Wlancards.ru

ПК техника, WI FI Адаптеры
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

БЛОКИ ПИТАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

БЛОКИ ПИТАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Виды и типы блоков питания

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

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

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ

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

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

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

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

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

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

Блок питания от iPhone

iphone-2pin

5w_adapter

iphone-3pin

Это – стандартный европейский адаптер питания, которым уже несколько лет комплектуются все модели iPhone и некоторые модели iPad mini. Зарядки из других регионов отличаются по внешнему виду, но имеют аналогичные характеристики.

Input

iphone-2pin-2

Все символы после этой надписи описывают необходимые входные параметры для работы устройства.

100-240 V

Эта надпись свидетельствует о том, что устройство рассчитано на диапазон напряжений от 100 до 240 В. Такие блоки питания универсальны и сделаны под американский (110 В) и европейский (220 В) стандарты напряжения. При использовании переходников европейской зарядкой можно пользоваться в Америке и наоборот.

Означает, что блок питания рассчитан на подключение к электросети с переменным током. Все подключаемые к сети электроприборы рассчитаны на переменный ток.

Устройства, которые работают от батареек или аккумуляторов являются потребителями постоянного тока, ведь батарея – источник постоянного тока.

50/60 Hz

Этот параметр означает частоту переменного напряжения в электросети.

В России этот показатель равен 50 Гц при напряжении 220 В, в большинстве стран Северной и Центрально Америки используется частота 60 Гц при напряжении 110-115 В, а, например, в Корее частота составляет 60 Гц при напряжении 220 Вольт.

Читайте так же:
Монитор вместе с системным блоком

И этот параметр свидетельствует об универсальности блока питания от iPhone. Но стоит сказать, что частота, в отличие от напряжения, критична лишь для устройств оснащенных электродвигателями. Так фены, мясорубки или соковыжималки, выпущенные для продажи в разных странах, будут иметь разные показатели рабочей частоты.

При работе в неподходящей электросети (с отличающейся частотой) приборы не смогут выдавать максимальную заявленную мощность, а при долговременном использовании может произойти выход из строя мотора.

0,35 A

Этот параметр тоже относится к входному напряжению и характеризует силу тока. Чем выше данный показатель, тем большую силу тока может выдать адаптер на выходе.

Никаких ограничений на подключение этот параметр не накладывает.

Output

iphone-2pin-3

Все символы после этой надписи описывают выходные параметры блока питания.

5 V

Блок питания по сути преобразовывает напряжение из электросети в диапазоне от 100 до 240 Вольт в 5 Вольт, которые характерны для стандарта USB. Те же 5 Вольт можно получить при подключении смартфона к USB порту компьютера или ноутбука.

Символ ⎓

Ток на выходе будет уже не переменным, а постоянным, который необходим для заряда батареи. Символом «троеточие под чертой» на бытовых приборах обозначают однонаправленный ток.

Ток в данной цепи имеет постоянное направление от точек с бо́льшими потенциалами к точкам с меньшими потенциалами. В такой цепи появляется полярность, то есть из двух используемых контактов один является положительным полюсом, а другой – отрицательным.

Самый последний по расположению показатель является самым важным для рядового потребителя.

Сила выходного тока в 1 Ампер рассчитана на зарядку аккумулятора определенной емкости. Чем больше будет емкость батареи, тем больше времени ей понадобится для зарядки при такой силе тока. И наоборот, при использовании блока питания с большей силой тока для небольшой батареи мы получим меньшее время заряда.

Блок питания с показателем выходной силы тока в 1А можно использовать с любым устройством, вот только заряжать iPad он будет ну очень долго.

Стабилизатор на К142ЕН5 — с регулируемым выходным напряжением

В заметке С. Савина «Вариант включения стабилизатора К142ЕН5», опубликованной в «Радио» 1989, № 12, с, 66, речь шла о том, что если вывод 8 этой микросхемы подключить к общему проводу через стабилитрон, то напряжение на выходе стабилизатора увеличится на напряжение стабилизации включенного стабилитрона. Подобный совет повторил А. Гвоздак в статье «Доработка радиоконструктора «Юниор-1», помещенной в «Радио» № 6, с. 81—83 за 1991 г. Опыт показывает, что подборкой соответствующего стабилитрона можно в необходимой мере повысить выходное напряжение стабилизатора, но оно, как и при традиционном включении стабилизатора К142ВН5, фиксированное. Вместе с тем читатели нашего журнала сообщают, что аналогичный способ включения микросхемных стабилизаторов К142ЕН5 позволяет получить на выходе стабилизатора повышенное регулируемое напряжение. Об этом, в частности, рассказывают в своих письмах радиолюбители А. Чумаков из г. Йошкар-Ола и А. Черкасов из Караганды.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

↑ Тонкости

Разумеется, в деле, подобном этому, есть свои тонкости и особенности. В целом, можно это охарактеризовать выражением «не доводи до крайностей», которое весьма полно объясняет чего нельзя делать, чтобы не бабахнуло.

Читайте так же:
Моргает экран на компьютере что делать

В первую очередь это касается температур. Tj — это максимальная рабочая температура кристалла транзистора, фактически потолок его работоспособности. Было бы как минимум нелепо использовать это значение при расчете. Никогда не загоняйте параметры в угол, всегда оставляйте место для маневра.

Я, к примеру, использую в расчёте температуру на 5-10° ниже, и обзываю ее «Температура ожидаемая» — Tож.. Так как наиболее часто Tj указывается в районе 125° Цельсия, я использую в расчете 115-120°.

Далее, температуру окружающей среды для оценки тоже не следует брать наобум. Есть утвержденные ГОСТы, хотя можно просто принять для средней полосы +35° и +45° для южных регионов. Это для того, чтобы в набитом людьми помещении летом техника не сгорела синим пламенем. Ну и для случаев колебания температур.
Для работы на открытом воздухе под солнцепеком есть еще более жесткие условия, но это уже за рамками радиолюбительства.

Далее о напряжениях. Всегда стоит сделать запас прочности по допустимому напряжению. Опять-таки, в даташите параметр Vdss — предельный. И подбор транзистора строго под выпрямленное напряжение сети может сыграть злую шутку. Посчитаем: при напряжении в сети 220 Вольт на выходе мостового выпрямителя будет 310 Вольт. Однако в реальности в сети редко бывает 220 Вольт, и скачки до 20%, увы, обыденное явление. И что же будет, если напряжение в сети увеличится на эти 20%? На выходе выпрямителя будет уже 378 Вольт. Добавим сюда шум от сварочника и, вуаля, 400-вольтовый ключ искрится и взрывается.

Мне довелось отремонтировать очень много усилителей, в которых многочисленные дядюшки Ляо экономили на транзисторах. Не делайте так, разочарований будет куда больше экономии.

Как-то блуждая по просторам интернета, я наткнулся на аппноут IR, рекомендовавший выбирать ключи с запасом в 200 — 250 Вольт от максимального напряжения в схеме. Увы, этот аппноут я не сохранил, а затем найти его не смог. У кого-то есть сомнения, что он вообще существует, но сама рекомендация звучит достаточно трезво, пусть и относительно недёшево.

Теперь о сопротивлении перехода. В открытом состоянии идеальный ключ должен пропускать весь ток без потерь. Увы, живём мы в неидеальном мире. В настолько неидеальном, что маркетологи с удовольствием этим пользуются. Открывая даташит любого полевого транзистора можно увидеть маленькую характеристику Rds on, написанную большим шрифтом. Так вот: это сопротивление перехода при некоей „комнатной“ температуре в 20-25 градусов. Для того же IRFS840B указывается 0,8 Ома.

Это всё красиво только на словах, на деле кристалл в процессе работы будет нагреваться, что неизбежно приведет к увеличению сопротивления открытого перехода. Об этом мало кто помнит, но именно на это надо опираться, при выборе подходящего транзистора.
Чаще всего в даташитах не указывают эти печальные цифры, а лишь приводят график температурного коэффициента сопротивления ТКС, вот он для выбранного нами транзистора:

Читайте так же:
Материнская плата asus m5a7bl

Как видно на графике, при нагревании сопротивление открытого перехода быстро увеличивается, и для рекомендованных мною максимальных рабочих 120° ТКС открытого канала уже составляет 2,1 Ома, а значит из приятных 0,8 Ом уже получаются малоприятные 1,68 Ома. Печаль, да и только, но с этим надо считаться.

Ну и последняя из тонкостей. Обязательно учитывайте крайние характеристики транзистора. В таблицах даташита всегда указывается три значения: минимальное, типичное и максимальное (или лучшее, типичное и худшее). Это касается практически всего. Например, время открытия и время закрытия. Причем с маркетинговой точки зрения делается упор именно на типичное время открытия и закрытия. Так, например, для IRFS840B типичное время нарастания составляет 65 нс, что и пишется всюду, хотя отдельные экземпляры доходят до 140 нс, что более чем в 2 раза дольше! Соответственно, для расчета необходимо использовать именно худшее значение, если нет желания отбирать транзисторы для конструкции.

Конденсатор улучшает ситуацию

Как видно на схеме, добавление полиэфирного конденсатора последовательно с линией питания повышает эффективность. В этой конфигурации КПД уже составляет до 20%.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

Поскольку максимальное напряжение на конденсаторе превышает 320 В, необходимо выбрать компонент, способный работать при напряжении не менее 600 В, как показано на рисунке.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

В этой конфигурации R1 рассеивает только 0,5 Вт, но всегда лучше использовать его с номинальной мощностью не менее 2 Вт. Конденсатор C2 действует как резистор и имеет некоторую емкость при 50 Гц. Более конкретно емкость конденсатора на частоте f определяется по следующей формуле:

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

Из приведенной формулы конденсатор C2 имеет реактивное сопротивление 6772 Ом при 50 Гц, но, в отличие от резистора он не выделяет тепла. Выходное напряжение схемы также составляет 12 В за вычетом падения напряжения на диоде D1.

БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЕ БП НА 5, 9, 12, 24 В

Входное напряжение

Здесь ситуация совершенно другая. Все дело в том, что в российских линиях электропередач (кстати, по ГОСТу), напряжение может изменяться от номинального (220В) в пределах ±10%. О чем это говорит? Здесь две позиции:

  1. Если напряжение в подающей сети минимальное, а ток максимальный, то диапазон напряжений блок питания может гарантировать и при этом сохранить стабильность самого напряжения.
  2. Если напряжение максимальное и то же самое можно отнести и к току, то ни о какой стабилизации говорить нельзя. Просто блок перегреется. Вот вам и большая проблема.

Выходное напряжение блока питания

Особенно усугубляется ситуация, если температура окружающей среды повышена (это касается летнего периода). Что делают в этой ситуации некоторые производители? Они просто занижают показатели диапазона напряжений. Но от этого потребителю не становится лучше. Ведь в некоторых регионах России напряжение в сети около 190 вольт является нормой. Отсюда и последствия:

  • Аккумуляторы заряжаются не полностью.
  • Время работы блоков питания снижается.
  • Срыв стабилизации, особенно при резком скачке токопотребления.

Принцип действия

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

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

Читайте так же:
Монитор не показывает изображение при включении компьютера

Impulsnye bloki pitaniia ustroistvo

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

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

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

Impulsnye bloki pitaniia skhema 1

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

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:
  • Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
  • Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

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

Схема импульсного блока минимального размера

Impulsnye bloki pitaniia skhema 2

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

Некоторые виды ИБП
  • Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
  • Импульсные блоки питания на TL494.
  • Импульсные блоки питания на UC3842.
  • Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
  • Для усилителя с повышенными данными.
  • Из электронного балласта.
  • Регулируемый ИБП, механическое устройство.
  • Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
  • Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
  • На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
  • Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
  • Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
  • Для 24 В – работает только на 24 вольта.
  • Мостовой – применена мостовая схема.
  • Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
  • Для светодиодов – высокая чувствительность.
  • Двухполярный ИБП, отличается качеством.
  • Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.
Читайте так же:
Материнская плата asus b150m pro gaming
Особенности

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

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами. Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель. За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

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

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

Применение импульсных блоков

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

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

Достоинства и недостатки
ИБП имеет следующие преимущества и достоинства:
  • Небольшой вес.
  • Увеличенный КПД.
  • Небольшая стоимость.
  • Интервал напряжения питания шире.
  • Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты. Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

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

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

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

Недостатки

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector