Как работают импульсные блоки питания. В чем их преимущества перед линейными источниками. Какие бывают типы импульсных преобразователей. Как правильно выбрать импульсный блок питания.
Принцип работы импульсного блока питания
Импульсный блок питания (ИБП) — это устройство для преобразования электрической энергии с использованием высокочастотного переключения полупроводниковых элементов. В отличие от линейных источников, где трансформация напряжения происходит на частоте сети 50/60 Гц, в ИБП применяется преобразование на частотах от десятков кГц до единиц МГц.
Основные этапы работы импульсного блока питания:
- Выпрямление входного переменного напряжения
- Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты
- Трансформация высокочастотного напряжения
- Выпрямление и фильтрация выходного напряжения
- Стабилизация выходного напряжения с помощью обратной связи
Ключевым элементом ИБП является высокочастотный преобразователь на основе силовых транзисторов. Он преобразует постоянное напряжение в переменное прямоугольной формы частотой 20-200 кГц. Это позволяет использовать компактный трансформатор для изменения уровня напряжения.
Преимущества импульсных блоков питания
Импульсные источники питания обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с линейными:
- Высокий КПД (до 90-95%) за счет работы транзисторов в ключевом режиме
- Малые габариты и вес благодаря высокочастотному преобразованию
- Возможность получения нескольких выходных напряжений
- Широкий диапазон входных напряжений
- Хорошая стабилизация выходного напряжения
- Защита от короткого замыкания и перегрузки
Именно поэтому импульсные блоки питания практически полностью вытеснили линейные источники в современной электронной аппаратуре.
Основные типы импульсных преобразователей
В зависимости от схемотехнического решения выделяют следующие типы импульсных преобразователей:Обратноходовые (Flyback)
Самый простой и распространенный тип для маломощных источников питания (до 150 Вт). Энергия запасается в магнитном поле трансформатора при открытом ключе и передается в нагрузку при закрытом.
Прямоходовые (Forward)
Применяются для средних мощностей 100-500 Вт. Энергия передается в нагрузку при открытом ключе через трансформатор.
Двухтактные (Push-pull)
Используют два ключа, работающих поочередно. Позволяют получить высокую мощность при меньших токах ключей. Применяются для мощностей 200-1000 Вт.
Полумостовые и мостовые
Наиболее мощные топологии для источников питания свыше 500 Вт. Обеспечивают высокий КПД и хорошее использование трансформатора.
Особенности применения импульсных блоков питания
При использовании ИБП следует учитывать некоторые их особенности:
- Генерация высокочастотных помех, требующих тщательного экранирования
- Сложность схемотехники и ремонта
- Чувствительность к перегрузкам по току
- Необходимость обеспечения вентиляции для охлаждения
Правильный выбор и грамотное применение импульсного источника питания позволяет в полной мере реализовать все его преимущества.
Как выбрать импульсный блок питания
При выборе ИБП следует обратить внимание на следующие характеристики:
- Выходная мощность и токи по каждому каналу
- Диапазон входных напряжений
- Стабильность выходного напряжения
- КПД
- Уровень пульсаций
- Наличие защит от перегрузки и КЗ
- Диапазон рабочих температур
- Уровень электромагнитных помех
Важно выбирать блок питания с запасом по мощности 20-30% от расчетной нагрузки. Это обеспечит стабильную работу и продлит срок службы устройства.
Применение импульсных блоков питания
Благодаря своим преимуществам, импульсные источники питания нашли широкое применение в различных областях:
- Компьютерная и офисная техника
- Бытовая электроника
- Промышленная автоматика
- Телекоммуникационное оборудование
- Светодиодные драйверы
- Зарядные устройства
- Источники бесперебойного питания
Практически вся современная электронная аппаратура использует импульсные блоки питания той или иной топологии.
Перспективы развития импульсных источников питания
Основные направления совершенствования ИБП:
- Повышение рабочих частот преобразования до единиц МГц
- Применение новых магнитных материалов для трансформаторов
- Использование карбид-кремниевых и нитрид-галлиевых транзисторов
- Цифровое управление для оптимизации режимов работы
- Снижение уровня электромагнитных помех
- Повышение удельной мощности и КПД
Это позволит создавать еще более компактные и эффективные источники питания для перспективной электронной аппаратуры.
Автор не несет ответственности за выход из строя каких-то компонент, произошедший в результате разгона. Используя данные материалы в любых целях, конечный пользователь принимает на себя всю ответственность. Материалы сайта представлены «as is».»Вступление.Этот эксперимент с частотой я затеял из-за не хватающей мощности БП. Когда компьютер покупался его мощности вполне хватало для этой конфигурации: AMD Duron 750Mhz / RAM DIMM 128 mb / PC Partner KT133 / HDD Samsung 20Gb / S3 Trio 3D/2X 8Mb AGP Без монитора — с помощью VGATV и через самодельный шнур подключался к телевизору 🙂 Постепенно он оброс устройствами: FDD Mitsumi 3,5″ 1,44Mb /модем Acorp 56 PML /монитор LG StudioWork 700b / Gigabyte Geforce 2MX 400 32 Mb после покупки видеокарты периодически (от
нескольких дней до нескольких месяцев)
наблюдался уход монитора в ждущий режим на
несколько секунд (не более 5 ). Наконец после покупки CDRom TEAC 540E — начались первые серьезные проблемы, которые усилились с покупкой CDRW TEAC 540W Проявлялось в основном в работе жесткого
диска — зависанием машины на некоторое
время, с сопутствующим щелканьем и
перезапуском винта, повреждением FAT и NFTS, с
последующей реанимацией данных (NFTS дольше
продержался, но вытащить с него мне ничего
не удалось). Спровоцировать это могли и CDRom с
CDRW, и видеокарта( по шине +5 вольт напряжение менялось в зависимости от работы машины и нагрузки — копирование , игра
в пределах 4.75-4.9. При запуске игры,
напряжение могло уменьшится до 4,75 вольт,
после чего игра вылетала в синий экран или в
лучшем случае просто закрывалась. Достаточно
настроить программу Mprobe вести log напряжений.
Последние записи в логе фиксируют
падение напряжения после запуска игры и до
момента когда система вылетает в синий
экран) 
Напряжение проседало, и прыгало в
зависимости от текущих операций(копирование,
игра и т.д.). Наконец, решил купить новый блок питания (с него бы надо было начинать :), но тогда бы не было этой статьи), но перед покупкой решил по экспериментировать. Теория.Мощность блока питания пропорциональна частоте тока проходящего через силовой трансформатор. Чем выше частота тока тем меньшим будет трансформатор в блоке питания при той же мощности. Для примера, блок питания ватт на 200 с обыкновенным трансформатором на 50 Гц вполне сможет заменить тренажер или хотя бы пудовую гирю. Частоты на которых работают блоки питания в среднем 30-50 кГц. Верхний диапазон ограничивается граничными частотами силовых транзисторов и критической частотой ферромагнетика трансформатора (примерно 100кГц, существуют блоки питания с частотами 500кГц).
Согласно
ШИМ – контроллер. , где k — коэффициент зависящий от микросхемы, как от конкретной модели, так и от производителя. У TL494 он равен 1,1, у KA7500 — 1,2 .
Для примера две схемы: Частота f для этой схемы получилась 57 кГц.
Практика.Частоту можно изменить заменив конденсатор C или(и) резистор R на другой номинал. Было бы правильно поставить
конденсатор с меньшей емкостью, а резистор
заменить на последовательно соединенные
постоянный резистор и переменный типа СП5 с гибкими выводами. Затем, уменьшая его сопротивление, измерять напряжение, пока напряжение не достигнет 5.0 вольт. Затем впаять постоянный резистор на место переменного, округлив номинал в большую сторону. Я пошел по более опасному пути - резко изменил частоту впаяв конденсатор меньшей ёмкости. У меня было:
По формуле получаем f=61,1 кГц После замены конденсатора стало:
f=91,6
кГц Согласно формуле:
частота увеличилась на 50% соответственно и мощность возросла. Если R не будем менять, то формула упрощается:
Или если С не будем менять, то формула : Проследите конденсатор и резистор подключенные к 5 и 6 ножкам микросхемы. и замените конденсатор на конденсатор с меньшей ёмкостью.
РезультатПосле разгона блока питания напряжение стало ровно 5.00 (мультиметр может иногда показать 5.01, что скорее всего погрешность), почти не реагируя на выполняемые задачи — при сильной нагрузке на шине +12 вольт (одновременная работа двух CD и двух винтов) — напряжение на шине +5В может кратковременно снизиться 4.98. Начали сильнее греться ключевые
транзисторы. Т.е. если раньше радиатор
был слегка теплый, то теперь он сильно
теплый, но не горячий. AMD Duron 750Mhz / RAM DIMM 256 Mb PC133/ PC Partner KT133 / HDD Samsung 20Gb / CD-ROM TEAC 540E/ CD-RW TEAC 540W/ Mobile Rack ATA100 with Fan /FDD Mitsumi 3,5″ 1,44Mb /модем Acorp 56 PML / Gigabyte Geforce 2MX 400 32 Mb / SB Creative Live Valve / LAN Realtek 8139 / ТВ тюнер Manli Home TV (SAA7130) / + 2 вентилятора в корпусе и 2 на процессоре( Mini SuperOrb ) Ссылки
Комментарии Renni:То что ты повысил частоту у тебя повысилось количество пилообразных импульсов за определенный промежуток времени, а как следствие повысилась частота с которой отслеживается нестабильности по питанию, так как нестабильности по питанию отслеживаются чаще то и импульсы на закрытие и открытие транзисторов в полумостовом ключе происходит с двойной частотой. Твои транзисторы обладают характеристиками, а конкретно своим быстродействием.: Увеличив частоту ты тем самым уменьшил размер мертвой зоны. Раз ты говоришь что транзисторы не греются значит они входят в той диапазон частот, значит тут казалось бы все хорошо. Но, есть и подводные камни. Перед тобой есть схема электрическая принципиальная? Я тебе сейчас по схеме объясню. Там в схеме посмотри где ключевые транзисторы, к коллектору и эмиттеру включены диоды. Они служат для рассасывания остаточного заряда в транзисторах и перегонке заряда в другое плечо(в конденсатор). Вот, если у этих товарищей скорость переключения низкая у тебя возможны сквозные токи — это прямой пробой твоих транзисторов. Возможно из за этого они будут греться. Теперь дальше, там дело не этом, там дело в том что после прямого тока, который прошел через диод. Он обладает инерционностью и когда появляется обратный ток,: у него какое то время еще не восстанавливается значение его сопротивления и по этому они характеризуются не частотой работы, а временем восстановления параметров. Если это время больше чем можно, то у тебя будут наблюдаться частичные сквозные токи из за этого возможны всплески как по напряжению так и по току. Во вторично это не так страшно, но в силовой части — это просто пи#дец,: мягко говоря.
Так вот продолжим. Во вторичной цепи эти переключения следующим не желательны, а именно: Там для стабилизации используются диоды Шотки, так вот по 12 вольтам что бы их подпирают напряжением -5 вольт.(прим. у меня кремниевые на 12 вольтах), так вот по 12 вольтам что бы их (диоды Шотки) можно было использовать подпирают напряжением -5 вольт. (Из-за низкого обратного напряжения, невозможно просто поставить диодов Шотки на шине 12 вольт, поэтому так извращаются). Но у кремниевых потери больше чем у диодов Шотки и реакция поменьше, если только они не из числа быстро восстанавливающихся. Так вот, если высокая частота, то у диодов Шотки наблюдается практически тот же эффект что и в силовой части + инерционность обмотки по -5 вольтам по отношению к +12 вольтам, делает невозможным использование диодов ШОТКИ, по этому увеличение частоты может со временем привести к выходу из строя онных. Я рассматриваю общий случай.
Так вот едем дальше. Дальше еще один прикол, связанный наконец непосредственно с цепью обратной связи. Когда ты образуешь отрицательную обратную связь, у тебя есть такое понятие как резонансная частота вот этой петли обратной связи. Если ты выйдешь на резонанс, то п#зда всей твоей схеме. Прости за грубое выражение. Потому что эта микросхема ШИМ всем управляет и требуется ее работа в режиме.
И на конец «темная лошадка» 😉 Ты понял о чем я? Трансформатор он самый, так вот у этой сцуки ведь тоже есть резонансная частота. Так эта дрянь ведь не унифицированная деталь, трансформатор намоточное изделие в каждом случае изготовляется индивидуально — по этой просто причине ты не знаешь характеристик на него. A если ты введешь своей частотой в резонанс ? Ты спалишь свой транс и БП можешь спокойно выкидывать. Внешне два абсолютно одинаковых трансформатора могут иметь абсолютно разные параметры. Ну факт тот что не правильной подборкой частоты ты мог спокойно спалить БП.При всех прочих условиях как все таки повысить мощность БП.
Повышаем мощность блока питания. Первым делом нам надо разобраться что такое мощность. Формула предельно проста — ток на напряжение. Напряжение в силовой части у нас составляет 310 вольт постоянки. Так вот так как на напряжение мы никак не можем влиять. Транс то у нас один. Мы можем увеличить только ток. Величину тока нам диктует две вещи- это транзисторы в полумосте и буферные емкости. Кондеры по больше, транзисторы по мощнее, так вот надо увеличить номинал емкости и поменять транзисторы на такие у которых больше ток цепи коллектор-эмиттер или просто ток коллектора, если не жалко можешь втулть туда на 1000 мкФ и не напрягаться с расчетами.
Так вот в этой цепи мы сделали все что могли, тут больше в принципе сделать ничего не возможно, разве что еще учесть напряжение и ток базы этих новых транзисторов. Если трансформатор маленький — это не поможет. Надо еще отрегулировать такую хрень как напряжение и ток при котором у тебя будет открываться и закрываться транзисторы. Теперь вроде как тут все.
Поехали во вторичную цепь.Теперь у нас на выходе обмоток тока доху……. Надо немного подправить наши цепи фильтрации, стабилизации и выпрямления. Для этотго мы берем в зависимости от реализации нашего БП и меняем диодные сборки в первую очередь, что бы обеспечивали возможность протекания нашего тока. В принципе все остальное можно оставить так как есть. Вот и все, вроде бы, ну на данный момент
Запас прочности должен быть. Тут дело в том что техника импульсная — вот это ее дурная сторона. Тут почти все построено на АЧХ и ФЧХ, на t реакции.: вот и все
Модернизация БП путем повышения частоты преобразования
Обратно |
||
Затем это прекратилось
и больше н повторялось.
TL494,
рабочая частота определяется конденсатором
Радиатор с
выпрямительными полумостами сильнее
греться не стал. Трансформатор также не
греется. С 18.09.2004 г. и по сегодняшний день
(15.01.05) к блоку питания нет никаких вопросов.
На данный момент следующая конфигурация:
Частота импульсного блока питания
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе.
Войдите , пожалуйста. Я так и не увидел выкладок почему именно такая емкость на выходе ККМ. Или просмотрел? Были расчеты или просто эмпирически с запасом?
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования
- Импульсные источники питания, теория и простые схемы
- Импульсные блоки питания. Виды и работа. Особенности и применение
- Выбор блока питания, трансформаторный или импульсный
- Импульсный блок питания — как он устроен?
- Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки
- Эволюция импульсных источников питания: от прошлого к будущему.
Часть 2
- Всё об импульсном блоке питания
- Как сделать импульсный блок питания своими руками – 3 лучшие схемы
Часть 2ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Принцип работы ШИМ контроллера UC3843 в импульсном блоке питания.
Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования
Отличия импульсного блока питания от обычного между трансформаторным и импульсными, а также их достоинства и недостатки. Например трансформаторный блок питания, в составе которого имеется трансформатор выполняющий функцию понижения сетевого напряжения до заданного, такая конструкция называется понижающим трансформатором.
Блоки питания работающие в импульсном режиме являются импульсным преобразователем или инвертором.
В импульсных источниках питания переменное напряжение на входе вначале выпрямляется, а затем происходит формирование импульсов необходимой частоты.
У такого ИП в отличии от обыкновенного силового трансформатора при одинаковой мощности намного меньше потерь и незначительные габаритные размеры полученные в следствии высокочастотного преобразования.
Самым распространенным блоком питания считается конструкция, в составе которого имеется понижающий трансформатор, его определенная обязанность — понижать входное напряжение.
Его первичная обмотка намотана с учетом работы с сетевым напряжением. Кроме понижающего трансформатора в таком БП установлен еще выпрямитель собранный на диодах, как правило применяется две пары выпрямительных диодов диодный мост и конденсаторах фильтра.
Такое устройство служит для преобразования однонаправленного пульсирующего переменного напряжение в постоянное. Не редко применяются и другие конструктивно выполненные устройства, например, выполняющий в выпрямителях функцию удвоения напряжения.
Кроме сглаживающих пульсации фильтров, там же могут быть элементы фильтра помех высокой частоты и всплесков, схема защиты от короткого замыкания, полупроводниковые приборы для стабилизации напряжения и тока.
Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем. Отличия импульсного блока питания от обычного — импульсные источники питания это инверторное устройство и является составляющей частью аппаратов бесперебойного электрического питания. В импульсных блоках переменное напряжение на входе вначале выпрямляется, а потом формирует импульсы определенной частоты. Преобразованное выходное постоянное напряжение имеет импульсы прямоугольной формы высокой частоты поступающее на трансформатор или сразу на выходной фильтр нижних частот.
В импульсных блоках питания часто используются небольшие по размерам трансформаторы — это вызвано тем, что при возрастании частоты увеличивается эффективность работы устройства, тем самым становятся меньше требования к размерам магнитопровода, необходимого для отдачи равнозначной мощности.
В основном такой магнитопровод изготавливается из ферромагнитных материалов служащих проводниками магнитного потока.
Отличия источников питания в частности от сердечника трансформатора низкой частоты, для изготовления которых применяется электротехническая сталь. Отличия импульсного блока питания от обычного — происходящая в импульсных источниках питания стабилизация напряжения возникает за счет цепи отрицательной обратной связи. ООС дает возможность обеспечивать выходное напряжение на достаточно устойчивом уровне не взирая на периодические скачки входящего напряжения и значение сопротивления нагрузки.
Отрицательную обратную связь также можно создать иными способами. Относительно импульсных источников питания имеющих гальваническую развязку от электрической сети, наиболее применяемый в таких случаях способ — это образование связи с помощью выходной обмотки трансформатора либо воспользоваться оптроном. С учетом значения величины сигнала отрицательной обратной связи, которое зависит от напряжения на выходе, меняется скважность импульсных сигналов на выходном выводе ШИМ-контроллера.
Если можно обойтись без гальванической развязки то, в таком случае, применяется обычный делитель напряжения собранный на постоянных резисторах. В конечном итоге, источник питания обеспечивает выходное напряжение стабильного характера. Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП. Похожие записи: Torus Power источник питания Бесперебойное питания Светодиодные драйверы для авто 78l05 схема включения Универсальные блоки питания: двухквадрантные биполярные источники.
Импульсные источники питания, теория и простые схемы
Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, — инверторы. Инвертор — это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности ширины импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования.
Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.
Импульсные блоки питания в большинстве случаев создают основную по нерушимому закону падающего бутерброда окажутся на частоте DX.
Импульсные блоки питания. Виды и работа. Особенности и применение
Вторичные источники электропитания часто используются для бытовой техники и промышленных установок, содержащих электронику. Изначально источники вторичного напряжения строились по схеме, которую принято называть трансформаторной. Принцип её работы состоит в трансформации сетевого напряжения до необходимого уровня с последующим его выпрямлением и стабилизацией. Типовая схема традиционного источника электропитания состоит из следующих элементов: силовой понижающий трансформатор, содержащий одну или несколько вторичных обмоток, в зависимости от потребностей питаемой схемы; выпрямительный блок, как правило, выполняется по схеме диодного моста; конденсатор фильтра, включенный между положительным и отрицательным выводами моста и необходимый для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, иногда для улучшения параметров фильтра, в схему добавляется дроссель; стабилизатор выходного напряжения, построенный на основе специализированной микросхемы или содержащий ключевой транзистор и небольшую схему управления.
Эти схемы надёжны в работе, не создают высокочастотных помех, обеспечивают гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями. Тем не менее есть ряд причин по которым они уступают блокам питания импульсного типа. Трансформаторы, преобразующие напряжение с частотой 50 герц, отличаются относительно большими габаритами и весом. Это свойство трансформаторных источников электропитания вступило в противоречие с общими принципами миниатюризации бытовых и промышленных электроприборов. Проблему удалось решить путём создания импульсных или инверторных блоков. Такие параметры трансформатора, как сечение магнитопровода, количество витков обмотки и сечение провода, существенно уменьшаются с увеличением частоты преобразуемого напряжения.
Выбор блока питания, трансформаторный или импульсный
Версия для печати Переопубликовать обзор. Неотъемлемой частью каждого компьютера является блок питания. Он важен так же, как и остальные части компьютера. При этом покупка блока питания осуществляется достаточно редко, так как хороший БП может обеспечить питанием несколько поколений систем.
Учитывая все это к приобретению блока питания необходимо отнестись очень серьезно, так как судьба компьютера в прямой зависимости от работы блока питания.
Первоначальное распространение импульсные блоки питания ИПБ получили преимущественно в телевизорах, в дальнейшем — в видеомагнитофонах, видеоаппаратуре и другой бытовой технике, что объясняется в основном двумя причинами.
Импульсный блок питания — как он устроен?
Импульсный источник питания — это инверторная система, в которой входное переменное напряжение выпрямляется, а потом полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсы высокой частоты и установленой скважности, которые как правило, подаются на импульсный трансформатор. Импульсные трансформаторы изготавливаются по такому же принципу, как и низкочастотные трансформаторы, только в качестве сердечника используется не сталь стальные пластины , а феромагнитные материалы — ферритовые сердечники. Выходное напряжение импульсного источника питания стабилизировано , это осуществляется посредством отрицательной обратной связи, что позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне даже при изменении входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока.
Обратная отрицательная связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания. Использование оптрона или же одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения.
Импульсный блок питания из сгоревшей лампочки
В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора , преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех. Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках. Основные отличия импульсных стабилизаторов.
Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор.
Трансформаторный или импульсный блок питания. Выбор блока питания. Емкость измерялась RLC метром Е при частоте Гц. У Ш образных.
Эволюция импульсных источников питания: от прошлого к будущему. Часть 2
Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе.
Всё об импульсном блоке питания
Импульсные блоки питания в большинстве случаев создают основную электромагнитную пелену помех в полосе 1 … МГц, то есть во всех КВ диапазонах и в начале УКВ. Дело осложняется и тем, что количество таких блоков исчисляется десятками в одном жилище компьютеры, мониторы, освещение, различные зарядные устройства и т. Даже если предположить идеальный случай соответствия нормам на паразитное излучение всех близлежащих блоков питания, то сумма нескольких десятков паразитных полей явно будет выше нормы.
И в своём КВ приёмнике вы услышите массу паразитных сигналов.
В статье рассматриваются методы катодной защиты трубопроводов и других металлических объектов и конструкций от коррозии. По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы.
Как сделать импульсный блок питания своими руками – 3 лучшие схемы
Блоки питания БП предназначены для реализации вторичной мощности в электрических цепях, а также для преобразования напряжения до необходимых значений. Элементы могут быть встроены в оборудование или подключаться самостоятельным звеном. Существует два принципа преобразования электроэнергии в устройствах: на основе аналогового трансформатора и на импульсных блоках питания ИБП. Трансформаторные БП. Особенность блоков питания такого типа заключается в использовании силового трансформатора для изменения напряжения в сети. Устройства понижают амплитуду синусоидальной гармоники и направляют ее в выпрямитель, состоящий из силовых диодов. Сглаживание происходит за счет параллельно подключенной емкости.
Импульсные блоки питания в большинстве случаев создают основную электромагнитную «пелену» помех в полосе частот Дело осложняется и тем, что число таких блоков исчисляется сегодня десятками в одном жилище компьютеры, мониторы, освещение, различные зарядные устройства и т. Даже если предположить идеальный случай — соответствие нормам на паразитное излучение всех близлежащих блоков питания, то сумма нескольких десятков паразитных полей явно будет выше нормы. И в своём КВ-приёмнике вы услышите массу паразитных сигналов, которые, по нерушимому закону «падающего бутерброда», окажутся на частоте DX.
Что такое частота переключения — Sunpower UK
Скорость, с которой напряжение постоянного тока включается и выключается в процессе широтно-импульсной модуляции в импульсном источнике питания.
Частота переключения в инверторе или преобразователе — это скорость, с которой переключающее устройство включается и выключается.
Типичные частоты находятся в диапазоне от нескольких кГц до нескольких мегагерц (20 кГц-2 МГц). Повышенная частота коммутации уменьшает размер связанных компонентов, таких как катушки индуктивности, трансформаторы, резисторы и конденсаторы, в дополнение к уменьшению занимаемого места на плате и в корпусе.
Эта частота влияет на выбор компонентов с точки зрения:
- Физические размеры, уменьшающиеся при более высоких частотах
- Электрические характеристики
- Частотная характеристика
- Минимальное время включения
- Потери мощности и др.
Схема с дискретными компонентами или интегральная схема могут использоваться в качестве генератора для генерации синусоидального или прямоугольного сигнала переключения, который обычно находится за пределами звукового диапазона. Преимущество модуля IC заключается в упрощении процесса проектирования.
Генератор синусоидальной или прямоугольной волны обычно используется для преобразования выпрямленного или постоянного напряжения батареи в более высокую частоту.
В источниках питания SMPS, где используются более высокие частоты, можно использовать контроллер PWM или PFM для регулирования того, как полевой МОП-транзистор, силовой транзистор или тиристор включается и выключается сигналом генератора. Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) изменяет рабочий цикл фиксированной частоты переключения и, таким образом, контролирует время, в течение которого устройство остается включенным или выключенным.
Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ) регулирует переменную частоту переключения, тем самым контролируя количество включений и выключений устройства в секунду, ЧИМ имеет постоянное время включения и время выключения. Обе модуляции обычно используются для сигнала переключения прямоугольной формы, который гораздо легче фильтровать и регулировать по сравнению с синусоидой.
Рисунок 1: Типичный импульсный источник питания с ШИМ-генератором, изображение предоставлено.
Частота переключения напрямую влияет на рассеиваемую мощность в переключающих элементах, таких как диод, транзисторы и тиристоры; индуктивные и емкостные паразитные элементы, а также электромагнитные помехи EMI.
По мере увеличения потребности в более высокой плотности мощности увеличиваются частоты, но также увеличиваются связанные с этим потери, такие как потери при переключении, возникающие при каждом включении устройства. Таким образом, эти потери ограничивают практическую максимальную частоту коммутации.
При проектировании SMPS необходимо учитывать различные потери и снижение эффективности, связанные с высокими частотами. Эти потери обычно возникают из-за:
- FET или тиристорные управляющие потери
- Коммутационные потери
- Потери сопротивления, катушки индуктивности и конденсатора
- Потери ИС
Эффективность при различных частотах переключения показана на рисунке ниже:
Рисунок 2: КПД при входном напряжении 5 В и на выходе 1,8 В на различных частотах, изображение предоставлено.
В схемах преобразователя используется широкий диапазон частот коммутации в зависимости от выходного напряжения, а иногда и нагрузки и доступного пространства.
Преимущества использования более высоких частот включают меньший размер компонентов, более быстрое время отклика на переходную нагрузку и меньшую пульсацию на выходе. Однако более высокие частоты снижают эффективность, увеличивают потери мощности, радиочастотный шум и электромагнитные помехи. Поэтому разработчик должен балансировать между всеми этими факторами, а также соблюдать спецификации производителей, чтобы выбрать компоненты, способные работать с проектной частотой.
SMPS: какую частоту переключения использовать? | Блог о дизайне печатных плат
Главная Дизайн печатной платы Схема схемы SMPS: какую частоту переключения использовать?
Захария Петерсон
| Создано: 1 декабря 2019 г.
 |  Обновлено: 25 сентября 2020 г.
Содержание
- Оптимизация частоты, потерь и шума в схеме SMPS
- Уменьшите SMPS -шипы с помощью Smart Mayout Worces
Производство электроэнергии на сетевом переключате Разработчики электроники и импульсных источников питания (SMPS) должны знать, что работа с более высокими частотами переключения может привести к более высоким потерям переключения в вашей системе. Однако стремление к миниатюризации источников питания и компонентов, входящих в их состав, вынуждает разработчиков работать с более высокими частотами переключения в своих схемах SMPS. Это затем создает проблемы, когда потери при переключении и шумы могут стать серьезными в вашей системе.
Как и большинство инженерных решений, выбор правильной частоты переключения представляет собой набор компромиссов, которые включают уменьшение размера компонентов, снижение потерь и устранение шума; может быть трудно или невозможно достичь всех трех одновременно.
Тем не менее, с некоторыми разумными решениями по компоновке печатных плат вы можете сбалансировать потребность в более высоких частотах и скоростях фронта в вашей схеме SMPS с необходимостью свести шум к минимуму.
Для того чтобы SMPS мог работать с меньшими компонентами, коммутирующий ШИМ-сигнал должен работать на более высокой частоте. Выходная катушка индуктивности, конденсатор и диод предназначены для пропускания постоянного тока через выход при фильтрации шума переключения, любых остаточных пульсаций входного напряжения (например, от цепи выпрямителя) и любых паразитных гармоник, которые могут присутствовать на входе. Другими словами, выход действует как фильтр нижних частот (на самом деле это полосовой фильтр RLC) в пределах определенной полосы пропускания. Мы можем определить частоту спада для этого фильтра (не путать с частотой изгиба переключаемого цифрового сигнала).
Чтобы предотвратить распространение шума переключения ШИМ через выход, частота переключения ШИМ должна быть больше, чем частота спада схемы.
Независимо от того, работаете ли вы с понижающей или повышающей топологией в своей цепи SMPS, частота спада на выходе будет обратно пропорциональна выходной емкости и индуктивности. Другими словами, вы можете использовать более мелкие компоненты в вашей схеме SMPS, если вы используете достаточно высокую частоту переключения ШИМ.
Принципиальная схема импульсно-импульсного импульсного источника питания
Обычно предполагается, что частота переключения ШИМ-сигнала в вашей цепи импульсного источника питания будет основным фактором, определяющим потери, которые затем преобразуются в тепло. Этот вопрос с использованием более высокой частоты правильный, но частота — не единственный параметр, определяющий потери в MOSFET. В действительности, при использовании мощных полевых МОП-транзисторов в схемах SMPS, скорость фронта является важным фактором, определяющим тепловые потери в цепи SMPS.
Ни один элемент схемы не является идеальным, но мы склонны считать их таковыми, когда это неуместно.
То же самое относится и к MOSFET, показанному выше. Когда сигнал ШИМ падает до 0 В, полевой МОП-транзистор может не отключиться полностью и может продолжать проводить ток, когда скорость фронта слишком мала. Если вы увеличите скорость фронта сигнала ШИМ, полевой МОП-транзистор может быть полностью зациклен, и его проводимость в выключенном состоянии будет меньше. Это фактически снижает потери мощности, даже если частота коммутации установлена на более высокое значение.
Комбинация более высокой частоты ШИМ и более высокой скорости фронта ШИМ позволяет использовать в схеме SMPS компоненты меньшего размера. Поскольку потери мощности (т. е. тепловыделение) ниже, можно использовать радиатор меньшего размера. Однако сигнал ШИМ с более высокой частотой излучает сильно, а более высокая скорость фронта приводит к переходной характеристике в цепи. Такое поведение полностью связано с паразитной емкостью и индуктивностью на уровне корпуса МОП-транзистора и компоновки платы. Вам необходимо убедиться, что ваша схема SMPS спланирована таким образом, чтобы паразитная индуктивность была сведена к минимуму.
Паразитная индуктивность в вашей цепи SMPS (которая включает нисходящий PDN) будет определять величину скачка напряжения в цепи SMPS. Паразитная емкость также вносит свой вклад в скачки напряжения/тока в цепи SMPS, но она не доминирует, пока вы не работаете с уровнями кВ. Этот конкретный всплеск напряжения из-за паразитной индуктивности занимает контуры цепи в вашей схеме SMPS, что может вызвать нагрузку на компоненты до точки отказа.
Если вы используете более высокую скорость фронта, вы вызовете больший переходный ток в вашей цепи SMPS. Даже относительно короткая дорожка (несколько см) на стандартной толщине FR4 будет иметь паразитную индуктивность ~10 нГн. Быстрый нарастающий фронт сигнала ШИМ с током включения в несколько ампер может вызвать всплеск в несколько вольт. Со временем это нагружает компоненты и приводит к выходу из строя ИИП.
Благодаря более высокой частоте переключения и более высокой частоте фронтов ШИМ вы можете использовать компоненты меньшего размера, чем эта катушка индуктивности и эти конденсаторы.
Преодоление этой проблемы может быть затруднено, поскольку для этого требуется удаление паразитных помех в цепи SMPS. Типичная стратегия при проектировании одной из этих схем состоит в том, чтобы запустить моделирование на основе вашей схемы для проверки функциональности, а затем провести тестирование после того, как вы запустите прототип. Надеемся, что с помощью изложенных здесь рекомендаций вы сможете сократить количество циклов прототипирования, необходимых для получения работающего устройства.
Инструменты проектирования в Altium Designer ® идеально подходят для проектирования схемы импульсных источников питания и создания прочной схемы, которую можно использовать для изготовления и сборки. С помощью инструментов моделирования до и после макета вы можете изучить свой проект, прежде чем переходить к производству. Теперь вы можете загрузить бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли инструментах компоновки, моделирования и планирования производства.
Поговорите с экспертом Altium сегодня, чтобы узнать больше.
Об авторе
Об авторе
Захария Петерсон имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. В настоящее время он предоставляет исследовательские, дизайнерские и маркетинговые услуги компаниям электронной промышленности. До работы в индустрии печатных плат он преподавал в Портлендском государственном университете и проводил исследования в области теории случайных лазеров, материалов и стабильности. Его опыт научных исследований охватывает темы лазеров на наночастицах, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых устройств, датчиков окружающей среды и стохастики. Его работы были опубликованы в более чем дюжине рецензируемых журналов и материалов конференций, и он написал более 2000 технических статей по проектированию печатных плат для ряда компаний. Он является членом Общества фотоники IEEE, Общества упаковки электроники IEEE, Американского физического общества и Ассоциации инженеров по печатным схемам (PCEA).
Ранее он был членом с правом голоса в Техническом консультативном комитете INCITS по квантовым вычислениям, работающем над техническими стандартами для квантовой электроники, а в настоящее время он работает в рабочей группе IEEE P3186, занимающейся интерфейсом порта, представляющим фотонные сигналы с использованием симуляторов цепей класса SPICE.
Другие материалы Zachariah Peterson
Связанные ресурсы
Риск против. Награда Во время недавней выставки IPC APEX было много дискуссий о SAP или полуаддитивных процессах производства печатных плат. Как и в случае с любой новой технологией в производстве печатных плат, были люди, которые были рады сразу же начать проектирование с гораздо меньшими размерами элементов и проработать неизбежные изменения в традиционном мыслительном процессе. Другие находятся в режиме «подождем и посмотрим», и, конечно, есть и несколько скептиков.
Было несколько стендов
Читать статьюКак НАСА планирует использовать технологию и дизайн 3D-печатных плат для космических миссий От редакции: Тони Крэддок / Shutterstock.com Вы заметили, как 3D-модель стала явлением? Кажется, что сейчас люди хотят печатать на 3D-принтере все, что они могут. Возможно, повальное увлечение 3D-печатью столкнется с Интернетом вещей, и мы получим печатную умную вилку. Пока другие люди пишут о 50 лучших вещах, которые можно сделать из них, а затем выбросить, я расскажу вам, как НАСА надеется использовать 3D-печать. Между ракетой Читать статью
Звон на печатной плате: причины и как уменьшить звон в печатных платах
Цифровые схемы особенно чувствительны к эффектам звонка.
Авторы и права редакции: Dikiiy / Shutterstock.com В моей самой первой электротехнической лаборатории мы построили печатную схему для подавления дребезга на выходе переключателя. Я помню, как видел на экране осциллографа исходный дрожащий сигнал, а затем выходной сигнал с подавленным дребезгом. Я чувствовал глубокое беспокойство, что что-то настолько безобидное в нашей жизни может быть таким… грязным. Это хорошо, что мой
Читать статью
Носимые технологии: функциональные и модные технологии
Вы когда-нибудь смотрели на старые фотографии своих родителей, когда они были моложе, и задавались вопросом: «Почему они носили эту отвратительную одежду?» Я считаю, что гигантские очки особенно плохи. Мода всегда была и остается важной, даже если тенденции меняются. Когда дело доходит до Интернета вещей (IoT) и носимой электроники, эстетика часто кажется отодвинутой на второй план.
Кажется, что дизайнеры позволяют функциональности определять внешний вид и форм-фактор, а не
Читать статью
Для проектировщиков, производителей и новаторов печатных плат: информационный бюллетень OnTrack, апрель 2017 г. Информационный бюллетень On Track Апрель 2017 г. ТОМ. 1 No 1 Добро пожаловать в первый выпуск информационного бюллетеня Altium ® On Track. В первую очередь это было создано для вас — проектировщика печатных плат, производителя и новатора. Это ежемесячное издание было разработано, чтобы возвышать, вдохновлять и вооружать дизайнеров во всем мире, чтобы они могли творить чудеса и помогать использовать технологии следующего поколения. Когда такая компания, как Altium, начинает «взрослеть», о ней легко забыть. Читать статью
Выбор компилятора для автомобильных приложений
Рис.
1. «Автомобиль будущего» уже не за горами! Возможности компилятора для автомобильных приложений Возможности компилятора неодинаковы для различных предложений автомобильной промышленности. Некоторые компиляторы построены на компиляторах с открытым исходным кодом. На первый взгляд, они кажутся функциональными и недорогими. Однако эти два слова редко встречаются вместе в одном предложении, и уж точно не здесь. Несмотря на то, что они недорогие, у них есть некоторые основные
Читать статью
Передовые решения для проектирования печатных плат требуют краткосрочного и долгосрочного программного обеспечения EDA
Мой дедушка научил меня всегда использовать правильный инструмент для работы. Он сказал мне это, потому что я сломал одну из его отверток, когда использовал ее как монтировку.
Жалко дедушку. Вы можете ничего не сломать, используя неправильный аппарат, но вы гарантированно будете слишком долго заканчивать свою работу. Тот же принцип применим и к дизайну печатной платы. Поскольку платы становятся все более сложными, дизайнерам нужны более совершенные инструменты для их создания. Вы можете попробовать поработать с
Читать статью
Важные функции, которые следует учитывать при сравнении и повторном сравнении программного обеспечения для проектирования печатных плат
Все, кто меня знает, знают, что я ненавижу ходить по магазинам. Это относится как к лабораторному оборудованию и программному обеспечению, так и к одежде и автомобилям. На самом низком уровне у меня были срывы в торговом центре, и мне приходилось вызывать такси, пока мои друзья еще были на высоте.
Теперь, когда я делаю покупки, мне нравится приобретать что-то максимально близкое к идеальному для меня, чтобы мне не приходилось повторять этот опыт в течение длительного времени. Итак, если я ищу программное обеспечение ECAD, какие функции и поддержка
Читать статью
Почему увеличение сложности проектирования требует лучшего профессионального программного обеспечения для проектирования печатных плат
Разве в детстве все не казалось таким простым? Нет работы, на которой можно было бы работать, нет ипотеки, которую нужно платить, и нет собственных детей, с которыми можно было бы спорить.
