Источник вторичного питания. Вторичные источники питания: применение, характеристики и параметры

Что такое вторичные источники питания. Какие бывают типы вторичных источников питания. Каковы основные характеристики и параметры вторичных источников питания. Где применяются вторичные источники питания. Как выбрать подходящий вторичный источник питания.

Что такое вторичные источники питания и для чего они нужны

Вторичные источники питания предназначены для преобразования электроэнергии, поступающей от первичных источников (электросеть, аккумуляторы, генераторы), в напряжение, необходимое для питания электронных устройств и оборудования. Их основные функции:

• Преобразование переменного напряжения сети в постоянное
• Понижение или повышение уровня напряжения
• Стабилизация выходного напряжения
• Защита нагрузки от перепадов напряжения в сети
• Гальваническая развязка нагрузки от питающей сети

Без вторичных источников питания невозможна работа большинства современных электронных устройств, так как они требуют стабильного напряжения определенного уровня.

Основные типы вторичных источников питания

Вторичные источники питания можно разделить на несколько основных типов:

1. Линейные источники питания

Принцип работы основан на использовании трансформатора для понижения напряжения и линейных стабилизаторов. Отличаются простотой, надежностью, но имеют низкий КПД и большие габариты.

2. Импульсные источники питания

Используют высокочастотное преобразование энергии на основе ключевых элементов. Имеют высокий КПД, малые размеры и вес, но более сложны в производстве.

3. Источники бесперебойного питания (ИБП)

Обеспечивают питание нагрузки при пропадании напряжения в сети за счет встроенных аккумуляторов. Бывают on-line и off-line типов.

4. Преобразователи напряжения

Выполняют функцию изменения уровня постоянного напряжения. Делятся на повышающие, понижающие и инвертирующие.

Ключевые характеристики вторичных источников питания

При выборе вторичного источника питания следует обращать внимание на следующие основные параметры:

• Входное напряжение — допустимый диапазон напряжения на входе
• Выходное напряжение — номинальное значение напряжения на выходе
• Выходной ток — максимальный ток, который может обеспечить источник
• Выходная мощность — произведение выходного напряжения на максимальный ток
• КПД — отношение выходной мощности к потребляемой от сети
• Нестабильность выходного напряжения — отклонение от номинала при изменении нагрузки и входного напряжения
• Уровень пульсаций — остаточные переменные составляющие в выходном напряжении
• Диапазон рабочих температур

Области применения вторичных источников питания

Вторичные источники питания находят широкое применение в различных отраслях:

• Бытовая электроника (телевизоры, компьютеры, смартфоны)
• Промышленная автоматика
• Телекоммуникационное оборудование
• Медицинская техника
• Системы безопасности и видеонаблюдения
• Светодиодное освещение
• Автомобильная электроника

Практически все современные электронные устройства и системы требуют использования тех или иных вторичных источников питания.

Как правильно выбрать вторичный источник питания

При выборе вторичного источника питания необходимо учитывать следующие факторы:

1. Требования питаемого устройства по напряжению и току
2. Условия эксплуатации (температура, влажность, вибрации)
3. Габаритные ограничения
4. Требования по КПД и энергоэффективности
5. Необходимость гальванической развязки
6. Требования по электромагнитной совместимости
7. Наличие специальных функций (дистанционное включение, защита от КЗ и т.д.)

Правильный выбор источника питания обеспечит надежную и эффективную работу всей системы.

Современные тенденции в развитии вторичных источников питания

Основные направления совершенствования вторичных источников питания на сегодняшний день:

• Повышение энергоэффективности и КПД
• Уменьшение габаритов и веса
• Расширение функциональности (цифровое управление, мониторинг параметров)
• Улучшение тепловых характеристик
• Повышение удельной мощности
• Снижение уровня электромагнитных помех
• Использование новых полупроводниковых материалов (GaN, SiC)

Развитие технологий позволяет создавать все более совершенные и эффективные источники питания для современной электроники.

Особенности вторичных источников питания в компьютерах

В современных компьютерах широко используются специализированные вторичные источники питания, обеспечивающие работу различных компонентов:

Преобразователи точки нагрузки (POL)

POL-преобразователи обеспечивают питание цепей на материнской плате, кроме центрального процессора. Они преобразуют напряжение 12 В от основного блока питания в более низкие напряжения, необходимые для питания памяти, чипсетов и других компонентов.

Модули регулятора напряжения (VRM)

VRM предназначены для питания центрального процессора. Они более сложны, чем POL, так как должны обеспечивать быстрое изменение напряжения и тока в соответствии с нагрузкой на процессор. VRM выполняются в виде отдельных модулей, устанавливаемых на материнскую плату.

Понижающие регуляторы напряжения (VRD)

VRD аналогичны по функциям VRM, но выполняются в виде набора компонентов, напаянных непосредственно на материнскую плату. Это позволяет уменьшить габариты и стоимость, но усложняет замену в случае выхода из строя.

Использование специализированных вторичных источников питания в компьютерах позволяет повысить энергоэффективность и обеспечить стабильную работу всех компонентов.

Вторичные источники питания: применение, характеристики, параметры

Пример HTML-страницы

Вторичные источники питания предназначены для получения напряжения, необходимого для непосредственного питания электронных и других устройств. Предполагается, что вторичные источники в свою очередь получают энергию от первичных источников питания, вырабатывающих электричество — от генераторов, аккумуляторов и т. д. Питать электронные устройства непосредственно от первичных источников обычно нельзя.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Вторичные источники питания являются одними из наиболее важных устройств электроники. Например, часто надежность того или иного устройства электроники существенно зависит от того, насколько надежен его вторичный источник питания. Общепринято вторичные источники называть источниками питания.

Рассмотрим типичные структурные схемы источников питания, получающих энергию от промышленной сети с частотой 50 Гц.

Рассмотрим вначале источник питания без преобразователя частоты, структурная схема которого представлена на рис. 2.71.

Трансформатор предназначен для гальванической развязки питающей сети и нагрузки и изменения уровня переменного напряжения. Обычно трансформатор является понижающим. Выпрямитель преобразует переменное напряжение в напряжение одной полярности (пульсирующее). Сглаживающий фильтр уменьшает пульсации напряжения на выходе выпрямителя. Стабилизатор уменьшает изменения напряжения на нагрузке (стабилизирует напряжение), вызванные изменением напряжения сети и изменением тока, потребляемого нагрузкой.

Напряжение в сети обычно может изменяться в диапазоне +15 … −20 % от номинального значения.

Рассмотрим источник питания с преобразователем частоты (рис. 2.72).

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Рассмотренный источник питания является источником питания без преобразования частоты. Такие источники питания ранее использовались широко, однако в последнее время вместо них все чаще используют источники с преобразованием частоты. Причиной этого является то, что в источниках без преобразования частоты вес и габариты трансформатора, работающего на частоте 50 Гц, а также сглаживающего фильтра оказываются довольно большими. Тем не менее, рассматриваемые источники питания используются и в настоящее время.

В этих источниках напряжение от сети подается непосредственно на выпрямитель — 1. На выходе сглаживающего фильтра-1 создается постоянное напряжение, которое вновь преобразуется в переменное с помощью так называемого инвертора. Полученное переменное напряжение имеет частоту, значительно превышающую 50 Гц (обычно используют частоты в десятки килогерц).

Затем напряжение передается через трансформатор, выпрямляется и фильтруется. Так как трансформатор в этой схеме работает на повышенной частоте, то его вес и габариты, а также вес и габариты сглаживающего фильтра-2 оказываются очень незначительными. Как и в предыдущей схеме, основная роль трансформатора состоит в гальванической развязке сети и нагрузки. Инвертор, трансформатор и выпрямитель-2 образуют конвертор — устройство для изменения уровня постоянного напряжения.

Необходимо отметить, что в такой схеме инвертор выполняет роль стабилизатора напряжения. В качестве активных приборов в инверторе используются транзисторы (биполярные или полевые). Иногда применяются тиристоры.

В любом случае активные приборы работают в ключевом режиме (например, транзистор или включен и находится в режиме насыщения, или выключен и находится в режиме отсечки), поэтому источники питания с преобразованием частоты называют также импульсными. Однако следует иметь в виду, что и в источниках без преобразования частоты могут использоваться импульсные стабилизаторы, я которых транзисторы работают в ключевом режиме.

Рассматриваемые источники питания широко исполь­зуются в современных устройствах электроники, в частно­сти в компьютерах. Они обладают, как правило, значи­тельно лучшими технико-экономическими показателями в сравнении с рассмотренными выше источниками без преобразования частоты.

Источники вторичного питания. Общие сведения.

Большая часть оборудования рынка технических средств связи является слаботочным. Поэтому неизбежно использование вторичных источников питания. Вполне логично, что производители, наряду с основным ассортиментом, предлагают своим клиентам источники питания под конкретное оборудование.

Это помогает потребителю избежать ошибок с выбором необходимого источника питания и позволяет уменьшить трудозатраты на поиск и приобретение.

Компания «Тахион» не является исключением. Для любого оборудования, которое производит наша компания, мы предлагаем источники питания, в том числе, источники бесперебойного питания.

Естественно, все оборудование питания может использоваться и с оборудованием других производителей, и другого назначения.

Говорить будем об очевидных вещах, но опыт последних лет показывает, что подобные знания актуальны для пользователей.

Источники питания сегодня бывают для внутренней установки и уличные, для внешней установки.
Почему именно сегодня? Потому что раньше источники вторичного питания были трансформаторные. А трансформатору рабочие температуры «безразличны». Достаточно было защитить блок питания от прямого попадания влаги.
Но стабильность работы таких источников питания напрямую зависела от стабильности напряжения сети, что являлось и продолжает являться существенной проблемой для многих объектов.

На смену трансформаторным пришли импульсные источники вторичного питания.
Они допускают широкий диапазон входного напряжения, обеспечивая при этом стабильность выходных параметров.
Но за это приходится платить достаточно жестким температурным рабочим диапазоном.
Поэтому импульсные уличные источники вторичного питания имеют систему обогрева и термостабилизации.

Источники бесперебойного питания имеют в своем составе аккумуляторные батареи, емкость которых зависит от температуры окружающей среды, они тем более нуждаются в системе термостабилизации.

Источники вторичного питания бывают постоянного и переменного тока.
В большинстве случаев на объектах применяются блоки питания постоянного тока ( DC), но могут применяться и источники переменного тока (АС). Например, широко используются для питания купольных поворотных камер. Взаимозаменяемости между источниками питания постоянного и переменного тока быть не может.

Главные параметры выбора источника вторичного питания – величина выходного напряжения и выходная мощность.
Вместо мощности может быть указан максимальный рабочий ток.
Поделив мощность на выходное напряжение, получим ток.
Умножив ток на величину выходного напряжения, получим мощность.

Поэтому, можно указывать либо мощность, либо ток, выбор зависит от конкретного производителя.

Но учитывать надо оба параметра. Если мощность (или ток) меньше, чем потребляет подключаемая аппаратура, в лучшем случае сработает защита, и источник питания отключится. В худшем – сгорит.

Если, наоборот, оборудование потребляет 1 А, а блок питания имеет максимальный рабочий ток 3,. .5, …10А, он вполне может использоваться для питания этой аппаратуры.
Потому требование потребителя предоставить источник питания с максимальным током, строго соответствующим некоему заданному, выглядит совершенно не логично.

Конечно, выходное напряжение источника питания должно соответствовать напряжению питания аппаратуры.
В ассортименте нашей компании есть источники питания, у которых величину выходного напряжения можно регулировать в определенном диапазоне по желанию пользователя. Независимо от выходного напряжения указывается мощность источника питания, которая должна соответствовать (или быть выше) мощности всего оборудования, подключаемого к источнику при заданном напряжении.

Источники бесперебойного питания ассортименте компании предназначены и для питания аппаратуры от внешней сети в штатном режиме, и для обеспечения питания при отсутствии первичного питания на источнике.

Временной интервал работы ИБП во втором случае, как правило, небольшой, исчисляемый минутами.
После истечении этого времени должен произойти переход на централизованные аварийные источники.
При отсутствии внешней сети автономное питание обеспечивается аккумуляторными батареями.
В зависимости от ёмкости аккумуляторных батарей и схемы подключения (параллельное или последовательное) обеспечивается необходимое выходное напряжение и длительность работы автономного источника питания в зависимости от мощности подключенной аппаратуры. В штатном режиме работы такого источника бесперебойного питания от внешней сети происходит зарядка и поддержание аккумуляторных батарей в полностью заряженном состоянии.

Необходимое время автономной работы может быть разным, поэтому конструктив ИБП, которые выпускает наша компания, предполагает использование аккумуляторных батарей с различными схемами подключения.

ИБП представляет собой источник вторичного питания, имеющий в своем составе схему автоматического переключения на работу от АКБ, а также схему автоматической зарядки.

Поставляется и арматура размещения и крепления аккумуляторных батарей в составе монтажных шкафов или автономно.
Такой подход позволяет оптимизировать и расходы на обеспечение бесперебойного питания, и габариты самой аппаратуры бесперебойного питания, размещая ее блочно, в составе магистральных модулей широкого назначения

Понятие о вторичных источниках питания — продажа и интеграция систем безопасности

Пожарные техники и установщики систем безопасности часто неправильно понимают вторичные источники питания. Существует несколько конфигураций резервного питания на выбор, и знание подходящей конфигурации необходимо для создания эффективной системы пожарной сигнализации, соответствующей нормам.

В сфере пожарной сигнализации есть два основных источника питания для систем, которые мы устанавливаем. Их чаще всего называют первичным и вторичным источниками питания.

Раздел 907.5 Международного противопожарного кодекса (IFC) 2003 г., опубликованного Советом по международным правилам (ICC), откладывает вопрос о питании до NFPA 72. «Первичный и вторичный источник питания для системы пожарной сигнализации должен быть обеспечен в соответствии с NFPA 72».

В соответствии с разделом 4.4.1.3.1 NFPA 72, издание 2002 г., «должны быть предусмотрены как минимум два независимых и надежных источника питания, один первичный и один вторичный, каждый из которых должен иметь достаточную мощность для применения».

Типичный первичный источник питания — это, как правило, не что иное, как общественный электрический автобус или домашняя электроэнергия, которыми мы пользуемся каждый день. Однако вторичные источники питания будут различаться по размеру, формату и области применения.

В этом месяце мы обсудим эти варианты. Также поговорим об ответственности пожарного техника в отношении электрогенераторов; требования вторичной мощности согласно Разделу 4.4.1.8 NFPA 72; использование, уход и физическое обращение с перезаряжаемыми батареями.

Требования к вторичному питанию Независимо от того, какое вторичное питание используется, существует ряд критериев, которые должны быть соблюдены, прежде чем система пожарной сигнализации будет признана соответствующей коду. Прежде всего, вторичный источник питания должен быть в состоянии восстановить систему пожарной сигнализации в течение 30 секунд после сбоя основного питания, как указано в разделе 1-5.2.6 издания 1999 г. NFPA 72, Национального кодекса пожарной сигнализации, опубликованного Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA).

Согласно 1999, это переключение должно происходить без потери сигнала, когда первичное напряжение меньше, чем требуется для правильной работы.

Код 2002 подходит к этой проблеме с точки зрения производительности. В разделе 4.4.1.5 издания 2002 г. вторичное питание может поступать из одного из трех источников. Переключение в соответствии с нормами 2002 года должно выполняться таким образом, чтобы потеря сигнала не превышала 10 секунд.

Первый тип вторичного питания, как указано в 4.4.1.5.1(1), представляет собой обычные перезаряжаемые батареи, отвечающие условиям, изложенным в 4.4.1.8 того же издания (см. врезку).

Несмотря на то, что перезаряжаемые батареи становятся предпочтительным способом обеспечения резервного питания для панелей пожарной сигнализации и подключенных к ним удаленных устройств, пожарные могут столкнуться с двумя другими вариантами резервного питания. В соответствии с разделом 4.4.1.5.1(2) NFPA 72, 2002 г. сюда входят: 1) генераторная установка с приводом от двигателя (генераторная установка) с 4-часовым аккумуляторным питанием для панели управления пожарной сигнализацией и 2) система генераторов с несколькими двигателями, в которой одна из генераторных установок оборудована для автоматического запуска.

Там, где есть одиночный генератор внутреннего сгорания, обеспечивающий вторичное питание, код требует использования батарей для панели управления пожарной сигнализацией с резервом не менее 4 часов. Целью 4-часового режима ожидания является поддержание работоспособности панели пожарной сигнализации во время запуска генераторной установки.

4-часовая емкость аккумулятора дает конечному пользователю достаточно времени для ремонта/восстановления генераторной установки до рабочего состояния без нарушения работы системы.

Качество электроэнергии генератора
Пожарные техники часто оказываются в ситуации, когда непрерывная работа панелей пожарной сигнализации, которые они устанавливают, зависит от использования электрогенератора во время отключения электроэнергии. Одной из потенциальных проблем, с которыми сталкиваются технические специалисты в этом отношении, является качество электроэнергии.

«Качество электроэнергии может быть реальной проблемой для старых аварийных генераторов, которые не соответствуют сегодняшним стандартам оборудования, — говорит Ник Марковиц из компании Markowitz Electric Protection в Вероне, штат Пенсильвания. — Некоторые из этих старых генераторов не обеспечивают чистую выходную мощность. Подключение современной панели пожарной сигнализации к такому генератору может привести к повреждению материнской платы».

Проблема в том, что некоторые из этих старых генераторов не могут выдавать чистую синусоиду переменного тока.

Первое, на что следует обратить внимание, это надлежащие разрешения и списки. Согласно Статье 700.3, NFPA 70, 2002 г., «Все оборудование должно быть одобрено для использования в аварийных системах».

Существуют также приборы для измерения качества выходной мощности генераторной установки. Эти устройства будут эффективно анализировать физические характеристики электричества, подаваемого на панель пожарной сигнализации. Некоторые модели позволяют вести документацию с помощью принтера или соединения RS-232 с ПК с загруженным на него соответствующим программным обеспечением.

Еще одна проблема, о которой должны знать пожарные, — это источник топлива для генераторной установки. В соответствии со статьей 701.11(B)(2) NFPA 70, издание 2002 г., «если двигатели внутреннего сгорания используются в качестве первичного двигателя, запас топлива на месте должен быть обеспечен запасом топлива на месте, достаточным не менее чем на 2 часа работы системы на полную мощность».

Кроме того, если двигатель генераторной установки использует общедоступный источник природного газа, Статья 701-11(B)(3) требует двухтопливной схемы. «Первичные двигатели не должны зависеть исключительно от коммунальной газовой системы для подачи топлива или муниципального водоснабжения для своих систем охлаждения. Должны быть предусмотрены средства для автоматического переключения одного запаса топлива на другой при использовании двухтопливных запасов». Перечисленное исключение из этого правила — это случаи, когда уполномоченный орган (AHJ) считает, что существует «низкая вероятность одновременного отказа как внешней системы подачи топлива, так и подачи электроэнергии от сторонней электроэнергетической компании».

Мощность вторичного источника питания
Требуемая мощность вторичного источника питания должна соответствовать коду, чтобы AHJ мог принять и подписать задание. Согласно определению NFPA 72, существует четыре основных системы пожарной сигнализации, с которыми обычно работают пожарные. На каком из четырех работает пожарный техник, определяет мощность вторичного источника питания. В соответствии с NFPA 72 существуют и другие, но мы ограничим наше обсуждение следующими: 1) Защищенное помещение (локальное), 2) Вспомогательная, удаленная станция, 3) Собственная и 4) Аварийная голосовая/тревожная связь.

При работе с системой пожарной сигнализации охраняемого помещения (локальной) мощность резервного источника питания должна быть не менее 24 часов в режиме ожидания (максимальная дежурная нагрузка) с последующим вызывным временем (полная нагрузка при тревоге) 5 минут (п.4.4. 1.5.3.1, NFPA 72, издание 2002 г.).

В системах вспомогательных и удаленных станций ожидается, что резервная мощность составит 60 часов или более с последующим временем звонка 5 минут. Аккумуляторы системы экстренной голосовой/тревожной связи должны иметь емкость, достаточную для поддержания работы в течение 24 часов с последующим периодом в 2 часа при работе в аварийном режиме в соответствии с разделом 4.4.1.5.3.1(A) или 15 минут при полной нагрузке. во время эвакуационных процедур.

Аварийный режим предполагает использование аудиочасти, а полная эвакуация предполагает работу всех устройств оповещения, возможно, в сочетании с периодическими аудиообъявлениями.

Полную версию этой истории можно найти в августовском номере журнала Security Sales & Integration .

Исследование вторичных источников питания (SPS)

Вторичные источники питания

Ecos Consulting и Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) финансируются программой исследования общественных интересов в области энергетики (PIER) Калифорнийской энергетической комиссии для измерения энергоэффективности. вторичных источников питания и определить, существуют ли возможности рентабельного повышения их эффективности. В течение 2007 и 2008 годов организации разработают процедуру проверки эффективности вторичного источника питания и будут использовать эту процедуру для измерения эффективности широкого спектра вторичных источников питания, используемых в обычных продуктах, таких как компьютеры и телевизоры.

Что такое вторичные источники питания?

Для всех электронных продуктов требуются первичные источники питания, которые преобразуют мощность переменного тока из сети в мощность постоянного тока, используемую в электронных схемах.

Некоторым продуктам требуются вторичные источники питания, которые преобразуют электричество постоянного тока из одного напряжения в другое. Например, вторичные блоки питания внутри компьютеров преобразуют мощность постоянного тока от основного источника питания с 12 В постоянного тока в мощность постоянного тока более низкого напряжения, используемую компонентами на материнской плате, такими как ЦП и память. Наше обсуждение будет сосредоточено на вторичных источниках питания в настольных компьютерах, но вторичные источники питания также встречаются в других электронных продуктах, таких как телевизоры, телевизионные приставки и телекоммуникационное оборудование.

В компьютерах вторичные блоки питания распределены по материнской плате и, как правило, расположены рядом с цепями, которые они питают. Вторичные источники питания, используемые в компьютерах, можно разделить на следующие типы для конкретных приложений, более подробно описанные ниже:

• Преобразователь точки нагрузки (POL)
• Модуль регулятора напряжения (VRM)
• Регулятор напряжения вниз (VRD)

Что такое преобразователи POL, VRM и VRD?

Преобразователь точки нагрузки (POL) — это термин, используемый для описания вторичного источника питания, который обеспечивает питание цепей на материнской плате, кроме ЦП, таких как память или встроенный графический процессор. Преобразователь POL может иметь модульную форму или, чаще, может быть установлен непосредственно на печатной плате (встроен).

A Модуль регулятора напряжения (VRM) — это дополнительный источник питания, обеспечивающий питание главного процессора (ЦП). VRM значительно сложнее, чем POL, так как часто состоят из нескольких параллельно работающих преобразователей и имеют специальные элементы управления, реагирующие на сигналы ЦП. VRM имеют модульный форм-фактор и продаются отдельно как самостоятельные продукты для интеграции в материнскую плату любого компьютера. VRM подключается к материнской плате либо с помощью краевого разъема, либо с помощью пайки.

A Понижающий регулятор напряжения (VRD) аналогичен по функциям и характеристикам VRM, но состоит из отдельных компонентов, подключенных непосредственно к материнской плате, а не установленных на отдельной печатной плате. Производители, похоже, переходят от VRM к VRD в качестве меры экономии.