая известна как Power System .

Система питания

Что такое система питания?

Электроэнергия вырабатывается на центральных электростанциях, а затем передается потребителям (т. е. бытовым, коммерческим и промышленным) через систему передачи и распределения. Комбинация всех этих систем известна под общим названием Электроэнергетическая система.

Энергетическая система представляет собой совокупность центральных генерирующих станций, системы передачи электроэнергии, системы распределения и использования. Каждая из этих систем подробно объясняется в следующих разделах.

Рис. 1: Базовая структура электроэнергетической системы (системы энергоснабжения)

Система электроснабжения

Передача электроэнергии от электростанции к помещениям потребителей называется системой электроснабжения.

Система электроснабжения состоит из трех основных компонентов , а именно ., электростанции, линий электропередач и системы распределения. Электроэнергия вырабатывается на электростанциях, расположенных в благоприятных местах, как правило, вдали от потребителей.Затем он передается на большие расстояния к центрам нагрузки с помощью проводников, известных как линии передачи. Наконец, он распространяется среди большого числа мелких и крупных потребителей через распределительную сеть, систему снабжения можно в целом классифицировать на ( i ) постоянного тока. или переменного тока система ( ii ) надземная или подземная система.

В настоящее время 3-фазная 3-проводная система переменного тока повсеместно используется для производства и передачи электроэнергии как экономичное предложение.Однако распределение электроэнергии осуществляется по 3-фазному 4-проводному переменному току. система. Подземная система дороже, чем надземная. Поэтому воздушная система в основном используется для передачи и распределения электроэнергии.

Типовой источник питания переменного тока в энергосистеме

Большая сеть проводников между электростанцией и потребителями может быть в общих чертах разделена на две части , а именно: система передачи и система распределения. Каждая часть может быть дополнительно подразделена на две части: первичную передачу и вторичную передачу, а также первичное распределение и вторичное распределение.На рис. 2 схема типичной схемы электропитания переменного тока в энергосистеме показана однолинейной схемой. Можно отметить, что не обязательно, чтобы все силовые схемы включали все этапы, показанные на рисунке. Например, в определенной силовой схеме может отсутствовать вторичная передача, а в другом случае схема может быть настолько малой, что имеется только распределение, а не передача.

Рис. 2: Источник питания переменного тока в энергосистеме

Генерирующие станции

Энергия вырабатывается (преобразуется из одной в другую) на генерирующих станциях.Генерирующие станции бывают разного типа, например, тепловые, гидравлические, солнечные, атомные. Генерируемая электроэнергия проходит через трансформатор, а затем передается по линиям электропередачи в центры нагрузки.

Рис. 3: Процесс преобразования энергии

На рис. 2 GS представляет генерирующую станцию, где электроэнергия вырабатывается 3-фазными генераторами переменного тока, работающими параллельно. Обычное напряжение генерации составляет †11 кВ. Для экономии при передаче электроэнергии напряжение генерации ( i.е ., 11 кВ) повышается до 132 кВ на генерирующей станции с помощью 3-х фазных трансформаторов. Передача электроэнергии при высоком напряжении имеет ряд преимуществ, включая экономию материала проводника и высокую эффективность передачи.

Может показаться целесообразным использовать максимально возможное напряжение для передачи электроэнергии, чтобы сэкономить материал проводника и получить другие преимущества. Но есть предел, до которого это напряжение может быть увеличено. Это связано с тем, что увеличение напряжения передачи приводит к проблемам с изоляцией, а также к увеличению стоимости распределительного и трансформаторного оборудования.Следовательно, выбор надлежащего напряжения передачи по существу является вопросом экономики. Как правило, первичная передача осуществляется на 66 кВ, 132 кВ, 220 кВ или 400 кВ.

Рис. 4: Повышающий силовой трансформатор на электростанции

Первичная передача.

Электроэнергия напряжением 132 кВ передается по 3-х фазной, 3-х проводной воздушной сети на окраину города. Это формирует первичную передачу.

Вторичная передача

Первичная линия передачи заканчивается на приемной станции ( RS ), которая обычно находится на окраине города.На приемной станции напряжение снижается до 33кВ понижающими трансформаторами. От этой станции электроэнергия напряжением 33кВ передается по 3-х фазной, 3-х проводной воздушной сети на различные подстанции ( ПС ), расположенные в стратегических точках города. Это формирует вторичную передачу.

Первичное распределение

Вторичная линия передачи заканчивается на подстанции ( SS ), где напряжение снижается с 33 кВ до 11 кВ, 3-фазная, 3-проводная. Линии 11 кВ проходят по важным дорожным обочинам города.Это формирует первичное распределение. Можно отметить, что крупным потребителям (имеющим спрос более 50 кВт) в основном подается мощность 11 кВ для дальнейшей обработки на собственных подстанциях.

Вторичное распределение

На последнем этапе энергосистемы электроэнергия от первичной распределительной линии (11 кВ) подается на распределительные подстанции ( DS ) или распределительный трансформатор. Типовой распределительный трансформатор, устанавливаемый на опоре, показан на рис. 5. Эти подстанции расположены вблизи мест расположения потребителей и понижают напряжение до 400 В, 3-фазное, 4-проводное для вторичного распределения.Напряжение между любыми двумя фазами составляет 400 В, а между любой фазой и нейтралью — 230 В. Однофазная нагрузка освещения жилых помещений подключается между любой фазой и нейтралью, тогда как трехфазная двигательная нагрузка 400 В подключается к трехфазной линии напрямую. Здесь стоит упомянуть, что система вторичного распределения состоит из фидеров , распределителей и сервисной сети .

Рис. 5: Распределительный трансформатор на столбе

На рис. 6 показаны элементы низковольтной распределительной системы.Фидеры ( SC или SA ), исходящие от распределительной подстанции ( DS ), подают питание к распределителям ( AB , BC , CD и AD ). Ни одному потребителю не дается прямое подключение от фидеров. Вместо этого потребители подключены к распределителям через их сервисную сеть.

Рис. 6: Распределительные фидеры в энергосистеме

Резюме

Мы надеемся, что вы получили общее представление о энергосистеме, ее основных компонентах и ​​их функционировании.Вы также можете прочитать наши статьи о реализации схем защиты в ETAP и анализе потока нагрузки электрической сети.

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш YouTube-канал, чтобы получать видеоуроки и описания проектов. Вы также можете найти нас на Facebook. Оставьте свой отзыв в разделе комментариев.

Что такое энергосистема? Определение и структура энергосистемы

Определение: Энергетическая система представляет собой сеть, состоящую из системы генерации, распределения и передачи.Он использует форму энергии (например, уголь и дизельное топливо) и преобразует ее в электрическую энергию. Энергетическая система включает в себя устройства, подключенные к системе, такие как синхронный генератор, двигатель, трансформатор, автоматический выключатель, проводник и т. д.

Электростанция, трансформатор, линия передачи, подстанции, распределительная линия и распределительный трансформатор являются шестью основными компонентами энергосистемы. Электростанция вырабатывает мощность, которая повышается или понижается через трансформатор для передачи.

Линия передачи передает мощность на различные подстанции. Через подстанцию ​​мощность передается на распределительный трансформатор, который снижает мощность до соответствующего значения, подходящего для потребителей.

Структура энергосистемы

Энергосистема представляет собой сложное предприятие, которое можно разделить на следующие подсистемы. Ниже подробно описаны подсистемы энергосистемы.

Генераторная подстанция

На электростанции топливо (уголь, вода, атомная энергия и т.) преобразуется в электрическую энергию. Электроэнергия вырабатывается в диапазоне от 11 кВ до 25 кВ, что является повышением для передачи на большие расстояния. Электростанция генерирующей подстанции в основном подразделяется на три типа: тепловая электростанция, гидроэлектростанция и атомная электростанция.

Генератор и трансформатор являются основными компонентами электростанции. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Механическая энергия поступает от сжигания угля, газа и ядерного топлива, газовых турбин или иногда двигателя внутреннего сгорания.

Трансформатор с очень высокой эффективностью передает мощность с одного уровня на другой. Мощность, передаваемая от вторичной обмотки, примерно равна первичной, за исключением потерь в трансформаторе. Повышающий трансформатор снизит потери в линии, по которой осуществляется передача мощности на большие расстояния.

Передающая подстанция

Передающая подстанция несет воздушные линии, которые передают произведенную электрическую энергию от генерации к распределительным подстанциям.Он поставляет большую часть электроэнергии только на крупные подстанции или очень крупным потребителям.

Линии передачи в основном выполняют две функции

  1. Транспортирует энергию от генерирующих станций к оптовым приемным станциям.
  2. Соединяет между собой две или более генерирующих станций. Соседние подстанции также соединяются между собой линиями электропередачи.

Напряжение передачи работает при напряжении более 66 кВ и стандартизировано для 69 кВ, 115 кВ, 138 кВ, 161 кВ, 230 кВ, 345 кВ, 500 кВ и 765 кВ, линейное.Линия электропередачи выше 230 кВ обычно называется сверхвысоким напряжением (СВН).

Линия высокого напряжения заканчивается на подстанциях, которые называются подстанциями высокого напряжения, приемными подстанциями или первичными подстанциями. На подстанции высокого напряжения напряжение понижается до подходящего значения для следующей части потока к нагрузке. Очень крупные промышленные потребители могут обслуживаться непосредственно системой передачи.

Подстанция передачи

Часть системы передачи, которая соединяет подстанции высокого напряжения через понижающий трансформатор с распределительными подстанциями, называется подсистемой передачи.

Уровень напряжения субпередачи колеблется от 90 до 138 кВ. Система субпередач напрямую обслуживает некоторые крупные отрасли промышленности. Конденсатор и реактор расположены на подстанциях для поддержания напряжения линии электропередачи.

Работа вспомогательной системы передачи аналогична работе распределительной системы. Она отличается от распределительной системы следующим образом.

  1. Подсистема передачи имеет более высокий уровень напряжения, чем распределительная система.
  2. Поставляет только большие нагрузки.
  3. Он питает только несколько подстанций по сравнению с распределительной системой, которая питает некоторые нагрузки.

Распределительная подстанция

Компонент системы электроснабжения, соединяющий всех потребителей в районе с источниками электроэнергии, называется распределительной системой. Электростанции соединены с генерирующими подстанциями линиями электропередач. Они питают некоторые подстанции, которые обычно расположены в удобных точках вблизи центров нагрузки.

Подстанции распределяют электроэнергию на бытовых, коммерческих и относительно мелких потребителей. Потребителям требуются большие блоки мощности, которые обычно подаются в подсистему передачи или даже в систему передачи.

Какова структура адаптера переменного тока?

На этой странице мы объясним конструкцию адаптера переменного тока в простой для понимания форме. Начав с объяснения схемы, мы поясним названия каждой части с помощью иллюстраций для облегчения поиска.

Многие электронные устройства работают на постоянном токе (DC). С другой стороны, наиболее распространенным коммерческим током является переменный ток (AC), поэтому, если вы не преобразуете переменный ток в постоянный, большая часть электронного оборудования не будет работать. Это возможно благодаря адаптеру переменного тока.

В последние годы увеличивается количество продуктов, в которых используются адаптеры переменного тока, и они предназначены для миниатюризации электронного оборудования, энергосбережения и упрощения конструкции.

Внутри адаптера переменного тока.

На приведенном выше рисунке показана принципиальная схема.

Мы объясним роль каждой части по порядку ниже.

  1. Электричество также подается на адаптер переменного тока от сетевой розетки.
  2. Ток проходит через предохранитель.
    * Примечание. Во избежание несчастных случаев, вызванных перегрузкой по току, и разрушения оборудования, при перегрузке по току перегорает предохранитель и работа адаптера прекращается.
  3. Через сетевой фильтр для снижения шума.
  4. При протекании тока только в одном направлении через диод выпрямляются как положительные, так и отрицательные волны переменного тока, подаваемого из розетки, и направление потока показано на следующем рисунке (т. е. двухполупериодное выпрямление).

  1. Сохраняя электричество в электролитическом конденсаторе, он заряжается при высоком напряжении, разряжается при низком напряжении и сглаживает напряжение (уменьшает колебания).
  2. После сглаживания в постоянный ток электричество включается/выключается (переключается) с помощью транзистора и преобразуется в высокочастотный импульс (прямоугольная волна). Выходное напряжение регулируется регулировкой времени. Даже когда входное напряжение колеблется, можно поддерживать стабильное выходное напряжение, регулируя ширину импульса. Кроме того, делая его высокочастотным, трансформатор также имеет небольшой размер. Таким образом, мы можем уменьшить вес изделия. (Адаптер переменного тока трансформаторного типа, который когда-то был широко распространен, был очень тяжелым по сравнению с переключателем.)


  3. Преобразовано в оптимальное напряжение с помощью трансформатора.
  4. Пульсовая волна (прямоугольная волна) сглажена электролитическим конденсатором. Повторив это несколько раз, он превратится в чистый постоянный ток.
  5. Проходит через катушку и шум переключения снижается.
  6. Выходное напряжение и ток контролируются и передаются на транзистор для настройки оптимальной ширины импульса.
  7. * Примечание. При обнаружении ненормального напряжения/тока трансформатор также играет роль функции защиты, которая останавливает работу.

Как объяснялось выше, каждая часть играет свою роль и в целом представляет собой адаптер переменного тока.

В дополнение к адаптеру переменного тока с базовой структурой, описанной ранее в качестве примера, мы также принимаем дополнительные детали или функции в соответствии с индивидуальными запросами клиентов, поэтому, пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

О продуктах

Вы можете получить каталог продукции в формате PDF.

Продуктовые инициативы

С 1989 года UNIFIVE поддерживает качество своих адаптеров переменного тока и импульсных источников питания посредством строгого контроля качества.

Узнать больше

Сетевое электроснабжение – обзор

20.1.2 PSC распределительной сети

PSC распределительной сети – это максимальная нагрузка, которую распределительная сеть может обеспечить в условиях ограничения мощности ответвления и ограничения напряжения узла (Hong et др., 2017). Он определяется режимом работы распределительной сети и характером роста нагрузки. Из-за большого количества доступов DER распределительная сеть сталкивается с проблемами сетевого планирования, эксплуатации и управления, обеспечивая при этом достаточное количество PSC; это основная задача распределительной сети. Особенно в текущем сценарии быстрого экономического развития, энергосбережения, защиты окружающей среды, более строгих требований к выбросам в окружающую среду, как точно оценить влияние DER на PSC с помощью оптимального доступа и работы DER, чтобы полностью изучить PSC распределительной сети и достичь максимальной выгодой распределительной сети будет проблема в аспекте PSC распределительной сети, которую необходимо решить в срочном порядке.

PSC распределительной сети исследования прошел следующие три этапа:

Этап оценки PSC распределительной системы на основе мощности трансформатора. Это выполняется с помощью таких методов, как метод соотношения мощности и нагрузки (Tan et al., 2016) и метод проб и ошибок (Fu et al., 2016). Этот этап основывался на подстанционной мощности подстанции, а размер PSC оценивался с макроскопической точки зрения.Расчет по этому методу относительно прост, но он не рассматривал детально влияние подстанции распределительной сети подстанции на PSC.

Этап расчета сети PSC. Используемые методы включали множественный метод пиковой нагрузки (Liu et al., 2015) и метод максимального потока сети (Fu et al., 2016). Этот метод использовал фидер в качестве основы для расчета PSC электрической сети и выдвинул идею расчета PSC сетевой передачи при расчете мощности подстанции.Но использование только нагрузки фидера для оценки сетевой передачи PSC недостаточно точно, так как не учитывается влияние PSC подстанции.

Этап расчета с учетом критериев безопасности N  − 1 и совмещением ЦПП подстанции с пропускной способностью сети. При проведении исследования возможностей электроснабжения распределительной сети на этом этапе учитывались рекомендации N  — 1 по обеспечению безопасности электроснабжения при планировании городской сети, упомянутые в «Руководстве по планированию и проектированию городских электросетей», и выдвинули идею о том, как рассчитать мощность электроснабжения по определенному критерию надежности.В настоящее время исследования ПСХ в основном находятся на этой стадии.

В существующих исследованиях, связанных с PSC, чтобы соответствовать критериям безопасной эксплуатации N  − 1, учитывалась максимальная нагрузка, которую мог обеспечить главный трансформатор, перегрузка главного трансформатора, ограничения мощности контактов и другие факторы. с учетом этого и создал аналитическую модель распределительной сети PSC (Jian et al., 2014a, b). Марцано и др. (2015) предложил метод оценки PSC распределительной сети с учетом ограничений нагрузочной способности главного трансформатора.Этот метод включал три этапа: предварительную оценку, анализ ограничений и проверочную оценку. Окончательные результаты были получены путем рекурсивной оценки на основе метода повторяющихся трендов. В одном исследовании учитывались изменчивость и прерывистость распределенного поколения, анализировался PSC в соответствии с теорией нечетких целей и улучшался PSC с помощью метода динамической оптимизации (Hashemi and Ostergaard, 2016). В другом исследовании рассматривалось ограничение мощности распределенной выработки электроэнергии и системы ES, а также была установлена ​​модель PSC автономной зоны управления и кабеля активной распределительной сети.Наконец, в нем предложено перераспределение нагрузки на основе радиальных характеристик распределительной сети и алгоритма фактической и пошаговой оптимизации острова (Ю и др., 2015). Основываясь на рассмотрении надежности условий эксплуатации сети, чтобы решить проблему оценки состояния безопасности сети на основе критерия N  − 1, отечественные и зарубежные ученые выдвинули ряд индексов оценки безопасности. Эти оценочные показатели включали оценочные показатели крупнейшего PSC распределительной сети (Sun et al., 2017; Xiaolong et al., 2014), индикаторы для оценки способности восстановления энергоснабжения при переключении нагрузки (Liming and Xianjun, 2015) и статический анализ безопасности, учитываемый системой рейтинга безопасности сети.

В связанном с этим исследовании неопределенности для неопределенности выходной мощности МЭР и состояния нагрузки использовалась выборка латинского гиперкуба для моделирования максимальной выходной мощности ветра и случайного состояния мощности нагрузки узла (Li et al., 2013). Ван и др. (2015a, b, 2016) создали модель оценки вероятности, учитывающую случайность скорости ветра и ошибку прогнозирования PV и нагрузки.Ввиду сложности структуры сетки, вызванной отказом компонента, Wang et al. (2015a, b), а также Ву и Турицын (2015) отсортировали возможные отказы сети и эффективно упростили модель на основе учета неопределенности сети. Существующие исследования сосредоточены на неопределенности конкретных единиц и уделяют меньше внимания оценке влияния неопределенности элементов доступа на PSC.

Для анализа влияния факторов неопределенности на PSC в этой главе предлагается краткосрочная система оценки PSC, основанная на многосценовой технологии.Во-первых, на основе отказа N  — 1, который может произойти в распределительной сети, устанавливается выходная модель вероятности для неопределенностей каждого блока. Во-вторых, он основан на многосценовой технологии для формирования ряда сценариев оценки PSC. В-третьих, ряд вероятностных показателей оценки для оценки PSC выдвигается из идеи оценки вероятности. Наконец, оценивается PSC каждой сцены и получается индекс оценки, который может служить ориентиром для оптимизации, работы и планирования активной системы распределения мощности.

Основы аналитических исследований для электросетей следующего поколения | The National Academys Press

Иногда распределительная система напрямую связана с системой передачи, которая работает при напряжении выше, скажем, 100 кВ, а иногда она соединяется с подсистемой передачи, работающей при напряжении, возможно, 69 или 46 кВ. На электрической подстанции трансформаторы используются для понижения напряжения до уровня распределения, при этом 12,47 кВ являются наиболее распространенными в Северной Америке (Willis, 2004).Эти трансформаторы сильно различаются по размеру: от нескольких МВт в сельской местности до более 100 МВт для крупной городской подстанции.

Электроэнергия уходит с подстанции по трехфазным «первичным магистральным» фидерам. Хотя система распределения может быть объединена в сеть, в основном она является радиальной. Следовательно, на большинстве фидеров поток энергии был односторонним, от подстанции к потребителям. Количество фидеров варьируется в зависимости от размера подстанции, от одного до двух и более дюжины. Максимальная мощность фидера также может широко варьироваться от нескольких МВА до примерно 30 МВА.Промышленные или крупные коммерческие клиенты могут обслуживаться специальными фидерами. В других случаях от основной кормушки отходят более мелкие «отводы». Отводы могут быть трехфазными или однофазными (например, в сельской местности). В большинстве основных фидеров и ответвлений используются воздушные проводники на деревянных опорах, но в городских районах и некоторых жилых кварталах они находятся под землей. На месте потребителя напряжение дополнительно снижается с помощью служебных трансформаторов до предельного напряжения питания (120/240 для бытовых потребителей).Рабочие трансформаторы могут быть установлены на столбах, на подушках на земле или в подземных хранилищах. Типовые размеры варьируются от 5 до 5000 кВА.

Ключевой задачей распределительной системы является поддержание надлежащего уровня напряжения для потребителей. Поскольку падение напряжения на фидере зависит от потока мощности на фидере, используются различные механизмы управления. К ним относятся трансформаторы LTC на подстанции для изменения напряжения питания на всех фидерах подстанции, питаемых трансформатором, регуляторы напряжения, которые можно использовать для изменения напряжения на отдельных фидерах (а иногда даже на отдельных фазах), и коммутируемые конденсаторы для обеспечения реактивной мощности. компенсация мощности.

Еще одна важная проблема — защита от коротких замыканий. Для радиальных фидеров защита проще, если питание всегда поступает к потребителям. Простую защиту можно обеспечить с помощью предохранителей, но недостатком предохранителя является то, что в случае его срабатывания необходимо вызывать бригаду. Более сложные конструкции, в которых используются автоматические выключатели и устройства повторного включения, позволяют осуществлять дистанционное управление, помогая многим клиентам сократить время простоя.

В то время как распределительные системы, безусловно, требуют серьезного начального проектирования (Willis, 2004, дает хороший обзор соображений планирования), система распределения традиционно «характеризуется как самый непривлекательный компонент» системы электроснабжения (Kersting, 2012).Большинство систем распределения либо не имеют счетчиков, либо имеют счетчики клиентов, показания которых могут считываться только ежемесячно, поэтому системы распределения часто перепроектированы.

Однако ситуация быстро меняется. При снижении затрат на измерения, связь и управление система распределения быстро трансформируется. Распределенные источники генерации на фидерах, такие как фотоэлектрические, означают, что поток энергии больше не может быть только односторонним. Широко развернутые передовые системы измерения инфраструктуры позволяют получать информацию об использовании клиентов почти в реальном времени.В настоящее время широко используются автоматические коммутационные устройства, позволяющие динамически перенастраивать систему распределения, чтобы сократить время простоя для многих клиентов. В настоящее время разрабатывается расширенная аналитика для использования этой информации для повышения надежности и эффективности распределения. Следовательно, система распределения теперь является равноправным партнером с остальной частью сети, и ее проблемы в равной степени нуждаются в фундаментальных исследованиях в области математических и вычислительных наук, рассматриваемых в этом отчете.

В главе 1 «Физическая структура существующей сети и текущие тенденции», главе 2 «Организации и рынки в электроэнергетике» и главе 3 «Существующие аналитические методы и инструменты» представлена ​​текущая структура электроэнергетики. сеть, экономические рынки, участвующие в принятии сверхкраткосрочных решений и долгосрочном планировании, и аналитические методы, которые в настоящее время используются для изучения поведения сети. Глава 4, «Предыстория: области математических исследований, важных для грид», сужает фокус до математики, необходимой и используемой в настоящее время для этого анализа.

В главе 5 «Подготовка к будущему» обсуждаются источники неопределенности, присущие прогнозированию структуры будущей сетки, и некоторые общие математические инструменты, которые могут понадобиться. В главе 6 «Приоритеты математических исследований, связанные с электрической сетью» рассматриваются проблемы исследований в области математики, где прогресс позволит использовать новые технологии. Несмотря на то, что потенциально важное значение имеет широкий спектр областей исследований, этот отчет будет

Структура и регулирование электроэнергетики

Структура и регулирование электроэнергетики

В течение почти ста лет основным структурным элементом электроэнергетического сектора была вертикально интегрированная коммунальная служба, деятельность которой регулировалась комиссией по коммунальным предприятиям в штате (штатах), в котором эта коммунальная служба работала.Грубо говоря, цепочка поставок электроэнергии состоит из трех звеньев (показаны на рис. 5.4): генерация, передача и распределение. Генераторы — это электростанции, которые производят электричество различными способами, включая сжигание ископаемого топлива или отходов, использование кинетической энергии воды и ветра и расщепление ядер. Различные генераторы, часто расположенные на больших расстояниях от центров потребления, подключаются к высоковольтной сети передачи. Ближе к точке потребления передающая сеть соединяется (через серию понижающих трансформаторов) с распределительной сетью более низкого напряжения.Второй ряд трансформаторов соединяет отдельных потребителей с распределительной сетью.

Рисунок 5.4: Звенья в цепочке поставок электроэнергии

Сектор электроэнергетики долгое время рассматривался как экономия за счет масштаба и охвата. Термин «экономия от масштаба» означает, что средние и предельные издержки производства снижаются по мере увеличения выпуска фирм, другими словами, ситуации, когда более крупные фирмы более эффективны, чем более мелкие. Фирмы, которые демонстрируют эффект масштаба, независимо от того, сколько они производят, часто называют «естественными монополиями».Термин «экономия на масштабе» в данном случае означает, что одна фирма может предоставлять услуги по производству, передаче и распределению более эффективно, чем отдельные фирмы, предоставляющие каждый вид услуг. Такой тип фирмы называется «вертикально интегрированной» фирмой. Экономия за счет масштаба была оправданием предоставления монопольных франшиз электроэнергетике, в то время как экономия за счет масштаба была оправданием для продолжающейся вертикальной интеграции фирм в отрасли.S., допущение об экономии за счет масштаба было поставлено под сомнение в генерирующем бизнесе, но «проводные» сегменты цепочки поставок (передача и распределение) по-прежнему считаются демонстрирующими экономию за счет масштаба и, таким образом, по-прежнему жестко регулируются.

Появление экономически жизнеспособной мелкомасштабной или «распределенной» генерации в некоторых местах начало переворачивать традиционные представления об экономии за счет масштаба производства, а также о том, в какой степени распределение электроэнергии может быть конкурентоспособным бизнесом.Мы не будем подробно обсуждать эти вопросы в этом курсе, но если вам интересно узнать об этих типах прорывных технологий, AE 862 посвящает этой теме целый семестр.

Электроэнергия в настоящее время вырабатывается двумя типами фирм. Первый тип — это традиционная вертикально интегрированная утилита. Эти фирмы генерируют энергию для продажи своим клиентам или для продажи на открытом рынке. Второй тип — это генератор, не относящийся к коммунальным услугам, также называемый независимым производителем электроэнергии (IPP) или коммерческим генератором.У этих фирм обычно нет клиентов, потребляющих электроэнергию; они просто производят электроэнергию и продают ее коммунальным предприятиям, у которых есть клиенты. На конкурентном рынке электроэнергии ПИС, скорее всего, будут финансово успешными только в том случае, если они смогут производить электроэнергию по себестоимости ниже преобладающих рыночных цен или ниже затрат, взимаемых коммунальным предприятием.

Реструктуризация электроэнергетики существенно изменила бизнес-модель коммунальных предприятий в тех районах США, где она была проведена. Детали реструктуризации оставлены на следующий урок, а вот карта на рисунке 5.5 даст вам некоторое представление о регионах Северной Америки, которые активно участвовали в реструктуризации электроэнергетики, по сравнению с теми, которые сопротивлялись реструктуризации и конкуренции в пользу традиционной модели регулируемой и вертикально интегрированной электроэнергетической компании. Считается, что районы, в которых были созданы «Региональные передающие организации», как показано на карте, в той или иной степени реструктурировали электроэнергетическую промышленность.

Рисунок 5.5: Цветные регионы на карте представляют части Северной Америки, которые участвовали в той или иной форме реструктуризации электроэнергии путем создания «Региональных передающих организаций», которые управляют конкуренцией между производителями электроэнергии на региональной основе.Незатененные участки сохранили традиционную структуру регулируемой вертикально-интегрированной электростанции.

Несмотря на то, что почти столетие в электроэнергетике доминировала вертикально интегрированная коммунальная служба, начало отрасли было совсем другим. После открытия электростанции Эдисона на Перл-стрит в 1882 году в финансовом районе Нью-Йорка отрасль возникла в эпоху, характеризующуюся острой конкуренцией между Эдисоном, его соперниками и муниципальными кооперативами.Энергия постоянного тока Эдисона требовала, чтобы генерирующие станции располагались в пределах мили от электрических фонарей. Десять лет спустя Эдисон объединил свою компанию с фирмой, специализирующейся на технологиях переменного тока (AC), и образовал General Electric. Мощность переменного тока была более эффективной для питания двигателей, чем мощность постоянного тока, и ее можно было передавать на большие расстояния, что позволяло крупным центральным генерирующим станциям снабжать многих клиентов.

К 1910 г. возник консенсус в отношении того, что вертикально интегрированным компаниям следует предоставить монопольный статус в пределах географической области в обмен на регулирование, которое обяжет их обслуживать потребителей по ценам и на условиях, которые регулируются соответствующими государствами, в которых эти компании действовали, но давали они по существу гарантировали норму прибыли, которая могла привлечь капитал.Энергетические компании поддерживали государственное регулирование как барьер для входа потенциальных конкурентов и как способ снизить высокие затраты на управление лоскутным бастионом местного регулирования против лоскутного одеяла местного регулирования. Это положило начало многолетней эре, известной как «консенсус полезности».

В большинстве случаев регулирование коммунальных услуг происходит посредством процесса, известного как «установление ставок на основе затрат» или «регулирование нормы прибыли». В соответствии с регулированием нормы прибыли коммунальное предприятие устанавливает цены (ставки, уплачиваемые розничными потребителями) для возмещения затрат, связанных с предоставлением услуг, плюс уровень прибыли, определяемый государственной комиссией по коммунальным предприятиям.Важно помнить, что это регулирование в Соединенных Штатах происходило на уровне штатов, а не на федеральном уровне. В течение многих десятилетий федеральное правительство играло относительно незначительную роль в регулировании деятельности конкретных коммунальных компаний. Федеральное правительство действительно сыграло важную роль в повсеместной электрификации американской сельской местности, отчасти за счет принятия федеральной политики, такой как Закон об электрификации сельских районов, и федеральных энергетических проектов, таких как те, которые находятся в ведении Управления долины Теннесси и Управления энергетики Бонневилля.Как мы узнаем из Урока 6, процесс «дерегулирования» на самом деле привел к существенной передаче полномочий по регулированию электроэнергетики от штатов к федеральному правительству.

Следующие короткие видеоролики содержат дополнительные пояснения по регулированию нормы прибыли.

Видео: Регулирование сети — Часть A (4:35)

Видео 5.3: Регулирование сети — часть A.

Нажмите, чтобы просмотреть стенограмму Регламента электросетей — Часть A.

Итак, это коммунальное предприятие работало в соответствии с тем, что мы называем моделью регулируемой монополии или регулируемой франшизы.модель регулируемой монополии или регулируемой франшизы была предоставлена ​​государством, географической территорией, на которой оно имело монополию на производство электроэнергии, передачу электроэнергии и продажу электроэнергии. Таким образом, это коммунальное предприятие было не только вертикально интегрированной фирмой, но и вертикально интегрированной монополией. Таким образом, в течение семи десятилетий коммунальное предприятие не могло иметь конкурентов ни в одной части своего бизнеса. И в обмен на это, в обмен на предоставление этой государственной монополии, коммунальные предприятия согласились на то, чтобы их цены и их прибыль регулировались органом государственного уровня, называемым комиссией по коммунальным предприятиям.Таким образом, комиссия коммунальных предприятий фактически устанавливала цену, которую коммунальное предприятие могло взимать за электроэнергию. Он также устанавливает цену, которую коммунальное предприятие может взимать с различных типов клиентов. Итак, у Penn State была другая цена, чем у Сета Блумсака. И комиссия по коммунальным предприятиям в конечном счете устанавливала эти цены. Комиссия по коммунальным предприятиям также решила, какие инвестиции будет разрешено делать коммунальному предприятию. Или не совсем сделать, а какие инвестиции коммунальные службы могли бы заставить платить своих клиентов.Итак, коммунальные службы в основном имели эту монополию. И они были очень строго регламентированы, и их операции были очень строго регламентированы. И в основном у них была одна работа, вроде как две работы. Первая задача заключалась в том, что они должны были снабжать электроэнергией то, что отличалось. Значит, они не могли сказать людям, что я не буду снабжать вас электричеством. Другое дело, что они в основном должны были надежно эксплуатировать систему. Таким образом, они должны были управлять системой таким образом, чтобы у вас не было большого количества отключений электроэнергии.Таким образом, их обязанностью было, по сути, обслуживать всех клиентов и не нарушать систему.

[Вопрос] Это все утилиты?

Итак, вы видите, как у системы были свои взлеты и падения. Это создало очень стабильный экономический климат для коммунального бизнеса. И она смогла занимать деньги и привлекать инвестиции по очень привлекательным ставкам доходности. Потому что, если коммунальное предприятие имеет гарантированную норму прибыли в размере 10% и в этом нет никакого риска, если вы потенциальный инвестор, который собирается одолжить коммунальному предприятию деньги, вдруг это будет похоже на манну небесную.И поэтому это создало очень стабильный экономический климат для коммунальных служб. И это позволило, в принципе, довольно быстро электрифицировать США.

Авторы и права: Сет Блумсак

Видео: Регулирование сети — Часть B (3:42)

Видео 5.4: Регулирование сети — Часть B.

Нажмите, чтобы просмотреть стенограмму Регламента электросетей — Часть B .

Таким образом, изменения в стоимости топлива, эти изменения, как правило, разрешалось передавать непосредственно потребителям.Таким образом, если цена всего топлива, которое коммунальное предприятие должно купить, удвоится, то часть вашего счета за электроэнергию, вырабатываемая за электроэнергию, удвоится. Таким образом, коммунальным службам обычно разрешалось это делать. Большинство государственных регулирующих органов делят затраты на коммунальные услуги на капитальные вложения — в провода, подстанции, электростанции и тому подобное — и эксплуатационные расходы, такие как затраты на рабочую силу и топливо. И в основном сделка, которую коммунальные предприятия заключили с комиссией по коммунальным предприятиям, заключалась в том, что они могли переложить все свои эксплуатационные расходы на потребителей.Таким образом, если цены на топливо вырастут, цены на электроэнергию вырастут. Но им не разрешалось зарабатывать на топливе. Но им было позволено получать прибыль от вещей, которые они построили. Это называлось ставками. Таким образом, каждый раз, когда коммунальное предприятие строит новую электростанцию ​​или новую линию электропередачи, оно получает прибыль от этих инвестиций.

Таким образом, этот регламент надолго создал очень стабильный климат. Вы могли видеть, где у нас могут начаться некоторые проблемы. Во-первых, если прибыль коммунального предприятия росла каждый раз, когда оно что-то строило, то коммунальные предприятия придерживались такого мышления, при котором их бизнес-модель заключалась в том, чтобы строить вещи.Во-вторых, когда вы тратите чужие деньги, возможно, вы не так осторожны с ними, как могли бы быть в противном случае. Но то, что экономисты назвали бы проблемами стимулов, существовало долгое время. Но на самом деле они не проявлялись до 1970-х годов, когда у нас фактически произошло два события одновременно. Во-первых, у нас был энергетический кризис 1970-х годов. И цены на топливо резко выросли. В то время 20% электроэнергии в США производилось из нефти. Итак, когда цены на нефть резко выросли, это повлияло на стоимость производства электроэнергии.Во-вторых, по экологическим и другим причинам коммунальные предприятия во многих штатах были наполовину вынуждены, наполовину решили сделать крупные инвестиции в атомные электростанции. И, как оказалось, коммунальные службы не умели строить и эксплуатировать атомные электростанции ужасно хорошо.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.