Как выбрать подходящий источник питания
Очень часто встречается распространенный вопрос, — какой блок выбрать для питания усилителя, светодиодной подсветки, регулируемого преобразователя и других, не менее полезных устройств. Выбор источника питания задача ответственная, потому давайте обсудим, чем они отличаются и как выбрать «тот единственный».
| Время чтения: 17 минут |
| Автор статьи — Андрей Кириченко |
Важное в статье:
- Отличие блоков питания
- Тип источника питания: импульсный или линейный
- Диапазон входного напряжения
- Выходное напряжение
- Мощность
- Количество каналов
- Конструкция
- Охлаждение
- Производитель
- Источники питания AC/DC в корпусе
- Маломощные блоки питания
- Ультратонкие блоки питания
- Источники питания средней мощности
- Мощные блоки питания
- Ультраплоские блоки питания
- Влагозащищенные блоки питания для светодиодов
- Сфера применения
- Источники питания AC/DC компании Hongwei
- Источники питания AC/DC компании Mean Well
- Топ лучших блоков питания AC/DC – основные характеристики
Отличие блоков питания
Начать стоит с пояснения, чем они вообще отличаются друг от друга, это позволит лучше определить требования к ним с учетом поставленной задачи.
Тип источника питания: импульсный или линейный
В последнее время «обычные» блоки отошли даже не на второй, а скорее на третий план, потому большой шанс, что проще купить импульсный БП, а точнее ИИП — импульсный источник питания. Это не значит, что трансформаторные БП не нужны, они применяются там, где необходим, например, пониженный уровень помех или повышенная электробезопасность.
Тип источника питания: импульсный или линейный
Диапазон входного напряжения
БП обычно имеют либо «широкий» диапазон 85 (100)-265 Вольт, либо «узкий» 198-265, при этом чаще в «широком» диапазоне работают маломощные БП, а у мощных ставят переключатель 115/230 Вольт.
Диапазон входного напряжения на примере маломощного и мощного БП
Выходное напряжение
Выходные напряжения у ИП обычно имеют значения: 3.3, 5, 9, 12, 15, 24, 36, 48, 60 Вольт — из этого ряда подбирают подходящий.
- 5В — адресные светодиодные ленты, USB устройства, светодиодные экраны;
- 12-24В — обычные светодиодные ленты, усилители, мониторы, радиостанции, 3D принтеры;
- 36В — хорошо подходят для питания различных преобразователей;
- 48В — PoE устройства, понижающие преобразователи.
В большинстве случаев допускается регулировка в небольших пределах, около +\-10%, максимально же можно регулировать до 15-20%, дальше могут начаться проблемы. Для регулировки используется подстроечный резистор.
Регулировка выходного напряжения при помощи подстроечного резистора
Мощность
С большим шансом вероятности вам понадобятся источники от 5-10 Ватт и до 500-600, но существуют гораздо более мощные модели. С напряжением, здесь также есть некое деление на группы — 10, 25, 35, 50 (60), 100, 150, 200, 240 Ватт.
Если ваша нагрузка имеет кратковременный характер, то мощность можно брать почти без запаса, но если речь о длительной работе, то лучше брать запас порядка 20-25% для недорогих, 10-15% для фирменных, это увеличит их ресурс.
Входное/выходное напряжение и мощность указывается на наклейке, которую вы можете найти на корпусе.
При этом часто мощность и выходное напряжение можно понять даже из названия модели, например, справа S-120-24, 120 это его мощность, а 24 это выходное напряжение.
Пример отображения мощности и выходного напряжения из названия модели на корпусе прибора
Количество каналов
Преобладают одноканальные БП, но есть варианты с несколькими напряжениями, например, 12 и 5 Вольт. Существуют блоки, совмещенные с функцией ИБП (источник бесперебойного питания).
Конструкция
Источники бывают в виде платы, в пластиковом корпусе, металлическом перфорированном, обычные и уменьшенной толщины (низкопрофильные), для монтажа на панель или DIN рейку, узкие для светодиодных светильников. В плане распространения популярности применяются — в алюминиевом корпусе с кожухом.
Конструктивное исполнение источников питания AC/DC
Охлаждение
Бывает пассивное и активное, при помощи вентилятора.
По возможности лучше использовать с пассивным охлаждением, при этом его корпус работает как радиатор, а так как вентилятора нет, то нечему забиваться пылью. К сожалению, мощность БП с пассивным охлаждением часто ограничена на уровне 200-250 Ватт, блоки более 300-350 Ватт идут уже с вентилятором.
Блок питания AC/DC с активным охлаждением
Производитель
Конечно, лучше покупать что-то фирменное, например, известный многим Mean Well или Hongwei, но если задача не сильно критичная, то подойдет и что-то от менее известных производителей, цена там будет пониже.
Источники питания AC/DC в корпусе
Сегодня в статье будут описаны, наверное, одни из самых популярных блоков, особенно с среды радиолюбителей.
Речь пойдет о БП в кожухе. Они имеют хорошее соотношение мощность/цена, удобное подключение при помощи клемников, большой выбор моделей.
Маломощные блоки питания
Начнем с самых маломощных моделей, одна из них показана слева, имеет мощность 12 Ватт при выходном напряжении в 12 Вольт.
Но заметно более интересна целая линейка блоков 25-60 Ватт, так как выпускается она с разными выходными напряжениями, соответственно, токами. Внутри это часто неплохие ИП, работают в широком диапазоне напряжений, что хорошо при больших колебаниях напряжения в сети.
Как пример, модели:
- Блок питания, 12В, 2А, 25Вт
- Блок питания, 12В, 3А, 36Вт
- Импульсный блок питания, 12В, 5А, 60Вт
- Блок питания S-36-24
Внешне они почти не отличаются, разобраться можно по маркировке, где первое число — это мощность, а второе, выходное напряжение. Такие блоки удобны для питания различных зарядных устройств, камер видеонаблюдения, светодиодных лент, вентиляторов.
Пример маломощных блоков питания
Ультратонкие блоки питания
Отдельную группу занимают ультратонкие БП, хотя, наверное, корректнее их называть ультраузкими, так как они имеют малый размер в сечении, но большие в длину.
Такие блоки также имеют стандартное выходное напряжение в 12 или 24 Вольт, а мощность обычно порядка 12-48 Ватт, хотя существуют более мощные модели.
Сфера применения понятна уже из форм-фактора, светодиодное освещение, но конечно никто не мешает использовать их для других потребителей.
Источники питания AC/DC серии LF-CB
Маркировка здесь немного отличается, первое число также обозначает мощность, а вот второе это выходной ток, потому выходное напряжение можно узнать либо из полной маркировки, либо разделив первое число на второе.
Ниже пример маркировки на корпусе для LF-CB48-4А, который соответственно имеет на выходе 12 Вольт при токе до 4 Ампер. Данная серия блоков рассчитана на «узкий» диапазон входного напряжения, от 180 до 260 Вольт.
Пример маркировки на корпусе блока питания LF-CB48-4А
К той же серии относятся источники NeonPro производства Hyrite, а то, что они выпускаются только на напряжение 12 и 24 Вольт как раз говорит про преимущественное использование для питания светодиодных лент, которые также чаще делают на 12 и 24 Вольт.
Естественно, как у предыдущих имеется полный комплекс защит, от перегрева, перегрузки, короткого замыкания.
Источники питания NeonPro производства Hyrite
Источники питания средней мощности
Не безынтересны БП, имеющие некий средний размер между совсем большими и показанными выше. Здесь также корпус является радиатором, есть варианты большей мощности, имеющие активное охлаждение. Применяют их там, где есть ограничение по ширине корпуса.
Как пример можно привести популярные модели S-75-24, S-120-12 имеющие мощность 75, 120 Ватт соответственно. Маркировка стандартная, первое число мощность в Ваттах, второе, выходное напряжение.
Мощные блоки питания
Отдельно стоит выделить ИП мощностью от 600 Ватт и выше. Например, блок питания напряжением 12 Вольт, номинальным током 50 Ампер.
Рассмотрим три ИИП мощностью 1,2 киловатт с разным напряжением:
|
1200-ваттный источник применяется для питания рекламных стендов. Имеет встроенную защиту от перенапряжения, перегрузки по току и короткого замыкания. В качестве достоинств данного ИБП выделяют – небольшой вес, высокий КПД, допуск большого интервала питающего напряжения. |
Импульсный блок питания, 12В, 100А, 1200Вт |
|
Блок питания, 24В, 50А, 1200Вт |
AC-DC преобразователь пригодится в проектировании освещения большой мощности, например, для светодиодных лент, работающих от напряжения в 24 вольта. Многие камеры видеонаблюдения питаются от пониженного напряжения, и для их работы тоже нужен блок питания. |
|
Данный блок питания имеет 48-вольтное напряжение при номинальном токе 25 Ампер. В его конструкции используются высокочастотные трансформаторы небольших размеров, мощность которых не уступает тяжелым и большим НЧ трансформаторам. Этим объясняются небольшие вес и габариты стабилизатора. |
Импульсный блок питания, 48В, 25А, 1200Вт |
Также стоит упомянуть про некоторые новинки БП от производителя Kejian.
Ниже сравним несколько преобразователей AC/DC.
| Наименование модели | S-600-24 | S-600-36 | S-800-36 | S-800-48 |
| Выходное напряжение | 24 В | 36 В | 36 В | 48 В |
| Выходной ток | 25 А | 16 А | 22 А | 16,6 А |
| Мощность | 600 Вт | 600 Вт | 800 Вт | 800 Вт |
Ультраплоские блоки питания
Еще полезным классом являются ультраплоские блоки, которые используются для встраиваемых решений, мощность таких ИП обычно от 120 до 400 Ватт.
При этом большая часть моделей имеет пассивное охлаждение, хотя у моделей мощностью более 300 Ватт уже стоит вентилятор.
Например, Импульсный блок питания, 12В, 20А, 250Вт и Fengshuo 12V300W с пассивным охлаждением. А вот модель 12V300W имеет уже активное охлаждение, так как чем ниже выходное напряжение, тем ниже КПД блока питания.
Влагозащищенные блоки питания для светодиодов
Сейчас часто на блоках пишут — LED Power supply, соответственно покупатели интересуются, они предназначены только для светодиодного освещения? Конечно нет, такие и похожие источники питания абсолютно спокойной можно использовать для любых других нагрузок вплоть до аудио усилителей. Фактически это самые обычные БП, просто с дополнительной надписью.
А вот если нужен именно драйвер, при помощи которого питают мощные светодиодные матрицы, то следует искать надпись — LED driver, также обычно выходное напряжение у них указано в виде диапазона, например, 24-36, 30-49 Вольт, хотя бывают варианты с фиксированным напряжением.
Ключевое различие между блоком и драйвером в том, что для драйвера режим работы с непрерывным ограничением тока является штатным, а для БП, аварийным.
Примеры блоков LED Power supply и LED driver
Сфера применения
Помимо светодиодного освещения большую популярность набирают 3D принтеры, где большая мощность требуется для подогрева стола, напряжение при этом чаще 12 или 24 Вольт.
В таких случаях неплохим вариантом будет применение блоков в кожухе использующих пассивное охлаждение. Обусловлен такой выбор тем, что вентилятор — это лишний шум, а принтер работает по много часов, также вентилятор является потенциальным узлом отказа и если он остановится, то источник, скорее всего, выйдет из строя. Требуемая мощность при этом находится в диапазоне 150-200 Ватт, потому лучше использовать блоки мощностью 240 Ватт, например, Блок питания, 12В, 20А, 240Вт.
Блок питания мощностью 240 Ватт
Еще одна сфера применения, питание светодиодных экранов и адресных светодиодных лент.
Особенность заключается в том, что им требуется напряжение 5 Вольт, большой ток, порядка 30-50 Ампер и более. В таких случаях требуются уже блоки питания с активным охлаждением, так как кроме большой мощности у них часто ниже КПД из-за небольшого напряжения.
Есть вариант обойти эту особенность путем разделения нагрузки на несколько групп, запитав их от менее мощных блоков, но стоимость такого решения выше.
Блок питания с активным охлаждением
Пример применения блока 5 Вольт в качестве источника для многоканальной зарядной станции или небольшой «майнинг фермы».
Источник питания AC/DC с напряжением 5 Вольт
Более мощные блоки применяются для питания станков с ЧПУ, а также регулируемых преобразователей напряжения. Здесь требуемое напряжение находится в диапазоне 48-60 Вольт, а мощность 800 Ватт и более.
Эти ИП заметно крупнее, имеют внутри более мощный вентилятор, а то и два, отдельное питание ШИМ контроллера, радиаторы увеличенной площади.
Как пример, Kejian S-800-48, Kejian S-1200-48 с мощностью соответственно 800, 1200 Ватт, напряжением 48 Вольт, также есть модели на другое напряжение — Kejian S-1000-24 (1000 Ватт, 24 Вольт), Kejian S-1200-12 (1200 Ватт, 12 Вольт).
Источник питания AC/DC фирмы Kejian
В некоторых ситуациях приходится устанавливать блок на улице, часто в этом случае применяют блоки в герметичном корпусе. Если необходима большая мощность и активное охлаждение, то применяют решение с нижней установкой вентилятора. Подобные источники не являются герметичными, но корпус спроектирован так, что они нормально работают в уличных условиях, хотя для электробезопасности нужно все равно использовать корпус.
Хорошим примером является NeonPro RLDV-12E600C мощностью 600 Ватт, с напряжением 12 Вольт.
Источник питания NeonPro RLDV-12E600C мощностью 600 Ватт
Источники питания AC/DC компании Hongwei
|
Бюджетный вариант мощного блока питания закрытого типа представляет фирма Hongwei. Для примера сравним несколько анализаторов. Рассмотрим модель HW-12V-500W – недорогой БП импульсного типа с одним выходным каналом и степенью влагозащиты IP20. Также в нем реализована защита от перегрузок, перенапряжения и короткого замыкания. На панели подключения находятся 9 клеммных колодок, в том числе колодка заземления. Благодаря специальному потенциометру производится тонкая подстройка напряжения. |
Блок питания Hongwei HW-12V-500W (12В, 40А, 500Вт) |
Для примера сравним несколько из них.
Блок питания Hongwei HW-12V-500W
|
Блок питания Hongwei HW-48V-500W (48В, 10А, 500Вт) |
Взглянем на другую модель с регулируемым выходным напряжением до 48 Вольт — HW-48V-500W. Данные источники питания предназначены, прежде всего, для запитывания светодиодных лент, модулей и линеек, а мощности в 500 Ватт хватит для обеспечения энергией большого количества элементов одновременно. |
Внутри прибора встроена интеллектуальная система охлаждения, которая позволяет не превышать уровень пульсаций и шумов более 280 милливольт. Коэффициент полезного действия составляет более 88%.
Блок питания Hongwei HW-48V-500W
Источники питания AC/DC компании Mean Well
Конечно, отдельно стоит сказать про одного из самых крупных производителей, фирму Mean Well. Она производит настолько большой ассортимент блоков, светодиодных драйверов и преобразователей, что они просто не влезут в формат обзорной статьи, потому придется кратко о ключевых моделях.
Очень долгое время популярной была модель серии NES, как пример NES-350-24, также часто использовали модели серии RS, отличающейся повышенной надежностью.
Но фирма Mean Well выпустила серию LRS, которая при такой же ширине и длине как у NES имеет меньше высоту, потому считается низкопрофильной. Изменения коснулись и «начинки», которая стала более современной, потому получилось сделать их компактнее.
Модели серии LRS выпускаются как с пассивным охлаждением, например, LRS-100-12, LRS-150-12 мощностью 100, 150 Ватт, так и с активным у LRS-350-12. При этом первое число обозначает мощность, а второе, выходное напряжение.
Источники питания AC/DC LRS-100-12, LRS-150-12, LRS-350-12
В продаже есть большое количество очень похожих БП под другими названиями, но что примечательно, часто они настолько похожи снаружи и внутри, что можно их даже перепутать. По большому счету другие производители копируют фирму Mean Well, качество обычно при этом немного ниже, но стоят они дешевле.
Примеры аналогов блоков питания фирмы Mean Well
Топ лучших блоков питания AC/DC – основные характеристики
Чтобы выбрать оптимальный прибор для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), мы отобрали для вас лучшие источники питания 12, 24 и 48 Вольт:
| Лучшие блоки питания AC/DC напряжением 12 Вольт |
Блок питания, 12В, 3А, 36Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 12 В Выходной ток: 3 А Мощность: 36 Вт Защита от: перегрузки по току |
|
Блок питания, 12В, 1А, 12Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 12 В Выходной ток: 1 А Мощность: 12 Вт Защита от: перегрузки по току |
|
|
Блок питания Hongwei HW-12V-500W (12В, 40А, 500Вт) |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 12 В Выходной ток: 41,7 А Мощность: 500 Вт Защита от: перегрузки по току, короткого замыкания |
|
|
Блок питания, 12В, 30А, 360Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 12 В Выходной ток: 30 А Мощность: 360 Вт Защита от: перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания |
|
|
Блок питания, 12В, 15А, 180Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 12 В Выходной ток: 15 А Мощность: 180 Вт Защита от: перегрузки по току, перегрева |
|
| Лучшие блоки питания AC/DC напряжением 24 Вольт |
Блок питания, 24В, 10А, 240Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 24 В Выходной ток: 10 А Мощность: 240 Вт Защита от: перегрузки по току |
|
Блок питания, 24В, 20А, 500Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 24 В Выходной ток: 20 А Мощность: 180 Вт Защита от: перегрузки по току, короткого замыкания |
|
|
Блок питания, 24В, 15А, 360Вт |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 24 В Выходной ток: 15 А Мощность: 360 Вт Защита от: перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания |
|
| Лучшие блоки питания AC/DC напряжением 48 Вольт |
Блок питания Hongwei HW-48V-500W (48В, 10А, 500Вт) |
Основные характеристики: Выходное напряжение: 48 В Выходной ток: 10,4 А Мощность: 500 Вт Защита от: перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания |
Ну а под конец статьи стоит выделить основные моменты, которые надо учесть при выборе блока питания.
- Входное напряжение — для нормальных условий не имеет значения, для мест с нестабильной сетью лучше взять блок с широким диапазоном, но мощность их обычно ограничена на уровне 100-150 Ватт.
- Выходное напряжение — зависит от задачи, кроме того часто его можно немного подкорректировать.
- Выходной ток — не менее требуемого, можно больше, хуже нагрузке от этого не будет.
- Выходная мощность — лучше с запасом примерно на 20-30% в зависимости от производителя, особенно если предполагается длительная работа с полной нагрузкой.
- Охлаждение — предпочтительнее пассивное, но обычно мощность таких БП ограничена, кроме того они стоят больше. Из преимуществ, нет механических узлов, они гораздо меньше забиваются пылью.
- Производитель — Mean Well, Kejian, Sanpu, NeonPro, Fengshuo.
Относитесь к выбору блока питания ответственно, так как от этого зависит надежная, длительная работа ваших устройств.
Некоторые методы уменьшения габаритов и повышения эффективности источников питания AC/DC
Жданкин Виктор — [email protected]
№ 4’2008
PDF версия
В статье представлены некоторые принципы конструирования современных источников питания AC/DC, применение которых приводит к получению высоких параметров источников питания и улучшению их потребительских качеств. Приведены рекомендации по проектированию, проверенные при разработке источников питания специалистами компании XP Power (Великобритания).
В настоящее время усовершенствования в конструкции преобразователей переменного напряжения в постоянное (АC/DC) являются скорее эволюционными, чем революционными. Удобно довольствоваться испытанными подходами, потому что ни один из новых методов проектирования, насколько можно ожидать, не обеспечивает больших преимуществ.
При разработке источника питания ставится цель: определить те небольшие усовершенствования, которые должны быть сделаны в различных частях конструкции устройства для улучшения значений удельной мощности, эффективности и показателей электромагнитной совместимости.
Развивается тенденция к снижению габаритов источников питания, что позволяет предоставить больше места в системе для дополнительные функциональных возможностей и вычислительных мощностей. При этом источники питания должны соответствовать стандартным форматам, чтобы разработчики могли избежать затрат на переработку конструкции системы.
Для источников питания АC/DC не существует существенных технологических достижений, ведущих к уменьшению размеров устройств, поэтому оптимально сочетание изобретательности и тщательного конструирования. В статье рассматриваются принципы проектирования, которые можно комплексно использовать для минимизации габаритов и стоимости источников питания и, в то же время, для увеличения эффективности и гибкости их применений.
Перечислим типичные цели при проектировании источника питания.
Источник питания должен быть как можно меньше для экономии пространства и предоставления места для дополнительных системных функций. Он должен вносить минимальный вклад в рассеиваемую в системе тепловую мощность. Важно, чтобы источники питания имели высокую эффективность, тогда для экономии объема возможно применение внешних теплоотводов (радиаторов) с меньшими размерами. Для источников питания с выходными мощностями от 100 до 200 Вт достижение значения КПД 90% вполне реально. Улучшение значения КПД
на 1% означает уменьшение на 10% тепловой мощности на верхней границе диапазона, а это может обеспечить существенное различие в необходимой для источника питания степени охлаждения. Конечно, стоимость включает в себя расходы на материалы и на изготовление технологически сложного изделия, поэтому важным фактором является простота конструкции источника питания. Наконец, следует учесть важность таких функций, как осуществление внешнего управления и сигнализация о неисправностях, равномерное распределение тока нагрузки между модулями при параллельном включении, способность сохранять рабочие характеристики в широком диапазоне входных напряжений сети переменного напряжения.
Рассмотрим основные каскады источника питания AC/DC и проанализируем некоторые хорошо проверенные методы уменьшения габаритных размеров и стоимости без ущерба для параметров и функциональных возможностей.
Входной фильтр. Двухзвенная конструкция фильтра на основе сердечников с высоким значением магнитной проницаемости минимизирует размеры и обеспечивает подавление синфазных и дифференциальных составляющих помех. Установка некоторых компонентов вертикально может сэкономить площадь печатной платы и улучшить условия для охлаждения.
Каскад коррекции коэффициента мощности (ККМ). Применение карбид-кремниевых (Б1С) диодов стало экономически оправданным за последние три года, так как снизились цены на эти компоненты. Низкое значение обратного тока восстановления позволяет не применять демпфирующую цепь, что приводит к экономии 5 или 6 компонентов. К тому же применение 8гС-диодов [1] способствует увеличению КПД на 1%. Использование дросселя с дискретными зазорами, распределенными вдоль обмотки, обеспечивает высокую индуктивность при большом значении входного напряжения и сохраняет максимальную плотность магнитного потока при пониженном напряжении в сети.
Применение корректора КМ, работающего в режиме непрерывного тока дросселя, исключаетвозможность резкого изменения тока и, соответственно, уменьшает содержание высших гармоник во входном токе и снижает требования к входному фильтру.Основной преобразователь. Применение резонансной топологии преобразователя может практически исключить коммутационные потери. При этом не только улучшается эффективность источника питания, но и становится возможным использование радиаторов с меньшими размерами. На практике, применение в некоторых случаях компактных керамических теплоотводов для силовых транзисторов предпочтительней металлических [2]. Преимущества керамических радиаторов — это снижение помех и, как следствие, упрощение фильтрации, так как радиаторы не имеют паразитной емкостной связи с МОSFET-ключом. К тому же, используются меньшие зазоры и расстояния утечек по сравнению с металлическими радиаторами. Это дает дополнительную экономию площади.
Во многих конструкциях на коммутирующий ключ конвертора поступает напряжение около 370 В.
В случае использования в качестве коммутирующего ключа одного МОSFET, противо-ЭДС, наводимая за счет накопленной магнитной энергии в первичной обмотке трансформатора, при открытом ключе вынуждает использовать МОSFЕТ-ключ с предельным рабочим напряжением 1000 В (объясняется это и тем, что при скоростях изменения напряжений и токов, которые обеспечивают МОSFЕТ, выбросы напряжения за счет паразитных индуктивностей подводящих проводов и выводов конденсаторов могут привести к отказу элемента). В настоящее время МОSFЕТ с такими рабочими напряжениями доступны, но они относительно дороги и характеризуются большим сопротивлением открытого канала RDC(on) — примерно 40 мОм, что значительно снижает эффективность. Необходимо также применять демпфирующую цепь для ограничения импульсов напряжения, воздействующих на входной конденсатор, добавлять размагничивающую обмотку на силовом трансформаторе для передачи энергии обратного такта в первичный источник или нагрузку и другие компоненты, поэтому количество компонентов, стоимость и площадь печатной платы возрастают. Более разумным решением является применение двух транзисторов МОSFЕТ, установленных так, как это показано на рис. 1. Транзисторы работают совместно на любой из сторон вторичной обмотки трансформатора, и к диодам в прямом направлении прикладывается напряжение примерно на 1 В больше входного напряжения, они ограничивают максимальное обратное напряжение, создаваемое магнитной энергией, накопленной в обмотке трансформатора, защищают накопительный конденсатор и устраняют необходимость в демпфирующей цепи. Стоимость МОSFЕТ с рабочим напряжением 500 В составляет около 1/6 стоимости МОSFЕТ с рабочим напряжением 1000 В, и это компоненты с сопротивлением открытого канала RDC(on) не выше 5 мОм, их поставляет ряд компаний. Несмотря на минимальное количество компонентов, вариант А (применение в качестве коммутирующего ключа одного MOSFET с рабочим напряжением 1000 В) является более дорогостоящим и менее эффективным по сравнению с вариантом B (использование двух MOSFET с небольшим значением сопротивления открытого канала).Выходной выпрямитель. Здесь выбор за синхронным выпрямлением: использование MOSFET предпочтительней, чем выходных выпрямительных диодов [3], [4]. Например, ток 20 А, протекающий через диод, и падение напряжения на диоде 0,5 В дают рассеивание мощности 10 Вт. Применяемый в качестве синхронного ключа MOSFET ссопротивлением канала в открытом состоянии 14 мОм при температуре +100 °С рассеивает только 5,6 Вт, а это уменьшение рассеиваемой мощности на 44%. И здесь керамические основания могут заменить традиционные металлические радиаторы.
5. Схема управления. В последнее время производители полупроводниковых изделий разрабатывают все больше интегральных схем управления для источников питания. Это ведет к экономии, как количества компонентов, так и площади печатной платы, даже в тех случаях, когда стоимость интегральных микросхем выше, чем использование для схем управления аналоговых (операционные усилители, компараторы, таймеры), логических микросхем и дискретных компонентов. В качестве примера можно привести микросхему типа IR1150 — это интегральная микросхема контроллера корректора коэффициента мощности однотакт-ного типа (one-cycle control), которая позволяет значительно сократить число компонентов без снижения характеристик источника питания. Подобные специализированные микросхемы могут обеспечить управление основным преобразователем напряжения и защиту от перегрузки, перенапряжения и перегрева. Они также могут управлять коммутацией выходного выпрямителя. Другие желаемые варианты управления для повышенной гибкости применений — это распределение мощности с синхронным монотонным запуском [5], схема выключения источника посредством логического управления, сигнал статуса источника питания (Power Good) и управление функциональными возможностями, необходимыми для конвертора дежурного режима (standby) [6]. Преобразователь дежурного режима обеспечивает независимый выходной канал напряжения 5 В при наличии переменного напряжения. На рис. 2 представлен источник питания AC/DC EMA212 — типичное современное устройство, созданное с применением новейших методов проектирования.
Применение некоторых из описанных методов позволило обеспечить выходную мощность 212,5 Вт источника питания EMA212 компании XP Power. Этот ИП имеет габаритные размеры 76,2x127x31 мм. Высокое значение удельной мощности обеспечивается на площади, принятой в промышленности в качестве стандартной, и при этом источник питания может быть установлен в конструктив высотой 1U. Устройство обеспечивает 12, 24 или 48 В по основному каналу (выходная мощность более 200 Вт), 12 В/1 A для обеспечения питанием вентилятора и 5 В для дежурного питания. Для охлаждения необходимо применениевоздушного потока небольшой интенсивности, который может быть обеспечен стандартными вентиляторами с площадью 40×40 мм. Принудительное охлаждение воздушным потоком в настоящее время является стандартным во многих коммуникационных системах, и поток 12 фут3 /мин создается без применения сложных конструктивных средств. Необходимо отметить, что при полной нагрузке источник питания ЕМА212 обеспечивает КПД 91%.
Возможности для улучшения конструкции источников питания АС/БС есть и будут, и они в значительной степени определяются оптимизацией технических параметров и функциональных возможностей полупроводниковых устройств. Магнитные и пассивные компоненты с усовершенствованными параметрами также играют свою роль. Наилучшие источники питания разрабатываются на основе испытанных прогрессивных компонентных технологий.
При проектировании источников питания необходимо обратить внимание на соблюдение следующих рекомендаций.
Силовые полупроводниковые компоненты следует припаивать непосредственно к печатной плате, а затем соединять с шасси связующим вешеством, что предпочтительней, чем их изолирование и крепление к шасси традиционным способом — гайками и болтами. Хорошие термические соединительные материалы относительно дороги, но эта технология позволяет сократить затраты на сборку, уменьшить габариты и снизить температуру переходов на 10 °С. Кроме того, тепловые характеристики становятся более предсказуемыми и постоянными.
С понижением рассеиваемой тепловой мощности устройства у разработчика появляется возможность выбора: извлечь пользу из увеличения значения МТББ (время между отказами), так как снижение температуры на каждые 10 °С вдвое увеличивает значение времени наработки до отказа, или увеличить выходную мощность источника питания без уменьшения первоначально рассчитанного значения МТББ.Замена в конструкции повышающего конвертора выпрямительных диодов карбид-кремниевыми (81С) диодами. Основным недостатком обычных диодов являются импульсы обратного тока. Большие обратные токи вызывают потери мощности в диоде и коммутирующем транзисторе, которая должна рассеиваться с помощью использования демпфирующих (снабберных) цепей, как показано на рис. 3.
Для рассеивания мощности, генерируемой нежелательным обратным током диода, применяют шесть дополнительных компонентов. Полученная площадь печатной платы с соответствующими компонентами, выделенная синими точками, показана на рис.
4.Карбид-кремниевые диоды характеризуются очень низким значением обратного тока восстановления диода, поэтому их можно применять без дополнительных компонентов, в результате экономится площадь печатной платы, как это показано на рис. 5, уменьшаются затраты на монтаж и увеличивается время между отказами (МТББ).
Кроме того, благодаря отсутствию потерь мощности из-за обратного тока восстановления диода значение КПД повышается на 1%, что можно расценить как значительное улучшение. Что касается стоимости, решение на основе 8гС-диодов в настоящее время сопоставимо с применением обычного диода и демпфирующей цепи. Приблизительные расчеты текущих цен компонентов на основе затрат для источника питания с выходной мощностью 1000 Вт представлены в таблице 1.
Более низкая стоимость компонентов традиционного решения компенсируется более низкой стоимостью сборки источника питания при использовании 81С-диода. К тому же стоимость карбид-кремниевых диодовот основных производителей Infineon и Сгее продолжает снижаться, так как технология становится все более совершенной, поэтому применение SiC-диодов вскоре станет наиболее экономичным решением.
Не рекомендуется подключать радиаторы мощных полупроводниковых компонентов к шасси — лучше оставлять их «плавающими» с электрической точки зрения.
Это обеспечивает их основные преимущества: во-первых, уменьшаются электромагнитные помехи, потому что помехи не распространяются через шасси; во-вторых, отпадает необходимость в применении варисторов MOV (Metal Oxide Varistor), которые обычно необходимы для подавления импульсов напряжения, применение изолированных радиаторов полностью исключает передачу импульсов напряжения от источника питания; в конечном счете, это уменьшает ток утечки, что чрезвычайно важно для медицинских применений.Надо избегать стандартных подходов при разработке механической конструкции. Далее приводятся несколько примеров, когда творческое мышление принесло преимущества.
Таблица 1. Расчет стоимости компонентов при использовании в схеме повышающего преобразователя 1000-ваттного источника питания AC/DC обычного диода и SiC-диода
Обычные диоды и демпфирующая цепь | Карбид-кремневый диод | ||
Компонент | Стоимость, $ | Компонент | Стоимость, $ |
| Диод 01 20А/60 В | 1,75 | SiC диод D1 | 4,80 |
| Диод 02 | 0,70 | ||
| Диод 03 | 0,70 | ||
| Дроссель 1 | 0,17 | ||
| Резистор R | 0,03 | ||
| Конденсатор С1 | 0,09 | ||
| Конденсатор С2 | 0,06 | ||
| Итого | 3,50 | Итого: | 4,80 |
A. Дроссели, выполненные на тороидальных сердечниках, могут быть установлены на фильтрующих конденсаторах, что предпочтительней размещения их рядом на печатной плате, как показано на рис. 6. Это не только экономит площадь печатной платы, но и сокращает монтажные соединения между компонентами фильтра и улучшает его эффективность.
Б. Защита охлаждающих вентиляторов, установленная вплотную к шасси, может создать значительную воздушную турбулентность и шум. Защита вентилятора, показанная на рис. 7, выштампована из металлического листа и приподнята на 4 мм для создания соответствующего зазора между вентилятором и защитой вентилятора. Это обеспечивает уменьшение шума вентилятора на 4 дБ, что весьма существенно для многих приложений.
B. Применение сменных вентиляторов имеет два положительных момента. Вентиляторы — потенциально наиболее ненадежные части любого источника питания, поэтому обеспечение возможности их замены при эксплуатации сокращает затраты на обслуживание и содействует реализации программ запланированного ТО.К тому же, если источник питания предназначен для продажи, нет необходимости учитывать показатели надежности вентилятора при расчете значения времени между отказами, потому что вентилятор не рассматривается в качестве составной части источника питания. Это повышает вычисленное значение МТББ источника питания.
Г. Уменьшение количества печатных плат в конструкции. В конструкции многих источников питания применяются отдельные печатные платы для основной части источника питания, фильтрующих цепей, интерфейсных и управляющих схем. При тщательной проработке конструкции все это может быть размещено на одной плате, что значительно увеличивает надежность благодаря минимизации монтажных соединений и сокращению общего размера источника питания.
Ни один из указанных методов сам по себе не является уникальным, но они были применены комплексно при конструировании конфигурируемых источников питания серии fleXPower компании XP Power, внешний вид которых приведен на рис. 8. В результате работы по проектированию габариты источника питания были уменьшены еще на 10%, значение КПД увеличено на 1%, улучшены показатели электромагнитной совместимости и ток утечки на «землю», сокращено количество компонентов, снижены производственные затраты, упрощено обслуживание и снижены акустические шумы по сравнению с предшествующими моделями. Возможно, ничего революционного, но, тем не менее, полученные источники питания серии fleXPower значительно лучше своих предшественников.
Литература
- Полищук А. Применение карбид-кремниевых диодов Шоттки в ЮБТ-инверторах с жестким переключением // Силовая электроника. 2006. № 1.
- Исламгазина Л. Применение различных материалов, обеспечивающих оптимальные тепловые режимы силовых полупроводниковых приборов, в том числе модулей твер-дотельных реле // Силовая электроника. 2005. № 3.
- Бокок Г. Закономерные тенденции синхронного выпрямления// Современная электроника. 2005. № 2.
- Жикленков Д. В., Исаков М. С., Карзон Б. Н. Синхронное выпрямление в прямоходо-вой схеме преобразователя напряжения // Практическая силовая электроника. 2002. № 8.
- Патока М. Основы объединения систем электропитания // Электронные компоненты. 2007. № 8.
- Зимник М., Голубев И. Новый ШИМ-конт-роллер помогает повысить КПД и уменьшить стоимость блока питания // Электронные компоненты. 2006. № 12.
Что такое источник переменного тока?
Все сообщения
Бен Л. 0 Комментарии
Источник питания переменного тока, также известный как источник питания переменного тока, представляет собой устройство, способное подавать на нагрузку переменную мощность и частоту. Источник питания переменного тока подает переменный электрический ток, который помогает питать или тестировать отдельную часть оборудования, имитируя перебои в электросети, гармоники, скачки напряжения или другие события, которые могут привести к неисправности тестируемого устройства (ИУ). Источники питания переменного тока, такие как блоки питания переменного тока IT7321, обычно используются для электрических испытаний в авиации, освещении, лабораторных испытаниях, военном и заводском производстве. Этот источник питания переменного тока позволяет генерировать сигналы переменного тока с частотой от 45 Гц до 500 Гц. Он также может генерировать различные формы синусоидальной волны, включая всплески, ловушки и приглушенные фазовые волны для имитации различных событий.
Мощность переменного тока имеет форму синусоиды. На графике выше амплитуда представляет собой напряжение в вольтах, а частота измеряется в периодах в секунду. В Северной Америке жилая электрическая сеть чаще всего представляет собой 1 фазу 60 Гц 120 В переменного тока. В Европе сеть работает на частоте 50 Гц и напряжении 230 В переменного тока.
Наши лучшие модели:
ITECH IT7321 Программируемый блок питания переменного тока 150/30 В, 3/1,5 А
В этой модели используется прецизионное линейное усиление. Линейность описывает, как источник питания может создавать сигналы, которые являются точными копиями входного сигнала при различных уровнях мощности и частоты. В авионике существуют строгие требования к испытаниям, электронное оборудование, предназначенное для авиации и работающее на частоте 400 Гц переменного тока, потребует испытаний для демонстрации соответствия. Источник питания переменного тока, такой как IT7321, позволяет выполнять эти тесты точно и легко.
Основные характеристики:
- Высокая точность и разрешение ±(0,2%+0,6 В)/±(0,2%+0,6 мА)
- Наибольший диапазон частот (45–500 Гц)
Variacs:
фазовый автотрансформаторДругим типом базового и непрограммируемого источника питания переменного тока является вариак или трансформатор переменного напряжения. Variac работает, пропуская (переменный) или переменный ток через две или более катушки (первичную сторону и вторичную сторону) для передачи электрической энергии. Variac можно использовать для передачи или преобразования напряжения для питания устройств, которые в противном случае могут работать только в цепи определенного напряжения. Компания Circuit Specialists предлагает большой выбор вариаторов, включая версии с цифровыми панелями и промышленные модели с различными уровнями выходной мощности.
Рисунок 3: Переменный автотрансформатор с максимальной выходной мощностью 30 А Этот высокомощный настольный преобразователь Variac является одним из самых эффективных способов точного управления переменным напряжением как для лабораторных, так и для промышленных приложений с самым большим диапазоном выходной мощности. Основные характеристики:
- Диапазон напряжения до 130 В
- Точный выходной сигнал без искажений
Однофазный или трехфазный Мощность:
Электроэнергия в основном вырабатывается и транспортируется с использованием трехфазной мощности. Однофазный источник питания будет использовать два проводника (фазу и нейтраль), в то время как трехфазный источник питания использует только три проводника для передачи в три раза большей мощности. Трехфазные источники питания более экологичны, поскольку для передачи заданного количества энергии требуется меньше проводящего материала.
Что такое источник питания переменного тока (базовые знания) | тех.
Типичный блок питания переменного тока, подаваемый из розетки, не всегда поддерживает постоянное напряжение. К ним относятся колебания напряжения, вызванные изменением потребляемой мощности электрических устройств, подключенных к одному и тому же источнику питания, и кратковременными перебоями в подаче электроэнергии.
Поскольку эти колебания невелики, они не представляют большой проблемы для бытовых приборов с простыми конструкциями, такими как освещение. Однако в случае устройств с электронными схемами или прецизионных инструментов это может привести к таким проблемам, как неисправность. Поэтому необходим стабилизированный источник питания переменного тока, чтобы исключить влияние колебаний напряжения.
Кроме того, в отличие от электрической розетки, регулируемый источник питания переменного тока может обеспечивать различные напряжения и частоты. По этой причине они также используются для моделирования ситуаций, в которых существует вероятность неисправностей, таких как мгновенное отключение электричества, генерация гармоник и скачки напряжения при тестировании электронного оборудования.
Как упоминалось ранее, электричество, подаваемое от блока питания, содержит различные колебания, поэтому необходимо заранее проверить, что тестируемое устройство (ИУ) не будет работать со сбоями в такой среде. Для этой проверки также используется источник питания переменного тока. При проведении испытаний источника питания источник питания переменного тока подходит для фактического тестируемого устройства, и требуется каждое испытание.
Кроме того, это свойство можно использовать для воспроизведения розеток переменного тока в странах по всему миру. При изготовлении электронных устройств с входом переменного тока, которые используются во всем мире, стабилизированные источники питания переменного тока используются для проверки диапазона входного переменного тока в соответствии с условиями электропитания каждой страны и напряжением с соответствующей погрешностью.
Следующие три свойства необходимы для источника питания переменного тока.
- Стабильность выходного напряжения.
- Качество выходного сигнала стабильное, на него не влияют колебания входного напряжения.
- Может подавать стабильную мощность независимо от типа нагрузки или увеличения/уменьшения нагрузки.
Будь то источник питания постоянного или переменного тока, всегда требуется стабильный и заданный выходной сигнал. Но в случае источника питания переменного тока не только напряжение, но и форма выходного сигнала, и подаваемая мощность должны быть стабильными.
Источники питания переменного токаможно разделить на два типа: стабилизаторы напряжения переменного тока и преобразователи частоты. Преобразователи частоты, с другой стороны, имеют функцию поддержания постоянной выходной частоты или выдачи произвольной частоты.
Поэтому, когда вы имитируете аномалию источника питания, используйте преобразователь частоты с линейным усилителем. Особенности каждого метода приведены ниже.
| Тип | Метод | Маленький размер | Эффективность | Стоимость | Время отклика | Коэффициент искажения | Прочие характеристики |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Автоматический регулятор напряжения (АРН) Стабилизатор переменного тока | Слидак | Хорошо | Хорошо | ||||
| Переключение ответвлений | Хорошо | Хорошо | Хорошо | ||||
| Фазовый контроль | Хорошо | Хорошо | Бедный | Высокая надежность Высокое искажение | |||
| Линейный усилитель | Бедный | Отлично | Хорошее качество выходного сигнала | ||||
| CV и CF Преобразователь частоты | Линейный усилитель | Бедный | Хорошо | Отлично | Хорошее качество выходного сигнала Выходное напряжение и частота могут быть изменены в любое время | ||
| Переключение | Хорошо | Хорошо | Хорошо | Хороший баланс качества сигнала, размера, эффективности и стоимости Наши источники питания переменного тока серии DRK, DRS, DRJ | |||
| Инвертор (один диапазон) | Хорошо | Хорошо | Некоторые могут выводить постоянный ток. | ||||
| Инвертор (широкий диапазон) | Хорошо | Хорошо | Некоторые из них могут выводить DC |
Итак, как новичку выбрать источник питания переменного тока? Во-первых, давайте посмотрим на современные тенденции. В последние годы блоки питания переменного тока становятся все меньше и меньше, а также существует потребность в более эффективных источниках питания с точки зрения защиты окружающей среды.
В ответ на эту ситуацию компания Matsusada Precision разработала настольный источник питания переменного тока, который является более компактным, чем продукты других компаний. По состоянию на июль 2021 года Matsusada Precision является единственной компанией, которая продает источники питания переменного тока настольного размера, которые может легко переносить один человек.
Серия DRK — это флагманская модель Matsusada Precision, предлагающая не только высококачественную выходную мощность, но также небольшой размер, малый вес и высокую эффективность.
Серия DRJ способна выдавать как постоянное, так и переменное напряжение, и имеет универсальную выходную клемму (розетку), которая удобна для разработки и тестирования продукции за рубежом.
С другой стороны, серия DRJE имеет простые функции. Также важно отметить, что, в отличие от других моделей источников питания переменного тока, он может обеспечивать только выход переменного тока.
Характеристики каждой серии можно резюмировать следующим образом.
| Однофазный выход переменного тока | Трехфазный выход переменного тока | Выход постоянного тока | |
| Мощный, многофункциональный Серия DRK | |||
| Настольный размер и высокая производительность Серия DRS | |||
| Настольный, многофункциональный Серия DRJ | |||
| Настольный размер, простой Серия DRJE |
Обычно источники питания переменного тока выдают только однофазный переменный ток, но источники питания переменного тока Matsusada Precision могут также обеспечивать трехфазный переменный ток путем соединения трех блоков.
