Чем отличаются линейные и импульсные источники питания. Каковы их преимущества и недостатки. Как выбрать подходящий источник питания для конкретной задачи. Какие факторы нужно учитывать при выборе.
Принцип работы линейных и импульсных источников питания
Линейные и импульсные источники питания имеют принципиально разный принцип работы:
- Линейный источник питания работает как регулируемый резистор, «съедая» лишнее напряжение и рассеивая его в виде тепла.
- Импульсный источник питания преобразует входное напряжение в высокочастотные импульсы, которые затем выпрямляются и фильтруются.
Это фундаментальное различие определяет основные характеристики и области применения этих типов источников питания.
Преимущества и недостатки линейных источников питания
Линейные источники питания имеют следующие достоинства:
- Очень низкий уровень пульсаций и шумов на выходе
- Отсутствие высокочастотных помех
- Простота схемотехники
- Высокая надежность
- Низкая стоимость для маломощных источников
Основные недостатки линейных источников:
- Низкий КПД (30-60%)
- Большие габариты и вес
- Значительное тепловыделение
- Нестабильность выходного напряжения при изменении нагрузки
Преимущества и недостатки импульсных источников питания
Импульсные источники питания обладают следующими достоинствами:
- Высокий КПД (до 90-95%)
- Малые габариты и вес
- Широкий диапазон входных напряжений
- Возможность получения нескольких выходных напряжений
- Хорошая стабилизация выходного напряжения
К недостаткам импульсных источников можно отнести:
- Более высокий уровень пульсаций и шумов на выходе
- Создание высокочастотных помех
- Сложность схемотехники
- Более высокая стоимость для маломощных источников
Сравнение эффективности линейных и импульсных источников питания
Эффективность является одним из ключевых параметров при выборе источника питания. Рассмотрим сравнение КПД линейных и импульсных источников:
- КПД линейных источников обычно составляет 30-60%. При большой разнице между входным и выходным напряжением КПД может падать до 20% и ниже.
- КПД импульсных источников достигает 80-95% во всем диапазоне входных напряжений.
Такая разница в эффективности приводит к тому, что линейные источники выделяют гораздо больше тепла и требуют более мощных систем охлаждения. Это ограничивает их применение в портативных устройствах и системах с высокими требованиями к энергоэффективности.
Особенности применения линейных источников питания
Линейные источники питания наиболее эффективны в следующих случаях:
- Маломощные устройства с низким потреблением (до 10-20 Вт)
- Аналоговые схемы, чувствительные к шумам и помехам
- Аудиотехника высокого класса
- Измерительное и лабораторное оборудование
- Устройства, требующие высокой стабильности выходного напряжения
В этих областях преимущества линейных источников — низкий уровень шумов и пульсаций — перевешивают их недостатки.
Особенности применения импульсных источников питания
Импульсные источники питания оптимальны для следующих применений:
- Мощные устройства (от 50-100 Вт и выше)
- Портативная и мобильная техника
- Системы с жесткими требованиями к массогабаритным показателям
- Устройства с широким диапазоном входных напряжений
- Оборудование, требующее высокой энергоэффективности
В этих областях высокий КПД и малые размеры импульсных источников являются решающими факторами.
Выбор между линейным и импульсным источником питания
При выборе типа источника питания следует учитывать следующие факторы:
- Требуемая выходная мощность
- Допустимый уровень пульсаций и шумов
- Требования к массогабаритным показателям
- Диапазон входных напряжений
- Необходимость гальванической развязки
- Стоимость и сложность разработки
Для маломощных устройств с высокими требованиями к качеству выходного напряжения оптимальным выбором будет линейный источник. Для мощных систем и портативных устройств лучше подойдет импульсный источник питания.
Перспективы развития источников питания
Основные тенденции в развитии источников питания включают:
- Повышение КПД импульсных источников до 98-99%
- Уменьшение уровня создаваемых помех
- Снижение массогабаритных показателей
- Увеличение удельной мощности
- Развитие цифровых систем управления
Эти тенденции приводят к постепенному вытеснению линейных источников питания импульсными во многих областях применения. Однако в некоторых нишах линейные источники по-прежнему остаются вне конкуренции благодаря своим уникальным характеристикам.
Импульсный или линейный источник электропитания?
В настоящее время источники вторичного электропитания находят свое применение в различных областях техники.
Зачастую перед конструкторами и инженерами встает вопрос: — какой источник вторичного электропитания использовать для той или иной задачи: импульсный или линейный?
Множество технических специалистов и потребителей с опытом до сих пор относятся с опаской к импульсным источникам питания, так как еще в 80-90е годы прошлого столетия происходило множество отказов отечественной и импортной техники.
Также одной из причин негативного отношения к импульсным источникам питания является тот факт, что данные источники вторичного питания могут создавать высокочастотный шум.
На сегодняшний день вся бытовая техника, видео и аудио аппаратура, компьютерная техника оснащена импульсными источниками питания. Все меньше можно найти приборов, имеющих в своем составе линейные блоки питания. Так в чем же отличия данных типов источников питания?
Одним из основных критериев выбора источника питания является его надежность.
Конечно же импульсный источник питания является более надежным чем линейный за счет наличия встроенных защит от таких факторов, как перегрузка, переполюсовки по входу, короткого замыкания, скачков напряжения и так далее.
Еще одним не мало важным параметром является КПД (коэффициент полезного действия), который определяет эффективность преобразования энергии в источнике питания.
КПД в импульсных источниках высокий и может достигать 98%!
Это гарантирует меньшие теплопотери, а также ведет к меньшему перегреву элементной базы, что является показателем надежности. В линейном источнике питания основные потери происходят в трансформаторе и аналоговом стабилизаторе.
В импульсном бескорпусном источнике вторичного электропитания вместо сетевого используется высокочастотный трансформатор, а вместо стабилизатора ключевой элемент.
Исходя из того, что основную часть времени ключевые элементы то включены, то выключены, потери в данном источнике минимальны.
Важным аспектом при выборе источника питания является помехозащищенность и электромагнитная совместимость. В отличие от линейных, все без исключения импульсные источники вторичного электропитания излучают высокочастотные помехи, так как это связано с их принципом работы.
В следствии чего необходимо предпринимать дополнительные меры по подавлению этих помех, зачастую не позволяющие устранить их полностью. Данный факт ограничивает применение импульсных блоков питания в некоторых случаях.
Существенное преимущество импульсным источникам электропитания дает широкий диапазон входных напряжений, чего нельзя сказать о линейных.
Импульсные источники питания имеют меньшие габариты и вес по сравнению с линейными. Это достигается в следствии того, что с увеличением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при одной и той же передаваемой мощности.
В заключении следует добавить, что более низкую стоимость имеют импульсные источники питания за счет использования более дешевой силовой элементной базы. С увеличением мощности, стоимость импульсного источника питания уменьшается по сравнению с его линейным аналогом.Ведущий инженер ЗАО «РЕОМ»
ЗАО «РЕОМ» производит
источники питания ПНВ27 класса DC-DC.ИВЭП серии ПНВ27 рассчитаны на питание от сети постоянного тока напряжением в диапазоне от 22В до 34В.
Задать вопрос
<< Предыдущая Следующая >>Сравнение линейного и импульсного лабораторных блоков питания
Сравнение линейного и импульсного лабораторных блоков питанияЗдравствуйте…
С вами интернет-магазин Electronoff! Если поискать в интернете стабилизаторы напряжения, или лабораторные блоки питания, что практически одно и то же, то можно найти два варианта — линейные и импульсные. Сегодня мы разберем, чем же они различаются, функционально и в рабочем плане, расскажем принципы их работы.
Сильно вдаваться в подробности не будем, но основную информацию попробуем рассказать.
Начнем с линейных стабилизаторов.
Их яркими примерами есть популярные микросхемы серии L78xx. Грубо говоря, такие стабилизаторы работают как обычный резистор – всю “лишнюю” энергию, которая не идет в нагрузку, они гасят на себе. Например, возьмем светодиод. Ему нужно 3 вольта, а на входе у нас 12 вольт. Линейный стабилизатор опустит напряжение до 3-х вольт, а оставшиеся 9 вольт, скажем так, “съест” — превратит их в нагрев себя же.
У них эффективность тем больше, чем меньше разница напряжений. Например, если светодиоду нужно 3 вольта, а на входе у нас 5 — стабилизатор скушает 2 вольта и нагреется совсем чуть-чуть. А если мы подадим 30 вольт — ему придется сожрать целых 27 вольт, и нагрев от этого будет значительно больше.
Можно даже посчитать.
- Возьмем ток через светодиод равным 100 мА, или 0.1 А.
- Из рассчета рассеиваемой мощности, P=U*I, при входном напряжении 5 вольт стабилизатор рассеет 2*0.1 = 0.2 Вт, а при входных 30 вольтах уже 27*0.1=2.7 Вт, то есть в 13.5 раз больше.
- При условии, что сам светодиод потребляет 0.3 Вт, эффективность во втором случае получается ну совсем никакая.
Но не стоит думать, что эти стабилизаторы совсем уж плохие. У них присутствует несколько существенных преимуществ.
| Первое — дешевизна и надежность | Сделать нормально работающий стабилизатор можно буквально из трех деталей, причем две будут необязательными |
| Второе — отсутствие пульсаций и помех на выходе | При правильной компоновке на выходе получается ровная линия напряжения при любой нагрузке. А это очень важно для чувствительных к разным наводкам и пульсациям схем на электронных компонентах |
К тому же, промышленные блоки питания минимизируют разницу напряжений при помощи трансформаторов с несколькими обмотками. Таким образом всегда работают в оптимальном режиме.
А вот импульсные лабораторные бп немного сложнее. В них не происходит “съедания” лишнего напряжения, они его преобразуют. Образно говоря, это регулируемый трансформаторчик, который подчиняется “трансформаторным” законам сохранения энергии — если на входе было большое напряжение и маленький ток, то на выходе можем получить, скажем, маленькое напряжение и большой ток (больше, чем входной).
В теории такой стабилизатор может иметь КПД, близкое к 100% (но потреи всегда есть — в магнитопроводе, прит нагреве радиодеталей), и производители стремятся быть как можно ближе к этому значению.
С помощью импульсного метода можно делать небольшие, но при этом очень мощные источники питания.
Звучит хорошо, но на практике всё не так радужно.
Импульсные стабилизаторы значительно сложнее в плане схемотехники и производства. В их составе должна быть специализированная микросхема, которая подключается к преобразующему трансформатору или катушке. К ним нужна дополнительная обвязка, и все это дело использует для преобразования большую переменную частоту (поскольку преобразование может происходить только с переменным током (или же импульсным, откуда и название)).
А следовательно возникают следующие возможные проблемы:
- Пульсации на выходе. Так как напряжение преобразуется импульсами, эти импульсы могут сохраняться и на выходе стабилизатора, просачиваясь в нагрузку. Особенно неприятно это чувствовать на усилителях звука и других чувствительных схемах — датчиках, сенсорах, таймерах и так далее.
Пульсации создают помехи не только на частоте преобразования, но и на гармониках этой частоты. К тому же, если основная частота или ее гармоники попадают в звуковой диапазон, то блок питания будет издавать противное пищание, изводящее нашу и без того хрупкую нервную систему. - Помимо этого, куча электроники делает всю схему более хрупкой и “капризной”.
В качественных промышленных импульсных источниках питания, конечно, пульсации сведены к минимуму, а также предусмотрены всевозможные защиты и настройки, чтобы ничего не ломалось. А вот самостоятельно сделать такой блок без определенного багажа знаний проблематично.
Подводя итоги:
✓ Линейный стабилизатор “в лоб съедает” всю лишнюю энергию, более простой, дешевый и надежный, но значительно менее эффективный. Эффективность тем меньше, чем больше разница между входным и выходным напряжением.
✓ Импульсный стабилизатор (преобразует начальное напряжение в требуемое, сохраняя всю (ну, в идеале, всю) энергию, то есть значительно более эффективный — ему практически безразлична разница между входным и выходным напряжением. Но при этом он значительно более сложный в разработке, наладке и производстве, а из-за этого и более дорогой.
Выбор блока питания — E-core
В статье пойдет речь о выборе сетевого блока питания (который подключается к сети переменного тока 230В или 400В).
Под блоком питания понимается как обособленное устройство (адаптер), так и часть устройства. В качестве трансформаторного блока питания понимается блок питания на базе низкочастотного трансформатора. Под импульсным понимается блок питания со схемой формирования высокочастотных импульсов и высокочастотным трансформатором (дросселем в случае с flayback).
Итак Вы проектируете устройство или же оно у Вас уже имеется и его нужно запитать от сети т.е. нужен БП. Какой БП выбрать: трансформаторный или импульсный ? Однозначного ответа тут не может быть, у каждого типа блоков питания есть свои преимущества, недостатки и особенности, о них мы и поговорим в этой статье.
Сравнение и выбор блока питания будем выполнять по следующим основным критериям:
— развязка с сетью;
— пульсации и помехи;
— стабильность выходного напряжения.
Развязка с сетью
Предполагается, что выбираемый блок питания обеспечивает гальваническую развязку с сетью. Какой же из двух видов блоков питания обеспечит максимальную развязку ?
На первый взгляд выбор очевиден — трансформаторный блок питания так как импульсный имеет в своем составе Y конденсатор (или даже несколько) между входом и выходом.
Теоретически трансформаторный блок питания действительно обеспечивает полную развязку с сетью, но на практике это не всегда так, особенно для тороидальных трансформаторов.
При изготовлении тороидальных трансформаторов вторичная обмотка наматывается поверх первичной и между ними образуется паразитный конденсатор. При этом к паразитному конденсатору приложено переменное напряжение сети.
К сожалению значение межобмоточной емкости трансформаторов производители никак не нормируют.и узнать его можно только фактическим измерением «на месте». Общая тенденция такая, что чем выше мощность (размер) трансформатора, тем выше межобмоточная емкость. Кроме размера трансформатора, на значение межобмоточной емкости влияет качество изоляции.
Для примера на фото ниже приведены результаты измерения межобмоточной емкости различных тороидальных трансформаторов. Емкость измерялась RLC метром Е7-22 при частоте 120 Гц.
У Ш образных трансформаторов, обычно, первичная и вторичные обмотки разделены на отдельные секции, поэтому значение межобмоточной емкости значительно меньше.
Вернемся к импульсным блокам питания. Типовое значение емкости Y конденсатора между входом и выходом 2,2 нФ. Часто можно встретить более высокое значение вплоть до 4,7 нФ, реже меньшее значение 1 нФ.
Таким образом блок питания на мощном тороидальном трансформаторе между входом и выходом может иметь емкость соизмеримую или даже большую, чем в качественном импульсном блоке питания. При этом наличие емкости в импульсном блоке питания известно, а вот о такой особенности тороидального трансформатора обычно нигде не указывается.
Чем же «вредна» эта самая емкость ?
Прежде всего паразитным потенциалом на выходе относительно земли. Этот потенциал может составлять десятки вольт, и при касании выхода блока питания (или запитанного им устройства) заземленным паяльником или просто рукой, приводить к выходу устройства из строя.
В импульсных источниках питания для снижения потенциала на выходе относительно земли и дополнительного снижения помех устанавливают конденсаторы между выходом и заземлением. Рекомендуемая суммарная емкость конденсаторов не более 20 нФ.
Поскольку указанные конденсаторы устанавливаются не во все импульсные блоки питания, а величина межобмоточной емкости для тороидальных трансформаторов не нормируется, то при их использовании рекомендуется проверять наличие паразитного потенциала на выходе. Для этого можно использовать мультиметр в режиме измерения переменного напряжения и при включенном блоке питания один щуп взять в руку (или соединить с заземлением) второй соединить с выходом блока питания.
Другое негативное влияние межобмоточной емкости — проникновении сетевых помех. При этом импульсные блоки питания оказываются в более выигрышном положении т.к. у них в большинстве случаев устанавливается входной фильтр. Этот фильтр препятствует проникновению помех в сеть от импульсного блока питания и наоборот.
Итог. При выборе блока питания, если Вам требуется максимальная развязка с сетью, то лучше использовать трансформаторный блок питания с Ш сердечником и разделенными обмотками. При этом нужно учитывать, что Ш трансформатор имеет большее поле рассеяния и может наводить помеху 50 Гц. В некоторых особо чувствительных приборах устанавливаются последовательно два тороидальных трансформатора, чем обеспечивается высокая развязка и малая помеха 50 Гц.
Пульсации и помехи
Понятия пульсации и помехи достаточно близкие и могут иметь различное толкование. В данной статье под пульсациями понимаются колебания напряжения/тока вызванные естественными процессами. Под помехами понимаются колебания(выбросы) напряжения/тока вызванные различными «паразитными» явлениями. Например: колебания напряжения на выходе источника питания после выпрямителя и LC фильтра — пульсации. Всплески напряжения, вызываемые коммутацией ключей — помехи. Еще пример: колебания напряжения на выходе трансформаторного блока питания после выпрямителя и фильтра с частотой 100Гц — пульсации, наводимые полем рассеяния колебания напряжения в схеме — помехи. Грубо говоря помеха это неестественное (мешающее) колебание напряжения.
Может быть такая классификация не совсем научная и правильная, но она позволяет упростить изложение материала.
Для начала разберемся с пульсациями.
В случае с трансформаторным блоком питания пульсации выходного напряжения обычно выше, чем у импульсного (стабилизированного) блока питания. Это связанно с низкой частотой импульсов напряжения на выходе выпрямителя трансформаторного блока питания. Однако низкочастотные пульсации трансформаторного блока питания эффективно подавляются аналоговыми схемами (операционные усилители, линейные стабилизаторы и др.). Частота пульсаций импульсного блока питания составляет десятки и даже сотни килогерц. Степень подавления таких высокочастотных пульсаций по питанию аналоговых схем значительно меньше и они могут «проникать» на их выход. Например в схеме входного тракта АЦП на операционном усилителе пульсации по питанию могут накладываться на полезный сигнал. Для подавления высокочастотных пульсаций по цепям питания операционных усилителей часто используются RC фильтры: резистор сопротивлением 10-100 Ом и керамический конденсатор емкостью 0,1-10 мкФ. Если требуется уменьшить пульсации импульсного блока питания в силовой цепи, то используются дополнительные LC фильтры.
С помехами дело обстоит гораздо хуже.
Если величина пульсаций более менее поддается анализу на этапе проектирования, то оценить величину помех сложно.
В случае с трансформаторным блоком питания помехи создаются полем рассеяния трансформатора, у тороидальных трансформаторов оно меньше у Ш образных больше. Особенно «страдают» от этих помех аналоговые схемы, обрабатывающие низкоуровневые сигналы (прецизионные мультметры, усилители звуковой частоты, радио аппаратура). Для подавления помех от низкочастотного трансформатора используются экранирующие оболочки (кожухи) из стали или жести.
В импульсных блоках питания основные помехи создаются при переключении транзисторов и восстановлении диодов. Подавление этих помех очень обширная и достаточно скучная тема. Гораздо полезнее будет рассмотреть топологии (типы) импульсных блоков питания по формированию помех.
Обратно-ходовые (flyback) импульсные блоки питания с точки зрения помех самый неудачный выбор. Эти импульсные блоки питания среди прочих наиболее подвержены возникновению мощных импульсных помех. К проектированию и выбору таких блоков питания нужно подходить более тщательно, особенно если его мощность составляет десятки ватт .
Полумостовые (half-bridge) и мостовые (full-brige) импульсные блоки питания с точки зрения помех наиболее удачный выбор. Блоки питания данной топологии обычно имеют меньший уровень помех. Частным случаем полумостовых и мостовых импульсных блоков питания являются резонансные схемы в которых коммутация транзисторов осуществляется при нулевом напряжении или токе, из-за чего возникающие помехи минимальны.
Прочие топологии импульсных блоков питания занимают промежуточное место между обратно-ходовыми и полумостовыми (мостовыми) схемами.
Не стоит воспринимать эту классификацию буквально, величина помех сильно зависит от реализации и при неудачном исполнении резонансная схема может «фонить» сильнее качественно спроектированного и изготовленного flayback.
Итог. При выборе блока питания следует учитывать, что помех от импульсных блоков питания больше чем от трансформаторных, но помехи импульсных блоков более высокой частоты (обычно это десятки мегагерц) и малой продолжительности. Если помеху от трансформаторного блока можно услышать в прямом смысле, то помехи от импульсных блоков питания можно увидеть разве, что осциллографом. Это не значит, что помехи импульсных блоков питания можно игнорировать, сильный их уровень способен нарушить работу цифровых схем и создать помехи в радиоэфире. Но нужно учитывать, что во многих случаях незначительный уровень помех качественно спроектированного импульсного блока питания не оказывает существенного влияния на работу устройства ( и соседних устройств).
Стабильность выходного напряжения
Выбор блока питания мы осуществляем для определенного устройства и у него есть диапазон входных напряжений при котором оно будет корректно работать.
Напряжение на выходе трансформаторного блока питания может изменяться в значительном диапазоне. Изменение напряжения вызывают как изменение напряжения питающей сети, так и изменение нагрузки. Особенно сильная зависимость выходного напряжения от нагрузки у маломощных трансформаторов.
Рассмотрим пример трансформаторного блока на трансформаторе ТП-121-4.
Исходные данные:
— номинальное выходное напряжение трансформатора на холостом ходу 16,4В;
— номинальное выходное напряжение трансформатора под нагрузкой 11,2В.
— отклонение напряжения сети +-10% (ГОСТ 29322-2014).
Максимальное напряжение на выходе блока питания будет на холостом ходу при максимальном напряжение сети. Считаем Uвых = 16,4*1,1*1,4 = 25,3В.
Минимальное напряжение на выходе блока питания будет при максимальной нагрузке и минимальном напряжении сети. Считаем Uвых = 11,2*0,9*1,4=14,1В. Фактически под нагрузкой напряжение будет еще ниже из-за падения напряжения на диодах и из-за того, что фактически амплитуда импульсов тока в обмотках будет выше номинальных значений (емкость выпрямителя заряжается короткими импульсами) и следовательно падение напряжения на обмотках будет выше расчетных.
Расчет показывает, что на выходе трансформаторного блока питания напряжение значительно изменяется в зависимости от нагрузки и сетевого напряжения, в рассмотренном примере почти в два раза. Если требуется получить более стабильное (фиксированное) напряжение, то необходимо использовать дополнительные стабилизаторы напряжения. При использовании линейных стабилизаторов из-за большого разброса входного напряжения возникают существенные тепловые потери. При использовании импульсных понижающих step-down преобразователей потери значительно ниже, но габариты и стоимость увеличиваются, кроме того добавляется необходимость дополнительной фильтрации ВЧ пульсаций для чувствительных аналоговых схем.
Напряжение на выходе импульсного блока питания стабилизировано (если это стабилизированный блок питания, а не «электронный трансформатор» на IR2153), при изменении нагрузки или напряжения сети выходное напряжение изменяется незначительно. Если у блока несколько выходов, то контур стабилизации замыкается по наиболее мощному и тогда остальные (дополнительные) каналы являются условно стабилизированными. Напряжение на дополнительных выходах изменяется в зависимости от нагрузки, но изменения эти не так значительны как у трансформаторного блока, обычно колебания напряжения не превышают +-0,5В и если эти колебания критичны, то может быть установлен дополнительный стабилизатор, причем номинальное напряжение может быть подобрано так, чтобы тепловые потери были незначительными.
Итог. Напряжение на выходе трансформаторного блока питания значительно изменяется в зависимости от напряжения сети и нагрузки, особенно у маломощных блоков. У импульсных блоков питания напряжение на выходе для основного канала (по которому замкнут контур стабилизации) стабилизировано, а изменение напряжения в дополнительных каналах незначительно. Это позволяет сократить общее число стабилизаторов в схеме, а в некоторых случаях и вовсе отказаться от них.
Заключение
При выборе блока питания рекомендуется руководствоваться следующими правилами.
Трансформаторные блоки питания выгодно использовать для питания маломощных устройств требующих хорошей гальванической развязки с сетью, минимальных пульсаций и помех. При использовании трансформаторных блоков питания следует учитывать значительное изменение выходного напряжения при изменении напряжения сети и нагрузки. Ш образный трансформатор обеспечивает большую гальваническую развязку с сетью в сравнении с тороидальным, но имеет большее поле рассеяния и в чувствительных схемах может потребовать экранирования.
Импульсные блоки питания следует выбирать тщательно, отдавая предпочтение качественным и проверенным моделям. В большинстве случаев помехи от качественно спроектированных и изготовленных импульсных блоков питания не оказывают существенного влияния на устройства. При питании аналоговых схем высокочастотные пульсации импульсных блоков питания могут проникать на их выход, в этих случая применяют дополнительные RC или LC фильтры. При выборе мощного импульсного блока питания (более 100Вт) предпочтение стоит отдавать полумостовым и мостовым топологиям.
В целом из статьи следует вывод, что импульсные блоки питания в большинстве случаев лучше трансформаторных. При современном уровне техники так оно и есть, если импульсный блок питания качественный. Но для разовых или малосерийных устройств, с точки зрения затрат на разработку, трансформаторный блок питания при всех его недостатках может оказаться выгоднее, особенно в связке с понижающим step-down стабилизатором.
Также рекомендуем нашу статью о выборе лабораторного блока питания.
Линейные высоковольтные источники питания
Источники питания высокого напряжения и информация о безопасности
Линейные высоковольтные источники питания
Линейные высоковольтные источники питания
Линейные источники питания были ведущей технологией до конца 1970-х годов. Линейный источник питания использует проходной транзистор в качестве переменного резистора для регулировки выходного напряжения источника питания. Если необходимо получить полную мощность от источника питания, проходной транзистор включается так, чтобы его сопротивление было наименьшим и на выход поступала максимальная мощность. Если необходимо получить меньшую мощность, проходной транзистор будет работать как переменный резистор, рассеивая ненужную мощность в виде тепла для получения желаемой мощности.
Проходной транзистор, работающий как рассеивающее устройство, требует больших радиаторов и часто вентиляторов для поддержания приемлемых рабочих температур. По сути, линейный источник питания рассеивает неиспользуемую мощность в виде тепла. Из-за этого линейные источники питания, как правило, являются большими, тяжелыми, громоздкими устройствами с очень низким КПД. Кроме того, линейные источники питания ограничены по общей выходной мощности из-за проблем с рассеиванием тепла, вызванных присущим им низким КПД.
У линейных источников питания есть заметное преимущество – они, как правило, очень тихие с точки зрения выходных шумов и пульсаций, поскольку для их регулирования не используются коммутирующие элементы. Все стандартные высоковольтные источники питания марки Bertan, которые компания Spellman продавала в прошлом, были линейными источниками питания. Практически все эти устройства марки Bertan уже устарели и больше не продаются и не поддерживаются компанией Spellman.
Импульсные высоковольтные источники питания
Импульсные источники питания называются так потому, что в них используются транзисторы в качестве импульсных регуляторов. Линейный источник питания использует транзистор в качестве переменного резистора (транзистор частично включен, рассеивая большое количество энергии), в то время как импульсный регулятор использует транзисторные переключатели, которые либо полностью открыты, либо полностью закрыты. Когда транзистор полностью открыт и по нему течет ток, падение напряжения на нем минимальное. Когда транзистор закрыт и через него не течет ток, рассеиваемая мощность практически равна нулю.
Регулировка выходного напряжения источника питания достигается путем изменения соотношения времени открытия и закрытия при высокой частоте переключения (от десятков до сотен килогерц), чтобы минимизировать размеры магнитных и емкостных компонентов, используемых в процессе преобразования энергии. Благодаря этим фактам импульсные источники питания могут иметь очень малые размеры, быть компактными и высокоэффективными по сравнению с линейными аналогами. Чрезвычайно высокие уровни мощности, вплоть до сотен киловатт, можно эффективно контролировать с помощью импульсных технологий преобразования энергии.
По сравнению с традиционным линейным регулятором, на выходе импульсного регулятора больше пульсаций и шумов в связи с его рабочей частотой. Но благодаря другим преимуществам, которыми обладают импульсные источники питания, они стали основной технологией преобразования энергии, используемой в настоящее время.
Импульсные блоки питания — устройство, применение, неисправности и ремонт
электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)
Среди всех блоков питания можно выделить два основных типа:
- линейные;
- импульсные (инверторные) источники.
В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.
Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.
Основные отличия импульсных стабилизаторов.
Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор. Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.
При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов.
Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.
Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:
- входной выпрямитель;
- блок конденсаторов;
- схема управления;
- выходные ключи;
- импульсный трансформатор;
- вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.
За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.
Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.
На ШИМ — контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.
Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них. Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.
Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.
Часто производители бытовой техники вообще не предусматривают ремонт, выполняя корпус устройства неразборным или заливая печатную плату вместе с элементами специальным компаундом.
Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения. Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.
Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Импульсные блоки питания в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств мощностью от долей ватта до единиц киловатт. Верхний предел ограничен параметрами выпускаемых на текущий момент транзисторов. Это ограничение можно обойти довольно просто, соединяя несколько идентичных маломощных блоков питания параллельно.
Для одинаковой и равномерной нагрузки отдельных составляющих, они объединяются по сигналам обратной связи. Постоянное совершенствование технологии разработки и конструирования полупроводниковых приборов, создание новых классов транзисторов (IGBT, MOSFET) стимулирует создание все более мощных импульсных устройств.
Даже большое число параллельно включенных устройств по массе и габаритам значительно меньше аналогичного по мощности понижающего трансформатора стандартной частоты 50 Гц, поэтому очень часто делают некоторый избыток блоков для того, чтобы при выходе одного из них он автоматически выключался и работа устройств не нарушалась.
Сам принцип работы обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения. Например импульсные блоки питания бытовых устройств при нормальном напряжении сети 220 В, способны работать вплоть до диапазона 80 — 250 В, то есть при таких напряжениях, когда обычный линейный стабилизатор выходит из границ стабильной работы.
ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ
Как ни странно будет звучать, но импульсным блокам питания гораздо страшнее низкое входное напряжения, чем высокое. Верхний предел обычно ограничен номинальным напряжением электролитических конденсаторов фильтра и допустимым обратным напряжением выпрямительных диодов.
Длительная работа при пониженном входном напряжении вызывает перегрев и тепловой пробой ключевых транзисторов, поскольку, чем ниже напряжение на входе, тем больше время открытия ключей для получения нужного напряжения на выходе трансформатора.
Многие импульсные блоки питания нестабильно работают, когда нагрузка выхода имеет малое значение или вообще отсутствует. Отсутствие обратной связи на входе ШИМ контроллера приводит к тому, что транзисторные ключи полностью открываются и блок выходит из строя буквально через несколько минут. Соответствующие схемные решения позволяют избавиться от такого недостатка.
Наиболее часто неисправности импульсных блоков питания вызываются:
- выходом из строя диодов выпрямительного моста;
- электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра;
- ключевых транзисторов.
Такое обычно происходит в случае сильно завышенного входного напряжения или длительной работы при пониженном. В подавляющем большинстве случаев даже нет необходимости в измерительных приборах — повреждения видны невооруженным глазом по разрушенным и вздувшимся элементам.
Гораздо реже выходят из строя элементы управляющей схемы (ШИМ-контроллера) и обратной связи. В данном случае без измерений не обойтись.
Крайне редки случаи повреждения импульсного трансформатора. Обычно их габариты позволяют выполнять сборку с большими запасами по току и мощности. Поэтому неисправности случаются только при некачественном выполнении.
Практика ремонтов показывает, что львиная доля неисправностей происходит по причине крайне низкого качества некоторых типов электролитических конденсаторов.
Падение емкости или большое внутреннее сопротивление конденсаторов выходных цепей может приводить к неправильной работе обратной связи, в результате чего выходное напряжение перестает соответствовать норме.
В некоторых случаях конденсаторы могут вызывать срабатывание защиты. Внешне неисправные конденсаторы могут иметь вздутие на торцах корпуса. Такие элементы следует менять на исправные, не тратя время на их проверку.
Обычно ремонт серьезных импульсных блоков питания требует несколько большей квалификации специалистов, чем ремонт традиционных схем и требует таких измерительных приборов, как осциллограф.
Внимание!
Часть элементов схемы блока питания находится под напряжением сети. Это выпрямительные диоды, конденсаторы, ключевые транзисторы и первичная обмотка импульсного трансформатора.
Ремонт таких устройств можно выполнять только при отключенном блоке с разряженными конденсаторами фильтра. В крайнем случае можно производить некоторые работы и под напряжением, но только с обязательной гальванической развязкой блока от питающей сети через разделительный трансформатор.
Для исключения попадания электромагнитных помех в питающую сеть, на входе блока обычно ставят помехоподавляющий фильтр, элементы которого соединены непосредственно с экранирующим кожухом. Таким образом, кожух оказывается гальванически связан с проводами питающей сети.
При прикосновении к корпусу прибора можно получить удар электрическим током, опасным для жизни. Для обеспечения безопасности, все импульсные блоки питания должны быть в обязательном порядке заземлены или иметь корпус из изоляционного материала.
Современное бытовое оборудование и часть промышленного позволяют производить заземление непосредственно через шнур питания. Для этого в паре розетка — вилка предусмотрены отдельные контакты для подключения заземления.
© 2012-2021 г. Все права защищены.
Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов
Группа продуктовЯзык: Валюта: МенюРекомендованная статья дБи — усиление изотропной антенны Бюллетень E-mail |
|
БЛОК ПИТАНИЯ 12V/3A/5.5 Нетто: 6.54 EUR ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-6U/450 Нетто: 83.93 EUR ДИСК ДЛЯ РЕГИСТРАТОРА HDD-WD61PURX 6TB 24/7 WESTERN DIGITAL Нетто: 152.76 EUR АНТИВАНДАЛЬНАЯ КАМЕРАAHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL APTI-H50V3-2812W 2Mpx / 5Mpx 2.8 … 12 mm Нетто: 44.86 EUR КОММУТАТОР POE APTI-POE1602G-240W 16-ПОРТОВЫЙ Нетто: 140.54 EUR IP-КАМЕРА IPC-HFW1431T-ZS-2812-S4 — 4 Mpx 2.8 … 12 mm — MOTOZOOM DAHUA Нетто: 206.43 EUR ОДНОМОДОВЫЙ МЕДИАКОНВЕРТОР OMG1-SM КОМПЛЕКТ TXRX Нетто: 55.74 EUR ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-4U/450 Нетто: 74.35 EUR ОПТОВОЛОКОННЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ AI-9 Нетто: 1333.97 EUR | ||||||||||||||||||||||||||
Как правильно выбрать источник электропитания
Существует два типа электропитания:
- Линейное питание
- Импульсное питание
Линейный источник электропитания COMELIT
Линейное питание
Этот тип источника питания обеспечивает одно или несколько стабильных и точных напряжений постоянного тока, несмотря на колебания в сети.
Система такого источника питания состоит из трансформатора, выпрямителя, фильтра и регулятора.
Трансформатор уменьшает амплитуду сетевого напряжения, выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное, фильтр накапливает энергию для сглаживания выходного напряжения выпрямителя, а регулятор стабилизирует и регулирует выходное напряжение.
Линейный источник питания может выдавать от нескольких ватт до нескольких сотен ватт.
- Применение: этот тип питания подходит для аудиооборудования и для лабораторных источников питания.
- Преимущества: этот тип питания прост в установке, обеспечивает хорошую стабильность и защиту от перегрева.
- Недостатки: этот тип питания характеризуется низким КПД и приводит к потерям энергии. Помимо прочего, из-за крайне громоздкой структуры линейные источники питания, как правило, тяжелые.
Импульсный источник электропитания JVL
Импульсное питание
В этом типе питания электрическое регулирование обеспечивается силовыми электронными компонентами, такими как транзисторы, используемые в коммутации. В отличие от линейных источников питания импульсные источники питания обеспечивают мгновенную передачу мощности.
Импульсные источники питания начали активно развиваться с 1980-х годов с целью восполнить недостатки линейных источников питания (большой вес и низкий КПД).
- Применение: этот тип питания подходит для электронных устройств широкого применения, таких как компьютеры, телевизоры, зарядные устройства для телефонов и т.д.
- Преимущества: у этих источников питания высокий КПД. Благодаря небольшому размеру трансформатора снижаются вес и объем всей системы.
- Недостатки: этот тип источника питания порождает гармонические искажения (гармоники), а в выходном напряжении присутствуют остаточные пульсации.
В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?
Номинальная температура окружающей среды относится к соотношению между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды в приложении и фактической мощностью после требуемого снижения номинальных характеристик, если это необходимо. Многие производители указывают номинальные характеристики блоков питания для температуры окружающей среды 40 ° C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (т. Е. 60 Вт), применима только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с окружающей температурой не выше 40 ° C.Если агрегат эксплуатируется при температуре выше 40 ° C, мощность агрегата должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50 ° C. В этом примере конструкция 60 Вт при 40 ° C будет переоценена на 30 Вт при температуре окружающей среды 45 ° C и неработоспособна при 50 ° C. Однако блоки питания Micron рассчитаны на работу при температуре до 60 ° C и имеют паспортную табличку. Конструкция Micron все еще может работать при температурах выше 60 ° C, но ее необходимо постепенно снижать по мере приближения температуры окружающей среды к 70 ° C. Это важно в двух отношениях.Во-первых, технический специалист должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с подходящей конструкцией источника питания, чтобы избежать перегрузки источника питания. Во-вторых, покупатель источника питания должен обращать внимание на различия в номинальных рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку различия в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительны, следовательно, более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.
Также важно понимать разницу между «рабочим диапазоном» и «рабочим диапазоном мощности».Многие производители указывают «рабочий диапазон» для своих источников питания от -20 до 70 ° C, хотя конструкция с 40 ° C не обеспечивает мощность выше 49 ° C. Если возникают какие-либо вопросы относительно пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график кривой зависимости температуры / мощности, который должен отображать точку и диапазон требуемого снижения мощности для устройства.
Конструкция источника питания: импульсный и линейный
Источники питания постоянного токадоступны как в импульсном (также называемом импульсным), так и в линейном исполнении.Хотя оба типа обеспечивают питание постоянного тока, методы, используемые для получения этой мощности, различаются. В зависимости от области применения каждый тип источника питания имеет преимущества перед другим. Давайте посмотрим на различия между этими двумя технологиями, а также на соответствующие преимущества и недостатки каждой конструкции.
Импульсный источник питания преобразует мощность сети переменного тока непосредственно в напряжение постоянного тока без трансформатора, и это исходное напряжение постоянного тока затем преобразуется в сигнал переменного тока более высокой частоты, который используется в цепи регулятора для получения желаемого напряжения и тока. .В результате получается гораздо меньший и легкий трансформатор для повышения или понижения напряжения, чем то, что было бы необходимо при частоте сети переменного тока 60 Гц. Эти меньшие трансформаторы также значительно более эффективны, чем трансформаторы на 60 Гц, поэтому коэффициент преобразования мощности выше.
Линейный источник питания подает напряжение сети переменного тока на силовой трансформатор для повышения или понижения напряжения перед подачей на схему регулятора. Поскольку размер трансформатора косвенно пропорционален рабочей частоте, это приводит к более мощному и тяжелому источнику питания.
У каждого типа работы блока питания есть свои достоинства и недостатки. Импульсный источник питания на 80% меньше и легче соответствующего линейного источника питания, но он генерирует высокочастотный шум, который может мешать работе чувствительного электронного оборудования. В отличие от линейных источников питания, импульсные источники питания способны выдерживать небольшие потери переменного тока в диапазоне 10-20 мс, не влияя на выходы.
Линейный источник питания требует более крупных полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и, следовательно, выделяет больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности.Линейный источник питания обычно работает с КПД около 60% для выходов 24 В, тогда как импульсный источник питания работает с 80% или более. Линейные источники питания имеют время отклика до 100 раз быстрее, чем их аналоги, работающие в режиме переключения, что важно в некоторых специализированных областях.
В общем, импульсный источник питания лучше всего подходит для портативного оборудования, поскольку он легче и компактнее. Поскольку электрический шум ниже и его легче сдерживать, линейный источник питания лучше подходит для питания чувствительных аналоговых цепей.
Импульсные источники питания
Начиная с 27,95 $
Компактный, легкий и эффективный. Купить сейчас>
Линейные блоки питания
Начиная с 49,00 $
Низкая пульсация и шум, высокая надежность. Купить сейчас>
В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?
Есть два основных исполнения источников питания постоянного тока: линейные источники питания постоянного тока и импульсные источники питания постоянного тока.Традиционные линейные источники питания обычно тяжелые, долговечные и имеют низкий уровень шума на низких и высоких частотах. По этой причине они в основном подходят для приложений с низким энергопотреблением, где вес не представляет проблемы. Импульсные источники питания намного легче, эффективнее, долговечнее и имеют ограниченный высокочастотный шум благодаря конструкции. По этой причине импульсные источники питания не подходят для высокочастотных аудиоприложений, но отлично подходят для приложений с высокой мощностью.Помимо этого, эти два типа в значительной степени взаимозаменяемы для различных приложений, и их изготовление примерно одинаково. Импульсные источники питания в настоящее время используются более широко, чем линейные источники питания, мы видели, как некоторые онлайн-продавцы говорили, что импульсные источники питания не подходят для гальваники (гальваники) или ионизации, это вводит в заблуждение и не соответствует действительности.Если вы хотите узнать больше о линейных источниках питания постоянного тока и импульсных источниках питания постоянного тока, прочтите более подробное введение ниже.
Линейный источник питания постоянного тока
Линейные источники питания постоянного тока были основой преобразования энергии до конца 1970-х годов. С развитием технологии импульсных источников питания линейные источники питания сегодня менее популярны, но по-прежнему незаменимы в приложениях, требующих очень низких пульсаций и шума. Линейный источник питания использует большой трансформатор для понижения напряжения с линии переменного тока до гораздо более низкого переменного напряжения, а затем использует ряд выпрямительных схем и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения.Это низкое напряжение постоянного тока затем регулируется до желаемого уровня путем уменьшения разницы в напряжении на транзисторе или IC (шунтирующем стабилизаторе). Типичные области применения линейных источников питания постоянного тока включают, но не ограничиваются:
студийный микшер / аудиоусилитель
малошумящие усилители
обработка сигналов
сбор данных — включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи и схемы выборки и хранения.
автоматическое испытательное оборудование
лабораторное испытательное оборудование
цепи управления
везде, где требуется отличное регулирование и / или низкая пульсация
В течение трех десятилетий Mastech производила регулируемые линейные источники питания с исключительно низкой пульсацией и шумом за небольшую плату от известных брендов. Наш успех привлек множество подражателей с похожими продуктами.За последние три года мы внедрили новые конструкции, которые выводят надежность и отказоустойчивость линейных источников питания постоянного тока на новый уровень. После трех лет испытаний мы рады подтвердить, что новая линейка линейных источников питания постоянного тока Volteq оправдала все наши ожидания в отношении регулирования напряжения и тока, шума и надежности и является предпочтительным линейным источником питания постоянного тока для большинство наших клиентов.
Если у вас есть аудиоприложение, вам следует придерживаться оригинальной конструкции линейных источников питания постоянного тока Mastech для работы без вентилятора.
Для всех других применений мы рекомендуем линейные источники питания постоянного тока Volteq из-за повышенной надежности за счет защиты от перенапряжения и обратного напряжения.
Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .
Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .
Импульсный источник питания постоянного тока
Импульсные источники питания постоянного тока были впервые представлены в конце 1970-х годов, сегодня они являются самой популярной формой источников питания постоянного тока на рынке благодаря их исключительной энергоэффективности и отличным общим характеристикам.Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличную стабилизацию нагрузки и линии. Типичные области применения импульсных источников питания постоянного тока:
- универсальное использование, включая НИОКР, производство и испытания
- приложения с высокой мощностью / высоким током
- системы связи, мобильные станции, сетевое оборудование и т. д.
- гальваника, анодирование, гальванопластика, электрофорез и др.
- Зарядка и выравнивание литий-ионных аккумуляторов, авиационных, морских и автомобильных аккумуляторов
- электролиз, обработка отходов, водородный генератор, топливные элементы и т. д.
- Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиационные и морские приложения и т. Д.
В течение трех десятилетий Mastech создавал регулируемые импульсные источники питания с наименьшими шумами и колебаниями в отрасли.Наши импульсные источники питания широко используются в исследованиях и разработках и в лабораторных условиях из-за их исключительных шумовых характеристик. Выбор конструкции, направленный на минимизацию шума, действительно имеет ряд недостатков: более медленный отклик и большую чувствительность к обратной ЭДС от нагрузки. В результате импульсные источники питания Mastech не подходят для зарядки аккумуляторов, анодирования, светодиодных применений, гальваники (использование в качестве выпрямителей для гальванических покрытий) и анодирования, электролиза, гальванопластики, производства водорода и любых электрохимических применений.
Признавая недостатки, мы запустили в 2012 году новую линейку импульсных источников питания под маркой Volteq для удовлетворения растущих потребностей клиентов в зарядке аккумуляторов, светодиодных приложениях, двигателях постоянного тока, гальванике и анодировании, электролизе и производстве водорода, слот-машинах. , автомобильная, авиационная и морская промышленность. Импульсные источники питания Volteq , , со встроенной защитой от перенапряжения и обратного напряжения, прочны как камень, но при этом обеспечивают отличные характеристики шума и пульсаций благодаря использованию самых современных технологий.
Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .
Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .
Разница между линейным предложением и Sw … | element14
Существует два основных типа источников питания постоянного тока: линейные и импульсные. В обеих конструкциях используются разные методы для достижения одного и того же результата: преобразование мощности переменного тока в мощность постоянного тока.В зависимости от области применения каждый тип источника питания обладает рядом преимуществ. В этой статье мы кратко рассмотрим разницу между линейными и импульсными источниками питания.
Линейный источник питания
Большой трансформатор (в соответствии с потребностями в питании) используется в линейном источнике питания для понижения напряжения от линии переменного тока до более низкого напряжения переменного тока. Чистое постоянное напряжение впоследствии вырабатывается схемой выпрямителя и процессом фильтрации. Эти блоки питания разработаны с учетом чрезвычайно низкого уровня шума из-за отсутствия высокочастотного переключения.
Линейный источник питания имеет несколько недостатков: сток, являющийся неотъемлемой частью регулятора напряжения, увеличивает размер источника питания. Регулятор напряжения рассеивает мощность, что приводит к омическим потерям с последующим повышением температуры. Рассеивание из-за переменного резистора снижает эффективность линейного источника питания. Они используются там, где требуется низкая пульсация, низкое электромагнитное излучение и отличное регулирование. Поскольку размер трансформатора косвенно пропорционален рабочей частоте, этот тип источника питания занимает большую площадь и является тяжелым.
Импульсный источник питания (SMPS)
Импульсные источники питания (сокращенно SMPS) имеют небольшие размеры и чрезвычайно эффективны. Включен импульсный регулятор для лучшего преобразования электроэнергии.
SMPS используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для регулирования выходного напряжения. ШИМ позволяет использовать несколько топологий, таких как прямой преобразователь, обратный преобразователь, понижающий, повышающий или полумостовой выпрямитель, в зависимости от потребности в выходной мощности.Процесс ШИМ приводит к высокочастотному шуму, но также позволяет создавать импульсные источники питания с превосходной энергоэффективностью и малым форм-фактором.
Импульсный источник питания обеспечивает превосходное регулирование линии и нагрузки. SMPS имеет лучшую эффективность по сравнению с линейными регуляторами, поскольку переключающий транзистор рассеивает незначительную мощность. Однако это переключение может создавать шум, который можно уменьшить с помощью фильтрации.
Определяющим фактором, который отличает SMPS от линейного источника питания, является рабочая процедура.Переменный ток высокого напряжения преобразуется с помощью трансформатора в низкое напряжение в линейном источнике питания. Впоследствии он преобразуется в напряжение постоянного тока, в то время как SMPS сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем преобразует постоянное напряжение до желаемого уровня напряжения.
SMPS находят широкое применение в двигателях постоянного тока и мобильных зарядных устройствах. Напротив, линейный источник питания используется в высокочастотных приложениях, таких как радиочастотное приложение. Размер — еще один важный фактор, отличающий ИИП от линейного источника питания.SMPS легкий, в то время как слово «громоздкий» лучше всего описывает линейный источник питания. SMPS является портативным и может быть легко использован в любом месте, в то время как линейный источник питания может использоваться только для электрических цепей электропитания электронных, лабораторных или промышленных размеров.
Если оборудование будет использоваться глобально, то SMPS работают по всему миру. Напротив, линейный источник питания необходимо настраивать вручную, чтобы он мог работать с любой зарубежной электросетью. Список приложений, которые предпочитают SMPS, — это приложения общего назначения, используемые в исследованиях и разработках, приложениях с высокой мощностью / сильным током, производстве, тестировании и системах связи.Эта технология находит широкое предпочтение, когда дело доходит до сетевого оборудования, мобильных станций, гальваники, анодирования, гальванопластики, электрофореза, электролиза, обработки отходов, водородных генераторов, топливных элементов, двигателей постоянного тока, авиации и кораблей / лодок. Следующая таблица сжатия описывает соотношение между SMPS и линейным источником питания.
Линейные и импульсные источники питания
Эта запись была опубликована 20 апреля 2020 года пользователем Rick.
Вы хотите, чтобы ваша мобильная рация двусторонней связи была установлена на рабочем столе или вы хотите превратить ее в базовую станцию для своей хижины. Вы выбрали радио, антенну и место для установки. Все, что вам нужно, это блок питания. Есть одна небольшая деталь. Вы точно знаете , сколько мощности вам нужно, но какой тип блока питания выбрать?
Есть несколько типов блоков питания. К ним относятся нерегулируемые, регулируемые по пульсации, регулируемые линейные и переключаемые.В этой статье мы собираемся сосредоточиться на сравнении двух типов, которые мы продаем в Buy Two Way Radios для использования с нашими мобильными и базовыми станциями двусторонней радиосвязи. Эти два типа источников питания — линейные (регулируемые) и импульсные.
Линейные блоки питания
Линейные блоки питания существуют уже давно. В какой-то момент это был единственный выбор для блоков питания. Они вырабатывают чистое, тихое напряжение постоянного тока с минимальным уровнем электромагнитных шумов или их отсутствием. Это делает линейный источник питания отличным выбором для использования в радиосвязи.Линейный источник питания принимает сетевое напряжение переменного тока и пропускает его через трансформатор для понижения напряжения, затем через выпрямитель и фильтры для преобразования его в выходное напряжение постоянного тока.
Линейные блоки питания хорошо подходят для использования с радиоприемниками, но у них есть несколько недостатков. Большие трансформаторы и схемы фильтров выделяют намного больше тепла, что, в свою очередь, требует больших радиаторов для компенсации. За счет всех этих компонентов они еще и довольно тяжелые. Чем больше мощности они обеспечивают, тем тяжелее и крупнее они становятся.Кроме того, их энергоэффективность довольно низкая по сравнению с импульсным источником питания.
Импульсные источники питания
Switched Mode или Импульсные источники питания меньше, легче и более совершенные. Они также работают со значительно более высокой эффективностью, чем линейная модель. Импульсные источники питания также выделяют меньше тепла, что может быть важным преимуществом при работе в небольшой хижине для ветчины или в зоне с ограниченной циркуляцией воздуха.
Недостатком импульсных источников питания является то, что они могут вносить радиопомехи.Это может быть проблемой с недорогими моделями более низкого качества и небольшими блоками питания «кирпичного» типа, предназначенными для обычной бытовой электроники, но, как правило, не проблема с блоками питания, предназначенными для радиоприемников и созданными высококачественными производителями известных торговых марок. Даже в этом случае шум иногда можно уменьшить, используя дроссели EMI или ферритовые сердечники на внешней проводке к радиостанции.
Прежде чем покупать блоки питания, важно знать, что они не все одинаковы. Это может иметь решающее значение между выбором правильного источника питания для вашего радио и отсутствием всей мощности, которая вам действительно нужна.
В чем разница между импульсным и линейным блоком питания?
Линейные источники питания постоянного тока («линейные источники питания») изменяют выходное напряжение до требуемого значения через трансформатор напряжения промышленной частоты (переменный ток 50/60 Гц). После понижения (или повышения) до соответствующего значения переменного напряжения форма волны выпрямляется, фильтруется и стабилизируется схемой регулирования напряжения, а затем выводится как регулируемый постоянный ток (DC). Эти типы источников питания имеют общую характеристику; трансформатор напряжения работает в линейном диапазоне.Шум на входе не усиливается на выходе. Это обеспечивает тихий и стабильный вывод. Но есть и недостатки. Большие статические потери регулирующего элемента требуют большого радиатора для охлаждения устройства, а физические размеры трансформатора, работающего на частотах линии электропередачи (50/60 Гц), велики и тяжелы.
Линейные источники питания:
- Быстрый отклик, небольшая пульсация на выходе, низкий уровень шума
- Относительно большие размеры, тяжелые, с низким КПД и большим тепловыделением.
Импульсные источники питания постоянного тока («импульсные источники») обычно сначала выпрямляют переменный ток, а затем фильтруют переменный ток в постоянный ток с помощью фильтрующего конденсатора. Затем эта мощность постоянного тока переключается на более высокую частоту через схему переключения (переключатель K). Управляя скоростью переключателя между «разомкнутым» и «замкнутым» состояниями, теперь мы можем создавать ток с более высокой частотой (чем 50/60 Гц) через коммутирующий трансформатор. Наконец, переключающий трансформатор выдает более низкое (или более высокое) желаемое напряжение на другой выпрямитель, конденсатор фильтра и схему регулирования.
Основное различие между импульсным источником питания и линейным источником питания состоит в том, что импульсный источник питания работает не на обычных частотах линии электропередачи (50/60 Гц), а на значительно более высоких частотах (от нескольких кГц до нескольких МГц). В импульсном источнике питания регулирующее устройство работает в области насыщения или отсечки, в отличие от линейного регулятора источника питания, который работает в менее эффективном линейном диапазоне.
Импульсный источник питания:
- Небольшой размер, меньший вес и более высокая эффективность (может достигать почти 99%)
- Большая пульсация на выходе, помехи RFI / EMI от импульсной мощности, более высокое выходное напряжение в случае отказа
Импульсные источники питания vs.Линейные источники питания
Драйвер светодиодов или источник питания светодиодов является критическим компонентом системы светодиодного освещения, поскольку он регулирует мощность при напряжении питания или изменения нагрузки светодиодов, чувствительных к колебаниям тока и напряжения. Как хорошо известно, светодиод — это полупроводниковый диод, который излучает свет только тогда, когда к его p-n-переходу приложено прямое смещение. Если светодиодный светильник работает от источника переменного тока (AC), который периодически меняет свое направление, свет будет производиться только тогда, когда амплитуда формы волны переменного тока положительна, а напряжение линии питания превышает сумму прямых напряжений светодиодов.В результате светильник будет производить мерцание света с частотой 100 Гц или 120 Гц, что вдвое превышает частоту входящего сетевого напряжения. Хотя светодиоды очень эффективны и имеют впечатляюще долгий срок службы, регулировать нагрузку на светодиоды намного сложнее, чем у обычных источников света.
Что такое светодиодный источник питания?
Источник питания для светодиодов, работающий от сетевого напряжения, — это намного больше, чем простой преобразователь переменного тока в постоянный, который генерирует источник постоянного тока из входного сетевого напряжения переменного тока. Как и в случае с обычными преобразователями переменного тока в постоянный, источник питания светодиодов поставляется с двухполупериодным выпрямителем, который преобразует переменный ток в постоянный, при этом ток течет только в одном направлении.В отличие от других преобразователей переменного тока в постоянный, которые просто повышают или понижают выпрямленное синусоидальное входное напряжение для обеспечения постоянного напряжения, источник питания светодиодов должен быть спроектирован так, чтобы подавать минимальное количество напряжения, чтобы pn переход светодиодов был смещен вперед для постоянного света. выходной сигнал, регулируя пиковую величину тока через светодиоды, чтобы светодиоды излучали с соответствующей интенсивностью и цветом. В прошлом преобразователь переменного тока в постоянный, который обеспечивает регулируемое постоянное напряжение, назывался источником питания, а преобразователь переменного тока в постоянный, который обеспечивает регулируемый постоянный ток, назывался драйвером.Поскольку светодиодное освещение включает в себя регулировку как напряжения, так и тока, источник питания для светодиодного светильника можно назвать либо драйвером светодиодов, либо источником питания светодиодов.
Типы источников питания светодиодов
Выпрямленное напряжение, которое выводит диодный мост, представляет собой нерегулируемое постоянное напряжение с импульсной формой волны. Второй силовой каскад преобразования мощности переменного тока в постоянный, который является каскадом постоянного тока, таким образом, становится критическим, поскольку остаточный вход переменного тока может демонстрировать большую пульсацию на выходе.Эта пульсация, которая появляется в виде импульсной формы волны, должна быть отфильтрована, чтобы обеспечить стабильный, немерцающий световой поток. Помимо подачи достаточного прямого напряжения и подачи постоянного тока на нагрузку светодиода, преобразователь постоянного тока в постоянный должен обеспечивать, чтобы его выходная мощность не превышала максимальное номинальное напряжение и ток светодиода, чтобы предотвратить перегрузку светодиода электрическим током. (EOS). Электрические перенапряжения могут привести к тому, что светодиоды выйдут из строя быстрее, чем их ожидаемый срок службы. В зависимости от типа техники, используемой в преобразователе постоянного тока, источники питания светодиодов делятся на две большие категории: импульсные источники питания (SMPS) и линейные источники питания.
Что такое импульсный источник питания?
Импульсный источник питания для светодиодов — это драйвер светодиодов, который использует импульсный стабилизатор в качестве преобразователя постоянного тока в постоянный. Импульсный стабилизатор работает путем переключения проходного элемента между его областями отсечки и насыщения на высокой частоте. Проходным элементом или переключающим устройством может быть один или несколько биполярных переходных транзисторов (BJT), металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET) или другие типы транзисторов. Регулятор также включает в себя индуктивность в качестве элемента накопления энергии, который наращивает и накапливает энергию, когда силовой транзистор включен, и передает энергию в нагрузку светодиода, когда силовой транзистор выключен.Рабочий цикл или частота переключения регулируется схемой управления, которая выдает управляющие сигналы с частотно-импульсной модуляцией (PFM) и / или с широтно-импульсной модуляцией (PWM). Импульсный стабилизатор имеет контур отрицательной обратной связи, который отслеживает изменения выходной нагрузки и изменения входного напряжения. Импульсные регуляторы могут быть сконструированы с использованием различных топологий преобразователей, таких как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий, cuk, SEPIC и обратный ход для понижения и / или повышения напряжения питания.
Что такое линейный источник питания?
Линейный источник питания для светодиодов — это драйвер светодиода, который преобразует нерегулируемое постоянное напряжение в стабилизированное постоянное напряжение с помощью линейного регулятора.Линейный регулятор работает в линейной области проходного элемента для регулирования выходной мощности. Регулятор обычно содержит внутреннее опорное напряжение, усилитель ошибки (операционный усилитель), делитель напряжения обратной связи, проходной транзистор и выходной конденсатор. Усилитель ошибки контролирует разность опорного сигнала / обратной связи и управляет переключателем мощности, чтобы поддерживать желаемое значение на выходе. Линейные регуляторы представляют собой понижающие преобразователи, аналогичные понижающим стабилизаторам импульсного типа.Все линейные регуляторы имеют минимальное падение напряжения, ниже которого регуляторы перестают работать. Линейная схема с малым падением напряжения (LDO) может регулировать выходное напряжение даже при очень небольшом дифференциальном напряжении между входом и выходом.
Коммутация по сравнению с линейной
КПД
Линейный источник питания имеет ограничения по эффективности. Линейный регулятор должен поддерживать падение напряжения, которое представляет собой мощность, теряемую регулятором. Энергоэффективность линейного источника питания эквивалентна отношению выходной мощности к входной.Для повышения эффективности схемы падение напряжения линейного регулятора должно быть минимальным. В системах с низким энергопотреблением ток покоя также должен быть минимизирован. Импульсные источники питания могут демонстрировать КПД до 95% благодаря своему режиму работы, в котором транзистор меняет состояния «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на высоких частотах. Когда транзистор находится в состоянии «ВКЛ», он остается в режиме высокого усиления (насыщения), а сопротивление имеет минимальное значение. Минимальное коммутируемое сопротивление позволяет преобразователю работать с высоким КПД.
Управление температурой
Разница напряжений между входом и выходом линейного регулятора постоянно рассеивается в виде тепла. Это количество тепла может создать высокую степень термического напряжения в цепи и светодиодах на одной плате, поскольку большинство линейных источников питания реализованы в виде архитектуры «драйвер на плате» (DOB) в современных системах светодиодного освещения. При проектировании систем светодиодного освещения с использованием технологии линейных драйверов необходимо учитывать дополнительную теплоемкость для размещения теплового потока схем драйверов.С другой стороны, высокоэффективные импульсные источники питания выделяют минимальное количество тепла.
Мерцание
И импульсные, и линейные источники питания могут генерировать пульсации, вызывающие мерцание. В общем, светодиодные фонари, управляемые импульсными источниками питания, имеют гораздо меньший процент мерцания, чем те, которые управляются линейными источниками питания. Импульсный источник питания обычно использует электролитический конденсатор на диодном мосту для сглаживания пиков входной формы волны и накопительный конденсатор на выходе для фильтрации небольших гармоник.Линейные источники питания по существу вырабатывают промежуточное напряжение постоянного тока с высоким процентом пульсаций. Часто даже входной фильтрующий конденсатор не используется, потому что большая емкость на первичной стороне может снизить коэффициент мощности (PF). Когда контроль мерцания и соответствие PF противоречат друг другу, управление мерцанием, скорее всего, будет принесено в жертву, потому что по этому параметру нет нормативных требований. А поскольку линейные источники питания для общего освещения были созданы для обслуживания рынка начального уровня, в эти простые драйверы редко можно вкладывать средства в схемы фильтрации пульсаций.
Электромагнитные помехи (EMI)
При высокочастотном переключении импульсных регуляторов могут возникать радиопомехи, влияющие на другие электрические цепи. Чтобы компенсировать этот неблагоприятный эффект, обычно используется схема фильтра для подавления электромагнитных помех и обеспечения соответствия продукта требованиям электромагнитной совместимости (ЭМС). С другой стороны, полное отсутствие электромагнитных помех делает линейные источники питания привлекательными для медицинских, авиационных и автомобильных осветительных приборов, где требования к электромагнитным помехам очень высоки.
Электробезопасность
Линейные источники питания не обеспечивают гальванической развязки от входной цепи (подключенной к электросети). Путь пробоя высокого напряжения через схему управления может привести к поражению электрическим током, если светодиодный индикатор не изолирован должным образом. Импульсные источники питания могут быть гальванически изолированы от сети переменного тока с помощью высокочастотного трансформатора с первичной и вторичной обмотками, что обеспечивает повышенную электробезопасность.
Надежность цепи
Использование ненадежных электролитических конденсаторов делает импульсные источники питания менее надежными, чем их линейные собратья.Среди всех компонентов схемы электролитические конденсаторы обычно имеют наименьший ожидаемый срок службы, поскольку процесс деградации электролитического конденсатора может быть ускорен высокими температурами. Потеря жидкого электролита внутри конденсатора приведет к увеличению эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и падению емкости. Цепи линейных драйверов разработаны без электролитических конденсаторов, что делает их конкурентоспособными для приложений с высокой надежностью.
Стоимость
Линейные схемы значительно превосходят схемы переключения с точки зрения стоимости, поскольку линейные схемы могут быть спроектированы с использованием очень небольшого числа компонентов.Импульсные источники питания представляют собой более сложные схемы, которые обычно включают громоздкие и дорогие компоненты, такие как катушки, конденсаторы, катушки индуктивности (или трансформаторы) и переключающие транзисторы.
Форм-фактор
Линейные регуляторыдоступны в виде корпусов интегральных схем, которые могут быть установлены на той же печатной плате с металлическим сердечником (MCPCB), что и светодиоды. Это устраняет необходимость в отдельной печатной плате драйвера и, таким образом, позволяет создавать компактные низкопрофильные светодиодные светильники.
