Источники питания: Простейшие схемы источников питания для различной аппаратуры

Содержание

Урок 4 - Источники питания

Источники питания радиолюбительских конструкций


Величина напряжения питания

Каждая электронная схема корректно работает в строго оговоренном диапазоне напряжения источника питания, и эту величину мы обязательно указываем в инструкции.
Например, в инструкции может быть написано так: «напряжение питания: 9…12В».
Если напряжение питания будет менее 9В, то схема может не включиться совсем, либо работать некорректно (тусклое свечение светодиодов, слабый звук и т.п.).
Гораздо более грубая ошибка – превышать напряжение питания. Например, при напряжении питания более 12В отдельные элементы схемы могут перегреваться или даже выйти из строя. Это может произойти через какое-то время (секунды, минуты, часы). В таком случае можно, заметив проблему в виде повышенного нагрева каких-то компонентов, успеть выключить питание и спасти конструкцию от выхода из строя.
Но процесс выхода из строя схемы может произойти и мгновенно после подачи напряжения питания – в таком случае придётся менять вышедшие из строя радиодетали.

 

Полярность напряжения питания

У любого источника питания, будь то батарея или сетевой блок питания, есть полярность: выводы «+» и «-». Очень часто в электронике вывод «-» называют «общим» проводом схемы, либо проводом «земли». По-английски вывод схемы «минус» иногда обозначают как «GROUND» или «GND». На схеме вывод для подключения плюсового вывода источника питания обозначается явно: «+», либо «+Vcc».

Очень часто в радиотехнике плюсовой вывод источника питания подключается проводом красного цвета, а минусовой – чёрным или синим проводом. Конечно, на качестве работы схемы цвет проводов не сказывается, да и не всегда это правило соблюдается, но знание этого правила может оказаться полезным, а соблюдение его означает высокий уровень радиолюбительской культуры разработчика.
Очень важно соблюдать правильную полярность подключения питания: в случае неправильного подключения полярности схема может не только не заработатЬ, но и моментально выйти из строя.

(Чтобы не запутывать начинающего радиолюбителя, здесь я не рассматриваю двуполярные источники питания со средней точкой – в схемах для начинающих радиолюбителей такое питание практически никогда не используется).

 

Тип источника питания

Вы можете питать свою конструкцию от батарей, аккумуляторов или сетевого источника питания.

Самые распространённые стандарты (или, как говорится, типоразмеры) батарей: элементы типа «АА» («пальчиковые» элементы питания напряжением 1,5В), «ААА» («мизинчиковые» элементы напряжением 1,5В), батареи типа «Крона» (9В).
Как же быть, если рекомендованное напряжение питания схемы, допустим, 5В?
Питать такую схему от батареи типа «Крона» напряжением 9 Вольт недопустимо – схема может выйти из строя. Но можно соединить несколько элементов напряжением 1,5 В последовательно, при этом напряжение получившейся батареи будет 4х1,5=6В. Как правило, для простых радиолюбительских конструкций такое превышение напряжения от номинального допустимо. Другой вариант: соединить последовательно три батареи и питать схему напряжением 4,5В: но в этом случае схема может либо изначально не заработать, либо по мере разряда батарей начать работать некорректно.

Принцип последовательного соединения батарей показан на рисунке:

Чтобы не паять контакты батарей, отдельные элементы удобно собирать в батарею с помощью так называемых батхолдеров – держателей батарей. На рисунке ниже показан батхолдер на 4 элемента типа «АА». Общее напряжение получившейся батареи – 6В. Держатели батарей можно купить в магазинах радиотоваров, либо заказать по почте в интернет-магазинах «Десси», «ДКО Электронщик» и подобных.

Батарейное (аккумуляторное) питание незаменимо для мобильных устройств.
Но батареи разряжаются, и их приходится заменять, что не всегда удобно и всегда невыгодно. Хорошая альтернатива – аккумуляторы, которые можно периодически заряжать. Аккумулятор стоит в среднем в пять раз дороже батарейки аналогичного типоразмера, кроме того, требуется приобрести зарядное устройство. Однако способность аккумулятора к многократной перезарядке делает такую покупку выгодной.
Но питать электронную конструкцию в домашних условиях от батарей или аккумуляторов – непозволительная роскошь. В таких случаях выгоднее применять сетевые источники питания (другое название – сетевые адаптеры). Вы можете приобрести новый сетевой адаптер, либо использовать уже имеющийся адаптер от ненужной бытовой техники.
Главные параметры адаптера: его номинальное напряжение и ток. Эти параметры указываются на корпусе адаптера. Например, ели на адаптере написано: «12V 0,5A» - это значит, что адаптер выдаёт 12 Вольт с максимальным током до 0,5 Ампер = 500 мА. Встречается другой вариант написания, например: «5V 10W». Это значит, что адаптер имеет выходное напряжение 5В и допустимую мощность нагрузки – 10 Вт, или допустимый ток нагрузки: 10/5=2A.

Адаптер, как правило, имеет на конце провода разъём. В радиолюбительской практике часто удобнее пользоваться двумя проводками – «+» и «-». В таком случае, просто откусите разъём кусачками. Как же определить, какой вывод адаптера – «плюс», а какой – «минус»?
Часто на проводе «+» есть белые метки, но это правило не обязательно всегда выполняется производителем. Проще всего для определения полярности воспользоваться мультиметром, о работе с которым мы поговорим в следующий раз.
Сетевой адаптер можно приобрести в магазинах радиотоваров, либо в интернет-магазинах «ДКО Электронщик», «Десси» и т.п.

 

Потребляемый ток

Любая электронная схема может быть более или менее «прожорливой». Например, радиоприёмник и фонарик питаются одним и тем же напряжением – 4,5В (от трёх батареек). Но приёмник может работать от батарей несколько суток, а фонарик разряжает эти же батарейки за несколько часов непрерывной работы. Дело в том, что разные электронные конструкции имеют разный ток потребления.

Ток потребления обычно указывается в миллиамперах. Зная ток потребления схемы, мы можем примерно оценить время работы конструкции от комплекта батарей или аккумуляторов.
Например, алкалиновый элемент типа «АА» имеет ёмкость около 1500…3000 мА/ч, алкалиновый элемент типа «АА» - около 1000 мА/ч, батарея типа «Крона» - около 100 мА/ч. Не ищите эти цифры на корпусе батареи: производители не считают нужным их указывать. Знайте только, что алкалиновые элементы питания имеют гораздо большую ёмкость и срок хранения, чем солевые. Поэтому, несмотря на несколько более высокую цену, рекомендую всегда приобретать алкалиновые элементы питания.
Таким образом, от комплекта батарей типа «АА» схема с током потребления100 мА может проработать ориентировочно 2000/100 = 20 часов. Эта же конструкция от батареи типа «Крона» проработает только 100/20 = 5 часов.
Если батарея собрана из нескольких последовательно соединённых элементов питания, ёмкость батареи определяется ёмкостью каждого элемента. Например, ёмкость батареи из десяти последовательно соединённых элементов ёмкостью по 1600 мА/ч каждая будет иметь ёмкость также 1600 мА/ч.
Это очень примерный расчёт. На практике время работы устройства зависит от многих факторов: фирмы-производителя батарей, режимом эксплуатации схемы (непрерывная работа или периодическое включение-выключение), температурой эксплуатации.
Значение тока потребления схемы важно знать и при выборе сетевого адаптера.
Каждый адаптер имеет максимально допустимый ток, который он может выдать в нагрузку. Этот параметр указывается на корпусе адаптера (см. выше).
Если схема потребляет 500 мА (0,5А), а адаптер способен выдавать только 0,3А – адаптер будет перегреваться и может необратимо выйти из строя (если это дешёвый адаптер), либо аварийно отключиться (это касается более качественных адаптеров, имеющих защитные цепи).
Обратная ситуация: если ток адаптера гораздо выше тока потребления схемы – абсолютно допустима и нормальна. Например, если адаптер способен обеспечить ток до 2А, а схема потребляет всего 50 мА (0,05A) – ничего страшного. Схема никогда не «возьмёт» от сетевого адаптер ток больший, чем ей необходимо.

 

Скачать урок в формате PDF

 

Источник питания - Power supply

Простой настольный блок питания общего назначения, используемый в электронных лабораториях, с выходным разъемом питания, видимым внизу слева, и входным разъемом питания (не показан), расположенным сзади

Источник питания представляет собой электрическое устройство , которое подает электроэнергию к электрической нагрузке . Основная функция источника питания - преобразовывать электрический ток от источника в правильное напряжение , ток и частоту для питания нагрузки. В результате источники питания иногда называют преобразователями электроэнергии . Некоторые источники питания представляют собой отдельные автономные части оборудования, а другие встроены в устройства нагрузки, которые они питают. Примеры последних включают блоки питания, используемые в настольных компьютерах и устройствах бытовой электроники . Другие функции, которые могут выполнять источники питания, включают ограничение тока, потребляемого нагрузкой, до безопасных уровней, отключение тока в случае электрического сбоя , регулирование мощности для предотвращения попадания электронных шумов или скачков напряжения на входе в нагрузку, питание. коррекция коэффициента и сохранение энергии, чтобы она могла продолжать питать нагрузку в случае временного отключения источника питания ( источника бесперебойного питания ).

Все источники питания имеют входное соединение питания , которое получает энергию в виде электрического тока от источника, и одно или несколько выходных соединений питания, которые подают ток на нагрузку. Источник энергии может поступать от электросети , такой как электрическая розетка , устройства хранения энергии, такие как батареи или топливные элементы , генераторы или генераторы переменного тока , преобразователи солнечной энергии или другой источник питания. Вход и выход обычно представляют собой проводные соединения цепи, хотя некоторые источники питания используют беспроводную передачу энергии для питания своих нагрузок без проводных соединений. Некоторые источники питания также имеют другие типы входов и выходов для таких функций, как внешний мониторинг и управление.

Основная классификация

Настраиваемый регулируемый источник постоянного тока для монтажа в стойку

Функциональный

Источники питания классифицируются по-разному, в том числе по функциональным характеристикам. Например,

регулируемый источник питания - это источник, который поддерживает постоянное выходное напряжение или ток, несмотря на изменения тока нагрузки или входного напряжения. И наоборот, выход нерегулируемого источника питания может значительно измениться при изменении его входного напряжения или тока нагрузки. Регулируемые источники питания позволяют программировать выходное напряжение или ток с помощью механических элементов управления (например, регуляторов на передней панели источника питания), или с помощью входа управления, или и того, и другого. Регулируемое регулируемое напряжение является тот , который является одновременно регулируемым и регулируется. Изолированный источник питания имеет выходную мощность, которая электрически не зависит от его входной мощности; это отличается от других источников питания, которые имеют общее соединение между входом и выходом питания.

Упаковка

Электронный стендовый блок питания

Блоки питания упаковываются по-разному и соответственно классифицируются. Скамья питание представляет собой автономный аппарат для рабочего используется в таких приложениях, как тест схемы и развитие. Источники питания с

открытой рамой имеют только частичный механический корпус, иногда состоящий только из монтажного основания; они обычно встроены в машины или другое оборудование. Источники питания для монтажа в стойку предназначены для крепления в стандартные стойки для электронного оборудования. Интегрированный блок питания один , который разделяет общий печатной платы с нагрузкой. Внешний источник питания, адаптер переменного тока или блок питания , имеет встроенный источник питание расположено в шнуре питания переменного тока на нагрузке, которая подключается к электрической розетке; стены бородавка представляет собой внешний источник интегрирован с самой выпускной пробкой. Они популярны в бытовой электронике из-за их безопасности; опасный основной ток 120 или 240 вольт преобразуется в более безопасное напряжение перед тем, как попасть в корпус прибора.

Метод преобразования мощности

Источники питания можно условно разделить на линейные и

импульсные . Линейные преобразователи мощности обрабатывают входную мощность напрямую, при этом все компоненты преобразования активной мощности работают в своих линейных рабочих областях. В импульсных преобразователях мощности входная мощность преобразуется в импульсы переменного или постоянного тока перед обработкой компонентами, которые работают преимущественно в нелинейных режимах (например, транзисторы, которые проводят большую часть своего времени в режиме отсечки или насыщения). Мощность «теряется» (преобразуется в тепло), когда компоненты работают в линейных областях, и, следовательно, переключающие преобразователи обычно более эффективны, чем линейные преобразователи, поскольку их компоненты проводят меньше времени в линейных рабочих областях.

Типы

источник постоянного тока

Источник питания постоянного тока - это источник постоянного напряжения на нагрузку. В зависимости от конструкции источник питания постоянного тока может питаться от источника постоянного тока или от источника переменного тока, например, от электросети.

Источник переменного тока в постоянный
Схема основного источника питания переменного тока в постоянный, показывающая (от LR) трансформатор, двухполупериодный мостовой выпрямитель, конденсатор фильтра и нагрузку резистора

Источники питания постоянного тока используют электричество переменного тока в качестве источника энергии. В таких источниках питания будет использоваться трансформатор для преобразования входного напряжения в более высокое или более низкое напряжение переменного тока. Выпрямитель используется для преобразования выходного трансформатора напряжения на переменное напряжение постоянного тока, который , в свою очередь , проходит через электронный фильтр , чтобы преобразовать его в нерегулируемом напряжение постоянного тока.

Фильтр удаляет большую часть, но не все колебания напряжения переменного тока; оставшееся напряжение переменного тока называется пульсацией . Допустимое отклонение электрической нагрузки от пульсаций диктует минимальный объем фильтрации, который должен обеспечивать источник питания. В некоторых приложениях допускается высокая пульсация, поэтому фильтрация не требуется. Например, в некоторых приложениях для зарядки аккумуляторов можно реализовать источник постоянного тока с питанием от сети, состоящий только из трансформатора и одного выпрямительного диода, с резистором, включенным последовательно с выходом, для ограничения тока зарядки.

Импульсный источник питания

В импульсном источнике питания (SMPS) входное напряжение сети переменного тока напрямую выпрямляется, а затем фильтруется для получения постоянного напряжения. Результирующее постоянное напряжение затем включается и выключается с высокой частотой с помощью электронной коммутационной схемы, создавая, таким образом, переменный ток, который проходит через высокочастотный трансформатор или индуктор. Переключение происходит на очень высокой частоте (обычно 10 кГц - 1 МГц), что позволяет использовать трансформаторы и конденсаторы фильтра, которые намного меньше, легче и дешевле, чем те, которые используются в линейных источниках питания, работающих на частоте сети. После вторичной обмотки индуктивности или трансформатора высокочастотный переменный ток выпрямляется и фильтруется для получения выходного напряжения постоянного тока. Если в SMPS используется должным образом изолированный высокочастотный трансформатор, выход будет электрически изолирован от сети; эта функция часто важна для безопасности.

Импульсные источники питания обычно регулируются, и для поддержания постоянного выходного напряжения в источнике питания используется контроллер с обратной связью, который отслеживает ток, потребляемый нагрузкой. Рабочий цикл переключения увеличивается по мере увеличения требований к выходной мощности.

SMPS часто включают в себя функции безопасности, такие как ограничение тока или цепь лома, чтобы защитить устройство и пользователя от повреждений. В случае обнаружения ненормального сильноточного потребления энергии импульсный источник питания может предположить, что это прямое короткое замыкание, и отключится до того, как будет нанесен ущерб. Блоки питания ПК часто подают на материнскую плату хороший сигнал питания ; отсутствие этого сигнала предотвращает работу при аномальных напряжениях питания.

Некоторые SMPS имеют абсолютный предел минимального выходного тока. Они могут выводить мощность только выше определенного уровня и не могут работать ниже этого уровня. В условиях холостого хода частота схемы ограничения мощности увеличивается до большой скорости, в результате чего изолированный трансформатор действует как катушка Тесла , вызывая повреждение из-за возникающих в результате скачков мощности очень высокого напряжения. Импульсные источники питания со схемами защиты могут на короткое время включаться, но затем отключаться, когда нагрузка не обнаружена. К источнику питания можно подключить очень небольшую маломощную фиктивную нагрузку, такую ​​как керамический силовой резистор или 10-ваттная лампочка, чтобы он мог работать без присоединенной первичной нагрузки.

Импульсные источники питания, используемые в компьютерах, исторически имели низкие коэффициенты мощности, а также являлись значительными источниками помех в сети (из-за наведенных гармоник и переходных процессов в линии питания ). В простых импульсных источниках питания входной каскад может искажать форму волны линейного напряжения, что может отрицательно влиять на другие нагрузки (и приводить к низкому качеству электроэнергии для других потребителей коммунальных услуг) и вызывать ненужный нагрев проводов и распределительного оборудования. Кроме того, клиенты несут более высокие счета за электроэнергию при работе с нагрузками с более низким коэффициентом мощности. Чтобы обойти эти проблемы, некоторые компьютерные импульсные источники питания выполняют коррекцию коэффициента мощности и могут использовать входные фильтры или дополнительные переключающие каскады для уменьшения линейных помех.

Емкостный (бестрансформаторный) источник питания

Емкостной источник питания (источник питания бестрансформаторная) использует реактивное сопротивление на конденсаторе , чтобы уменьшить напряжение сети до меньшего напряжения переменного тока. Как правило, результирующее пониженное напряжение переменного тока затем выпрямляется, фильтруется и регулируется для получения постоянного выходного напряжения постоянного тока.

Выходное напряжение не изолировано от сети. Следовательно, чтобы избежать воздействия высокого напряжения на людей и оборудование, все, что подключено к источнику питания, должно быть надежно изолировано.

Конденсатор понижения напряжения должен выдерживать полное сетевое напряжение, а также должен иметь достаточную емкость, чтобы поддерживать максимальный ток нагрузки при номинальном выходном напряжении. Взятые вместе, эти ограничения ограничивают практическое использование этого типа источника питания в приложениях с низким энергопотреблением.

Линейный регулятор

Функция линейного регулятора напряжения заключается в преобразовании переменного напряжения постоянного тока в постоянное, часто конкретное, более низкое напряжение постоянного тока. Кроме того, они часто обеспечивают функцию ограничения тока для защиты источника питания и нагрузки от перегрузки по току (чрезмерного, потенциально разрушительного тока).

Постоянное выходное напряжение требуется во многих источниках питания, но напряжение, обеспечиваемое многими источниками энергии, будет изменяться в зависимости от изменений импеданса нагрузки. Кроме того, когда источником энергии является нерегулируемый источник питания постоянного тока, его выходное напряжение также будет изменяться с изменением входного напряжения. Чтобы обойти это, в некоторых источниках питания используется линейный регулятор напряжения для поддержания постоянного значения выходного напряжения, независимо от колебаний входного напряжения и сопротивления нагрузки. Линейные регуляторы также могут уменьшить величину пульсаций и шума на выходном напряжении.

Блоки питания переменного тока

Источник питания переменного тока обычно получает напряжение от настенной розетки ( электросети ) и использует трансформатор для повышения или понижения напряжения до желаемого напряжения. Также может иметь место некоторая фильтрация. В некоторых случаях напряжение источника совпадает с выходным напряжением; это называется изолирующим трансформатором . Другие трансформаторы питания переменного тока не обеспечивают изоляцию от сети; их называют автотрансформаторами ; автотрансформатор с регулируемым выходом известен как вариак . Другие типы источников питания переменного тока предназначены для обеспечения почти постоянного тока , а выходное напряжение может варьироваться в зависимости от импеданса нагрузки. В случаях, когда источником питания является постоянный ток (например, автомобильный аккумулятор), для преобразования его в переменный ток можно использовать инвертор и повышающий трансформатор. Портативное питание переменного тока может быть обеспечено генератором переменного тока, приводимым в действие дизельным или бензиновым двигателем (например, на строительной площадке, в автомобиле или лодке, или в качестве резервного источника энергии для аварийных служб), ток которого передается в цепь регулятора для обеспечения постоянное напряжение на выходе. Некоторые виды преобразования энергии переменного тока не используют трансформатор. Если выходное напряжение и входное напряжение одинаковы, а основная цель устройства - фильтровать мощность переменного тока, его можно назвать стабилизатором линии . Если устройство предназначено для обеспечения резервного питания, его можно назвать источником бесперебойного питания . Схема может быть разработана с топологией умножителя напряжения для прямого увеличения мощности переменного тока; ранее таким применением был ламповый приемник переменного / постоянного тока .

В современном использовании источники питания переменного тока можно разделить на однофазные и трехфазные системы. «Основное различие между однофазным и трехфазным питанием переменного тока - постоянство подачи». Источники питания переменного тока также могут использоваться для изменения частоты, а также напряжения, они часто используются производителями для проверки пригодности своей продукции для использования в других странах. 230 В 50 Гц или 115 60 Гц или даже 400 Гц для испытаний авионики.

АС адаптер
Зарядное устройство для мобильного телефона Switch-Mode

Адаптер переменного тока - это блок питания, встроенный в вилку сетевого шнура . Адаптеры переменного тока также известны под различными другими названиями, такими как «вилка» или «сменный адаптер», или сленговыми терминами, такими как «стенная бородавка». Адаптеры переменного тока обычно имеют один выход переменного или постоянного тока, который передается по проводному кабелю к разъему, но некоторые адаптеры имеют несколько выходов, которые могут передаваться по одному или нескольким кабелям. «Универсальные» адаптеры переменного тока имеют сменные входные разъемы для работы с различными напряжениями сети переменного тока.

Адаптеры с выходами переменного тока могут состоять только из пассивного трансформатора (плюс несколько диодов в адаптерах выхода постоянного тока), или они могут использовать схему переключения. Адаптеры переменного тока потребляют энергию (и создают электрические и магнитные поля), даже если они не подключены к нагрузке; по этой причине их иногда называют «электрическими вампирами», и их можно подключать к удлинителям, чтобы их можно было удобно включать и выключать.

Программируемый блок питания

Программируемые блоки питания

Программируемый источник питания является тот , который обеспечивает дистанционное управление работой через аналоговый вход или цифровой интерфейс , такие как RS232 или GPIB . Контролируемые свойства могут включать в себя напряжение, ток и, в случае источников питания переменного тока, частоту. Они используются в широком спектре приложений, включая автоматическое тестирование оборудования, мониторинг роста кристаллов , производство полупроводников и генераторы рентгеновского излучения.

В программируемых источниках питания обычно используется встроенный микрокомпьютер для управления и контроля работы источника питания. Источники питания, оснащенные компьютерным интерфейсом, могут использовать проприетарные протоколы связи или стандартные протоколы и языки управления устройствами, такие как SCPI .

Бесперебойный источник питания

Источник бесперебойного питания (ИБП) получает питание от двух или более источников одновременно. Обычно он питается напрямую от сети переменного тока, одновременно заряжая аккумулятор. В случае пропадания или сбоя в электросети аккумулятор мгновенно берет на себя, так что нагрузка никогда не прерывается. Мгновенно здесь следует определять скорость электричества в проводниках, которая несколько близка к скорости света. Это определение важно, потому что передача высокоскоростных данных и услуги связи должны иметь непрерывность / НИКАКИХ разрывов этой услуги. Некоторые производители используют квазистандарт в 4 миллисекунды. Однако при высокой скорости передачи данных даже 4 мс времени при переходе от одного источника к другому недостаточно. Переход должен быть выполнен в перерыве перед методом make. ИБП, отвечающий этому требованию, называется Истинным ИБП или Гибридным ИБП. Время работы ИБП чаще всего зависит от батарей и в сочетании с генераторами. Это время может варьироваться от примерно 5-15 минут до буквально часов или даже дней. Во многих компьютерных установках времени работы от батарей хватает только на то, чтобы у операторов было время для правильного выключения системы. В других схемах ИБП могут использоваться двигатель внутреннего сгорания или турбина для подачи энергии во время отключения электроэнергии от электросети, и время работы от батареи зависит от того, сколько времени требуется генератору, чтобы быть в сети, и критичности обслуживаемого оборудования. Такая схема используется в больницах, центрах обработки данных, call-центрах, сотовых станциях и центральных телефонных аппаратах.

Источник питания высокого напряжения

Блок питания высокого напряжения 30 кВ с разъемом Федерального стандарта, используемый в электронных микроскопах.

Источник высокого напряжения - это источник, который выдает сотни или тысячи вольт. Используется специальный выходной разъем, предотвращающий искрение , пробой изоляции и случайный контакт с человеком. Соединители Федерального стандарта обычно используются для приложений выше 20 кВ, хотя другие типы соединителей (например, соединители SHV ) могут использоваться при более низких напряжениях. Некоторые высоковольтные источники питания имеют аналоговый вход или цифровой интерфейс связи, который можно использовать для управления выходным напряжением. Источники питания высокого напряжения обычно используются для ускорения и управления электронными и ионными пучками в таком оборудовании, как генераторы рентгеновских лучей , электронные микроскопы и колонны с фокусированными ионными пучками , а также во множестве других приложений, включая электрофорез и электростатику .

Источники питания высокого напряжения обычно направляют большую часть своей входной энергии на силовой инвертор , который, в свою очередь, приводит в действие умножитель напряжения или высокое отношение витков, высоковольтный трансформатор или и то, и другое (обычно трансформатор, за которым следует умножитель) для получения высокого напряжения. вольтаж. Высокое напряжение передается из источника питания через специальный разъем, а также подается на делитель напряжения, который преобразует его в низковольтный измерительный сигнал, совместимый с низковольтной схемой. Сигнал измерения используется контроллером с обратной связью, который регулирует высокое напряжение, управляя входной мощностью инвертора, и он также может выводиться из источника питания, чтобы позволить внешней схеме контролировать выходное высокое напряжение.

Биполярный источник питания

Биполярный источник питания ( Kepco BOP 6-125MG)

Биполярный источник питания работает во всех четырех квадрантах декартовой плоскости напряжения / тока , что означает, что он будет генерировать положительные и отрицательные напряжения и токи, необходимые для поддержания регулирования. Когда его выход управляется аналоговым сигналом низкого уровня, это фактически операционный усилитель с узкой полосой пропускания с высокой выходной мощностью и плавным переходом через ноль. Этот тип источника питания обычно используется для питания магнитных устройств в научных приложениях.

Спецификация

Пригодность конкретного источника питания для приложения определяется различными атрибутами источника питания, которые обычно указаны в спецификации источника питания . Обычно указанные атрибуты для источника питания включают:

  • Тип входного напряжения (переменный или постоянный) и диапазон
  • Эффективность преобразования энергии
  • Количество напряжения и тока, которое он может подать на свою нагрузку.
  • Насколько стабильно его выходное напряжение или ток при различных условиях линии и нагрузки
  • Как долго он может поставлять энергию без дозаправки или подзарядки (относится к источникам питания, в которых используются портативные источники энергии)
  • Диапазон рабочих температур и температур хранения

Обычно используемые сокращения в спецификациях источников питания:

  • SCP - Защита от короткого замыкания
  • OPP - Защита от перегрузки (перегрузки)
  • OCP - Максимальная токовая защита
  • OTP - Защита от перегрева
  • OVP - Защита от перенапряжения
  • УВП - Защита от пониженного напряжения

Управление температурным режимом

Источник питания электрической системы имеет тенденцию выделять много тепла. Чем выше КПД, тем больше тепла отводится от агрегата. Есть много способов управлять теплом блока питания. Типы охлаждения обычно делятся на две категории - конвекционное и кондуктивное . Общие методы конвекции для охлаждения электронных источников питания включают естественный поток воздуха, принудительный поток воздуха или другой поток жидкости над устройством. Общие методы кондуктивного охлаждения включают радиаторы , холодные пластины и термические соединения.

Защита от перегрузки

Источники питания часто имеют защиту от короткого замыкания или перегрузки, которые могут повредить источник питания или вызвать пожар. Предохранители и автоматические выключатели - это два обычно используемых механизма защиты от перегрузки.

Предохранитель содержит короткий кусок проволоки, который плавится при протекании слишком большого тока. Это эффективно отключает источник питания от нагрузки, и оборудование перестает работать до тех пор, пока не будет выявлена ​​проблема, вызвавшая перегрузку, и не будет заменен предохранитель. В некоторых источниках питания используется очень тонкая перемычка, припаянная к месту в качестве предохранителя. Конечный пользователь может заменить предохранители в блоках питания, но для доступа к предохранителям в потребительском оборудовании и их замены могут потребоваться инструменты.

Автоматический выключатель содержит элемент, который нагревает, изгибает и запускает пружину, которая отключает цепь. Как только элемент остынет и проблема будет выявлена, выключатель можно будет сбросить и подать питание.

Некоторые блоки питания используют термическую вырез похороненный в трансформаторе , а не предохранитель. Преимущество состоит в том, что он позволяет потреблять больший ток в течение ограниченного времени, чем устройство может обеспечивать непрерывно. Некоторые из таких вырезов самовосстанавливаются, некоторые предназначены только для одноразового использования.

Ограничение тока

Некоторые источники питания используют ограничение тока вместо отключения питания в случае перегрузки. Используется два типа ограничения тока: электронное ограничение и ограничение импеданса. Первый типичен для лабораторных блоков питания, второй - для источников питания мощностью менее 3 Вт.

Foldback ограничитель тока уменьшает выходной ток намного меньше , чем ток максимальных без неисправностей.

Приложения

Источники питания являются основным компонентом многих электронных устройств и поэтому используются в самых разных приложениях. Этот список представляет собой небольшой пример множества применений источников питания.

Компьютеры

Современный компьютерный блок питания - это импульсный блок питания, который преобразует мощность переменного тока из сети в несколько напряжений постоянного тока. Импульсные источники питания заменили линейные из-за улучшений стоимости, веса, эффективности и размеров. Разнообразный набор выходных напряжений также требует больших значений потребляемого тока.

Электрические транспортные средства

Электромобили - это автомобили , которые полагаются на энергию, вырабатываемую при производстве электроэнергии. Блок питания является частью необходимой конструкции для преобразования энергии аккумуляторной батареи автомобиля высокого напряжения.

Сварка

Дуговая сварка использует электричество для соединения металлов путем их плавления. Электроэнергия обеспечивается источником сварочного тока и может быть переменным или постоянным током . Для дуговой сварки требуются большие токи, обычно от 100 до 350 ампер . Некоторые типы сварки могут использовать всего 10 ампер, в то время как в некоторых случаях точечной сварки используются токи до 60 000 ампер в течение очень короткого времени. Сварочные источники питания, состоящие из трансформаторов или двигателей, приводящих в действие генераторы ; современное сварочное оборудование использует полупроводники и может включать микропроцессорное управление.

Самолет

Как коммерческим, так и военным авиационным системам требуется источник питания постоянного или переменного тока для преобразования энергии в полезное напряжение. Часто они могут работать на частоте 400 Гц в интересах экономии веса.

Автоматизация

Это относится к конвейерам, сборочным линиям, сканерам штрих-кода, камерам, двигателям, насосам, полуфабрикатам и многому другому.

Медицинское

К ним относятся аппараты ИВЛ, инфузионные насосы, хирургические и стоматологические инструменты, средства визуализации и кровати.

Смотрите также

Рекомендации

внешние ссылки

Принцип работы источников питания

Принцип работы

Нерегулируемые источники питания

Нестабилизированный источник питания (Non-stabilized Power Supply) состоит из сетевого понижающего трансформатора и диодного выпрямителя с фильтром.

Линейные источники питания

Линейный источник питания (Linear Power Supply) кроме сетевого понижающего трансформатора и моста с фильтром содержит стабилизатор, который стабилизирует выходное напряжение независимо от колебаний сетевого напряжения и нагрузки.

Стабилизированное выходное напряжение линейного источника питания всегда меньше нестабилизированного сетевого напряжения, т.к. часть мощности рассеивается на регулирующем элементе (низкий КПД).

Импульсные источники питания

Импульсный источник питания (Switched-Mode Power Supply) сначала выпрямляет сетевое напряжение с помощью диодного моста, потом преобразует постоянное напряжение в прямоугольные импульсы высокой частоты. Эти импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора. Стабилизация выходного напряжения осуществляется путём широтно-импульсной модуляции (ШИМ): длительность импульсов и пауз между ними регулируются в зависимости от сигнала отрицательной обратной связи, пропорционального напряжению вторичной обмотки.

Импульсные ИП широко используются для питания программируемых логических контроллеров, компьютерного и коммуникационного оборудования.

Преимущества импульсных источников питания относительно линейных ИП
  • Выше КПД, меньше рассеивание тепла
  • Меньше габариты и вес (импульсные трансформаторы более компактны)
  • Шире диапазон сетевого напряжения и частоты
  • Больше защитных функций
  • По надёжности и цене импульсные ИП, благодаря современному массовому производству, сопоставимы с традиционными линейными ИП.
Недостатки
  • Импульсные ИП являются источниками высокочастотных помех, передаваемых в сеть.

Как выбрать

  • Диапазон входного напряжения (В)
  • Диапазон входной частоты (Гц)
  • Входной ток (А)
  • Время буферизации при кратковременном провале сетевого напряжения (мс)
  • Номинальное выходное напряжение (=24В)
  • Настраиваемый диапазон выходного напряжения (В)
  • Точность стабилизации выходного напряжения (±…%)
  • Номинальная выходная мощность (Вт)
  • Номинальный выходной ток (А)
  • Ограничение тока при коротком замыкании (А)
  • КПД (Efficiency)
  • Перегрузочная способность (%)
  • Гальваническое разделение входных и выходных цепей
  • Дистанционное включение/выключения ИП
  • Опции
    • Буферизация (подключение дополнительного модуля, увеличивающего время буферизации при кратковременном провале напряжения до нескольких секунд)
    • Возможность параллельной работы нескольких ИП для резервирования (Redundancy) и увеличения мощности
    • Распределение выходного тока по нескольким каналам, контроль каждого канала
    • Подключение аккумуляторной батареи для обеспечения бесперебойной работы ИП в течение нескольких часов при аварии сети; коммуникационный интерфейс для дистанционного управления ИБП, индикация состояния ИБП.
  • Защита:
    • от холостого хода
    • от перегрузки
    • от короткого замыкания
    • от повышенного напряжения
    • входа встроенными предохранителями
    • автоматический перезапуск
  • Электромагнитная совместимость (ЭМС)
    • Уровень устойчивости к электромагнитным помехам
    • Класс излучения помех
  • Степень защиты корпуса
  • Температура окружающей среды.


Источники бесперебойного питания

Выбор источника питания - Control Engineering Russia

Выбор источника питания для встроенной системы напоминает заказ блюда из китайского меню: «Одно из колонки A, другое — из колонки B и третье — из колонки C». Разница только в том, что колонки названы не «закуски», «первые блюда» и «основное блюдо», а «основной источник», «подзаряжаемый» и «резервный».

Выбор основного источника питания для встроенной системы занимает немало времени. Для большинства встроенных устройств основной источник — сеть 220 В. Второй вариант — перезаряжаемая батарея, например литий-ионная (Li-ion). Растущее число сетевых приложений позволяет подавать основное питание непосредственно через сеть (например, используя USB). Количество встраиваемых систем, работающих на простых не перезаряжаемых батареях, очень быстро уменьшается.

Использование подзарядки говорит о том, что источник должен обеспечивать непрерывное питание системы. Многие устройства, от которых требуется высокая надежность, такие как системы наблюдения за состоянием пациента, имеют встроенные источники бесперебойного питания (ИБП). Система питания любого транспортного средства содержит основную батарею, заряжаемую от генератора при работе двигателя.

Резервные источники питания подключаются при отказе всех других источников. Как правило, такие источники рассчитаны на обеспечение работы минимально необходимого числа функций, таких как сохранение содержимого энергонезависимой памяти мобильных устройств при замене батареи. Большинство персональных компьютеров, например, имеет не перезаряжаемую литиевую батарею (в отличие от заряжаемой литий-ионной), для сохранения BIOS при отключении компьютера от сети питания.

Выбор подходящего источника питания для каждой категории целиком зависит от характеристик приложения. Например, беспроводные датчики, установленные в удаленных или труднодоступных местах, являются одним из немногих примеров, где долговечные, но не перезаряжаемые литиевые батареи являются лучшим выбором. Жаркие климатические условия ограничивают использование литий-ионных батарей, так как высокая температура очень сильно сокращает срок их службы.

 

Питание от батареи

Приложения, для которых лучшим решением является батарейное питание, делятся на три категории: с низкой потребляемой мощностью, с высокой потребляемой мощностью и с резервным питанием. Удаленные беспроводные датчики требуют минимального энергопотребления. Гибридные транспортные средства потребляют много электроэнергии, но аккумулятор должен быть основным источником питания по другим причинам. Медицинская аппаратура контроля является примером, когда для обеспечения высокой надежности системы устанавливаются резервные батареи, хотя основным источником остается электросеть.

При наличии ограничений по мощности разработчик системы должен включать в нее такие возможности, которые сводят потребляемую мощность к минимуму и увеличивают эффективность ее использования.

Рис. В типовой схеме сетевого линейного источника питания встраиваемой системы используются серийные трансформаторы и выпрямители. RC-фильтр устраняет оставшиеся пульсации напряжения. Недорогая ИС линейного регулятора стабилизирует выходное напряжение. Добавление делителя в обратную связь выводит напряжение на нужный уровень. Показана схема источника питания на 15 В с одним выходом и плавающим заземлением, и биполярного источника питания ±15 В

Выбор надлежащих устройств и видов схем — первый шаг к уменьшению потребляемой мощности. Например, тактовая частота микропроцессора оказывает очень сильное влияние, при этом энергопотребление одного и того же процессора растет нелинейно с ростом частоты. Точно так же «более широкие» микропроцессоры (32-разрядный по сравнению с 16-разрядным) требуют больше мощности, чем «узкие». Некоторые виды схем по своей сути более эффективны, чем другие. Например, импульсные источники питания намного эффективнее линейных. Разумеется, работа напрямую от батареи более экономична. Таким образом, лучшее решение для снижения энергопотребления — снижение тактовой частоты, уменьшение разрядности процессора и использование более эффективных видов схем, подходящих для процесса.

Рис. Импульсный блок питания обеспечивает регулирование постоянного напряжения с гораздо большей эффективностью, чем линейный блок питания. Недостаток — более сложная схема

Следующая после оптимизации схемы наиболее эффективная стратегия уменьшения потребляемой мощности связана с добавлением режима ожидания и сторожевого таймера. В режиме ожидания все второстепенные функции отключаются на длительный срок, и питание подается только на отдельную схему синхронизации. Назначение таймера — включить систему при вспышке активности.

Рис. Широтно-импульсный модулятор главный элемент каждого импульсного источника питания, использует технологию цифровой коммутации для управления выходным напряжение с минимальными диссипативными потерями

В задачах, требующих большой мощности, батареи сравнительно редко применяются в качестве основного источника питания. Проблема не в том, что аккумуляторы не в состоянии обеспечить большие токи, а в том, что они не могут делать это достаточно долго. Обычно инженеры выбирают батареи для основного источника питания в случае, когда другого выбора у них просто нет.

Например, мне часто приходилось создавать небольшие приборы для кратковременных экспериментов. Несколько лет назад я разработал генератор очень низкой частоты на базе сдвоенного ОУ a741 для проверки в дорожных условиях цифрового запоминающего осциллографа. Предполагаемое время работы не превышало двух часов, а у меня не было подходящего настольного источника питания.

У меня была пара батарей на 9 В и кассеты для их крепления. Итак, я припаял положительный вывод одной кассеты к отрицательному выводу другой и подключил оба вывода к общему проводу схемы. После этого я припаял свободный положительный контакт к положительной клемме ОУ, свободный отрицательный контакт кассеты — к отрицательной клемме. Выходное напряжение блока ±9 В находилось в рабочем диапазоне операционного усилителя, и вся схема практически ничего не стоила.

Более распространенным применением аккумуляторной батареи в качестве основного источника питания является двигатель транспортного средства, когда требуется несколько источников энергии. В гибридных и полностью электрифицированных транспортных средствах обычно устанавливаются работающие от батареи электрические приводные двигатели и дополнительный источник для подзарядки батарей.

Относительно новый элемент таких систем — суперконденсаторы. Стандартные батареи аккумулируют энергию, используя химические связи, и высвобождают ее посредством химических реакций. Максимальный выходной ток батареи в основном ограничивается скоростью протекания этих реакций. В отличие от этого суперконденсаторы накапливают энергию в виде электрического поля, и их пиковый ток ограничен только нагревом обкладок и внутренних проводников. Они также выдерживают больше циклов зарядки/разрядки.

Встроенные системы, использующие аккумуляторы для резервирования, содержат внутренний источник бесперебойного питания (ИБП). Я уже упоминал медицинское оборудование для наблюдения за состоянием пациента, в котором данная технология применяется для поддержания непрерывной работы при исчезновении питания. Это также позволяет обеспечивать непрерывное наблюдение при перемещении пациента: персонал просто вынимает вилку и монитор перемещается вместе с пациентом без выключения. Оборудование работает в основном от аккумуляторной батареи, в то время как сеть обеспечивает ее подзаряд небольшим током.

 

Питание от сети

Практически вся бытовая техника питается от сети 220 В. Поскольку использование встроенных систем управления в этих приборах растет, число систем, работающих непосредственно от сети, также выросло.

В отличие от стандартных релейных систем управления заменяющие их микропроцессорные системы не работают от переменного напряжения частотой 50 Гц. В них используется высокостабильное напряжение сравнительно низкого уровня (в большинстве случаев 5 В).

Существуют два основных класса схем источников питания, осуществляющих преобразование сетевого переменного напряжения в низкоуровневое постоянное: линейные и импульсные.

Схемы линейных источников питания начинаются с трансформатора, снижающего сетевое напряжение до необходимого уровня. Затем мостовой выпрямитель преобразует низковольтный переменный ток в пульсирующий постоянный. В фильтрующей части схемы для снижения пульсаций устанавливается большой электролитический конденсатор, за которым следует относительно низкоомный резистор.

В этой точке схемы мы получаем постоянное напряжение, которое зависит от напряжения сети, коэффициента трансформации, потребляемого тока и сопротивления. На это напряжение накладываются пульсации частотой 50 Гц, амплитуда которых зависит как от постоянной времени фильтра, так и от тока нагрузки. Другими словами, выходной ток и напряжение принимают какое угодно значение, только не то, что нужно!

Для улучшения качества постоянного тока разработчики источников питания добавляют линейный регулятор. Линейный регулятор представляет собой линейный усилитель мощности, запитываемый с выхода фильтра и усиливающий небольшое опорное напряжение до необходимого уровня. Элементы обратной связи позволяют изменять результирующее выходное напряжение или регулировать выходной ток.

Линейные источники питания очень неэффективны, т.к. рассеивают практически столько же энергии, сколько выдают. Очень часто этих потерь, зачастую очень дорогих, можно избежать, используя импульсный источник питания.

Импульсный источник питания имеет такие же трансформатор, выпрямитель и фильтр, как и линейный источник питания. Улучшения достигаются за счет замены линейного регулятора импульсным. Вместо использования линейного усилителя, где транзисторы никогда полностью не включаются или не выключаются, транзисторы в широтно-импульсном модуляторе попеременно переводятся в состояние насыщения (фактически короткого замыкания) и в состояние отсечки (бесконечного сопротивления). В том или ином состоянии рассеяние мощности минимально.

Рис. Программируемые источники питания поставляются в компактном, относительно недорогом корпусе промышленного исполнения

ШИМ выдает последовательность импульсов переменной скважности. Система обратной связи изменяет коэффициент заполнения импульсной последовательности для поддержания точного значения выходного напряжения на заданной нагрузке. Регенерирующий фильтр (фактически большая индуктивность) усредняет ток для сглаживания импульсов.

 

Спроектировать и создать импульсный источник питания достаточно сложно. К счастью, есть производители, выпускающие эти устройства в больших количествах по очень низкой цене, поэтому вряд ли вам придется разрабатывать его самому для своего приложения. В настоящее время разработчики встроенных систем рассматривают источники питания как черные ящики, берущие некачественное входное питание и выдающие «чистое» постоянное напряжение. Просто откройте каталог, выберете нужный блок питания по необходимому напряжению и току и закажите его. Самая сложная часть — выделить место в вашей системе для монтажа.

 

Питание системы

Часто питание для работы встраиваемых систем подается не от сети или аккумуляторов. Электропитание автомобиля, например, поступает от вращаемого двигателем генератора и регулятора напряжения, которые обеспечивают напряжение 12 В и сравнительно большой ток. Поезда, корабли, автомобили, космические корабли, ветряки и солнечные электростанции имеют отдельные источники питания. В большинстве случаев эти источники выдают несколько напряжений стандартного уровня, имеющих высокое качество.

Для работы встраиваемых электронных систем в такой ситуации разработчикам обычно приходится изменять напряжение и регулировать выход источника. Единственно возможный вариант — преобразователь DC-DC.

Преобразователь DC-DC использует подаваемое на него постоянное напряжение для генерации прямоугольных импульсов. Трансформатор повышает или понижает это переменное напряжение до необходимого уровня. После этого двухполупериодный мостовой выпрямитель восстанавливает постоянный ток и поскольку коэффициент заполнения равен 100%, на выходе выпрямителя получается относительно чистое постоянное напряжение с высокочастотными фильтруемыми помехами. Если необходима дальнейшая подстройка, импульсный регулятор выполняет эту задачу достаточно эффективно.

Другие системы позволяют передать требуемое электроникой питание по умолчанию. Так, в частности, устройства, подключенные к порту USB, получают питание 5 В через кабельUSB. Аналогично, пункт 33 стандарта Ethernet IEEE 802.3-2005 (IEEE 802.3af, часто называемый как «питание через Ehternet») рекомендует передавать постоянное напряжения 48 В по двум из четырех пар кабеля CAT-3 или CAT-5e для питания оборудования. В стандарте также оговаривается и максимальная величина тока — 400 мА.

Комбинирование и подбор доступных источников питания для использования в качестве основного, подзаряжаемого и резервного дает разработчикам встраиваемых систем большую свободу выбора. Выбор лучшей схемы — результат сравнения возможностей каждой из схем питания с требованиями вашей задачи.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Источники питания

Статьи

Если возникает необходимость выбрать «таблеточный» элемент питания подходящий по размеру, то могут возникнуть некоторые

Батареи

Аккумуляторные батареи Дельта пользуются заслуженным спросом. Перезаряжаемые источники питания этого типа обладают минимальным саморазрядом

Батареи

Аккумуляторы являются востребованными изделиями не только в портативных устройствах. Когда нет сетевого электричества АКБ

Батареи

В свинцовых аккумуляторах, изготавливаемых в последние годы, расход воды снижен практически до нуля. Благодаря

Батареи

Свинцовые батареи занимают одни из самых высоких позиций по соотношению цены и эффективности накопления

Батареи

Кислотные аккумуляторы являются самыми недорогими накопителями электроэнергии. По этой причине, на большем количестве техники,

Батареи

Небольшие по размеру свинцово кислотные аккумуляторы идеально подходят для установки в приборы резервного энергоснабжения.

Батареи

Гелевые батареи стали использоваться сравнительно недавно, но за короткий срок вытеснили с рынка значительную

Батареи

Стартерный аккумулятор Delta CT 1204 предназначен для запуска малолитражных двигателей, используемых в мототехнике. Аккумуляторная

Батареи

Аккумулятор Delta DT 1218 относится к категории свинцово-кислотных источников питания с возможностью многократной перезарядки.

Руководство покупателя источника питания

: КПД

Эффективность, результативность, эффективность!

«Сколько я получаю, если вкладываю так много?»

Хотя это правильный вопрос, нам, вероятно, следует его немного перефразировать. Обычно вы называете соотношение между мощностью, потребляемой (от стенной бородавки), и количеством мощности, которая выводится (на компьютер) эффективностью. Чем меньше мощность, которую должен потреблять блок питания для вывода определенной целевой мощности, тем выше его эффективность.

Пока мы занимаемся этим, мы хотели бы устранить очень распространенное заблуждение относительно эффективности. Если у вас есть блок питания мощностью 500 Вт с КПД 75 процентов, это не значит, что он может выводить на ПК только 375 Вт. Вместо этого он должен потреблять 666 Вт от стены, чтобы обеспечить компьютер мощностью 500 Вт. Итак, правильная версия нашего вопроса: «Сколько энергии мой компьютер потребляет от стены, когда ему требуется определенное количество энергии?»

Пример:

Предположим, мы действительно продвигаем наш ПК, и ему требуется 600 Вт.Наш блок питания имеет КПД 80%. Вот что он действительно извлекает из сети:

600 Вт / 0,80 = 750 Вт

В идеале, наш компьютер будет потреблять около 750 Вт от стены под нагрузкой. Остальные 150 Вт попросту тратятся впустую и обычно рассеиваются блоком питания в виде тепла.

Нет ничего постоянного, даже потери

Однако наш приведенный выше пример верен только в идеальном мире, а поскольку у нас нет суперэффективной технологии Star Trek, все обычно не так однозначно.Компьютер используется в различных состояниях, от холостого хода до полного газа, если хотите, со всеми оттенками между ними. Очевидно, что он будет потреблять меньше всего энергии в режиме ожидания на рабочем столе, больше при обычном использовании и в большинстве случаев при полной нагрузке (3D-графика или интенсивные вычисления). Таким образом, мы не можем ожидать постоянного потребления энергии. Вместо этого мы должны принять по крайней мере два состояния, а именно простоя и нагрузку. Теперь давайте посмотрим на эффективность нашего гипотетического блока питания мощностью 600 Вт при различных нагрузках.

Угу; что это? Наше красивое и прямолинейное объяснение, кажется, теряет форму на этом графике.Глядя на кривую, мы видим, что пиковый КПД блока питания достигает примерно 50% от номинальной мощности.

Итак, умный наблюдатель предположил бы, что простое увеличение мощности блока питания в два раза должно решить проблему. Хотя в принципе это правильно, наш полезный друг кое-что забыл: состояние ожидания. И вот тут-то и возникают проблемы с современными импульсными блоками питания. Если их нагрузка упадет ниже 10%, эффективность упадет до 50 или 60%, а возможно, даже меньше. По иронии судьбы, эта ситуация только усугубляется механизмами энергосбережения, реализованными в современных компонентах ПК.Например, мощная система с хорошей видеокартой может потреблять всего 65 Вт в холостом режиме, но потребляет хорошие 500 Вт под нагрузкой. Таким образом, вы должны убедиться, что блок питания не подвергается перенапряжению или недооценке.

Пример:

На этот раз допустим, что наш блок питания мощностью 600 Вт подает в систему 65 Вт. Какой нагрузке это соответствует?

(100% / 600 Вт) * 65 Вт = 10,83%

Теперь взгляните на нашу диаграмму, и вы увидите, что все выглядит не очень хорошо.Повторим наш расчет, на этот раз предполагая КПД 68%.

65 Вт / 0,68 = 95,6 Вт

Несмотря на то, что системе действительно требуется всего 65 Вт, блок питания потребляет почти 100 Вт от стены и превращает оставшиеся 30 Вт в тепло. И это цифры для более эффективного из двух гипотетических источников питания! Чтобы не забегать вперед, на этой диаграмме было - пара кривых эффективности, одна для дешевого блока питания, а другая - для более дорогого.И разве вы не знаете, якобы дешевый (и вымышленный) блок питания DragonMegaHyperCombatUltra за 30 баксов оказывается очень мощным, когда система простаивает, что в конечном итоге увеличивает ваши счета за электроэнергию.

Опять же, это только гипотетический пример. В качестве следующего трюка мы хотели бы показать вам, что на самом деле происходит . Оказывается, мы легко можем учесть влияние эффективности в наших расчетах. Да, и так же легко доказать, что дешевые блоки питания часто оказываются намного дороже, чем вы думаете в долгосрочной перспективе.

Как определить эффективный блок питания

Как определить эффективный блок питания?

Руководящие принципы, правила и нормы

Одним из наиболее важных показателей эффективности блока питания является его соответствие рекомендациям Energy Star 5.0, а также соответствие требованиям уровня эффективности 80 PLUS. Последнее касается в первую очередь компьютерных блоков питания и признано во всем мире. Кроме того, если вы находитесь в европейской стране, следует обратить внимание на соответствие CE и директиву ErP.

Источники питания 80 PLUS более эффективны

Все упомянутые нами спецификации, нормы и правила требуют высокой эффективности, а также улучшенного качества электроэнергии. Источники питания, которые соответствуют этим строгим правилам, пройдя определенный набор тестов, могут быть затем помечены значком 80 PLUS, соответствующим их уровню эффективности. Хотя нагрузочные / стресс-тесты могут не соответствовать тем, которые определены в спецификации ATX, в данном случае это приемлемо. Хорошие новости для наших европейских читателей: поскольку тесты проводятся с использованием нижнего U.S. напряжения, эти источники питания достигают еще более высокого уровня эффективности в сети 230 В.

80 PLUS: Титан, Платина, Золото, Серебро, Бронза

Исходная концепция сертификации 80 PLUS была пересмотрена с добавлением новых, более строго определенных уровней эффективности. У каждого сертификата Bronze, Silver, Gold и Platinum есть свои требования. Таким образом, блок питания с сертификатом «80 PLUS Gold» или «80 PLUS Platinum» более эффективен, чем не имеющий сертификата. С другой стороны, более сложные схемы, необходимые для достижения этих уровней, также обычно приводят к более высокой цене.

Ниже вы найдете таблицу, которая показывает, каких уровней эффективности должен достичь блок питания при заданной нагрузке, чтобы соответствовать требованиям определенного уровня сертификации.

% (PF> 0,9)
КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при нагрузке 100%
80 PLUS - 80% 80% 80% (PF> 0.9)
80 PLUS Bronze - 82% 85% (PF> 0,9) 82%
80 PLUS Silver - 8510% 85%
80 PLUS Gold - 87% 90% (PF> 0,9) 87%
80 PLUS Platinum - 90% 92% (PF> 0.95) 89%
80 PLUS Titanium 90% 92% (PF> 0,95) 94% 90%

Сначала организация 80 PLUS сертифицировала только блоки питания с входом 115 В, однако недавно были добавлены сертификаты 230 В с повышенными требованиями, поскольку потери энергии значительно ниже при более высоких нагрузках с этим входом напряжения. В таблице ниже вы найдете внутренние сертификаты 80 PLUS 230V ЕС.

Когда
КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при нагрузке 100%
80 PLUS - 82% 85% (PF> 0,9) 82%
80 PLUS Bronze - 85% 88% (PF> 0,9) 85%
80 PLUS Silver - 87% 90% (PF> 0.9) 87%
80 PLUS Gold - 90% 92% (PF> 0,9) 89%
80 PLUS Platinum - 92111 901 % 94% (PF> 0,90) 90%
80 PLUS Titanium 90% 94% (PF> 0,95) 96% 94%
9 Выключен на самом деле не выключен: несколько слов о энергопотреблении в режиме ожидания

Когда вы выключаете компьютер, блок питания на самом деле не выключается полностью.Это необходимо для работы таких функций, как Wake-on-LAN. Дело в том, что блок питания продолжает потреблять некоторое количество энергии (называемое вампирским или фантомным питанием), даже когда компьютер выключен. Более новые блоки питания, особенно продаваемые в Европе и сертифицированные как совместимые с ErP / EuP, потребляют менее 0,5 Вт в этом режиме ожидания. Если вы серьезно относитесь к экономии электроэнергии, выберите более новую модель с поддержкой ErP Lot6 2013.

Какие рельсы питания важны?

Это подводит нас к одному из важнейших моментов современных источников питания: а именно, к той мощности, которую они могут подавать при различных напряжениях.В настоящее время ПК потребляют большую часть энергии от шины +12 В. Для сравнения, два других напряжения, 3,3 и 5 В, играют гораздо менее важную роль. Вот почему вы можете использовать следующее в качестве практического правила: если шина 12 В блока питания может обеспечить всю необходимую мощность с запасом места, то более низкие напряжения также будут достаточными.

Однако обратное не всегда. Сравним наклейки со спецификациями двух моделей блоков питания:

Изображение 1 из 2

Изображение 2 из 2

Разница вполне очевидна.Хотя вторая модель рассчитана на 550 Вт, ее шины +12 В в сумме дают только 380 Вт, и даже это справедливо только в том случае, если другие направляющие не подвергаются нагрузке одновременно! Никому не нужно 315Вт на шинах 3,3 и 5 В. На практике этот источник питания, вероятно, достигнет своего предела при нагрузке 350 Вт на шине 12 В.

По иронии судьбы, даже хороший блок питания мощностью 425 Вт может выдать больше мощности, чем эта модель при 12 В. Не поддавайтесь на такие уловки.

Первоначальная стоимость по сравнению с Энергосбережение

Качественные продукты изначально стоят дороже, но это не обязательно всегда означает более низкую стоимость в долгосрочной перспективе.Вот почему мы сразу же рассмотрим несколько конкретных компонентов и их цены, чтобы определить, какой тип блока питания имеет наибольшее значение в данной среде и какой экономии вы можете достичь, если таковая имеется. Некоторые результаты могут вас удивить!

Однако недостаточно сосредоточиться только на финансовом аспекте, потому что мы также должны учитывать долговечность, надежность и безопасность. Мы более подробно рассмотрим эти моменты на следующей странице.

Сертификация источника питания

, что все это значит?

Блоки питания выполняют важную функцию для компьютера; они обеспечивают стабильное питание всех компонентов внутри системы.В комплекте с множеством функций и спецификаций читать описание продукта для одного - почти рутинная работа. Например, задумывались ли вы, что означает 80 PLUS®? Если вы системный разработчик, пора обратить внимание - класс уже в процессе.

При покупке блока питания для компьютера большинство сборщиков систем обычно оценивают общую потребляемую мощность оборудования в ваттах, а затем выбирают блок питания, который может обеспечить как минимум такую ​​мощность. Однако полагаться только на номинальную мощность для некоторых сборок часто бывает недостаточно.Именно здесь на помощь приходит 80Plus и различные уровни сертификации.

Инициированная Ecos Consulting (теперь Ecova®) в 2004 году, 80 PLUS - это программа добровольной сертификации, которая проверяет эффективность блоков питания компьютеров. С целью обеспечения экологичности и энергоэффективности сертификация 80 PLUS выдается моделям блоков питания, которые соответствуют минимуму энергоэффективности. Но что означает энергоэффективность и действительно ли это важно?

В контексте источников питания энергоэффективность - это количество мощности, обеспечиваемой источником питания, деленное на количество энергии, которое он потребляет от розетки, и выраженное в процентах.Это сводится к количеству предоставляемой мощности по сравнению с количеством потребляемой мощности. Например, если блок питания потребляет 100 Вт и обеспечивает мощность 80 Вт, его энергоэффективность составляет 80%.

Однако блоки питания не поддерживают статический уровень энергоэффективности. На самом деле энергоэффективность зависит от нагрузки на источник питания. Продолжая с нашим воображаемым блоком питания на 100 Вт выше, он может иметь КПД 80% при 100% нагрузке, но падает до 50% при нагрузке 50%.

Чтобы производитель получил рейтинг 80 PLUS для модели блока питания компьютера, он должен предоставить образцы в независимую лабораторию для проверки энергоэффективности. В этих лабораториях блок питания проверяется на эффективность при нагрузках 10%, 20%, 50% и 100%. Ниже представлена ​​таблица, в которой показаны различные требования для каждого уровня сертификации.

Уровни сертификации 80Plus для источников питания потребительского уровня 115 В и требования к их эффективности

Уровни сертификации 80 PLUS КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при 100% нагрузке
80 PLUS 80% 80% 80%
80 PLUS Bronze 82% 85% 82%
80 PLUS Серебристый 85% 88% 85%
80 PLUS Gold 87% 90% 87%
80 PLUS Platinum 90% 92% 89%
80 PLUS Титан 90% 92% 94% 90%

Сертификат 80Plus для блоков питания серверного уровня 230 В и требования к их эффективности

Уровни сертификации 80 PLUS КПД при нагрузке 10% КПД при нагрузке 20% КПД при нагрузке 50% КПД при 100% нагрузке
80 PLUS
80 PLUS Bronze 81% 85% 81%
80 PLUS Серебристый 85% 89% 85%
80 PLUS Gold 88% 92% 88%
80 PLUS Platinum 90% 94% 91%
80 PLUS Титан 90% 94% 96% 91%

Если на вашем предприятии используется большое количество компьютеров или серверов, использование сертифицированных 80 PLUS источников питания может сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.Бронзовая сертификация, кажется, обеспечивает хороший баланс между низкой начальной стоимостью покупки и высокой производительностью. Что вы думаете о сертификации 80 PLUS и компьютерных блоках питания? Вы обращаете много внимания на рейтинг 80 PLUS источника питания при покупке сборки?

Фото itchys, взято с Flickr Creative Commons

Как устранить неполадки блока питания ПК

Когда ПК внезапно выходит из строя без видимой причины, сначала проверка источника питания ПК может сэкономить много времени на устранение неполадок в системе.Неисправный блок питания ПК свидетельствует о множестве периодических проблем с компьютером. Вот почему опытные специалисты по ПК часто сначала смотрят на блок питания при диагностике аппаратных проблем ПК.

  • Системные сбои в процессе загрузки.
  • ПК вообще не включается
  • Самопроизвольные перезапуски или блокировки при попытке использовать машину
  • Корпусные вентиляторы и жесткие диски, которые не вращаются
  • Система перегрева из-за отказа радиатора и вентилятора
  • Ошибки, связанные с системной памятью
  • Повторяющийся синий экран смерти (BSOD)

Если ПК вообще не включается

Как и при поиске и устранении неисправностей, отсоедините от ПК все периферийные устройства, кроме необходимых.Обычно это означает, что у вас остаются подключенные только мышь, клавиатура и монитор.

Многие блоки питания имеют внешний переключатель, расположенный на задней панели блока. Убедитесь, что он не был случайно выключен. Подключите кабель питания блока питания к розетке или к сетевому фильтру и включите компьютер. У большинства моделей блоков питания есть индикатор на задней панели устройства, который светится при включении. Если он не горит, попробуйте использовать другой кабель питания и другую розетку, чтобы устранить эти предметы как источник проблемы.

Обычно вы можете наблюдать несколько вещей, которые указывают на правильную работу блока питания.

  • Прослушайте корпусные вентиляторы и механические жесткие диски. Вы должны услышать, как эти устройства вращаются.
  • Проверьте подключение каждого кабеля блока питания, идущего к аппаратному компоненту компьютера.
  • Загляните внутрь корпуса и найдите лампу материнской платы. Обычно мигающие индикаторы на материнской плате указывают на неисправный или неправильно подключенный источник питания.

Кроме того, цвет подсветки материнской платы может указывать на другие неисправные компоненты.Коды индикаторов и звуковых сигналов BIOS зависят от производителя. Для получения этой информации обратитесь к руководству по материнской плате.

Использование скрепки для проверки источника питания

Тест скрепки, также называемый тестом перемычки, позволяет проверить работоспособность блока питания, когда он отключен от компонентов внутри ПК. Этот тест определит некоторые общие проблемы:

  • Короткое замыкание внутри блока питания
  • Неисправные компоненты
  • Подключение к сети под напряжением

Сначала вы хотите повернуть выключатель питания на задней панели источника питания в положение «выключено».(O должно быть "вниз")

Найдите 20 + 4P (24-контактный) разъем. Согните скрепку и вставьте один конец в зеленую булавку (PS_ON), ​​а другой конец в любую из черных булавок (Земля).

Нажмите переключатель на задней панели блока питания и прислушайтесь к внутреннему вентилятору. Если вы слышите звук вентилятора, это означает, что питание включено.

Тест со скрепкой - это грубый, но эффективный способ проверить, нуждается ли ваш блок питания в замене. Больше он вам ничего не скажет.Если ваш блок питания прошел проверку на скрепку, вам все равно может потребоваться выявить связанные проблемы:

  • Колебания напряжения
  • Перегрев
  • Неисправность шины питания

Стоит ли достать мультиметр?

Чтобы выполнить более детальное тестирование источника питания, вам необходимо использовать или купить мультиметр. Мультиметр - это прибор, который измеряет электрический ток, в основном напряжение (вольты), ток (амперы) и сопротивление (Ом). Если вы специалист по электронике, возможно, он у вас уже есть, и вы наверняка знакомы с этим инструментом.

Если вы работаете в качестве внутреннего ИТ-специалиста, вероятно, не стоит уделять слишком много времени тестированию и ремонту блоков питания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *