Устройство и принцип работы импульсного блока питания. Импульсный блок питания: устройство, принцип работы и особенности

Как устроен импульсный блок питания. Каков принцип его работы. В чем его преимущества перед линейным блоком питания. Какие основные компоненты входят в состав импульсного источника питания. Как работает каждый блок схемы.

Что такое импульсный блок питания и зачем он нужен

Импульсный блок питания (ИБП) — это устройство, предназначенное для преобразования переменного сетевого напряжения в стабилизированное постоянное напряжение необходимого уровня. Основная задача ИБП — обеспечить питанием электронные устройства и приборы.

В отличие от линейных (трансформаторных) блоков питания, в импульсных источниках используется принцип высокочастотного преобразования энергии. Это позволяет существенно уменьшить габариты и вес устройства при сохранении высокой эффективности.

Основные преимущества импульсных блоков питания:

• Малые габариты и вес
• Высокий КПД (до 98%)
• Широкий диапазон входных напряжений
• Стабильное выходное напряжение
• Возможность получения нескольких выходных напряжений

Благодаря этим достоинствам импульсные блоки питания получили очень широкое распространение. Их можно встретить в компьютерной технике, бытовой электронике, промышленном оборудовании и других сферах.

Основные компоненты импульсного блока питания

Типовая схема импульсного источника питания включает следующие основные функциональные блоки:

1. Входной фильтр
2. Выпрямитель и сглаживающий фильтр
3. Инвертор (преобразователь постоянного напряжения в переменное высокой частоты)
4. Высокочастотный трансформатор
5. Выходной выпрямитель и фильтр
6. Цепь обратной связи и стабилизации

Рассмотрим подробнее назначение и принцип работы каждого из этих блоков.

Входной фильтр импульсного блока питания

Входной фильтр выполняет две важные функции:

• Защищает электрическую сеть от высокочастотных помех, генерируемых импульсным преобразователем
• Защищает сам блок питания от импульсных помех, приходящих из сети

Типовая схема входного фильтра содержит:

• Дроссель для подавления электромагнитных помех
• Конденсаторы X-типа для подавления противофазных помех
• Конденсаторы Y-типа для подавления синфазных помех

Конденсаторы X и Y типа специально разработаны для применения в сетевых фильтрах и отличаются повышенной надежностью и безопасностью.

Выпрямитель и сглаживающий фильтр

Этот блок выполняет первичное выпрямление сетевого напряжения. Обычно используется мостовая схема на четырех диодах. После выпрямителя устанавливается сглаживающий конденсатор большой емкости.

В результате на выходе этого каскада формируется пульсирующее постоянное напряжение около 300В. Именно это напряжение поступает на вход инвертора.

Инвертор — сердце импульсного блока питания

Инвертор преобразует постоянное напряжение в переменное высокой частоты (десятки-сотни кГц). Это ключевой блок импульсного источника питания.

Принцип работы инвертора:

1. Постоянное напряжение «разрубается» на короткие импульсы с помощью силовых ключей (транзисторов)
2. Частота и скважность импульсов задается управляющей схемой (ШИМ-контроллером)
3. На выходе формируется последовательность прямоугольных импульсов высокой частоты

В современных импульсных блоках питания чаще всего используются специализированные ШИМ-контроллеры. Это позволяет упростить схему и повысить надежность.

Высокочастотный трансформатор в импульсном блоке питания

Высокочастотный трансформатор выполняет несколько важных функций:

• Понижает высокое напряжение до требуемого уровня
• Обеспечивает гальваническую развязку между входом и выходом
• Позволяет получить несколько независимых выходных напряжений

Благодаря высокой рабочей частоте, трансформатор имеет очень компактные размеры. Это одно из ключевых преимуществ импульсной технологии.

Выходной выпрямитель и фильтр

На выходе трансформатора снова формируется переменное напряжение, которое необходимо выпрямить. Для этого используется быстродействующий диодный выпрямитель и фильтрующие конденсаторы.

В результате на выходе блока питания получаем стабильное постоянное напряжение требуемого уровня.

Стабилизация выходного напряжения

Для поддержания стабильного выходного напряжения в импульсных блоках питания используется отрицательная обратная связь. Она позволяет компенсировать колебания входного напряжения и изменения нагрузки.

Основные способы реализации обратной связи:

• На пассивных элементах (простой, но не очень точный)
• С использованием оптрона (более точный)
• На специализированных микросхемах (наиболее совершенный)

Благодаря обратной связи импульсные блоки питания обеспечивают высокую стабильность выходного напряжения в широком диапазоне условий.

Преимущества импульсных блоков питания перед линейными

Подведем итог и сравним основные характеристики импульсных и линейных блоков питания:

Параметр	Импульсный БП	Линейный БП
Габариты и вес	Малые	Большие
КПД	Высокий (до 98%)	Низкий (до 60%)
Диапазон входных напряжений	Широкий	Узкий
Уровень пульсаций	Низкий	Высокий
Электромагнитные помехи	Высокие	Низкие
Стоимость	Средняя	Высокая (для мощных БП)

Как видим, импульсные блоки питания превосходят линейные по большинству параметров. Именно поэтому они получили такое широкое распространение в современной технике.

Области применения импульсных источников питания

Благодаря своим преимуществам, импульсные блоки питания используются практически повсеместно:

• Компьютерная и офисная техника
• Бытовая электроника (телевизоры, аудиосистемы)
• Зарядные устройства для мобильных гаджетов
• Светодиодные драйверы
• Источники бесперебойного питания
• Промышленное оборудование
• Телекоммуникационные системы
• Сварочные инверторы

Можно с уверенностью сказать, что в современном мире импульсные блоки питания окружают нас повсюду. Они стали неотъемлемой частью большинства электронных устройств.

Заключение

Импульсные блоки питания — это современная и эффективная технология преобразования электрической энергии. Они обладают целым рядом преимуществ по сравнению с традиционными линейными источниками:

• Высокий КПД
• Малые габариты и вес
• Широкий диапазон входных напряжений
• Стабильное выходное напряжение

Благодаря этим достоинствам импульсные блоки питания нашли применение практически во всех областях современной электроники — от мобильных гаджетов до промышленного оборудования.

Несмотря на более сложную схемотехнику, современные технологии позволяют производить импульсные источники питания с высокой надежностью и доступной стоимостью. Это обеспечивает им доминирующее положение на рынке источников вторичного электропитания.

Устройство и принцип работы импульсного блока питания, основные характеристики, конструктивные исполнения достоинства и область применения

Блок питания — это устройство, преобразующее сетевое напряжения до уровня, необходимого для работы электрических схем различных приборов. Вторичные источники электропитания часто используются для бытовой техники и промышленных установок, содержащих электронику.

Изначально источники вторичного напряжения строились по схеме, которую принято называть трансформаторной. Принцип её работы состоит в трансформации сетевого напряжения до необходимого уровня с последующим его выпрямлением и стабилизацией.

Типовая схема традиционного источника электропитания состоит из следующих элементов:

• силовой понижающий трансформатор, содержащий одну или несколько вторичных обмоток, в зависимости от потребностей питаемой схемы; выпрямительный блок, как правило, выполняется по схеме диодного моста;
• конденсатор фильтра, включенный между положительным и отрицательным выводами моста и необходимый для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, иногда для улучшения параметров фильтра, в схему добавляется дроссель;
• стабилизатор выходного напряжения, построенный на основе специализированной микросхемы или содержащий ключевой транзистор и небольшую схему управления.

Эти схемы надёжны в работе, не создают высокочастотных помех, обеспечивают гальваническую развязку между первичными и вторичными цепями. Тем не менее есть ряд причин по которым они уступают блокам питания импульсного типа.

Трансформаторы, преобразующие напряжение с частотой 50 герц, отличаются относительно большими габаритами и весом. Это свойство трансформаторных источников электропитания вступило в противоречие с общими принципами миниатюризации бытовых и промышленных электроприборов.

Проблему удалось решить путём создания импульсных или инверторных блоков. Такие параметры трансформатора, как сечение магнитопровода, количество витков обмотки и сечение провода, существенно уменьшаются с увеличением частоты преобразуемого напряжения.

Это также относится к ёмкости, следовательно, и к габаритам фильтрующих конденсаторов. Этот базовый принцип электротехники был послужил основой при создании вторичных источников питания нового типа.

КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

Принцип работы импульсного блока питания заключается в ряде последовательных преобразований питающего напряжения:

• выпрямление входного напряжения;
• инвертирование, то есть, генерация сигнала с частотой от десятков до сотен килогерц;
• трансформация высокочастотных импульсов до требуемого уровня;
• выпрямление и фильтрация полученного напряжения.

Цепочка преобразований в описании принципа работы импульсного блока питания выглядит достаточно громоздкой и даже лишённой смысла. Однако нужно учесть что в данной схеме преобразуется напряжение, частота которого в отдельных моделях составляет 200 кГц (а не 50 Гц, как в трансформаторных источниках питания).

Трансформаторы, которые работают на высоких частотах, называют импульсными. Обычно они используют магнитопровод тороидальной формы (в виде бублика) небольшого размера. Это позволило уменьшить вес и габариты блока той же мощности более чем на порядок.

Тор обычно изготавливается штамповкой из пермаллоя — сплава, состоящего из железа и никеля, магнитопровод же низкочастотного трансформатора набирается из тонких пластин электротехнической стали.

Принцип инверторного преобразования дает возможность создать сверхминиатюрные аппараты электродуговой сварки, работа которых возможна от обычной бытовой розетки, способные сваривать металл до 10 мм толщиной, легко переносимые в небольшой сумке с плечевым ремнём.

Базовые принципы, на которых основано устройство импульсного блока питания не новы, всё находится в рамках давно устоявшихся представлений об электричестве. Что же мешало создать их раньше? Причина в технологии.

Главными электронными компонентами инверторного преобразователя импульсного блока являются элементы схемы, способные работать с высокими частотой и напряжением и большими токовыми нагрузками.

Раньше, компонентов, отвечающих этим требованиям, просто не существовало. Настоящий прорыв в развитии и распространении инверторных технологий произошёл после того, как мировым производителям электроники удалось наладить массовое производство мощных IGBT – транзисторов, а также полевых транзисторов по технологии MOSFET.

Они отличаются очень малым значением тока управления, что обеспечивает высокий КПД блока.

Кроме мощных транзисторных ключей, инвертор содержит времязадающие цепочки, генерирующие высокочастотные сигналы управления транзисторами.

Применение в этом качестве цифровых микросхем ШИМ – контроллеров позволяет ещё более миниатюризировать электронную часть. Контроллер широтно импульсного модулирования формирует прямоугольные периодические импульсы. В целом схемотехнически импульсные блоки питания относительно просты.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счёт обратной связи этого параметра с задающими цепями ШИМ – контроллера. Принцип работы обратной связи — при отклонении уровня контролируемого параметра на выходе от номинального значения происходит изменение скважности импульсов, формируемых контроллером.

Скважностью импульсов называется безразмерная величина, равная отношению периода чередования этих импульсов к их длительности. Таким образом, скважность изменяется от 0 до 1.

Увеличение уровня выходного напряжения вызывает снижение скважности и наоборот, то есть, имеет место отрицательная обратная связь. Скважность, задаваемая контроллером, определяет режим работы ключевых транзисторов. Чем выше значение скважности, тем большую часть периода транзистор открыт, и тем больше среднее значение напряжение за период.

Описанный принцип стабилизации обеспечивает работу блока питания в очень широком диапазоне изменения питающего напряжения. Резюмируя сказанное, преимущества импульсных блоков питания таковы:

• малые габариты и вес по сравнению с трансформаторными источниками питания;
• схемотехническая простота, обусловленная применением интегральных электронных компонентов;
• возможность работы в широком диапазоне изменения значений входного напряжения.

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ

Источники вторичного напряжения инверторного типа используются повсеместно, как в быту, так и в промышленной технике. Перечень устройств и бытовых приборов, в которых реализована схема электропитания, работающая по принципу инверторного преобразователя:

• все виды компьютерной техники;
• телевизионная и звуковоспроизводящая аппаратура;
• пылесосы, стиральные машины, кухонная техника;
• источники бесперебойного электроснабжения различного назначения;
• системы видеонаблюдения, комплексы охранной сигнализации.

Исполнение инверторных источников зависит от условий эксплуатации и назначения. Блоки питания, встроенные в электроприбор, выполняются бескорпусными. Они могут располагаться внутри основного изделия на отдельной плате, или быть интегрированы в общую плату электроприбора.

Существуют источники электропитания для автономного применения, к ним могут подключаться различные потребители. Примером могут служить зарядные устройства, источники электропитания систем видеонаблюдения, охранной и пожарной сигнализации. Такие блоки питания размещаются в отдельном корпусе и комплектуются штекерами и проводами для подключения.

  *  *  *

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Импульсный блок питания: схемы, принцип работы, особенности

Мы имеем множество различных устройств, подключая которые к сети мы даже не задумываемся о том, какое питание им необходимо. Значительная часть бытовой техники имеет импульсный блок питания. Даже светодиодные или люминесцентные цокольные лампы имеют встроенный источник импульсного питания (ИИП).

Содержание статьи

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

В сети напряжение имеет синусоидальную форму. Для некоторых устройств это то что нужно, другим надо постоянное или импульсное напряжение. Вот этим и занимаются источники питания — преобразуют синусоидальную форму в нужную и, чаще всего, это постоянное напряжение. Независимо от формы выходного напряжения блок питания называют импульсным, потому что одна из стадий преобразования — формирование импульсов, которые затем выпрямляются.

Примеры импульсных блоков питания:

• Зарядное устройство для телефона или смартфона;
• Внешний блок питания ноутбука;
• Блок питания компьютера;
• Блок питания для светодиодной ленты.

Импульсный блок питания Robiton EN5000S. Предназначен для питания от источника переменного тока 100-240В приборов с напряжением 6,0 / 7,5 / 9,0 / 12,0 / 13,5 / 15 / 16В и максимальным входным током 5000 мА

Есть импульсные источники питания выдающие постоянное напряжение одного номинала. Наиболее распространенные на — 5 В, 12 В или  24 В. Есть устройства, выдающие сразу несколько уровней. Такие, например, стоят в компьютерах. На выходе они формируют сразу 5 В и 12 В. Есть — регулируемые ИИП, при помощи переключателей в них можно задавать выходные параметры (в определенных рамках). Импульсный блок питания может быть в виде отдельного устройства или являться частью какого-то более сложного прибора.

Путь преобразования синусоиды в постоянное напряжение при помощи источника импульсного питания

Если говорить об отдельных ИБП, то самыми распространенными, пожалуй, являются зарядные устройства для телефонов, ноутбуков. Они имеют компактные размеры, так как требуется небольшая мощность. Встроенный импульсный блок питания есть в телевизорах, компьютерах и другой сложной электронике, в некоторых бытовых приборах. Блоки питания бывают линейные (трансформаторные) или импульсные (инверторные).

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Оба типа блоков питания преобразуют синусоиду в постоянный ток, но вот путь преобразования разный, да и результаты несколько отличаются. Импульсный блок питания отличается высокой стабильностью работы. Тем не менее трансформаторные источники еще в ходу. Почему? Стоит разобраться.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

И трансформаторный (линейный) и импульсный (инверторный) БП выдают на выходе постоянное напряжение. Причем вторые имеют меньшие габариты, более стабильны в работе, часто ниже по цене, да еще и напряжение дают более «качественное» и независящее от параметров исходной синусоиды (а она далеко не идеальная в наших сетях). Так почему же используют и трансформаторные блоки, и импульсные? Чтобы понять, надо знать в чем отличие трансформаторного блока питания от импульсного. А для этого придется разбираться в устройстве и принципах работы. На основании этого можно уяснить основные свойства.

Блок-схемы трансформаторного и импульсного блоков питания

Как работает трансформаторный блок питания

В линейном блоке питания основное преобразование происходит при помощи трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана под сетевое напряжение, вторичная обычно понижающая. В случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, он преобразует синусоиду входного напряжения в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующий блок — выпрямитель, на котором синусоида сглаживается, превращается в пульсирующее напряжение. Этот блок выполнен на основе выпрямительных диодов. Диод может стоять один, может быть установлен диодный мост (мостовая схема). Разница между ними — в частоте импульсов, которые получаем на выходе. Дальше стоит стабилизатор и фильтр, придающие выходному напряжению нужный уровень и форму. На выходе имеем постоянное напряжение.

Самый простой линейный блок питания с двухполупериодным выпрямителем без стабилизации

Основной недостаток линейных источников питания — большие габариты. Они зависят от размеров трансформатора — чем выше требуется мощность, тем больше размеры блока питания. Нужен еще стабилизатор, который корректирует выходное напряжение, а это еще увеличивает габариты, снижает КПД. Зато это устройство не грозит помехами работающему рядом оборудованию.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания преобразование сложнее. На входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. Сетевой фильтр в дешевых моделях стоит не всегда, и в этом зачастую кроется проблема с нестабильной работой каких-то устройств, которые мы часто списываем на «падение напряжения в сети».

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность. Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц. Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Достоинства и недостатки импульсных блоков питания

Для новичков не сразу становится понятным, почему лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные. Дело не только в габаритах и материалоемкости. Дело в более стабильных параметрах, которые выдают импульсные устройства. Качество напряжения на выходе не зависит от качества сетевого напряжения. Для наших сетей это актуально. Но не только это. Такое свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сети разных стран. Ведь параметры сетевого напряжения в России, Англии и в некоторых странах Европы отличаются. Не кардинально, но отличается напряжение, частота. А зарядки работают в любой из них — практично и удобно.

Размер тоже имеет значение

Кроме того импульсники имеют высокий КПД — до 98%, что не может не радовать. Потери минимальны, в то время как в трансформаторных много энергии уходит на непродуктивный нагрев. Также ИБП меньше стоят, но при этом надежны. При небольших размерах позволяют получить широкий диапазон мощностей.

Но импульсный блок питания имеет серьезные недостатки. Первый — они создают высокочастотные помехи. Это заставляет ставить на входе сетевые фильтры. И даже они не всегда справляются с задачей. Именно поэтому некоторые устройства, особо требовательные к качеству электропитания, работают только от линейных БП. Второй недостаток — импульсный блок питания имеет ограничение по минимальной нагрузке. Если подключенное устройство обладает мощностью ниже этого предела, схема просто не будет работать.

Схемы импульсных блоков питания

Чтобы понимать, как работает импульсный блок питания, надо разобраться в том, что происходит в каждой его части. Сделать это проще по схемам. Мы приведем только некоторые, так как вариантов и вариаций — море. Схема импульсного блока питания содержит пять обязательных блоков плюс обратная связь. Вот о каждом элементе и поговорим отдельно, Попутно приведем полные схемы ИБП с использованием различной элементной базы.

Вариант импульсного источника питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярности

Входной фильтр

Как мы уже говорили, входной фильтр стоит для того, чтобы в сеть не попали высокочастотные помехи, генерируемые источником питания. В самом простейшем варианте это устройство представляет собой дроссель, который подавляет электромагнитные помехи и два конденсатора, включенных параллельно входу и нагрузке.

Схема простейшего входного фильтра

Конденсаторы используются специальные — X-типа. Икс-конденсаторы были разработаны специально для этих целей. Они выдерживают мгновенные киловольтные всплески напряжения (до 2,5 кВ), гася тем самым помехи между фазой и нейтралью (противофазные помехи). Дроссель — это ферритовый сердечник с намотанными лакированными медными проводами. В нем наводятся токи, нейтрализующие токи помех.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, которые возникают между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавляют два конденсатора Y-типа (которые выдерживают скачки напряжения до 5 кВ). Специальная конструкция Y-конденсатора гарантирует обрыв цепи, а не короткое замыкание, в случае выхода его из строя.

Оба типа конденсаторов (X и Y), который ставят во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара. Именно в этом, да еще в конструктивных особенностях кроется причина их высокой стоимости (по сравнению с обычными).

Схема для компенсации всех типов помех

Но для корректной работы этой схемы необходимо рабочее заземление. Его надо подключить к корпусу блока питания. Без заземления, корпус блока питания будет находиться под напряжением около 110 В. Ток будет очень маленьким, но прикосновения будут ощутимы.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как уже сказано выше, выпрямитель проводит предварительное выпрямление синусоиды. Если установлен один диод, он отсекает нижние (отрицательные) полуволны.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. При использовании одного диода низкий КПД и большая пульсация выпрямленного напряжения. По этим причинам предпочтительней мостовая схема на четырех диодах

В самом простом случае выпрямитель — диод Шоттки, но может использоваться и диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто применяют обычные диоды типа 1N4007, но лучше все-таки устанавливать все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», так что можно получить лучше результаты на выходе.

Несколько схем фильтров разной степени сложности

Один диод ставят в блоках питания к недорогой технике. На его выходе напряжение имеет вид идущих с некоторыми промежутками положительных полуволн. На выходе диодного моста пульсации намного ниже, так что такой выпрямитель ставят для более требовательных к питанию приборов. Пульсирующее напряжение с выхода диода/диодного моста подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который из полуволн делает «зубчики». Тут уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

На следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая — от 10 до 50 кГц. Есть два способа реализации этих блоков: при помощи микросхем, на основе автогенератора (блокинг-генератора).

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются попеременно, формируя на выходе последовательность импульсов. Частота переключений задается генератором. Такие схемы встречаются и сейчас, но большинство реализуется на микросхемах.

Пример схемы инвертора на транзисторах

Если есть микросхема, зачем городить огород из нескольких десятков деталей. Тем более, что требуемый тип микросхем широко распространен и стоит немного. Это так называемые ШИМ-контроллеры ( TL494, UC384х, Dh421,  TL431, IR2151, IR2153 и др).  К этим микросхемам надо добавить всего-лишь пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей и получим требуемый инвертор.

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

ШИМ-контроллер отлично встраивается в любой тип схем. Он совместим с обратноходовыми, полумостовыми и мостовыми схемами выпрямителей. Естественно, отличается количество элементов, но все они простые и доступные.В обратноходовых схемах транзисторы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, чем подается на вход.

Устройство импульсного источника напряжения с ШИМ контроллером и двухтактным и мостовым выпрямителем

По полумостовым схемам построены импульсные блоки питания в осветительных приборах, в энергосберегающих и светодиодных лампах, электронный балласт для люминисцентных ламп (ЭПРА). Мостовые схемы применяют в более мощных блоках. Например, в сварочных инверторах.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой, проверяют параметры входного и выходного напряжения и, при неисправностях, просто блокируют свою работу. Так как в импульсном блоке питания этот компонент, обычно, самый дорогой, это очень неплохо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы), получаем рабочий агрегат.

Силовой трансформатор

Узел трансформатора на блоке питания является одним из самых стабильных. В этом блоке, кроме самого трансформатора, содержится небольшая группа элементов которая нейтрализует выброс тока, который возникает на обмотках трансформатора при смене полярностей. Эта группа называется «снаббер».

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер — зеленым

Трансформатор — один из самых надежных элементов. В нем очень редко возникают проблемы. Он может повредиться при пробое инвертора. В этом случае через обмотку течет слишком высокий ток, который и выводит из строя трансформатор.

Схема блока силового трансформатора для ИИП

Работает все это следующим образом:

• На первом такте работы импульсного источника питания открыт ключ ВТ1 (полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа). Ток течет через первичную обмотку трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
• На втором такте ключ закрывается, ток течет во вторичной обмотке через диод VD2.
• При переключении на первичной обмотке возникает выброс, который вызван неидеальностью деталей. Тут в работу вступает снаббер. Его задача поглотить этот выброс, так как напряжение может быть достаточно большим и может повредить ключевой транзистор, что приведет к неработоспособности схемы. Ток выброса течет через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через сопротивление R1 и емкость C2.
• Далее полярность снова меняется, вступает в работу ключ ВТ1.

Номиналы выбираются исходя из параметров трансформатора. Подбор сложный, так что описывать его не имеет смысла. И еще: не во всех схемах есть снаббер, но его наличие увеличивает надежность и стабильность работы импульсного источника питания.

Несколько слов о диодах, которые используют в снабберах. Это может быть обычный диод, подобранный по параметрам, но более надежны схемы со стабилитроном. Еще может быть вариант без резистора и емкости, но с включенным навстречу супрессором (на схеме ниже).

Еще один вариант блока силового трансформатора с использованием супрессора (защитного диода) D1

Супрессор — это защитный диод, принцип работы похож на стабилитрон, вот только выравнивается импульсный ток и рассеиваемая мощность. Может быть несимметричный и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

На этом, можно считать со схемой импульсного блока питания разобрались, так как выходные выпрямитель и фильтр устроены по тому же принципу. Элементы могут быть другие, а схемы те же. Единственное, что еще стоит рассмотреть — стабилизация выходных параметров. Это опционная часть, но такой импульсный блок питания более надежен.

Наиболее простой и дешевый способ стабилизации используется в дешевых блоках питания — обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже, это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не слишком надежно, потому что есть влияние между обмотками, но просто и недорого.

Простой способ стабилизации

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения сделан на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение складывается из падения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Наиболее стабильные выходные показатели имеют схемы ИИП со стабилизатором  TL431.

TL431 — интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА.

ИБП с использованием микросхемы TL431 более сложные, но надежные. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, который позволяет изменять выходное напряжение в небольших пределах. Обычно подстройка составляет не более 20%, так как в противном случае схема может быть нестабильной.

Схема со стабильным напряжением на выходе

Если подстройка выходного напряжения не нужна, лучше подстроечный резистор заменить обычным, так как переменные менее надежны.

Пару слов о резисторе R20 (см. схему выше), который стоит на выходе. Это так называемый, нагрузочный резистор. Как известно ИИП не будет работать без нагрузки. Поэтому на выходе и ставят сопротивление, которое обеспечивает минимальную рабочую нагрузку. Но это решение неидеально, так как резистор греется и порой очень сильно. Располагать рядом конденсаторы крайне нежелательно, иначе подогреваются и они. А в качестве выходного сопротивления должны стоять высокоточные резисторы, так как они при нагреве мало меняют свои параметры (блок выдает стабильное напряжение даже при длительной работе).

Импульсные блоки питания

Блоки питания (БП) предназначены для реализации вторичной мощности в электрических цепях, а также для преобразования напряжения до необходимых значений. Элементы могут быть встроены в оборудование или подключаться самостоятельным звеном.

Виды блоков питания

Существует два принципа преобразования электроэнергии в устройствах: на основе аналогового трансформатора и на импульсных блоках питания (ИБП).

Трансформаторные БП. Особенность блоков питания такого типа заключается в использовании силового трансформатора для изменения напряжения в сети. Устройства понижают амплитуду синусоидальной гармоники и направляют ее в выпрямитель, состоящий из силовых диодов. Сглаживание происходит за счет параллельно подключенной емкости. Окончательная стабилизация питающего напряжения осуществляется в полупроводниковой схеме с резисторами.

Трансформаторные преобразователи до недавнего времени были единственными в своем роде, но имели недостатки:

• большой вес и крупные габариты;
• высокую стоимость, зачастую многократно превосходящую цену остальных компонентов сети.

Импульсные БП. В конструкции устройства нет понижающего трансформатора. Почти во всей современной аппаратуре установлены именно импульсные блоки питания как наиболее компактные и эффективные.

Преимущества и недостатки импульсных блоков питания

Основные преимущества ИБП:

• Малый вес и компактные размеры. Уменьшение габаритов устройств обусловлено переходом от использования тяжелых силовых трансформаторов. В ИБП нет линейных управляющих систем, которые требуют установки больших охлаждающих радиаторов. Повышение частоты обрабатываемых сигналов также позволило уменьшить размеры конденсаторов.
• Высокий КПД. Низкочастотные трансформаторы характеризуются значительными потерями энергии в виде тепла, которое образуется в результате электромагнитных преобразований. В ИБП максимальные потери происходят в каскаде силовых ключей во время переходных процессов, а все остальное время транзисторы устойчивы. Потери энергии сведены к минимуму. КПД устройств достигает 98 %.
• Широкий диапазон входных напряжений. Область применения устройств значительно расширена. Импульсные технологии позволяют использовать блоки питания в сетях с различными стандартами электроэнергии.
• Встроенные системы защиты. Большинство моделей имеют автоматическую защиту от токов короткого кроткого замыкания, системы аварийного отключения нагрузок и т. д. Защитные устройства надежно встраиваются в конструкцию блоков благодаря применению миниатюрных цифровых полупроводниковых модулей.
• Доступная стоимость. Элементная база ИБП постоянно унифицируется. Снижается стоимость на основные компоненты устройств, которые выпускаются серийно на автоматических станках. Дополнительное сокращение затрат достигается за счет использования менее мощных полупроводников.

Недостатками ИБП являются:

• Ограничения по мощности. Существуют противопоказания, как при высоких, так и при низких нагрузках. Если в выходной цепи ток упадет ниже критического значения, то блок начинает генерировать напряжение с искаженными характеристиками, либо полностью отказывает схема запуска.
• Наличие высокочастотных помех. Блоки вырабатывают их в любом исполнении. Высокочастотные помехи транслируются в окружающую среду, поэтому необходимо дополнительно решать вопрос об их подавлении. В некоторых видах чувствительной цифровой аппаратуры использование ИБП по этой причине невозможно.

Принцип работы импульсного источника питания

Устройство работает по принципу инвертора. Сначала переменное напряжение в блоке преобразуется в постоянное, а затем снова в переменное, но уже с необходимой частотой.

Схематически устройство можно представить как совокупность трех цепей:

• ШИМ-контроллера, который регулирует преобразование широтно-импульсной модуляции;
• каскада силовых ключей, подключенных по мостовой, полумостовой схеме или по схеме со средней точкой;
• импульсного трансформатора.

Взаимодействие элементов импульсного БП происходит по следующей схеме:

• напряжение 220В поступает на выпрямитель. Амплитуда сглаживается за счет работы конденсаторов емкостного фильтра;
• проходящие синусоиды выпрямляются диодным мостом;
• транзисторная схема преобразует ток в импульсы прямоугольной формы и высокой частоты.

Преобразование синусоид в импульсы может выполняться с гальваническим отделением питающей сети от выходных сетей или без нее.

Виды импульсных блоков питания

С гальванической развязкой. Высокочастотные сигналы поступают на трансформатор, ответственный за гальваническую развязку цепей. Устройства такого типа имеют более компактный магнитопровод и характеризуются повышенной эффективностью использования. Чаще всего сердечник трансформатора изготавливают из ферромагнетиков, а не из электротехнических сталей, что также позволяет уменьшить размеры элементов.

Без гальванической развязки. В схеме импульсного БП отсутствует высокочастотный разделительный трансформатор. Питающий сигнал поступает на фильтр нижних частот.

Принципиальная схема импульсного блока питания

Основные элементы импульсных блоков питания:

• сетевой выпрямитель;
• накопительная фильтрующая емкость;
• силовой транзистор;
• генератор;
• транзисторная схема обратной связи;
• оптопара;
• импульсный источник питания;
• выходной диодный выпрямитель;
• цепи управления выходного напряжения;
• фильтрующие конденсаторы;
• дроссели, предназначенные для диагностики и коррекции напряжения;
• выходные разъемы.

Если в устройстве используется преобразователь постоянного напряжения, то первые два компонента становятся не нужными. Сигнал проходит непосредственно на ШИМ (широтно-импульсный модулятор). Этот элемент является самым сложным в конструкции ИБП. Его основные функции:

• генерация импульсов высокой частоты;
• контроль и коррекция частотной последовательности с учетом данных обратной связи;
• защита от перегрузок.

С ШИМ-модуля сигнал поступает на ключевые транзисторы. Их силовые выводы нагружены на первичную обмотку высокочастотного трансформатора. В конструкции ИБП вместо обычных биполярных транзисторов используют элементы MOSFET или IGBT, которые характеризуются минимальным падением напряжения и быстродействием.

Со вторичной обмотки импульсного трансформатора (таких элементов может быть несколько в цепи) напряжение подается на выходные диоды с повышенной рабочей частотой. Чаще всего в конструкциях используют диоды Шоттки.

Функция выходного фильтра – уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения.

Сферы применения импульсных блоков питания

Малогабаритные ИБП на интегральных микросхемах применяются в конструкции зарядных устройств для электронных гаджетов: планшетов, телефонов, электронных книг. Элементы такого типа востребованы также в производстве телевизоров, усилителей, медицинских приборов, низковольтных осветительных установок.

Выбирайте и заказывайте блоки питания в каталоге компании «ПРОМАИР». Мы предлагаем широкий модельный ряд, выгодные цены, предоставляем грамотные консультации по характеристикам устройств. Для связи со специалистами позвоните по телефонам +375 (17) 513-99-92 или +375 (17) 513-99-93.

Как работает импульсный блок питания ⋆ diodov.net

Подробно рассмотрим, как работает импульсный блок питания (ИБП) любого типа. Сегодня такие компоненты являются основными источниками электрической энергии любой электронной аппаратуры. Аудио аппаратуру мы в счет не берем. Там по-прежнему доминируют линейные или трансформаторные блоки питания.

Концепция ИБП известна давно. Однако реализация ее стала возможной относительно недавно. Этому способствовало появление управляемых полупроводниковых ключей с требуемыми характеристиками. В первую очередь речь идет о полевых транзисторах MOSFET. Сегодня MOSFET вытеснили практически все другие управляемые полупроводниковые приборы в области преобразователей электрической энергии малой и средней мощности. В преобразователях большой мощности лидирующие позиции занимают IGBT транзисторы, а также некоторые виды тиристоров.

Главное и неоспоримое преимущество импульсных блоков питания по сравнению с линейными (трансформаторными) БП – это значительно меньший вес и габариты при равных мощностях. Для сравнения можно взять импульсный блок питания компьютера мощностью 500 Вт и только один трансформатор мощностью 500 ВА. Разница, особенно по массе, будет ощутима.

Существует много схем ИБП. Однако все они сводятся к тому, чтобы снизить в первую очередь массу и габариты трансформатора. Почему именно трансформатора? Потому что он является самым громоздким, тяжелым и дорогим элемент блока питания.

Чтобы хорошо представлять, как работает импульсный блок питания, сначала рассмотрим классическую схему линейного БП.

Схема линейного блока питания

Основные задачи любого промышленного БП заключаются в снижении переменного напряжения 220 В (230 В) до требуемой величины, затем его выпрямление, сглаживание и стабилизация.

Поэтому любая схема линейного бока питания обязательно содержат как минимум следующие элементы: трансформатор, выпрямитель, фильтр, узел стабилизации. Назначение каждого элемента было более полно рассказано здесь.

Теперь, глядя на составляющие функциональной схемы линейного БП, давайте рассуждать, какие элементы приводят к росту его массы и веса. В качестве выпрямителя чаще служит диодный мост. Снизить его размеров не даст особого эффекта. Да и реализовать этот будет затруднительно.

Узел стабилизации может быть реализован по-разному. Поэтому на нем мы тоже сэкономить мало что сможем. Остаются только два элемента: фильтр и трансформатор. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости. Но изменение его параметров, как мы увидим далее, не позволит получить сколь-нибудь ощутимый выигрыш. Остается исследовать возможности способы минимизации трансформатора.

Основная задача его заключается в передаче мощности со стороны источника высокого на сторону низкого напряжения. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку высоковольтных с низковольтными цепями. Гальваническая развязка необходима для преимущественного большинства устройств по условиям безопасности, как персонала, так и низковольтного оборудования. А трансформатор, как никакой другой элемент выполняет эти и другие условия. При этом он имеет максимальный коэффициент полезного действия, достигающий 99 %. По этой причине ему до сих пор не могут найти альтернативу, за что приходится расплачиваться повышенной массой и размерами в целом БП.

Безтранформаторные источники питания

Конечно, всегда возникал вопрос: а можно ли вообще обойтись без трансформатора? Здесь ответ неоднозначный. И можно и нельзя. Более того, существуют безтрансформаторные источники питания. Для снижения напряжения применяют конденсатор. Конденсатор характеризуется реактивным сопротивлением при работе в цепях переменного тока. Именно это свойство благополучно используется. Однако реактивное сопротивление конденсатора зависит обратно пропорционально от его емкости. Поэтому с увеличением нагрузки необходимо применять конденсатор большей емкости, что очень сказывается на его размерах. Кроме того возрастает его цена, поскольку он должен быть рассчитан на 400…450 В. Помимо всего прочего, использование реактивного сопротивления негативно влияет на качестве электроэнергии питающей сети. Снижается коэффициент мощности cosφ. Но самый главный недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки. Это исключает применение подобных схем в преимущественном большинстве радиоэлектронной аппаратуре.

Как снизить массу и габариты трансформатора

Так вот, мощность любого узла ИБП определяется всего двумя параметрами: напряжением и током.

P = U∙I.

Полная мощность трансформатора (Т) также определяется произведением тока на напряжение. Поэтому давайте рассмотрим, как зависят габариты Т от величины приложенного U и протекающего I. Возможно, здесь у нас получится на что-то повлиять.

Напряжение или, точнее говоря, ЭДС данного электромагнитного устройства определяется частотой приложенного напряжения f, количеством витков w и магнитным потоком Φ.

E = 4,44∙f∙w∙Φ

Коэффициент 4,44 уберем для упрочения, поскольку он соответствует синусоидальной форме тока. В импульсных блоках питания, где форма сигнала имеет вид прямоугольника, это коэффициент имеет другое значение.

E ~ f∙w∙Φ

Магнитный поток представляет собой произведение магнитной индукции B на площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода Sс.

E ~ f∙w∙B∙Sс

Давайте поразмыслим над этой формулой с интересующей нас позиции. Размеры Т определяются размерами его сердечника и обмотками. Упрощенно говоря, мы можем вполне обосновано сказать, что габариты сердечника зависят от площади поперечного сечения сердечника (магнитопровода) Sс. А габариты обмотки зависят от числа витков w.

Теперь становится очевидно, что для сохранения прежней величины электродвижущей силы E при снижении числа витков w и площади поперечного сечения Sс, а соответственно и габаритов трансформатора, необходимо повышать или частоту или индукцию или эти два параметра одновременно.

Преимущественное большинство сердечников промышленных трансформаторов выполняются из электротехнической стали. Такая сталь имеет индукцию насыщения порядка 1,7 Тл. Это довольно большое значение индукции. Выше только у чистого железа, обладающего максимально возможной индукцией из всех магнитных материалов, и составляет чуть более 2 Тл. К сожалению, чистое железо не пригодно к использованию в электромагнитных устройствах вследствие сильных потерь энергии при перемагничивании.

Альтернативные магнитные материалы

Также в ряде стран применяется пермаллой. Пермаллой имеет несколько меньшую индукцию, чем электротехническая стать, но обладает большим электрическим сопротивлением. Благодаря чему снижаются потери на вихревые токи, а соответственно и потери холостого хода.

Относительно недавно на рынке в доступной цене появились аморфные и нанокристаллические сплавы. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, при этом индукция их приближается к электротехническим сплавам. Кроме того они обладают рядом положительных свойств, превосходящих другие магнитные материалы. Но на этом мы здесь останавливаться не будем.

Однако индукция известных на сегодняшний день магнитных материалов и сплавов не достигает величины, значительно превосходящей индукцию электротехнической стали, то есть более 1,7 Тл. Поэтому сейчас невозможно существенно снизить габариты электромагнитного устройства за счет применения новых магнитных материалов. Поэтому остается единственный способ, который даст ощутимое снижение массы и размеров – это повышение частоты f переменного тока.

Как работает импульсный блок питания электронных устройств

Мы знаем, что в сети 220 В или 230 В f равна 50 Гц, отсюда возникает вопрос: как ее повысить? А делается это следующим образом. Сначала переменное напряжение 220 В, 50 Гц выпрямляется с помощью обычного диодного моста. Затем оно сглаживается электролитическим конденсатором большей емкости. Далее сглаженное напряжение снова преобразуется в переменное, но уже значительно большей частоты. В современных импульсных блоках питания она составляет порядка единиц мегагерц. И уже это высокочастотное напряжение подается на обмотку трансформатора. Это позволяет значительно снизить его размеры при сохранении прежнего значения электродвижущей силы. Затем сниженное напряжение со вторичной обмотки снова выпрямляется, сглаживается, и стабилизируется.

Постоянное напряжение преобразуется в переменное с помощью инвертора. Транзисторы инвертора работают в ключевом режиме, что приводит к появлению значительных импульсов тока. Поэтому на входе первого выпрямителя обязательно устанавливают дроссель для снижения уровня пульсаций тока, вызванных работой инвертора. Кроме того, для борьбы и электромагнитными импульсами, ИБП полностью экранируют.

Именно по причине этих пульсаций ИБП не применяются в аудиотехнике. В первую очередь это относиться к усилителям звука. Они вместе с полезным аудиосигналом могут усилить и помехи или пульсации, создаваемые полупроводниковыми приборами, работающими в ключевом режиме. В конечном итоге это негативно отобразится на качестве звука.

Сечение провода тр-ра по-прежнему рассчитывается на аналогичный ток. Однако в качестве магнитопровода электротехническая сталь не применяется, поскольку на высоких частотах возникают сильных потери энергии, вызванные действием вихревых токов. Поэтому применяют магнитные материалы с максимально высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся ферриты и различного рода магнитодиэлектрики.

ШИМ-контроллер

Работой полупроводниковых приборов инвертора управляет ШИМ-контроллер. ШИМ-контроллер может выполняться в виде отдельной микросхемы или в едином корпусе с полупроводниковыми ключами. Для поддержания заданного уровня напряжения на нагрузке в не зависимости от изменения ее параметров и других воздействующих факторов, необходимо изменять параметры широтно-импульсной модуляции. За это отвечает ШИМ-контроллер, который получает сигнал по обратной связи. В качестве элемента, образующего обратную связь применяется оптопара. Может применяться и другой радиоэлектронный элемент, как правило, способный осуществить гальваническую развязку.

Теперь должно быть понятно, как работает импульсный блок питания. Его схема состоит из входного фильтра, входного выпрямителя, сглаживающего входного фильтра, инвертора, импульсного трансформатора, выходного выпрямителя и выходного фильтра.

В качестве входного фильтра применяется дроссель. Сглаживающими фильтрами служат электролитические конденсаторы большей емкости.

Мощный импульсный блок питания?

Значительно повысить f удается только в относительно маломощных ИБП с точки зрения силовой электроники. В преобразователях электрической энергии большой мощности – десятки, сотни и тысячи киловатт, сколь существенно увеличить частоту не получится. Это вызвано отсутствием транзисторов или тиристоров, способных быстро переключать большую нагрузку, сохраняя при этом приемлемый уровень потерь энергии. Максимум удается повысить f до тысячи герц, 400 Гц, а то и вовсе ниже. К тому же возникают трудности с охлаждением таких преобразовательных установок.

Потери в полупроводниковых ключах зависят от приложенного к ним напряжения, протекающего I и частоты переключения. С ростом f потери энергии в полупроводниковых ключах сильно возрастают. Поэтому существенно снижается коэффициент полезного действия всей преобразовательной установки. Отсюда данный способ пока что не находит применения для мощных преобразователей и является малоэффективным.

Но и здесь был найден выход. Все усилия были направлены в сторону уменьшения размеров и веса обмоток. В преобразователях она может достигать нескольких тонн. Если получится существенно уменьшить ее размеры, тогда можно домотать некоторое количество витков и за счет этого снизить габариты магнитопровода при сохранении прежнего значения электродвижущей силы.

Масса меди обмоток m_о зависит от суммарной длины одного витка l_в, их числа w, площади поперечного сечения S_в и удельного веса меди γ_м.

m_о = l_в∙w∙S_в∙γ_м.

Длина витка l_в определяется его диаметром d_в, поэтому можем переписать предыдущее выражение следующим образом:

m_о = π∙d_в∙w∙S_в∙γ_м.

В свою очередь диаметр d_в определяет индуктивность Т. Поэтому его мы уменьшить не можем, поскольку это в конечном итоге повлечет за собой уменьшение ЭДС, а это не допустимо.

Также нельзя снизить удельный вес меди. Остается снижать площадь поперечно сечения витка.

Она в свою очередь зависит от величины протекающего I и допустимой плотности тока j.

S_в = I∙j.

Величину тока мы также снизить не можем, поскольку она определяет мощность трансформатора при заданном значении электродвижущей силы. Остается только один способ – увеличить допустимую плотность j.

Сверхпроводники

Эта величина для меди в среднем находится в пределах от 8 до 10 А/мм². Для обмоток электрических машин она будет иметь меньшее, а для монтажных проводов или линий электропередач – большее значение.

Величина j показывает, какой максимальный ток можно пропустить через заданное сечение проводника. Для простоты примем допустимое значение j = 10 А/мм². Это значит, что через медный провод сечением 1 мм² можно пропустить I величиной 1 А. Если превысить эту величину, то он будет перегреваться, что недопустимо. Главная причина заключается в перегреве изоляции, которая для электрических машин обходится дороже стоимости самого провода. С ростом температуры эксплуатационный срок изоляции резко снижается. Отсюда преждевременная постановка на ремонт и затратная перемотка изоляции.

Если проводник принудительно охлаждать, то через ту же S_в можно пропустить больший I. Именно таким способом удается существенно уменьшить сечение S_в. Применяют так называемые сверхпроводящие обмотки. Они находятся в специальной герметичной емкости, заполненной жидким азотом. Точка кипения азота чуть более -195 °С. Жидкий азот хорош тем, что он не взрывоопасен и не ядовит.

Благодаря применению жидкого азота снижается сопротивление проводника. Это позволяет повысить j почти в 30 раз, не перегревая его. А соответственно снизить площадь поперечного сечения обмоточного провода, что в свою очередь приводит к снижению веса электромагнитного устройства.

Подытожим сказанное выше. Для снижения массы и габаритов ИБП малой и средней мощности повышают частоту подводимого напряжения к обмоткам трансформатора за счет специальных схемных решений. В силовых преобразователях такой способ пока что трудно реализуем по причине отсутствия полупроводниковых ключей с приемлемыми коммутационными характеристиками. Единственный рациональный способ заключается в использовании сверхпроводящих обмоток.

Теперь, я надеюсь, Вам стало понятно, как работает импульсный блок питания и почему он имеет такую структуру.

Еще статьи по данной теме

что это такое, принцип работы, схема, назначение

Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, — инверторы.

Что это такое?

Инвертор — это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности (ширины) импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования. Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора. Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока. То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

• бестрансформаторные;
• трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

• сетевой помехоподавляющий фильтр;
• выпрямитель;
• сглаживающий фильтр;
• широтно-импульсный преобразователь;
• ключевые транзисторы;
• выходной высокочастотный трансформатор;
• выходные выпрямители;
• выходные индивидуальные и групповые фильтры.

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

• генерация высокочастотных импульсов;
• контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
• контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты. Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием. Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Выходной импульсный трансформатор использует одинаковый с классическим принцип преобразования. Исключением является работа на повышенной частоте. Как следствие, высокочастотные трансформаторы при одинаковых передаваемых мощностях имеют меньшие габариты.

Напряжение со вторичной обмотки силового трансформатора (их может быть несколько) поступает на выходные выпрямители. В отличие от входного выпрямителя, диоды выпрямителя вторичной цепи должны иметь повышенную рабочую частоту. Наилучшим образом на данном участке схемы работают диоды Шоттки. Их преимущества перед обычными:

• высокая рабочая частота;
• сниженная емкость p-n перехода;
• малое падение напряжения.

Назначение выходного фильтра импульсного блока питания — снижение до необходимого минимума пульсаций выпрямленного выходного напряжения. Поскольку частота пульсаций намного выше, чем у сетевого напряжения, то нет необходимости в больших значениях емкости конденсаторов и индуктивности у катушек.

Сфера применения импульсного блока питания

Импульсные преобразователи напряжения применяются в большинстве случаев вместо традиционных трансформаторных с полупроводниковыми стабилизаторами. При одинаковой мощности инверторы отличаются меньшими габаритными размерами и массой, высокой надежностью, а главное — более высоким КПД и возможностью работать в широком диапазоне входного напряжения. А при сравнимых габаритах максимальная мощность инвертора в несколько раз выше.

В такой области, как преобразование постоянного напряжения, импульсные источники практически не имеют альтернативной замены и способны работать не только по понижению напряжения, но и вырабатывать повышенное, организовывать смену полярности. Высокая частота преобразования существенно облегчает фильтрацию и стабилизацию выходных параметров.

Малогабаритные инверторы на специализированных интегральных микросхемах используются в качестве зарядных устройств всевозможных гаджетов, а их надежность такова, что срок службы зарядного блока может превосходить время работоспособности мобильного устройства в несколько раз.

Драйверы питания на 12 Вольт для включения светодиодных источников освещения также построены по импульсной схеме.

Как сделать импульсный блок питания своими руками

Инверторы, особенно мощные, имеют сложную схемотехнику и доступны для повторения только опытным радиолюбителям. Для самостоятельной сборки сетевых источников питания можно рекомендовать несложные маломощные схемы с использованием специализированных микросхем ШИМ-контроллеров. Такие ИМС имеют малое количество элементов обвязки и имеют отработанные типовые схемы включения, которые практически не требуют регулировки и настройки.

При работе с самодельными конструкциями или ремонте промышленных устройств необходимо помнить, что часть схемы всегда будет находиться под потенциалом сети, поэтому требуется соблюдать меры безопасности.

Принцип работы блока питания

Принцип работы блока питания

Блоки питания — это электротехнические устройства, которые изменяют характеристики промышленной электроэнергии до уровня параметров, необходимых для работы конечных механизмов.

Они подразделяются на трансформаторные и импульсные изделия.

Силовой трансформатор понижает входное напряжение и одновременно обеспечивает гальваническую развязку между электрической энергией первичной и вторичной цепи.

Трансформаторные модули тратят значительную часть мощности на электромагнитные преобразования и нагрев, имеют повышенные габариты, вес.

Импульсные блоки питания: как работает структурная схема и взаимодействуют ее части — краткое пояснение

Правило №1 всех ИБП: чем выше рабочая частота, тем лучше. Преобразование электроэнергии выполняется не на промышленных 50 герц, а на более высоких сигналах в пределах 1÷100кГц.

За счет этого снижаются потери и общий вес всех элементов, но усложняется технология. Принципы работы импульсного блока питания помогает понять его структурная схема.

Показываю ее составные части прямоугольниками, связи стрелками, а форму выходного сигнала из каждого блока — мнемонической фигурой преобразованного напряжения (темно синий цвет сверху).

Сетевой фильтр пропускает через себя промышленную синусоиду. Одновременно он отделяет из нее все посторонние помехи.

Очищенная от помех синусоида поступает на выпрямитель со сглаживающим фильтром. Он превращает полученную гармонику в сигнал напряжения строго постоянной формы действующей величины.

Следующим этапом начинается работа инвертора. Он из постоянного стабилизированного сигнала формирует высокочастотные колебания уже не синусоидальной, а практически строго прямоугольной формы.

Преобразованная в подобный вид электрическая энергия поступает на силовой высокочастотный трансформатор, который, как и обычный аналоговый, видоизменяет ее на пониженное напряжение с увеличенным током.

После силового трансформатора наступает очередь работы выходного выпрямителя.

Заключительным звеном работает сглаживающий выходной фильтр. После него на блок управления бытового прибора поступает стабилизированное напряжение постоянной величины.

Качество работы импульсного блока поддерживается за счет создания в рабочем состоянии обратной связи, реализованной в блоке управления инвертора. Она компенсирует все посадки и броски напряжения, вызываемые колебаниями входной величины или коммутациями нагрузок.

Пример монтажа деталей показан на фотографии платы импульсного блока питания ниже.

Сетевой выпрямитель имеет в своем составе предохранитель на основе плавкой вставки, диодный мост, электромеханический фильтр, набор дросселей, конденсаторы развязки со статикой.

Накопительная емкость сглаживает пульсации.

Генератор инвертора на основе силового ключевого транзистора в комплекте с импульсным трансформатором выдает напряжение на выходной выпрямитель с диодами, конденсаторами и дросселями.

Оптопара в узле обратной связи обеспечивает оптическую развязку электрических сигналов.

Схемы сетевых фильтров импульсных и высокочастотных помех: 4 типа конструкций

Правило №2: у качественных ИБП в конструкции блока должен работать надежный фильтр в/ч сигналов.

Важно понимать, что импульсы высокой частоты играют двоякую роль:

1. в/ч помехи могут приходить из бытовой сети в блок питания;
2. импульсы высокочастотного тока генерируются встроенным преобразователем и выходят из него в домашнюю проводку.

Причины появления помех в бытовой сети:

• апериодические составляющие переходных процессов, возникающие от коммутации мощных нагрузок;
• работы близкорасположенных приборов с сильными электромагнитными полями, например, сварочных аппаратов, мощных тяговых электродвигателей, силовых трансформаторов;
• последствия погашенных импульсов атмосферных разрядов и других факторов, включая наложение высокочастотных гармоник.

Помехи ухудшают работу радиоэлектронной аппаратуры, мобильных устройств и цифровых гаджетов. Их необходимо подавлять и блокировать внутри конструкции импульсного блока питания.

Основу фильтра составляет дроссель, выполненный двумя обмотками на одном сердечнике.

Дроссели могут быть выполнены разными габаритами, намотаны толстой или тонкой проволокой на больших или маленьких сердечниках.

Начинающему мастеру достаточно запомнить простое правило: лучше работает фильтр с дросселем большого магнитопровода, увеличенным числом витков и поперечным сечением проволоки. (Принцип: чем больше — тем и лучше.)

Дроссель обладает индуктивным сопротивлением, которое резко ограничивает высокочастотный сигнал, протекающий по проводу фазы или нуля. В то же время оно не оказывает особого влияния на ток бытовой сети.

Работу дросселя эффективно дополняют емкостные сопротивления.

Конденсаторы подобраны так, что закорачивают ослабленные дросселем в/ч сигналы помех, направляя их на потенциал земли.

Принцип работы фильтра в/ч помех от проникновения на блок питания входных сигналов показан на картинке ниже.

Между потенциалами земли с нулем и фазой устанавливают Y конденсаторы. Их конструктивная особенность — они при пробое не способны создать внутреннее короткое замыкание и подать 220 вольт на корпус прибора.

Между цепями фазы и нуля ставят конденсаторы, способные выдерживать 400 вольт, а лучше — 630. Они обычно имеют форму параллепипеда.

Однако следует хорошо представлять, что ИБП в преобразователе напряжения сами выправляют сигнал и помехи им практически не мешают. Поэтому такая система актуальна для обычных аналоговых блоков со стабилизацией выходного сигнала.

У импульсного блока питания важно предотвратить выход в/ч помех в бытовую сеть. Эту возможность реализует другое решение.

Как видите, принцип тот же. Просто емкостные сопротивления всегда располагаются по пути движения помехи за дросселем.

Третья схема в/ч фильтра считается универсальной. Она объединила элементы первых двух. Y конденсаторы в ней просто работают с двух сторон каждого дросселя.

У самых дорогих и надежных устройств используется сложный фильтр с дополнительно подключенными дросселями и конденсаторами.

Сразу же показываю схему расположения фильтров на всех цепочках блока питания: входе и выходе.

Обратите внимание, что на кабель, выходящий из ИБП и подключаемый к электронному прибору, может быть дополнительно установлен ферритовый фильтр, состоящий из двух разъемных полуцилиндров или выполненный цельной конструкцией.

Примером его использования является импульсный блок питания ноутбука. Это уже четвертый вариант применения фильтра.

Сетевой выпрямитель напряжения: самая популярная конструкция

Правило №3: после выхода с фильтра напряжение подается на схему выпрямителя, состоящего в базовой версии из диодного моста и электролитического конденсатора.

В ходе электрического преобразования форма синусоиды, состоящая из полуволн противоположных знаков, вначале меняется на сигнал положительного направления после диодной сборки, а затем эти пульсации сглаживаются до практически постоянной амплитудной величины 311 вольт.

Такой сетевой выпрямитель напряжения заложен в работу всех блоков питания.

Преобразователь импульсного напряжения: объяснение простыми словами с поясняющими картинками

Правило №4: выпрямленный сигнал подвергается широтно-импульсной модуляции на силовом ключе под управлением ШИМ контроллера.

Силовой ключ выполняется первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Для эффективной трансформации в/ч импульсов до 100 килогерц конструкцию магнитопровода делают из альсифера или ферритов.

На обмотку трансформатора от цепей управления через в/ч транзистор поступают импульсы сигналов в несколько десятков килогерц.

Прямоугольные импульсы тока подаются по времени, чередуются с паузами, обозначаются единицей (1) и нулем (0).

Продолжительность протекания импульса или его ширина в каждый момент низкочастотного синусоидального напряжения соответствует его амплитуде: чем она больше, тем шире ШИМ. И наоборот.

ШИМ контроллер отслеживает величину подключенной нагрузки на выходе импульсного блока питания. По ее значению он вырабатывает импульсы, кратковременно открывающие силовой транзистор.

Если подключенная к ИБП мощность начинает возрастать, то схема управления увеличивает длительность импульсов управления, а когда она снижается, то — уменьшает.

За счет работы этой конструкции производится стабилизация напряжения на выходе блока в строго определенном диапазоне.

Импульсный трансформатор: принцип работы одного импульса в 2 такта

Правило №5: импульсный трансформатор для блока питания передает каждый ШИМ импульс за счет двух преобразований электромагнитной энергии.

Во время преобразования электрической энергии в магнитную и обратно в электрическую с пониженным напряжением обеспечивается гальваническое разделение первичных входных цепей с вторичной выходной схемой.

Каждый ШИМ импульс тока, поступающий при кратковременном открытии силового транзистора, протекает по замкнутой цепи первичной обмотки трансформатора.

Его энергия расходуется:

1. вначале на намагничивание сердечника магнитопровода;
2. затем на его размагничивание с протеканием тока по вторичной обмотке и дополнительной подзарядкой конденсатора.

По этому принципу каждый ШИМ импульс из первичной сети подзаряжает накопительный конденсатор.

Генераторы ИБП могут работать по простой однотактной или более сложной двухтактной технологии построения.

Однотактная схема импульсного блока питания: состав и принцип работы

На стороне 220 расположены: предохранитель, выпрямительный диодный мост, сглаживающий конденсатор, биполярный транзистор, цепочки колебательного контура и коллекторного тока, а также обмотки импульсного трансформатора.

Однотактная схема импульсного блока питания создается для передачи мощности 10÷50 ватт, не более. По ней изготавливают зарядные устройства мобильных телефонов, планшетов и других цифровых гаджетов.

В выходной цепочке трансформатора используется выпрямительный диод Д7. Он может быть включен в прямом направлении, как показано на картинке, или обратно, что важно учитывать.

При прямом включении импульсный трансформатор накапливает индуктивную энергию и передает ее в выходную цепь к подключенной нагрузке с задержкой по времени.

Если диод включен обратно, то трансформация энергии из первичной схемы во вторичную цепь происходит во время закрытого состояния транзистора.

Однотактная схема ИБП отмечается простотой конструкции, но большими амплитудами напряжения, приложенными к виткам первичной обмотки импульсного трансформатора.

Их защита осуществляется дополнительными цепочками из резисторов R2÷R4 и конденсаторов С2, С3.

Двухтактная схема импульсного блока питания: 3 варианта исполнения

Более высокий КПД и пониженные потери мощности являются неоспоримыми преимуществами этих ИБП по сравнению с однотактными моделями.

Простейший вариант исполнения двухполупериодной методики показан на картинке.

Если в нее дополнительно подключить два диода и один сглаживающий конденсатор, то на этом же трансформаторе получается двухполярная схема.

Она распространена в усилителях мощности, работает по обратноходовому принципу. В ней через каждую емкость протекают меньшие токи, обеспечивающие повышенный ресурс конденсаторов при эксплуатации.

Продлить ресурс работы электролитических конденсаторов в ИБП можно заменой одного большой мощности несколькими составными. Ток будет распределяться по всем, что вызовет меньший нагрев. А отвод тепла с каждого отдельного происходит лучше.

Прямоходовая схема блока питания имеет в своей конструкции дроссель, который выполняет функцию накопления энергии. Для этого два диода направляют поступающие импульсы ШИМ на его вход в одной полярности.

Дроссель этих устройств изготавливается большими габаритами и устанавливается отдельно внутри платы ИБП. Он дополняет работу накопительного конденсатора.

Это наглядно видно по верхней форме сигнала, показанного осциллограммой выпрямления одного и того же блока без дросселя и с ним.

Прямоходовая схема используется в мощных блоках питания, например, внутри компьютера.

В ней выпрямлением тока занимаются диоды Шоттки. Их применяют за счет:

• уменьшенного падения напряжения на прямом включении;
• и повышенного быстродействия во время обработки высокочастотных импульсов.

3 схемы силовых каскадов двухтактных ИБП

По порядку сложности их исполнения генераторы выполняют по:

• полумостовому;
• мостовому;
• или пушпульному принципу построения выходного каскада.

Полумостовая схема импульсного блока питания: обзор

Конденсаторы С1, С2 собраны последовательно емкостным делителем. На него и переходы коллектор-эмиттер транзисторов Т1, Т2 подается напряжение постоянного питания.

К средней точке емкостного делителя и транзисторов подключена первичная обмотка трансформатора Тр2. С ее вторичной обмотки снимается выходное напряжение генератора, которое пропорционально входному сигналу ТР1, трансформируемому на базы Т1 и Т2.

Полумостовая схема ИБП работает для нагрузок от нескольких ватт до киловатт. Ее недостатком является возможность повреждения элементов при перегрузках, что требует использования сложных защит.

Мостовая схема импульсного блока питания: краткое пояснение

Вместо емкостного делителя предыдущей технологии здесь работают транзисторы T3 и T4. Они попарно открываются совместно с Т1 и Т2: (пара Т1-Т4), (пара Т2-Т3).

Напряжение переходов эмиттер-коллектор у закрытых транзисторов не выше величины питающего напряжения, а на обмотке w1 ТР3 оно возрастает до значения U пит. За счет этого увеличивается величина КПД.

Мостовая схема сложна в наладке из-за трудностей с настройкой цепей управления транзисторов Т1÷Т4.

Пушпульная схема: важные особенности

Первичная обмотка выходного ТР2 имеет средний вывод, на который подается плюсовой потенциал источника питания, а его минус — на среднюю точку вторичной обмотки Т1.

Во время прохождения одного полупериода колебания работает один из транзисторов Т1 или Т2 и соответствующая ему часть полуобмотки трансформатора.

Здесь создается самый высокий КПД, малые пульсации и низкие помехи. Амплитудное значение импульсного напряжения на любой половине обмотки w1 ТР2 достигает величины U пит.

К напряжению перехода коллектор-эмиттер каждого транзистора добавляется ЭДС самоиндукции, и оно возрастает до 2U пит. Поэтому Т1 и Т2 надо подбирать на 600÷700 вольт.

Пушпульная схема ключевого каскада пользуется большей популярностью. Она применяется в наиболее мощных преобразователях.

Выходной выпрямитель: самое популярное устройство

Правило №6: сигнал, поступающий с выхода ИБП, выпрямляется и сглаживается.

Простейшая схема выпрямителя, состоящая из диода и накапливающего конденсатора, показана картинкой ниже.

Она может дорабатываться подключением дополнительных конденсаторов, дросселей, элементов фильтров.

Схема стабилизации напряжения: как работает

Правило №7: оптимальные условия для работы нагрузки при изменяющихся условиях эксплуатации обеспечивает принцип стабилизации вторичного напряжения.

Самая примитивная схема стабилизации выходного напряжения создается на дополнительной обмотке импульсного трансформатора.

С нее снимается напряжение и подается для корректировки величины сигнала первичной обмотки.

Лучшая стабилизация создается за счет контроля выходного сигнала с вторичной обмотки и отделения его гальванической связи через оптопару.

В ней используется светодиод, через который проходит ток, пропорциональный значению выходного напряжения. Его свечение воспринимается фототранзистором, который посылает соответствующий электрический сигнал на схему управления генератора ключевого каскада.

Повысить качество стабилизации выходного напряжения позволяет последовательное дополнение к оптопаре стабилитрона, как показано на примере микросхемы TL431 на картинке ниже.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 3 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Принцип работы импульсных блоков питания. Схема импульсного блока питания

Блоки питания всегда являлись важными элементами любых электронных приборов. Задействованы данные устройства в усилителях, а также приемниках. Основной функцией блоков питания принято считать снижение предельного напряжения, которое исходит от сети. Появились первые модели только после того, как была изобретена катушка переменного тока.

Дополнительно на развитие блоков питания повлияло внедрение трансформаторов в схему устройства. Особенность импульсных моделей заключается в том, что в них применяются выпрямители. Таким образом, стабилизация напряжения в сети осуществляется несколько другим способом, чем в обычных приборах, где задействуется преобразователь.

Устройство блока питания

Если рассматривать обычный блок питания, который используется в радиоприемниках, то он состоит из частотного трансформатора, транзистора, а также нескольких диодов. Дополнительно в цепи присутствует дроссель. Конденсаторы устанавливаются разной емкости и по параметрам могут сильно отличаться. Выпрямители используются, как правило, конденсаторного типа. Они относятся к разряду высоковольтных.

Работа современных блоков

Первоначально напряжение поступает на мостовой выпрямитель. На этом этапе срабатывает ограничитель пикового тока. Необходимо это для того, чтобы в блоке питания не сгорел предохранитель. Далее ток проходит по цепи через специальные фильтры, где происходит его преобразование. Для зарядки резисторов необходимо несколько конденсаторов. Запуск узла происходит только после пробоя динистора. Затем в блоке питания осуществляется отпирание транзистора. Это дает возможность значительно снизить автоколебания.

При возникновении генерации напряжения задействуются диоды в схеме. Они соединены между собой при помощи катодов. Отрицательный потенциал в системе дает возможность запереть динистор. Облегчение запуска выпрямителя осуществляется после запирания транзистора. Дополнительно обеспечивается ограничение тока. Чтобы предотвратить насыщение транзисторов, имеется два предохранителя. Срабатывают они в цепи только после пробоя. Для запуска обратной связи необходим обязательно трансформатор. Подпитывают его в блоке питания импульсные диоды. На выходе переменный ток проходит через конденсаторы.

Особенности лабораторных блоков

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа построен на активном преобразовании тока. Мостовой выпрямитель в стандартной схеме предусмотрен один. Для того чтобы убирать все помехи, используются фильтры в начале, а также в конце цепи. Конденсаторы импульсный лабораторный блок питания имеет обычные. Насыщение транзисторов происходит постепенно, и на диодах это сказывается положительно. Регулировка напряжения во многих моделях предусмотрена. Система защиты призвана спасать блоки от коротких замыканий. Кабели для них обычно используются немодульной серии. В таком случае мощность модели может доходить до 500 Вт.

Разъемы блока питания в системе чаще всего устанавливаются типа АТХ 20. Для охлаждения блока в корпусе монтируется вентилятор. Скорость вращения лопастей должна регулироваться при этом. Максимальную нагрузку блок лабораторного типа должен уметь выдерживать на уровне 23 А. При этом параметр сопротивления в среднем поддерживается на отметке 3 Ом. Предельная частота, которую имеет импульсный лабораторный блок питания, равна 5 Гц.

Как осуществлять ремонт устройств?

Чаще всего блоки питания страдают из-за сгоревших предохранителей. Находятся они рядом с конденсаторами. Начать ремонт импульсных блоков питания следует со снятия защитной крышки. Далее важно осмотреть целостность микросхемы. Если на ней дефекты не видны, ее можно проверить при помощи тестера. Чтобы снять предохранители, необходимо в первую очередь отсоединить конденсаторы. После этого их можно без проблем извлечь.

Для проверки целостности данного устройства осматривают его основание. Сгоревшие предохранители в нижней части имеют темное пятно, которое свидетельствует о повреждении модуля. Чтобы заменить данный элемент, нужно обратить внимание на его маркировку. Затем в магазине радиоэлектроники можно приобрести аналогичный товар. Установка предохранителя осуществляется только после закрепления конденсатов. Еще одной распространенной проблемой в блоках питания принято считать неисправности с трансформаторами. Представляют они собой коробки, в которых устанавливаются катушки.

Когда напряжение на устройство подается очень большое, то они не выдерживают. В результате целостность обмотки нарушается. Сделать ремонт импульсных блоков питания при такой поломке невозможно. В данном случае трансформатор, как и предохранитель, можно только заменить.

Сетевые блоки питания

Принцип работы импульсных блоков питания сетевого типа основан на низкочастотном снижении амплитуды помех. Происходит это благодаря использованию высоковольтных диодов. Таким образом, контролировать предельную частоту получается эффективнее. Дополнительно следует отметить, что транзисторы применяются средней мощности. Нагрузка на предохранители оказывается минимальная.

Резисторы в стандартной схеме используются довольно редко. Во многом это связано с тем, что конденсатор способен участвовать в преобразовании тока. Основной проблемой блока питания данного типа является электромагнитное поле. Если конденсаторы используются с малой емкостью, то трансформатор находится в зоне риска. В данном случае следует очень внимательно относиться к мощности устройства. Ограничители для пикового тока сетевой импульсный блок питания имеет, а находятся они сразу над выпрямителями. Их основной задачей является контроль рабочей частоты для стабилизации амплитуды.

Диоды в данной системе частично выполняют функции предохранителей. Для запуска выпрямителя используются только транзисторы. Процесс запирания, в свою очередь, необходим для активации фильтров. Конденсаторы также могут применяться разделительного типа в системе. В таком случае запуск трансформатора будет осуществляться намного быстрее.

Применение микросхем

Микросхемы в блоках питания применяются самые разнообразные. В данной ситуации многое зависит от количества активных элементов. Если используется более двух диодов, то плата должна быть рассчитана под входные и выходные фильтры. Трансформаторы также производятся разной мощности, да и по габаритам довольно сильно отличаются.

Заниматься пайкой микросхем самостоятельно можно. В этом случае нужно рассчитать предельное сопротивление резисторов с учетом мощности устройства. Для создания регулируемой модели используют специальные блоки. Такого типа системы делаются с двойными дорожками. Пульсации внутри платы будут происходить намного быстрее.

Преимущества регулируемых блоков питания

Принцип работы импульсных блоков питания с регуляторами заключается в применении специального контроллера. Данный элемент в цепи может изменять пропускную способность транзисторов. Таким образом, предельная частота на входе и на выходе значительно отличается. Настраивать по-разному можно импульсный блок питания. Регулировка напряжения осуществляется с учетом типа трансформатора. Для охлаждения прибора используют обычные куллеры. Проблема данных устройств, как правило, заключается в избыточном токе. Для того чтобы ее решить, применяют защитные фильтры.

Мощность приборов в среднем колеблется в районе 300 Вт. Кабели в системе используются только немодульные. Таким образом, коротких замыканий можно избежать. Разъемы блока питания для подключения устройств обычно устанавливают серии АТХ 14. В стандартной модели имеется два выхода. Выпрямители используются повышенной вольтности. Сопротивление они способны выдерживать на уровне 3 Ом. В свою очередь, максимальную нагрузку импульсный регулируемый блок питания воспринимает до 12 А.

Работа блоков на 12 вольт

Импульсный блок питания (12 вольт) включает в себя два диода. При этом фильтры устанавливаются с малой емкостью. В данном случае процесс пульсации происходит крайне медленно. Средняя частота колеблется в районе 2 Гц. Коэффициент полезного действия у многих моделей не превышает 78%. Отличаются также данные блоки своей компактностью. Связано это с тем, что трансформаторы устанавливаются малой мощности. В охлаждении при этом они не нуждаются.

Схема импульсного блока питания 12В дополнительно подразумевает использование резисторов с маркировкой Р23. Сопротивление они способны выдержать только 2 Ом, однако для прибора такой мощности достаточно. Применяется импульсный блок питания 12В чаще всего для ламп.

Как работает блок для телевизора?

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа заключается в применении пленочных фильтров. Эти устройства способны справляться с помехами различной амплитуды. Обмотка дросселя у них предусмотрена синтетическая. Таким образом, защита важных узлов обеспечивается качественная. Все прокладки в блоке питания изолируются со всех сторон.

Трансформатор, в свою очередь, имеет отдельный куллер для охлаждения. Для удобства использования он обычно устанавливается бесшумным. Предельную температуру данные устройства выдерживают до 60 градусов. Рабочую частоту импульсный блок питания телевизоров поддерживает на уровне 33 Гц. При минусовых температурах данные устройства также могут использоваться, однако многое в этой ситуации зависит от типа применяемых конденсатов и сечения магнитопровода.

Модели устройств на 24 вольта

В моделях на 24 вольта выпрямители применяются низкочастотные. С помехами успешно справляться могут всего два диода. Коэффициент полезного действия у таких устройств способен доходить до 60%. Регуляторы на блоки питания устанавливаются довольно редко. Рабочая частота моделей в среднем не превышает 23 Гц. Сопротивление резисторы могут выдерживать только 2 Ом. Транзисторы в моделях устанавливаются с маркировкой ПР2.

Для стабилизации напряжения резисторы в схеме не используются. Фильтры импульсный блок питания 24В имеет конденсаторного типа. В некоторых случаях можно встретить разделительные виды. Они необходимы для ограничения предельной частоты тока. Для быстрого запуска выпрямителя динисторы применяются довольно редко. Отрицательный потенциал устройства убирается при помощи катода. На выходе ток стабилизируется благодаря запиранию выпрямителя.

Боки питания на схеме DA1

Блоки питания данного типа от прочих устройств отличаются тем, что способны выдерживать большую нагрузку. Конденсатор в стандартной схеме предусмотрен только один. Для нормальной работы блока питания регулятор используется. Устанавливается контроллер непосредственно возле резистора. Диодов в схеме можно встретить не более трех.

Непосредственно обратный процесс преобразования начинается в динисторе. Для запуска механизма отпирания в системе предусмотрен специальный дроссель. Волны с большой амплитудой гасятся у конденсатора. Устанавливается он обычно разделительного типа. Предохранители в стандартной схеме встречаются редко. Обосновано это тем, что предельная температура в трансформаторе не превышает 50 градусов. Таким образом, балластный дроссель со своими задачами справляется самостоятельно.

Модели устройств с микросхемами DA2

Микросхемы импульсных блоков питания данного типа среди прочих устройств выделяются повышенным сопротивлением. Используют их в основном для измерительных приборов. В пример можно привести осциллограф, который показывает колебания. Стабилизация напряжения для него является очень важной. В результате показатели прибора будут более точными.

Регуляторами многие модели не оснащаются. Фильтры в основном имеются двухсторонние. На выходе цепи транзисторы устанавливаются обычные. Все это дает возможность максимальную нагрузку выдерживать на уровне 30 А. В свою очередь, показатель предельной частоты находится на отметке 23Гц.

Блоки с установленными микросхемами DA3

Данная микросхема позволяет устанавливать не только регулятор, но и котроллер, который следит за колебаниями в сети. Сопротивление транзисторы в устройстве способны выдерживать примерно 3 Ом. Мощный импульсный блок питания DA3 с нагрузкой в 4 А справляется. Подсоединять вентиляторы для охлаждения выпрямителей можно. В результате устройства можно использовать при любой температуре. Еще одно преимущество заключается в наличии трех фильтров.

Два из них устанавливаются на входе под конденсаторами. Один фильтр разделительного типа имеется на выходе и стабилизирует напряжение, которое исходит от резистора. Диодов в стандартной схеме можно встретить не более двух. Однако многое зависит от производителя, и это следует учитывать. Основной проблемой блоков питания данного типа считается то, что они не способны справляться с низкочастотными помехами. В результате устанавливать их на измерительные приборы нецелесообразно.

Как работает блок на диодах VD1?

Данные блоки рассчитаны на поддержку до трех устройств. Регуляторы в них имеются трехсторонние. Кабели для связи устанавливаются только немодульные. Таким образом, преобразование тока происходит быстро. Выпрямители во многих моделях устанавливаются серии ККТ2.

Отличаются они тем, что энергию от конденсатора способны передавать на обмотку. В результате нагрузка от фильтров частично снимается. Производительность у таких устройств довольно высокая. При температурах свыше 50 градусов они также могут использоваться.

Dijelite na društvenim mrežama:

Povezan

Nipron [Энциклопедия источников питания] Статья 1, импульсный источник питания (1.3)

Как было сказано выше, режим стабилизации питания Подача примерно подразделяется на режим переключения и последовательный режим. В настоящее время под электроснабжением во многих случаях понимается система коммутации. высокой производительности и компактности. Здесь механизм переключения источник питания объяснен.

<< Принцип действия >>
Показана принципиальная схема и состав импульсного источника питания. на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 Принципиальная схема и компоненты импульсный блок питания

— Выпрямительный мост: для выпрямления переменного тока в одном направлении
— Электролитический конденсатор: для накопления электричества и работы, чтобы сохранить напряжение
— Высокочастотный трансформатор: для передачи энергии от первичной к вторичный
— Цепь управления: для управления временем включения / выключения переключающего устройства для стабилизации вторичного напряжения

В этой системе вход (переменный ток: AC) преобразуется в выходной (постоянный ток: DC).Сторона входа называется «Первичный выход». сторона называется «вторичной», на которую передается энергия через высокочастотный трансформатор.

Теперь, обращаясь к диаграмме выше, рабочий механизм переключения источник питания можно объяснить следующим образом:
(1) Подключите переменный ток (AC) к импульсному источнику питания.
(2) Переменный ток выпрямляется выпрямительным мостом и сглаживается первичной обмоткой. электролитический конденсатор после этого.
(3) Операция переключения (повторная электрическая операция ВКЛ / ВЫКЛ) переключения устройство генерирует переменный ток с высокой частотой.
(4) Энергия (переменный ток) передается через высокочастотный трансформатор на вторичная сторона.
(5) Выпрямленный вторичным диодом и сглаженный вторичным электролитом. конденсатор, энергия преобразуется в постоянный ток на выходе.
(6) Для стабилизации выходного напряжения переключение осуществляется через система обратной связи.

Это основной принцип работы импульсного источника питания.

<< Метод схемы >>
Метод схемы в импульсном источнике питания зависит от «DC-DC режим преобразователя, который преобразует постоянный ток в переменный с высокой частотой, и снова преобразовать его обратно в DC ». Кроме того, при определении переключения цикл преобразователя постоянного тока в постоянный, он подразделяется на два режима. Один называется режимом самовозбуждения, блок переключения которого определяет цикл переключения сам по себе.Другой называется раздельным возбуждением. режим (режим ШИМ), в котором есть осциллятор для независимого определения частоты. Особенности режима самовозбуждения: «Низкая стоимость благодаря простоте структура цепи «и» частота изменяется в соответствии с входному напряжению и состоянию нагрузки ». Раздельные режимы возбуждения особенности: «Стоимость обычно высока по сравнению с самовозбуждением. режим, так как в нем используются микросхемы «и» частота постоянна.» Также есть еще два режима, когда энергия передается от от первичного к вторичному. Один называется прямым режимом, когда энергия передается в течение периода ВКЛ, а другой называется обратным ходом режим, при котором энергия передается в период ВЫКЛ.

(1) Одиночный вперед

Рисунок 1.6 Одинарная форвардная

Этот режим используется во многих импульсных источниках питания из-за простой структура и стабильный контроль.(Используется в наших источниках питания Nonstop во многих случаях). Раздельный режим возбуждения чаще всего используется от малых мощность до высокой мощности. Недостаток — плохая простота использования трансформатора.

(2) Обратный ход (называемый RCC)

Рисунок 1.7 Обратный ход

Для этого режима требуется несколько компонентов, и это самый простой режим, но не подходит для большой мощности. В основном это применяется для малой мощности, но диапазон входного напряжения широк.

(3) Двухтактная

Рисунок 1.8 Толкающий-толкатель

В этом режиме используются два переключающих устройства и катушки для попеременного включения. Смещение магнетизма трансформатора имеет решающее значение.

(4) Полумост

Рисунок 1.9 Полумост

Операция такая же, как и в двухтактном, но применительно к преобразование составляет половину Vi, можно использовать низковольтные транзисторы.В удобство использования трансформатора лучше, но повышение температуры каждый конденсатор вызван током переключения, протекающим в конденсаторах является критическим.

(5) Полный мост

Рисунок 1.10 Полный мост

Схема сложная, но низковольтные коммутационные аппараты может быть использован. Это обеспечивает высокий КПД и высокую мощность. Удобство использования трансформатора наивысшее из всех.Критические точки магнетизм смещения и ток проникновения между верхним и нижним устройства (полевые транзисторы).

(6) MagAmp (Магнитный усилитель)

Рисунок 1.11 Магнитный усилитель

Этот режим предназначен для управления фазой в импульсе с использованием магнитного насыщения. аморфного сердечника, который имеет свойство прямоугольного гистерезиса для стабилизации выходное напряжение.

(7) Понижающий измельчитель

Рисунок 1.12 Шагающий измельчитель

Это режим неизолированного типа для преобразования в низкое напряжение без трансформатор.

(8) Повышающий прерыватель (также называемый обратным ходом)

Рисунок 1.13 Шаговый измельчитель

Это режим неизолированного типа для преобразования в высокое напряжение без трансформатор.

Импульсные источники питания

Введение

Импульсные источники питания

(часто сокращенно SMPS) значительно сложнее, чем линейные регулируемые источники питания, описанные в модуле источников питания 2.Основное преимущество этой дополнительной сложности состоит в том, что работа в коммутируемом режиме дает регулируемые источники постоянного тока, которые могут обеспечивать большую мощность для данного размера, стоимости и веса блока питания.

Конструкции с переключением режимов

Используется ряд различных типов дизайна. Если входом является сеть переменного тока (линия), переменный ток выпрямляется и сглаживается накопительным конденсатором перед обработкой преобразователем постоянного тока в постоянный для получения регулируемого выходного постоянного тока на требуемом уровне.Следовательно, SMPS можно использовать в качестве преобразователя переменного тока в постоянный для использования во многих цепях с питанием от сети или постоянного тока в постоянный, повышая или понижая напряжение постоянного тока по мере необходимости, в системах с батарейным питанием.

Блок-схема переключаемого режима

Рис. 3.0.1 Типовая блок-схема SMPS

На рис. 3.0.1 показан пример блок-схемы типичного SMPS с входом сети переменного тока (линейным) и регулируемым выходом постоянного тока. Выходное выпрямление и фильтр изолированы от секции высокочастотного переключения высокочастотным трансформатором, а обратная связь по управлению напряжением осуществляется через оптоизолятор.Блок схемы управления типичен для специализированных ИС, содержащих высокочастотный генератор, широтно-импульсную модуляцию, управление напряжением и током, а также секции отключения выхода.

Независимо от назначения SMPS, общей особенностью (после преобразования переменного тока в постоянный, если требуется) является использование высокочастотной прямоугольной волны для управления схемой электронного переключения питания. Эта схема используется для преобразования источника постоянного тока в высокочастотный сильноточный переменный ток, который различными способами, в зависимости от конструкции схемы, преобразуется в регулируемый выход постоянного тока.Причина этого процесса двойного преобразования заключается в том, что при изменении постоянного тока или частоты сети переменного тока на высокочастотный переменный ток компоненты, такие как трансформаторы, катушки индуктивности и конденсаторы, необходимые для обратного преобразования в стабилизированный источник постоянного тока, могут быть намного меньше и дешевле, чем те, которые необходимы для выполнения той же работы на сетевой (сетевой) частоте.

Высокочастотный переменный ток, создаваемый в процессе преобразования, представляет собой прямоугольную волну, которая обеспечивает средства управления выходным напряжением посредством широтно-импульсной модуляции.Это позволяет регулировать выходную мощность намного эффективнее, чем это возможно в линейно регулируемых источниках питания.

Комбинация прямоугольного генератора и переключателя, используемая в импульсных источниках питания, также может использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, метод переключения режимов также может использоваться в качестве «инвертора» для создания источника переменного тока с потенциалом сети от источников постоянного тока, таких как батареи, солнечные панели и т. Д.

Регулировка напряжения

В большинстве импульсных источников питания обычно обеспечивается регулировка как линии (входное напряжение), так и нагрузки (выходное напряжение).Это достигается путем изменения отношения метки к пространству формы волны генератора перед ее применением к переключателям. Контроль отношения метки к пространству достигается путем сравнения обратной связи по напряжению на выходе источника питания со стабильным опорным напряжением. Используя эту обратную связь для управления отношением метки к пространству генератора, можно управлять рабочим циклом и, следовательно, средним выходным постоянным током схемы. Таким образом может быть обеспечена защита как от перенапряжения, так и от перегрузки по току.

Если важно поддерживать электрическую изоляцию от сети, это обеспечивается за счет использования трансформатора либо на входе переменного тока, где он также может использоваться для изменения напряжения переменного тока перед выпрямлением, либо между секциями управления источником питания. секции питания и выхода, где, помимо обеспечения изоляции, трансформатор с несколькими вторичными обмотками может выдавать несколько различных выходных напряжений.

Для обеспечения хорошо регулируемого выхода образец выходного напряжения постоянного тока обычно подается обратно в схему управления и сравнивается со стабильным опорным напряжением. Любая возникшая ошибка используется для управления выходным напряжением. Для поддержания гальванической развязки между входом и выходом обратная связь обычно осуществляется через такое устройство, как оптоизолятор.

ВЧ переключение

Использование высокой частоты для импульсного привода дает несколько преимуществ:

• Трансформатор будет ВЧ-типа, который намного меньше стандартного сетевого трансформатора.

• Частота пульсаций будет намного выше (например, 100 кГц), чем в линейном источнике питания, поэтому требуется меньшее значение сглаживающего конденсатора.

• Также использование прямоугольной волны для управления переключающими транзисторами (режим переключения) гарантирует, что они рассеивают гораздо меньше энергии, чем обычный транзистор последовательного стабилизатора. Опять же, это означает, что для заданной выходной мощности можно использовать меньшие и более дешевые транзисторы, чем в линейных источниках питания аналогичного номинала.

• Использование трансформаторов меньшего размера и сглаживающих конденсаторов делает импульсные источники питания более легкими и менее громоздкими.Дополнительные затраты на сложную схему управления также компенсируются меньшими и, следовательно, более дешевыми трансформаторами и сглаживающими конденсаторами, что делает некоторые конструкции с переключаемым режимом менее дорогими, чем эквивалентные линейные источники питания.

Хотя линейные источники питания могут обеспечить лучшее регулирование и лучшее подавление пульсаций на низких уровнях мощности, чем источники с импульсным режимом, вышеуказанные преимущества делают SMPS наиболее распространенным выбором для блоков питания в любом оборудовании, где требуется стабилизированный источник питания для доставки средних и больших объемов. власти.

Недостатком использования такой высокочастотной прямоугольной волны в мощной цепи, такой как SMPS, является то, что создается много мощных высокочастотных гармоник, так что без очень эффективного RF-экранирования и фильтрации существует опасность того, что SMPS создаст радиочастотные помехи.

Что такое блок питания? — Типы, принцип работы, схемы и спецификации

Источник питания является важной частью конкретного измерительного прибора. Почти все части конкретного измерительного прибора требуют для работы электричества.Источник питания в этом случае обеспечивает электроэнергией для питания системы прямо от преобразователя (датчика); мы имеем в виду пассивный, идет к микроконтроллеру и вплоть до дисплея (ЖК-дисплея) или другого выхода, например исполнительного механизма. Без источника питания система не будет работать и останется выключенной.

В основном, новичкам необходимо изучить источник питания. В этом посте мы расскажем, что такое блок питания, его типы, принципы работы и т. Д.

Итак, что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое используется для подачи питания на электрические приборы.Подача энергии осуществляется через несколько процессов, пока электричество не будет готово и не станет пригодным для использования электрическими приборами. Процессы можно легко понять по следующей блок-схеме.

Блок-схема источника питания. Типичный блок питания будет иметь следующие системные блоки.

Типы источников питания

Существует три основных типа источников питания. Типы определяются в соответствии с блоками, из которых строится вся система, и выходным сигналом постоянного тока, который производит источник питания.Ниже приведены типы источников питания:

1. Нерегулируемый линейный источник питания

Этот тип источника питания состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, конденсатора фильтра для сглаживания / фильтрации и дренажного резистора. Он недорогой и подходит для маломощных устройств. Единственный недостаток в том, что его производительность непостоянна. Это означает, что есть пульсация, которая не подходит для электронных устройств. Фильтр индуктивность-конденсатор (LC) можно использовать для уменьшения пульсаций, но его стоимость будет выше.

2. Регулируемый линейный источник питания

В основном это нерегулируемый линейный источник питания, но он оснащен регулятором вместо резистора стока. Основное назначение этого типа источника питания — обеспечение постоянного выходного напряжения постоянного тока в широком диапазоне различных нагрузок.

Достоинства этого типа — простота, дешевизна, надежность и низкий уровень шума. С другой стороны, его недостатками являются большие теплопотери, габариты и низкий КПД.

3. Импульсный источник питания (SMPS)

Он более сложен и отличается от ранее описанных типов. Блок-схема SMPS содержит выпрямитель, конденсатор фильтра, последовательный транзистор, регулятор, трансформатор и резистор стока. Недостатки этого типа заключаются в том, что его сложность не подходит для приложений с низким энергопотреблением, и трансформаторы должны изготавливаться на заказ.

Принцип работы источника питания

Мы уже говорили, что существует несколько типов источников питания.В этом случае мы собираемся углубиться в то, как это работает, особенно для типов источников питания, которые мы можем легко сделать своими руками для небольших проектов.

1. Нерегулируемый линейный источник питания

Рабочий механизм можно легко и четко объяснить для каждого системного блока. Ниже приводится порядок объяснения:

• Понижающий трансформатор . Как следует из названия, трансформатор здесь имеет функцию понижения входного переменного напряжения 220 В до требуемого уровня выпрямителя.
• Выпрямитель . Он используется для преобразования переменного тока в исходную форму постоянного тока. Схема имеет два типа: однополупериодный выпрямитель и двухполупериодный выпрямитель. Он состоит из диодов, расположенных в определенном порядке.
• Конденсатор фильтра . Постоянный ток, создаваемый выпрямителем, сглаживается конденсатором и снижает нежелательные пульсации.
• Сток резистор . Он также известен как спускной резистор и подключается параллельно конденсатору фильтра для отвода накопленного заряда, чтобы система оставалась безопасной.

Схема цепи нерегулируемого источника питания

2. Регулируемый линейный источник питания

Уже известно, что регулируемый источник питания аналогичен нерегулируемому источнику питания, за исключением того, что резистор стока заменен регулятором. Стабилизатор напряжения состоит из транзисторов типа BJT или MOSFET (активных) и резисторов (проходное устройство, последовательно или шунтирующих), управляемых дифференциальным усилителем с высоким коэффициентом усиления. Тогда регулятор напряжения здесь можно разделить на два типа.

• Регулятор серии . Это наиболее часто используемый тип регулятора для линейных источников питания. Его место последовательно с нагрузкой, чтобы выходной сигнал был линейным по отношению к току, потребляемому нагрузкой.
• Шунтирующий регулятор . Это наименее используемый тип регулятора. Здесь резистор истока включен последовательно со входом, а переменный шунтирующий резистор обеспечивает постоянное напряжение на нагрузке.

Схема регулируемого источника питания

3.Импульсный источник питания

Входное переменное напряжение выпрямляется выпрямителем до нерегулируемой формы сигнала постоянного тока с помощью последовательного транзистора и регулятора. Затем этот сигнал постоянного тока прерывается, чтобы получить постоянное высокочастотное напряжение. Это означает, что размер трансформатора можно уменьшить и сделать блок питания меньшего размера. После прерывания и постоянного высокочастотного напряжения сигнал сглаживается конденсатором фильтра и готов к использованию. После этого резистор стока становится резистором фильтра для обеспечения безопасности системы.

Технические характеристики источника питания

Перед тем, как выбрать источник питания, важно знать несколько вещей.

1. Характеристики напряжения и тока

Эти два параметра являются основными и основными характеристиками, которые следует учитывать. Источник питания может иметь фиксированное или переменное выходное напряжение. Если это фиксированный тип выхода, то может потребоваться определенная настройка для соответствия требуемому напряжению. Если это переменный тип вывода, убедитесь, что диапазон соответствует требованию, которое вы собираетесь выполнить.Это правило также применимо к текущей спецификации.

2. Регулировка линии

Определяет регулирование допустимых изменений входного напряжения. Эти изменения затем можно увидеть на выходе. Обычно его записывают в милливольтах входного переменного напряжения.

3. Регулировка нагрузки

Это похоже на линейное регулирование с точки зрения котировки в милливольтах или в процентах от максимального выходного напряжения. Можно обнаружить, что выходное напряжение немного падает при добавлении нагрузки или подключении к выходу источника питания.

4. Пульсация и шум

Эти две характеристики рассматриваются как единые спецификации. Частота пульсаций должна быть в два раза выше частоты сети для линейных источников питания. Что касается SMPS, действия переключения вызывают пульсацию и всплески.

Шум и пульсации должны быть более 10 мВ для большинства хороших источников питания. Что касается SMPS, во многих случаях должно быть доступно 50 мВ или меньше.

5. Температурная стабильность

Температура может влиять на изменение выходного напряжения.Информацию о температуре можно получить в паспорте. Он измеряется как процентное или абсолютное изменение напряжения на градус C. Например, оно может находиться в диапазоне 0,02% / oC или 2 мВ / oC.

6. Стабильность во времени

Характеристики электронного устройства со временем будут меняться. Часто указывается в общих технических характеристиках источника питания. Стабильность во времени измеряется в течение периода времени при постоянной нагрузке, входном напряжении и измеренном дрейфе напряжения.В основном это несколько милливольт (5-10) в течение десятичасового периода.

7. Ограничение тока и перенапряжение

Чтобы предотвратить повреждение в случае сбоя, предусмотрены средства защиты для защиты источников питания. Есть два его типа.

• Защита от короткого замыкания . Он нужен, когда происходит короткое замыкание или принимаемый ток превышает изначально проектный.
• Защита от перенапряжения . Он предназначен для защиты устройства от полного предварительно регулируемого выходного напряжения.Устройство будет отключено защитой от перенапряжения, чтобы предотвратить возникновение состояния полного перенапряжения.

Основы и принцип работы импульсного источника питания

Импульсные источники питания

(SMPS) используются в различных приложениях в качестве эффективных и действенных источников питания. Это большая часть их эффективности. Для тех, кто все еще работает на настольном компьютере, поищите мощность вентилятора в центральных процессорах (ЦП). Вот где находится SMPS.

SMPS предлагает преимущества с точки зрения размера, веса, стоимости, эффективности и общей производительности.Они стали привычной частью электронных устройств. По сути, это устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые постоянно «включаются» и «выключаются» с высокой частотой.

Различные виды

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Первичная мощность, получаемая от сети переменного тока, выпрямляется и фильтруется как высоковольтный постоянный ток. Затем он переключается с огромной скоростью и подается на первичную обмотку понижающего трансформатора. Понижающий трансформатор составляет лишь часть размера сопоставимого блока с частотой 50 Гц, что позволяет избежать проблем с размером и весом.

У нас есть отфильтрованный и выпрямленный выход на вторичной обмотке трансформатора. Теперь он отправляется на выход источника питания. Образец этого выходного сигнала отправляется обратно в переключатель для управления выходным напряжением.

Преобразователь прямой

В прямом преобразователе дроссель пропускает ток, когда транзистор является проводящим, а также когда нет. Диод пропускает ток во время периода выключения транзистора. Следовательно, энергия поступает в нагрузку в течение обоих периодов.Дроссель накапливает энергию во время включения, а также передает некоторую энергию выходной нагрузке.

Обратный преобразователь

В обратном преобразователе магнитное поле катушки индуктивности накапливает энергию в течение периода включения переключателя. Когда переключатель находится в разомкнутом состоянии, энергия разряжается в цепь выходного напряжения. Рабочий цикл определяет выходное напряжение.

Самоколебательный обратноходовой преобразователь

Это наиболее простой и базовый преобразователь, основанный на принципе обратного хода.В течение времени проводимости переключающего транзистора ток через первичную обмотку трансформатора начинает линейно нарастать с крутизной, равной Vin / Lp.

Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке и обмотке обратной связи, вызывает обратное смещение выпрямителя с быстрым восстановлением и удерживает токопроводящий транзистор включенным. Когда первичный ток достигает пикового значения Ip, когда сердечник начинает насыщаться, ток имеет тенденцию очень резко возрастать. Такое резкое повышение тока не может поддерживаться приводом с фиксированным основанием, обеспечиваемым обмоткой обратной связи.В результате переключение начинает выходить из насыщения.

Импульсный стабилизатор выполняет регулировку в SMPS. Последовательный переключающий элемент включает и выключает подачу тока на сглаживающий конденсатор. Напряжение на конденсаторе определяет время поворота последовательного элемента. Постоянное переключение конденсатора поддерживает напряжение на необходимом уровне.

Основы дизайна

Питание переменного тока сначала проходит через предохранители и сетевой фильтр. Затем он выпрямляется двухполупериодным мостовым выпрямителем.Выпрямленное напряжение затем подается на предварительный регулятор коррекции коэффициента мощности (PFC), за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный ток.

В большинстве компьютеров и небольших приборов используется входной разъем типа Международной электротехнической комиссии (МЭК). Что касается выходных разъемов и распиновки, за исключением некоторых отраслей, таких как ПК и компактные PCI, в целом они не стандартизированы и оставляются на усмотрение производителя.

Почему SMPS

Как и любое электронное устройство, SMPS также включает в себя некоторые активные и некоторые пассивные компоненты.И, как и у каждого из этих гаджетов, у него есть свои преимущества и недостатки.

Давайте начнем с того, почему вам следует выбрать SMPS

• Переключение означает, что элемент последовательного регулятора включен или выключен. Очень высокий уровень эффективности достигается за счет того, что мы рассеиваем очень мало энергии в виде тепла.
• Благодаря высокой эффективности и низкому тепловыделению импульсные источники питания могут быть компактными.
Технология импульсных источников питания
• также обеспечивает высокоэффективное преобразование напряжения в приложениях с повышением или «повышением» и понижением или понижением напряжения.

Тогда есть плохой набор

• Переходные пики из-за действия переключения могут мигрировать в другие области схем, если они не отфильтрованы должным образом. Они могут вызывать электромагнитные или радиочастотные помехи, влияющие на другие расположенные поблизости элементы электронного оборудования, особенно если они принимают радиосигналы.
• Может быть немного сложно гарантировать, что SMPS работает в соответствии с требуемой спецификацией. Уровни пульсации и помех особенно сложны.
• Стоимость импульсного источника питания рассчитывается до его разработки или использования.Дополнительная фильтрация еще больше увеличивает стоимость.

Видео ниже от Джейкоба Дикстры покажет вам один из них.

Что нас ждет в будущем?

В будущем мы могли бы иметь более эффективный SMPS, нацеленный на лучший преобразователь, выполняющий наиболее эффективный процесс преобразования. Основными направлениями для разработчиков в повышении эффективности SMPS будут:

• Повышенная выходная мощность
• Достижение более высокого выходного тока и низкого напряжения
• Увеличение удельной мощности
• Использование переключающего устройства, такого как диод Шоттки

SiC диод Шоттки, испытанный на рабочем диапазоне 300-600 В, может использоваться в качестве активного устройства вместо транзистора с высокой частотой переключения.Почему бы тебе не попробовать? В лаборатории. Может быть, под руководством специалиста…

---

Эта статья была впервые опубликована 25 августа 2017 г. и обновлена ​​29 апреля 2020 г.

Что такое импульсный источник питания?

Что такое импульсный источник питания?

Импульсный источник питания — это преобразователь мощности, в котором используются переключающие устройства, такие как полевые МОП-транзисторы, которые постоянно включаются и выключаются с высокой частотой; и устройства накопления энергии, такие как конденсаторы и катушки индуктивности, для подачи энергии во время непроводящего состояния переключающего устройства.

Расходные материалы имеют более высокий КПД (до 90%), небольшие по размеру и широко используются в компьютерах и другом чувствительном электронном оборудовании.

Базовые импульсные источники питания (SMPS) подразделяются на категории в зависимости от входного и выходного напряжения источника питания. Основные четыре группы:

1. AC to DC — Автономный источник питания постоянного тока
2. Преобразователь постоянного тока в постоянный
3. DC в AC — инвертор
4. AC to AC — Циклоконвертер преобразователя частоты

Топологии SMPS

Конфигурация схемы, называемая топологией, определяет, как мощность передается от входа к выходу.

Большинство топологий состоит из силового трансформатора для обеспечения масштабирования напряжения в зависимости от отношения витков, нескольких выходов в зависимости от количества обмоток и изоляции. Такие топологии, как понижающий и повышающий, не используют трансформатор и, следовательно, не изолированы. Их преобразование мощности достигается только за счет индуктивной передачи энергии.

Неизолированные топологии имеют ограниченное применение и обычно используются в регуляторах постоянного-постоянного тока. Обычно они производят один выходной сигнал, диапазон которого снова ограничен рабочим циклом и входным напряжением.

Выбор используемой топологии зависит от стоимости, эффективности, размера и других требований.

• Buck — это наиболее распространенный, самый простой и дешевый вариант для неизолированной топологии в качестве приложений для понижения напряжения постоянного тока в постоянный
• Boost — повышающий неизолированный
• Понижающий и повышающий, повышающий и понижающий, неизолированный
• Обратный ход — изолированное повышение и понижение
• Передняя изолированная понижающая ступень
• Двухтактный прямой преобразователь с двумя первичными обмотками
• Полумост
• Полный мост

Принцип работы импульсного источника питания (изолированный)

Основными компонентами ИИП являются:

• Входной выпрямитель и фильтр

• Инвертор, состоящий из высокочастотного сигнала и коммутационных устройств

• Трансформатор силовой

• Выходной выпрямитель

• Система обратной связи и управление цепями

Нерегулируемый входной постоянный ток от источника постоянного тока, такого как выпрямитель или аккумулятор, подается в секцию инвертора, состоящую из быстрых переключаемых электронных устройств, таких как полевые МОП-транзисторы и биполярные транзисторы, которые включаются и выключаются.Это приводит к появлению входного напряжения на первичной обмотке в виде импульсов с частотой переключения от 20 до 200 кГц.

Затем выходной сигнал трансформатора выпрямляется и сглаживается для получения требуемых напряжений постоянного тока. Частота, выходящая за пределы слышимого диапазона, обычно является фиксированной, в то время как рабочий цикл может изменяться, чтобы обеспечить необходимый уровень напряжения.

Преимущества ИИП

• Конструкции SMPS более компактны и используют трансформаторы меньшего размера. Возможность сжимать расходные материалы является преимуществом и важным требованием для большинства электронных устройств с ограниченным пространством
• Высокая эффективность от 68% до 90%
• Гибкая техника
• Изолированные от трансформатора источники питания имеют стабильные выходы независимо от входного напряжения питания
• Высокая удельная мощность

Недостатки импульсного источника питания

• • Дополнительные внешние компоненты, которые также требуют больше места
  • Поколение EMI ​​и электрические шумы
  • Комплексное проектирование
  • Дорого из-за дополнительных компонентов

Импульсные источники питания используются во множестве приложений, начиная от компьютеров, серверов и сопутствующего оборудования, для домашнего электронного оборудования, безопасности и большей части оборудования с батарейным питанием, где требуются высокая эффективность и небольшие размеры.

Импульсные источники питания

Импульсный блок питания переменного и постоянного тока с двумя изолированными выходами, 65 Вт 81,6 Вт, 48 В, 1,7 А, импульсный источник питания с одним выходом, IP65, номинальный, 80 Вт, импульсный источник питания с одним выходом

Что такое SMPS | Принцип работы SMPS | Преимущества SMPS

Цепь источника питания играет важную роль в каждой электрической и электронной схеме, обеспечивая питание от схемы совы к компьютеру и различным машинам.Этот тип нагрузки требует разных форм мощности в разных диапазонах и характеристиках. Поэтому мощность преобразуется в желаемую форму с помощью различных типов преобразователей энергии.

В основном работает с различными нагрузками, такими как SMPS, источник питания переменного тока, источник питания переменного тока в постоянный, программируемый источник питания, источник питания высокого напряжения и источник бесперебойного питания. В сегодняшней статье мы поговорим о том, что такое SMPS и каков его принцип работы, и многое другое.

Также читайте: Разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока

Что такое импульсный источник питания?

Полное название SMPS — Switch-Mode Power Supply. SMPS определяется простым языком, когда потребность в электричестве возникает в виде переключателя. В котором электрическая энергия преобразуется из одной формы в другую с основными свойствами, называемыми SMPS

.

Эта мощность используется для получения регулируемого входного напряжения постоянного тока с выхода постоянного тока или неконтролируемого переменного тока для питания. SMPS так же сложен, как и любая другая система питания. Это источник питания, используемый для загрузки.

SMPS — важное устройство для самых разных электрических и электронных устройств.Что обеспечивает ему источник энергопотребления, специально разработанный для электронных проектов.

Также читайте: Источник бесперебойного питания

Топологии SMPS (импульсный источник питания ) —

Топология SMPS подразделяется на различные типы, а именно:

Преобразователь AC-DC Преобразователь постоянного тока в постоянный

Старший №	Топологии ИИП
№1.
№ 2.
№ 3.	Обратный преобразователь
№ 4.	Прямой преобразователь

Принцип работы SMPS (импульсный источник питания ) —

Принцип работы импульсных топологий источников питания следующий:

№1. Преобразователь переменного тока в постоянный SMPS Рабочий:

В этом типе ИИП питание на входе переменное, а на выходе — постоянный ток.Выпрямители и фильтры используются для преобразования этой мощности переменного тока в постоянный. Это неконтролируемое постоянное напряжение подается на затронутые цепи коррекции коэффициента мощности. Это связано с тем, что внутри выпрямителя около пика напряжения имеется слабый импульс тока.

Это включает высокочастотную энергию, которая влияет на снижение коэффициента мощности. Это связано с преобразованием мощности, но мы использовали вход переменного тока вместо источника постоянного тока. Таким образом, комбинация выпрямителя и фильтра, эта блок-схема используется для преобразования переменного тока в постоянный, а операция переключения выполняется с помощью глушителя мощности.

Транзисторы MOSFET

имеют низкое сопротивление и способны выдерживать большие токи. Частота переключения выбрана так, чтобы нормальные люди (выше 20 кГц) оставались на низком уровне, а работа переключателя контролировалась с помощью генератора ШИМ.

Опять же, это переменное напряжение подается на выход трансформатора, как показано на рисунке, или уровень напряжения понижается. После этого выход этого трансформатора фиксируется и сглаживается с помощью выходного фильтра и корректора. Выходное напряжение регулируется реакционной схемой по сравнению с опорным напряжением.

Также читайте: Разница между генератором переменного и постоянного тока | Генератор переменного тока и постоянного тока

№ 2. DC-DC преобразователь SMPS Рабочий:

Входное питание этого источника питания берется из источника постоянного напряжения высокого напряжения непосредственно от источника постоянного тока. Затем этот высоковольтный источник питания постоянного тока снижается до 15-5 кГц. Затем он подается на блок понижающего трансформатора на 50 Гц.

Выход этого трансформатора является входом выпрямителя, а выход выпрямителя — мощностью, используемой в качестве источника нагрузки.Генератор управляется по времени и сформирован регулятор с обратной связью.

Выход импульсного источника питания регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции, показанной на схеме выше, переключатель управляется с помощью генератора ШИМ. Затем мощность косвенно регулируется с помощью понижающего трансформатора, когда питание подается на трансформатор.

Следовательно, ширина выходного импульса регулируется модуляцией, поскольку эти выходные напряжения и сигнал ШИМ пропорциональны друг другу.

Если рабочий цикл составляет 50%, максимальная мощность передается трансформатором, а если рабочий цикл уменьшается, то мощность трансформатора также уменьшается за счет уменьшения прерывания.

Читайте также: Типы потерь в трансформаторе | КПД трансформатора

№ 3. Тип обратного преобразователя SMPS Рабочий:

Любой ИИП с выходной мощностью менее 100 Вт известен как ИИП с обратным преобразователем. По сравнению с другими SMPS, схема этих SMPS проста и понятна.Этот тип SMPS используется для низкого энергопотребления.

Неконтролируемое входное напряжение постоянной интенсивности переключается на предпочтительное выходное напряжение путем переключения с использованием полевого МОП-транзистора; Частота переключения около 100 кГц. Изоляция по напряжению достигается с помощью трансформатора. Работой переключателя можно управлять с помощью ШИМ при использовании практичного обратного преобразователя.

Обратный трансформатор показывает особые характеристики по сравнению с обычным трансформатором. Обратный трансформатор состоит из двух обмоток, которые действуют как индукторы, соединенные магнитным полем.

Выход этого трансформатора распределен конденсаторами и диодами для улучшения фильтрации. Выходной сигнал SMPS можно принять как напряжение на конденсаторе фильтра, как показано на рисунке.

Также прочтите : Что такое концевой выключатель | Принцип работы концевого выключателя | Применение концевого выключателя

№4. Тип прямого преобразователя SMPS Рабочий:

Конструкция этого типа ИИП почти такая же, как и у обратного преобразователя типа SMS.В таких ИИП переключатель подключен к выходу вторичной обмотки трансформатора для управления.

По сравнению с обратноходовым преобразователем схема фильтрации и коррекции более сложна. Эти SMPS также известны как понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный, а также используются для масштабирования и изоляции трансформаторов.

В дополнение к диоду D1 и конденсатору C на конце выхода подключены катушка индуктивности L и диод D. Если срабатывает переключатель «S», то первичная обмотка входного трансформатора отключается.

Таким образом, на вторичной обмотке трансформатора создается фиксированное напряжение. Таким образом, диод D 1 становится смещенным в прямом направлении, и напряжение, масштабируемое посредством LPF, перемещающего нагрузку, проходит

.

Когда переключатель S включен, ток через обмотку достигает нуля. Ток не может быть изменен в ближайшее время путем обновления фильтров и нагрузок, и этот ток передается диодом D2 вдоль побережья.

При использовании катушки индуктивности с фильтром необходимое напряжение и электромагнитная сила на диоде D2 становятся необходимыми, чтобы повлиять на стабильность тока.

Даже если ток падает относительно выходного напряжения, почти постоянное выходное напряжение может поддерживаться за счет наличия большого емкостного фильтра. Он регулярно используется для различных коммутационных приложений с диапазоном мощности от 100 Вт до 200 Вт.

Преимущества Smps:

Преимущества SMPS следующие:

Старший №	Преимущества Smps
№1.	Высокая эффективность
№ 2.	компактный
№ 3.	Стоимость
№ 4.	Гибкие технологии

№1. Высокая эффективность:

Главное преимущество ИИП в том, что он более эффективен, чем линейные регуляторы. Это связано с тем, что переключающий транзистор рассеивает небольшую мощность, когда действует как переключатель.

№ 2. Компактный:

Forms SMPS можно сделать более компактным в результате более высокого КПД и более низкого уровня рассеивания тепла.

№ 3. Стоимость:

Режим переключения — это значение точки включения источника питания. Эффективность Высокая эффективность и коммутационный характер конструкции означают, что потери мощности в режиме ожидания часто ниже, чем у трансформаторов, и это снижает затраты.

№4. Гибкая технология:

Функцию SMPS можно использовать для обеспечения высокоэффективного преобразования напряжения в приложениях с повышением или «повышением» напряжения или в понижающих приложениях.

Приложения SMPS:

Применение ИИП выглядит следующим образом:

• Чаще всего это используется в компьютерах.
• Smps применяется в системах безопасности.
• Используется в железнодорожной системе.
• Он также используется в зарядных устройствах.
• Он также широко используется в станкостроении.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Что такое импульсный источник питания (SMPS)? Типы, блок-схема, работа и применение SMPS

Определение : SMPS, аббревиатура от S witch M ode P ower S upply — это тип блока питания, который выдает регулируемый выход постоянного тока. с использованием методов переключения полупроводников.По сути, здесь регулируемый выходной сигнал постоянного тока преобразуется в нерегулируемый входной сигнал переменного или постоянного тока. Иногда его также называют импульсным источником питания или импульсным источником питания.

Этот блок питания предназначен для обеспечения энергией нагрузки от источника с помощью коммутирующих устройств. Прежде чем подробнее остановиться на SMPS, позвольте нам иметь представление о —

Что такое блок питания?

Блок питания или блок питания — это электрическое устройство, которое берет энергию от источника и подает ее на нагрузку.Иногда люди используют термины «источник питания» и «источник питания» как синонимы. Так это правильно?

Очевидно, нет. Источник питания — это объект, который хранит энергию с целью подачи ее на различные блоки, когда это необходимо, например, батарея . Однако источник питания — это устройство, которое преобразует энергию, полученную от любого источника питания, в форму, которая может использоваться для работы электрических или электронных схем. Таким образом, он образует связь между источником и нагрузкой.

Хотя источники электроэнергии имеют энергию в виде таких величин, как напряжение или ток, использование источника питания необходимо. Это так, потому что он изменяет эти электрические величины в форме, подходящей для работы нагрузки.

В основном источники питания подразделяются на две категории, а именно ,

• Линейный источник питания
• Импульсный источник питания

Линейный источник питания — это тот, который используется для преобразования нерегулируемого входного сигнала переменного или постоянного тока в регулируемый выходной сигнал постоянного тока.Но принцип работы LPS и SMPS разный. Кроме того, это считается менее эффективным подходом, при котором непрерывное тепловыделение вызывает потери мощности. Он включает в себя последовательно включенный регулятор напряжения, который подходит для приложений с низкой выходной мощностью.

В линейном источнике питания подаваемое входное переменное напряжение сначала понижается с помощью трансформатора. Дополнительный диодный выпрямитель используется для выпрямления переменного сигнала.

После выпрямления сигнал фильтруется с помощью конденсаторного фильтра.Несмотря на фильтрацию, нерегулируемый сигнал постоянного тока затем подается в схему линейного регулятора напряжения, которая выдает на выходе регулируемый сигнал постоянного тока.

По сути, SMPS был изобретен, чтобы преодолеть недостаток LPS, поскольку он очень эффективен. Кроме того, в отличие от линейного источника питания, он подходит для приложений, где требуется более высокий выходной ток или напряжение, поскольку включает в себя импульсные стабилизаторы. По этой причине импульсный источник питания назван так.

Введение в SMPS

Различные электрические и электронные нагрузки получают питание от батарей.Но батареи не обеспечивают регулируемую мощность, поскольку они предлагают очень высокое или очень низкое напряжение. Итак, для получения регулируемого выхода постоянного тока используется SMPS.

В отличие от линейного источника питания, в котором используется стандартный линейный метод регулирования напряжения, импульсный источник питания представляет собой устройство, которое выполняет регулирование напряжения нерегулируемого сигнала с использованием методов полупроводниковой коммутации . Он считается высокоэффективным, поскольку снижает энергопотребление, тем самым демонстрируя уменьшение количества рассеиваемого тепла.Таким образом, были заменены традиционные линейные блоки питания.

SMPS включает переключающий транзистор (силовой MOSFET) для регулирования напряжения. Во время работы транзистор переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием таким образом, что когда он включен, он полностью проводит ток с незначительным падением напряжения на нем. Когда он выключен, он пытается полностью заблокировать ток. Таким образом, переключение между состоянием включения (насыщение) и состоянием выключения (отключение) происходит на высокой частоте, и, таким образом, устройство действует как идеальный переключатель .

Здесь следует отметить, что если трансформатор работает на высокой частоте, то размер устройства уменьшается. Следовательно, общий размер SMPS невелик и имеет меньший вес, что является еще одним преимуществом перед линейными источниками питания.

Типы импульсных источников питания

Линейные регуляторы всегда обеспечивают понижающий тип регулирования напряжения. Однако это не относится к импульсному источнику питания, поскольку он может обеспечивать как повышающий, так и понижающий тип регулирования напряжения.Это приводит к дальнейшей классификации SMPS как:

• понижающий импульсный источник питания : Он состоит из схемы понижающего регулятора, которая выполняет преобразование постоянного тока в постоянный. Слово « доллар» соответствует сокращению или вычитанию . Он в основном выполняет преобразование высокого напряжения постоянного тока в низкое значение той же полярности.
• Импульсный импульсный источник питания : Он имеет схему регулятора повышающего типа для преобразования сигнала постоянного тока низкого уровня в сигнал высокого уровня.Слово « boost» означает, что сложить или увеличить , таким образом, импульсный импульсный стабилизатор увеличивает уровень напряжения питания, сохраняя полярность такой же, как у входного сигнала.
• Импульсный источник питания понижающего и повышающего напряжения : Этот импульсный импульсный источник питания выполняет комбинированную работу понижающего и повышающего стабилизаторов. В этой топологии выходной сигнал имеет инвертированный характер, напряжение которого может быть больше или меньше входного напряжения питания в зависимости от рабочего цикла.

Наряду с этими тремя, еще два типа значительных smps — это обратный преобразователь и прямой преобразователь.

Известно, что это три основные операции переключения, обычно называемые топологиями коммутационных схем .

Блок-схема и работа SMPS

Основными компонентами ИИП являются следующие :

1. Входной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
2. Высокочастотный переключатель (силовой транзистор или MOSFET)
3. Трансформатор силовой
4. Выходной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
5. Цепь управления (компаратор и широтно-импульсный модулятор)

На приведенном ниже рисунке представлена ​​функциональная блок-схема SMPS :

.

Первоначально нерегулируемый входной сигнал переменного тока от источника подается на входной выпрямитель и схему фильтра.Здесь входной сигнал переменного тока выпрямляется для генерации сигнала постоянного тока и дополнительно сглаживается, чтобы удалить из него высокочастотную составляющую шума. Выход постоянного тока (все еще в нерегулируемом виде) подается на силовой транзистор, который действует как высокочастотный переключатель.

Здесь сигнал постоянного тока претерпевает прерывание (переключение). Эта схема действует как идеальный переключатель, т. Е. Когда силовой транзистор (схема прерывателя) находится во включенном состоянии, через него проходит ток с незначительным падением напряжения, и на выходе транзистора получается сигнал постоянного тока.Однако в выключенном состоянии силового транзистора через него не проходит ток, что приводит к максимальному падению напряжения внутри него. Таким образом, на выходе не будет напряжения.

Следовательно, в соответствии с действием переключения силового транзистора на его выходной стороне будет получено постоянное напряжение. Частота прерывания играет решающую роль в поддержании желаемого уровня постоянного напряжения .

Полученный сигнал постоянного тока на выходе схемы прерывателя подается на первичную обмотку высокочастотного силового трансформатора.Здесь понижающий трансформатор преобразует сигнал высокого напряжения в сигнал низкого напряжения, который дополнительно подается на вход блока выходного выпрямителя и фильтра. Это просто отфильтровывает нежелательные остатки из сигнала, чтобы обеспечить регулируемый сигнал постоянного тока на выходе.

Схема управления, представленная здесь, действует как цепь обратной связи для всего устройства. Это включает в себя компаратор и широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Выходной сигнал постоянного тока выпрямителя и фильтра подается в схему управления, где усилитель ошибки, который действует как компаратор, сравнивает полученное постоянное напряжение с опорным значением.

Если выходное напряжение постоянного тока больше заданного значения, необходимо уменьшить частоту прерывания. Уменьшение частоты прерывания приведет к уменьшению выходной мощности и, следовательно, выходного напряжения постоянного тока. Однако, если выход постоянного тока меньше эталонного значения, частота прерывания увеличивается. При увеличении частоты прерывания увеличивается выходное напряжение постоянного тока.

Широтно-импульсный модулятор в приведенной выше схеме отвечает за генерацию сигнала с фиксированной частотой с широтно-импульсной модуляцией, рабочий цикл которого определяет частоту прерывания.

По сути, коэффициент заполнения — это отношение продолжительности включения к общему времени цикла (т. Е. Времени включения + выключения). Следовательно, путем внесения необходимых корректировок в ширину импульсов регулируется частота прерывания, следовательно, может быть получен регулируемый выход постоянного тока.

Преимущества

1. Он более эффективен, чем линейные блоки питания. Обычно КПД ИИП составляет 60% — 95% .
2. Из-за высокочастотной работы устройства габаритные размеры небольшие и менее громоздкие.Таким образом, компактно.
3. Недорого, потому что меньше тепловыделение.
4. Полученное выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения питания.

Недостатки

1. Возникновение переходных всплесков из-за переключающего действия — одна из основных проблем. Это может вызвать радиопомехи, поэтому изоляция является обязательной.
2. Схема сложная. Кроме того, регулирование (управление) напряжения является сложной задачей.
3. Правильная фильтрация необходима для устранения шума и всплесков.

Применение ИИП

Устройства, изобретенные в соответствии с новейшими технологиями, требуют высокоэффективного источника питания, предлагаемого SMPS. Таким образом, он находит применение в различных усилителях мощности, персональных компьютерах, системах безопасности и железнодорожных системах, телевизорах, моторных приводах и т.