Устройство импульсного блока питания: Принцип работы у импульсного блока питания

чем отличается от обычного трансформаторного, где применяется

Содержание

1. Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного
2. Какие бывают виды и где применяются
3. Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП
4. Входные цепи
5. Высоковольтный выпрямитель и фильтр
6. Инвертор
7. Выпрямитель
8. Фильтр
9. Цепи обратной связи
10. Как устроен ШИМ контроллер

Импульсные источники питания (ИИП) заполонили мир. Кажется, что они применяются везде, полностью вытеснив традиционные. На самом деле, этот вопрос неоднозначный.

В обзоре речь пойдет именно об импульсных блоках питания (ИИП) – преобразователях переменного сетевого напряжения в постоянное. Следует отличать такие устройства от импульсных стабилизаторов (стабилизируют входное постоянное напряжение) и преобразователей DC/AC или AC/AC (например, 12VDC/220 VAC, преобразующих напряжение автомобильной бортсети в 220 вольт), хотя в этих устройствах применяются похожие принципы.

Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного

Схема трансформаторного стабилизированного источника питания.

Традиционный «трансформаторный» блок питания строится по схеме: трансформатор — выпрямитель с фильтром — стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема несложна и отработана годами, но у нее есть существенный недостаток – при увеличении мощности опережающими темпами растут габариты и вес.

В первую очередь растут размеры и масса трансформатора. Для повышения тока надо увеличивать сечение обмоток, но главный вклад в массогабаритные характеристики вносит сердечник. Не вдаваясь в физические подробности, можно отметить, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, на которой происходит трансформация. Чем выше частота, тем меньшим сердечником можно обойтись. Не зря в авиации и кораблестроении используются электросети на частоту 400 Гц. Многие элементы получаются гораздо легче и компактнее. Но в быту негде взять повышенную частоту. 50 Гц в розетке – все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строят по другому принципу. В них переменное напряжение сети выпрямляется, а затем из него «нарезаются» импульсы более высокой (до нескольких десятков килогерц) частоты. За счет этого трансформатор получается маленьким и легким без потери мощности. Это главное, чем отличается любой импульсный блок питания от обычного.

Еще один источник повышенных размеров и габаритов – стабилизатор. В традиционных БП применяются линейные стабилизаторы. Они требуют повышенного входного напряжения, а разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, бесполезно рассеивается. Это ведет к дополнительному увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый бесполезный запас по мощности, а также требует больших и тяжелых теплоотводящих радиаторов. В ИИП это делается по другому принципу. Напряжение стабилизируется методом изменения ширины импульсов. Это позволяет повысить КПД и не требует отвода излишнего тепла в таком количестве.

В видео-сравнение линейного и импульсного блоков питания.

К недостаткам импульсников можно отнести усложненную схемотехнику и повышенные требования к надежности элементов. Эти минусы сходят на нет с ростом мощности. Считается, что для выходных токов до 2..3 ампер подходят трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами, а чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах от 10 А обычно о трансформаторных БП речь уже не идет.

Какие бывают виды и где применяются

Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:

• однополярные с одним уровнем напряжения;
• ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
• двухполярные.

Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.

Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:

1. Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
2. Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
3. Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.

Читайте также

Схема и сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения и тока

 

Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.

Также можно разделить ИИП по схемотехнике:

• с импульсным трансформатором;
• с накопительной индуктивностью.

В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.

Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП

Структурная схема импульсника сложнее, чем у трансформаторного источника. Для понимания принципа работы импульсного блока питания в целом, надо разобрать функционирование каждого узла в отдельности.

Структурная схема импульсного блока питания.

Входные цепи

Входные цепи предназначены для защиты сети от перегрузки при неисправности БП и от импульсных помех, возникающих при работе устройства. В качестве примера можно рассмотреть фильтр и защиту промышленного компьютерного ИИП.

Входные цепи импульсника MAV-300W-P4.

Плавкий 5-амперный предохранитель перегорает при превышении номинального тока при аварийной ситуации в БП. Для защиты от повышения напряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме он не влияет на работу устройства. При скачке в сети от открывается, его сопротивление резко увеличивается, ток через варистор возрастает. Это вызывает перегорание предохранителя.

Терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления THR1 сначала имеет большое сопротивление и ограничивает ток, идущий на зарядку конденсаторов фильтра высоковольтного выпрямителя. Потом термистор прогревается проходящим через него током, его сопротивление падает, но к тому моменту емкости уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазный дроссель FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.

Высоковольтный выпрямитель и фильтр

Высоковольтный выпрямитель обычно строится по традиционной мостовой двухполупериодной схеме и особенностей не имеет. Если в преобразователе применяется полумостовая схема, то фильтр выполняется из двух емкостей, включенных последовательно – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питания.

Участок схемы импульсника с высоковольтным выпрямителем D1-D4 и с емкостным делителем напряжения C1-C2.

Иногда параллельно конденсаторам ставят резисторы. Они нужны для разряда емкостей после выключения питания.

Инвертор

Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых ключах (часто на транзисторах). Открываясь и закрываясь, ключи подают в обмотку импульсы напряжения. Таким методом получается своеобразное переменное напряжение (однополярное), которое может быть трансформировано в напряжение другого уровня обычным способом.

Схемы транзисторных инверторов.

Самая простая схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное – однотактная. Для ее реализации нужен минимум элементов. Недостаток такого узла – при росте мощности резко растут габариты и масса трансформатора. Связано это с принципом действия такого преобразователя. Он работает в два цикла – во время первого транзистор открыт, энергия запасается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго запасенная энергия отдается в нагрузку. Чем больше мощность, тем больше должна быть индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (соответственно, увеличивается количество витков во вторичных обмотках).

От этого недостатка свободна двухтактная схема со средней точкой (пушпульная). Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые через ключи поочередно подключаются к минусовой шине. На рисунке красной стрелкой показано направление тока для одного цикла, а красной – для другого. Минусом является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичке, а также наличие выбросов в момент коммутации. Их амплитуда может достигать двойного значения от напряжения питания, поэтому надо применять транзисторы с соответствующими параметрами. Сфера применения такой схемы – низковольтные преобразователи.

Выбросы отсутствуют, если инвертор выполнен по мостовой схеме. Из четырех транзисторов составлен мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора. Транзисторы открываются попарно:

• первый цикл – верхний левый и нижний правый;
• второй цикл – нижний левый и верхний правый.

Обмотка подключается к плюсу питания то одним выводом, то другим. Минусом является применение 4 транзисторов вместо двух.

Компромиссным вариантом считается применение полумостовой схемы. Здесь коммутируется один конец первичной обмотки, а второй подключен к делителю из двух емкостей. В этой схеме также отсутствуют выбросы напряжения, но применено всего два транзистора. Недостаток такого решения – к первичной обмотке прикладывается только половина питающего напряжения. Вторая проблема – при создании мощных источников емкость конденсаторов делителя растет, и их стоимость становится нецелесообразной.

Фрагмент схемы промышленного импульсного источника – полумостовой инвертор на транзисторах Q1, Q2 управляется через промежуточный узел на транзисторах Q8, Q9 и трансформаторе T1.

В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие свойства обоих типов.

Выпрямитель

Трансформированное во вторичные обмотки напряжение надо выпрямить. Если требуется выходное напряжение выше +12 вольт, можно применять обычные мостовые схемы (как и в высоковольтной части).

Схема импульсного блока питания с выходным напряжением до 30 вольт и мостовым двухполупериодным выпрямителем.

Если напряжение низкое, то выгодно применять двухполупериодные схемы со средней точкой. Их преимущество в том, что падение напряжение происходит только на одном диоде для каждого полупериода. Это позволяет сократить количество витков в обмотке. Для этой же цели используют диоды Шоттки и сборки на них. Недостаток такого решения – более сложная конструкция вторичной обмотки.

Схема выпрямителя со средней точкой и прохождение по ней тока.

Фильтр

Выпрямленное напряжение надо отфильтровать. Для этой цели применяются как традиционные емкости, так и индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели получаются небольшими, легкими, но работают эффективно.

Схема выходных фильтрующих цепей каналов импульсного компьютерного блока питания.

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи служат для стабилизации и регулировки выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник нестабилизированный, у него эти цепи отсутствуют. У устройств со стабилизацией тока или напряжения эти цепи выполняются на постоянных элементах (иногда с возможностью подстройки). У регулируемых источников (лабораторных и т.п.) в обратную связь включены органы управления для оперативной регулировки параметров.

Как устроен ШИМ контроллер

В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.

Принцип регулирования выходного напряжения методом широтно-импульсной модуляции.

Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия
шим контроллера блока питания.

Распиновка TL494.

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Назначение	Обозначение	Номер вывода		Номер вывода	Обозначение	Назначение
Прямой вход усилителя ошибки 1	IN1	1		16	IN2	Прямой вход усилителя ошибки 1
Инверсный вход усилителя ошибки 1	­IN1	2		15	IN2	Инверсный вход усилителя ошибки 1
Выход обратной связи	FB	3		14	Vref	Выход опорного напряжения
Управление временем задержки	DTC	4		13	ОТС	Выбор режима работы
Частотозадающий конденсатор	C	5		12	VCC	Напряжение питания
Частотозадающий резистор	R	6		11	С2	Коллектор 2-го транзистора
Общий провод	GND	7		10	E1	Эмиттер 1-го транзистора
Коллектор 1-го транзистора	C1	8	9		E2	Эмиттер 2 -го транзистора

На выводы 7 и 12 подается напряжение питания +7. .40 вольт. На выходе микросхемы установлены два транзистора, которые можно использовать для управления внешними ключами. Коллекторы (выводы 8 и 11) и эмиттеры (10 и 9) выходных транзисторов никуда не подключены. Их можно включать по схеме с открытым коллектором или с открытым эмиттером. Микросхема оптимизирована для управления ключами на биполярных транзисторах, но с использованием немного усложненных схемотехнических решений можно переключать и полевые транзисторы.

Структурная схема TL494.

Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.

Читайте также: Подборка схем для самостоятельного изготовления импульсного БП

Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.

Схема ИИП на TL494.

В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.

Устройство и виды блоков питания в нашем ассортименте

• Главная
• Блог
• Освещение в квартире
• Устройство и виды блоков питания в нашем ассортименте

Освещение в квартире

27.04.2022

Блоки питания, представленные в нашем ассортименте – это источники стабилизированного напряжения, преобразующие переменное сетевое напряжение в постоянное стабилизированное напряжение 12 или 24В, в зависимости от модели.

Устройство блока питания

 

Рисунок 1 — Основные элементы импульсного блока питания.

1. Входной фильтр — отсеивает высокочастотные помехи, не давая проникать им в сеть и мешать работе телерадиооборудования.
2. Диодный мост — превращает переменное напряжение в пульсирующее постоянное.
3. Сглаживающие конденсаторы первичной цепи — сглаживают пульсации после диодного моста.
4. Выходной фильтр — сглаживает пульсации выходного напряжения. Конденсаторы присутствуют всегда, а дроссель обычно только в мощных моделях. Чем больше емкость конденсаторов и номинал дросселя, а также, чем больше запас по мощности, тем тише будет писк при диммировании.
5. Диодная сборка Шоттки — выпрямляет переменное импульсное напряжение. При работе под нагрузкой сильно нагревается, поэтому требует охлаждения.
6. Импульсный трансформатор — трансформатор понижает высокочастотных импульсов до нужной величины.
7. Схема высокочастотного импульсного генератора — мозг блока питания. Именно эта часть задает и стабилизирует напряжение, замеряя выходные параметры посредством обратной связи, отвечает за защиту от перегрузки и короткого замыкания. Здесь генерируются высокочастотные импульсы, управляющие силовыми ключами. Выходное напряжение блока задается при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
8. Силовые ключи — полевые транзисторы усиливающие импульсы генератора и передающие их на импульсный трансформатор. При работе под нагрузкой сильно греются, нужно охлаждение.

Вся эта высокотехнологичная начинка заключена в корпус, который может быть открытым или герметичным, просторным или компактным, металлическим или пластиковым.

Ассортимент блоков питания

Теперь немного о классификации блоков питания нашего ассортимента.

• По производителю:
  1. SWG – это блоки питания с оптимальным соотношением цены и качества. Они имеют стабильные выходные параметры при широких пределах сетевого напряжения питания, обладают защитой от короткого замыкания и перегрузки.Представлены в широком спектре вариантов мощности от 15 до 2000Вт, и в двух вариантах выходного напряжения, 12 и 24В. Гарантия 1 год.
  2. Lumker – это блоки питания со ставкой, сделанной на надежность. Гарантия на такие блоки составляет 3 года, а реальный срок службы, при соблюдении правил монтажа и эксплуатации, может намного его превысить.
• По выходному напряжению:
  1. 12-вольтовые. Наиболее распространенноеи популярное напряжение, низкое и безопасное даже для детей (проверено парочкой малолетних инженеров).
  2. 24-вольтовые. Благодаря увеличенному напряжению, имеют вдвое меньший ток при той же мощности. Очень выручат там, где мощная нагрузка, позволяя использовать более тонкие провода, а также там, где нагрузку нужно расположить далеко от блока питания, так как имеют меньшее падение напряжения в проводах.
• По мощности от 6 до 2000Вт. Блок питания можно подобрать практически под любую нагрузку.
• По типу корпуса (сериям):
  1. Незащищенные (IP20). Идеальны для установки в сухих помещениях:
     • Сетка (серия S). Просторные корпуса с хорошей вентиляцией и охлаждением начинки. Блоки питания этой серии от 300Вт и выше, содержат вентилятор охлаждения и поэтому шумят. Если клиента это не устраивает, предложите ему разделить нагрузку на несколько менее мощных блоков или используйте герметичный блок.
     •   
     • Рисунок 2 — Блок питания серии S.
     • Узкие (серия T). Компактные перфорированные корпуса, выручают в случае установки в узких пространствах вроде ниш. Здесь вентилятор установлен в блоках от 250Вт.
     • 
       
     •   
     • Рисунок 3 — Блок питания серии T.
     • Сверхтонкие(Серия L). Это самая компактная серия маломощных блоков питания до 48Вт, с поперечными размерами всего 18х18, что делает возможным их установку практически в любом месте, например в трубе карниза, под подоконником, в кабель-канале, в полости алюминиевого профиля и других труднодоступных местах.
     •   
     • Рисунок 4 — Блок питания серии L.
     • Ультракомпактные (Серия XT). Блоки средней мощности 120-250Вт с поперечными габаритами, не превышающими 53х21мм. Отлично подойдут для установки в узком запотолочном пространстве, за зеркалом, в кабель-канале или профиле. Отличительной особенностью этих блоков также является мощный фильтр ЭМС, который не пропускает в сеть помехи, мешающие работе теле- и радиооборудования. Также, блоки мощностью 200Вт и выше, практически бесшумны при работе с ШИМ-диммерами.
     •   
     • Рисунок 5 — Блок питания серии XT.
     • Сетка люкс (Серия YA). Это дорогие открытые блоки питания в перфорированном металлическом корпусе мощностью до 250Вт. Используемые высококачественные компоненты (такие как низкоомные конденсаторы, металлопленочный токовый резистор и другие), вкупе с низким уровнем нагрева при работе, дарят этим блокам непревзойденную надежность, что подтверждается очень низким процентом отказов.   
     • Рисунок 6 — Блок питания серии YA.
  2. Защищенные (IP65-68). Благодаря водонепроницаемому корпусу, могут быть установлены во влажных помещениях или на улице:
     • Серия TPW. Массивные герметичные алюминиевые корпуса, внутри залитые теплопроводным герметизирующим компаундом.  
     • Рисунок 7 — Блок питания серии TPW.
     • Серия MTPW. Компактные герметичные алюминиевые корпуса, также залитые компаундом. Могут быть установлены там, где обычные TPWне пролезут по размерам.
     •   
     • Рисунок 8 — Блок питания серии MTPW.
     • Серия XTW. Этоультракомпактные герметичные блоки питания, мощностью до 200Вт, в алюминиевом корпусе с поперечными размерами всего 53х23мм. Прекрасно подойдут для установки в профиль, либо в другие труднодоступные и тесные пространства. Отличается беззвучностью при ШИМ-диммировании и хорошим фильтром помех.  
     • Рисунок 9 — Блок питания серии XTW.
     • Серия TPWL. Это люксовые влагозащищенные блоки питания в алюминиевом корпусе, мощностью до 200Вт, сочетающие в себе качественные компоненты с высококлассной инженерной работой и многоуровневым контролем качества. Эти блоки могут использоваться как в помещениях, так и на улице, при этом отличаются долгим сроком безотказной работы.  
     • Рисунок 10 — Блок питания серии TPWL.
     • Пластик (Серия LV). Это народная и недорогая серия герметичных блоков питания в пластиковом корпусе. Имеют мощность до 100Вт и компактные размеры, благодаря чему, являются прекрасным вариантом для большинства световых установок небольшой мощности.
     •   Рисунок 11 — Блок питания серии LV.

Вопросы для самопроверки:

1. Какой блок питания вы посоветуете клиенту для установки в открытой беседке?
2. Какой блок питания вы посоветуете клиенту для установки в узкий короб, если ему нужно запитать 60Вт ленты?
3. Клиент хочет запитать 400Вт ленты в спальне. Что вы предложите клиенту?

Еще почитать по теме

03.13.2023

Профессиональное обучение светодизайну от SWG

Новости

10.26.2022

Наша компания участвует в выставке Art Dom 2022

Новости

06.03.2022

Светодиодные модули. Устройство. Виды модулей. Монтаж и подключение

Освещение в квартире

06.03.2022

ТОП 6 идей по использованию светодиодной ленты SWG в интерьере

Освещение в квартире

06.03.2022

220В лента, особенности подключения и монтажа

Освещение в квартире

06.03.2022

Освещение для большого офиса в центре Москвы: подбор и особенности

Освещение в квартире

06.03.2022

НЕСКУЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ЗАГОРОДНОГО ДОМА

Освещение в квартире

06.03.2022

ОСВЕЩЕНИЕ ФИТНЕС ЦЕНТРА

Освещение в квартире

06.02.2022

Почему нет бина на RGB ленте?

Освещение в квартире

04. 29.2022

Сколько светильников нужно в офис, размеры которого заставляют сотрудников ездить на самокатах?

Вопрос-ответ

04.29.2022

Традиционные источники света (лампы). Их питание и диммирование

Освещение в квартире

04.28.2022

Слои освещения на примере кухонной зоны

Освещение в квартире

• Спасибо,
  ваша заявка принята!

• Подписаться на рассылку

  Ваш e-mail*

  Согласен на обработку персональных данных

  Спасибо,
  за подписку!

Часто задаваемые вопросы: для чего лучше всего использовать импульсный источник питания?

Устранение шума или электромагнитных помех может стать серьезной проблемой при разработке источников питания для электронных плат. В то время как снижение уровня шума не может быть критическим вопросом при проектировании линейных источников питания, собственные шумы, создаваемые переключающими устройствами, имеют первостепенное значение при проектировании цепей импульсных источников питания. К счастью, эту проблему можно в значительной степени смягчить — как описано в следующих часто задаваемых вопросах по импульсным источникам питания.

Что такое импульсный источник питания?

Импульсный источник питания является одним из двух основных типов конструкции источников питания, используемых в электронных продуктах. Эти источники питания характеризуются использованием точной коммутации, которая позволяет создавать конструкции с преобразованием постоянного тока в постоянный, постоянного в переменный, переменного в постоянный и с преобразованием частоты.

В чем разница между импульсным источником питания и SMPS?

Исследования и разработки источников питания, в которых использовалось «переключение» для повышения эффективности по сравнению с обычными линейными источниками питания, относятся к 1950-е годы с ранними устройствами, в которых использовались электронные лампы; однако первое запатентованное использование термина «импульсный источник питания» было в 1976 году Говардом Скоттом из RCA. Сегодня термины «импульсный источник питания» и «импульсный источник питания» (ИИП) обычно используются как синонимы.

Какие типы переключающих компонентов используются в импульсных источниках питания?

В отличие от линейных источников питания, в которых обычно используются диоды, в импульсных источниках питания используется точное переключение для управления рабочим циклом. Поэтому чаще всего используются транзисторы, обеспечивающие улучшенное управление.

Где используются импульсные источники питания?

Импульсные источники питания в основном используются в цифровых системах, таких как телекоммуникационные устройства, вычислительное оборудование, звуковое оборудование, зарядные устройства для мобильных телефонов, медицинские тестовые устройства, оборудование для дуговой сварки и автомобильные зарядные устройства.

Что такое импульсный адаптер питания?

Источники питания по сути являются преобразователями. Как правило, они преобразуют один или несколько параметров из подаваемой мощности в тип и уровень параметра, требуемые нагрузкой или подключенной цепью. Адаптер источника питания позволяет использовать источник питания, выход которого не был специально разработан для используемого входа. Конструкции источников питания могут состоять только из схемы преобразования или могут состоять из схемы преобразования и адаптера на одной плате.

Какие бывают конструкции импульсных источников питания?

Наиболее распространенные типы импульсных источников питания:

• Buck
• Повышение
• Buck-Boost
• Вперед
• Обратный ход
• Двухтактный
• Полумост
• Полный мост

Каковы наиболее важные проблемы при разработке плат импульсных источников питания?

Точное управление процессом переключения является важнейшим требованием к конструкции импульсных источников питания. Однако это действие переключения создает высокую частоту и шум. Для печатных плат более низкие радиочастоты не являются серьезной проблемой. Тем не менее, при проектировании высокоскоростных плат необходимо учитывать особые факторы, такие как длина дорожек и выводы, импеданс платы и тип материала.

DFM для печатных плат HDI

Загрузить сейчас

Как уменьшить шум при переключении цепей питания?

Полное устранение шума или электромагнитных помех в конструкции вашего источника питания практически невозможно. Вместо этого цель состоит в том, чтобы максимально уменьшить шум для достижения электромагнитной совместимости. На данный момент ваша плата блока питания не только является хорошим соседом для находящихся рядом электронных устройств, но и количество электромагнитных помех на вашей плате не оказывает негативного влияния на функциональность. Некоторые из передовых методов снижения шума на печатных платах включают следующее: использование согласования импедансов, ограничение длины дорожек и соблюдение правильных расстояний утечки и зазоров. Кроме того, одним из наиболее важных соображений, которое также влияет на ваши цели производительности для подключенных нагрузок, является фильтрация.

Каковы наиболее важные факторы при проектировании и сборке печатных плат импульсных источников питания?

SMPS используются в самых разных областях. Однако следующие факторы обычно требуют особого внимания при разработке плат импульсных источников питания.

Оптимизация разработки PCBA импульсного источника питания

• Применение передовых методов проектирования фильтров
• Выберите материалы для высокоскоростного распространения сигнала
• Выберите соответствующую ширину и длину трасс
• Используйте соответствующие методы заземления сигнала, платы, шасси и заземления
• Соблюдайте правила и рекомендации вашего CM DFM и DFA

Линейные и импульсные блоки питания

Линейные блоки питания рассчитаны на низкий уровень шума и часто считаются тихими из-за отсутствия высокочастотного переключения. Они используются везде, где требуется отличное регулирование и/или низкий уровень пульсаций, а также низкий уровень электромагнитного излучения и отличные переходные характеристики. Линейные источники питания могут только понижать входное напряжение для получения более низкого выходного напряжения. В линейном источнике питания обычно используется большой трансформатор для снижения напряжения от сети переменного тока до гораздо более низкого напряжения переменного тока, а затем используется ряд схем выпрямителя и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения. Недостатками являются вес, размер и низкая эффективность.

Некоторыми примерами приложений, для которых может потребоваться линейный источник питания, являются коммуникационное оборудование; медицинское оборудование, малошумящие усилители; обработка сигнала; сбор данных, включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи, схемы выборки и хранения, автоматическое испытательное оборудование; лабораторное испытательное оборудование; цепи управления; компьютерные и промышленные приложения.

Импульсные блоки питания отличаются высокой эффективностью и небольшими размерами. Они включают импульсный регулятор для эффективного преобразования электроэнергии. Импульсные источники питания постоянного тока регулируют выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Использование ШИМ позволяет использовать различные топологии, такие как понижающий, повышающий, прямой преобразователь, полумостовой выпрямитель или обратноходовой преобразователь, в зависимости от требований к выходной мощности. Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличную стабилизацию нагрузки и сети. Они могут повышать или понижать входное напряжение, чтобы получить желаемое выходное напряжение. Импульсный источник питания имеет более высокий КПД, чем линейный стабилизатор, потому что переключающий транзистор рассеивает небольшую мощность, работая в качестве переключателя. Однако это переключение может генерировать шум, который можно уменьшить с помощью фильтрации.

Если ваше оборудование предназначено для международного использования, технология коммутации работает практически в любой точке мира, в то время как линейный источник питания необходимо вручную настроить для работы с иностранной сетью. Другими примерами приложений, которые предпочитают импульсный источник питания, являются приложения общего назначения, используемые в исследованиях и разработках, производстве и тестировании, приложениях с высокой мощностью / высоким током, некоторых системах связи, мобильных станциях, некотором сетевом оборудовании, гальванике, анодировании, гальванопластике, электрофорезе, электролизе. , переработка отходов, генератор водорода, топливные элементы, двигатели постоянного тока, авиация и судовые/лодочные приложения.

В современной электронике импульсные источники питания обычно предпочтительнее из-за стоимости, размера и эффективности. Решение об использовании линейного или импульсного источника питания зависит от области применения и общих требований к системе.