Блоки питания схемы: Блоки питания, преобразователи напряжения, инверторы и зарядные устройства

Содержание

Сюрпризы схем китайских блоков питания эконом класса.

Обслуживая очередной объект с щитами управления бассейном. На достаточно не бедном объекте, с удивлением обнаружил, что используемый блок питания оперативных цепей построен не на закрытом модульном БП а открытом БП в корпусе. Отчего сборщику того щита пришлось его колхозить стяжками на перекрест к дин рейке. Это какой-то китайский NoName HSM-15-12, который благополучно сдох и обесточил цепи управления. Кстати, из цепей управления питал он только одно промежуточное реле 1Вт мощности, потому причина его гибели при такой низкой нагрузки для меня неясна.
Заменять на подобный нет желания, потому предложил поставить там, проверенный временем модульный MeanWell HDR-15-12 на 15Вт/12В, с таким БП проблем быть не должно.
При том, что этот блок питания дешёвый внешне он выполнен аккуратно, штамповка и сборка сделана на высоком технологическом уровне. На алюминиевых деталях, заусенцев нет, присутсвуют различные пазы, для фиксации платы, и перфорированной крышки. При сборки ничего не перекошено, и не играет в руках, внешне алюминий матовый, врннутри полированн.
В целом в руках держать приятно.

Не в последнюю очередь, по этой причине я, решил по-быстрому его отремонтировать, тем более список поломок таких БП банален:
— Электролиты, как первичных так и вторичных цепей питания.
— Силовой ключ первичной цепи + ШИМ, либо просто интегрированный ШИМ с обвязкой.
— В редких случаях первичка трансформатора.
— Оптрон ОС, и/или микросхема TL431.

Когда открыл этот БП, то выяснялось, что он построен, на автогенераторной схеме без микросхем ШИМ.
Электролиты первичной и вторичной цепи вздуты, предохранитель цел, входной диодный мост и ключ первичной цепи целы, при подключении ни каких признаков жизни не демонстрирует.

Имея определенный опыт ремонта таких изделий обольщаться простой ремонта не стал. Заменил вздутые конденсаторы проверил силовой ключ первичной цепи, мост и предохранитель — целы. Включил через балласт, чтобы избежать взрывов, если что. БП признаков жизни так и не поддал. Решил проверить оптопару, для этого надо выпаять. Но тут выяснилась первая «тупость» а точнее говоря сознательная подлость конструкции – оптопара находится под силовым трансформатором… стало быть надо выпаять и его!

Вот как это выглядело после ремонтных работ о чем будет ниже:

Ну что-ж, «надо, значить надо», аккуратно выпаиваю трансформатор и оптрон.
Подключаю его выводы 1-2 к лабороторнику, задав ограничение по напряжению в 1.2В а току в 20мА. На выводах оптрона 3-4 мерим сопротивление, и получаем – 1.2кОм (обычно порядка 40-65 Ом) значит сдохла и оптопара.

Тут я допустил оплошность, будучи уверенным в том, что все позади, запаял трансформатор на место и включил БП на прямую. Слава Богу, ничего не произошло, но БП так и не подал признаков жизни.

Пришлось делать того чего, не хотелось в рамках данного проекта — срисовывать схему по образцу платы. Так как, входные цепи были уже проверены решил сэкономить время и вычерчивать только ту часть схемы где много всякой обвязки и не очевидно, как она устроена. Где-то потихоньку начал высокую сторону реставрировать…


Но походу работы решил сделать ход конем. Подключить к выходу БП, параллельно лабораторник, и начать подымать напряжение до номинала, чтобы проверить вторичную цепь. Только начал наращивать напряжение, как лабороторник уперся в ограничение тока 1А.
Проверяю диод вторичной цепи – пробит!
Заменяю безимяный китайский 3IDQ 100E, на аналогичный по корпусу SR560.

Снова поддаю и увеличиваю напряжения.
Все хорошо, загорелся светодиод, в защиту уже не уходим, но замечаю, что при 12В потребляемый ток аж 130мА! Для 15Вт БП, это слишком лихо для холостого хода. Нащупываю плату, в первую очередь баластные резисторы, но они холодны. Тем временем где-то выделяются 1.5Вт тепла. Вдруг неожиданно обжигаю палец об поверхность платы, под… трансформатором, там где, стоит перепаянный оптрон… и парочка резисторов. Но, не оптрон горяч, а резистор возле него. Отключил все.

Выпаял трансформатор для расследования причин.
Начинаю срисовывать всю вторичку, чтобы понять, что там за резисторы стоят ну и в целом как она устроена.

Проверяю микросхему TL431А – пробит по всем направлениям. Это конечно плохо, но еще не причина потерь мощности аж в целые 1.5Вт.
И тут барабанная дробь… номинал сопротивления в цепи оптрона R11 – 100Ом, это при 12вольтах номинала напряжения! И спрятан этот резистор вместе с оптроном прямо под силовой трансформатор!
Мое мнение, что это какое-то сознательное вредительство.
И действительно, если принять падение напряжение на открытом оптроне в 1.2В, и микросхеме TL431A в 2.5В, то мы имеем ток I=(Uin-DUopt-DU431)/R11=(12-1.2-2.5)/100= 0.083А = 83mA (при сгоревшем TL431 этот ток будет выше — 108mA). При максимально допустимом токе оптрона в 50mA, очевидно что проживет, он не долго. Сколько прожил этот БП на том объекте, не знаю. Судя по чистому корпусу его поставили не давно. Поэтому перепаял сгоревший TL431A и заменил R11 со 100 на 680Ом.

Снова запаял трансформатор на место,

включил блок питания в сеть и он заработал.

Нагрузил его лентой – полет нормальный. Все!

Вот такие, вот дела. Китайцы, не просто «экономят» а тупо в цепь ОС закладывают такой резистор из-за которого впоследствии вылетит целый набор компонентов. Чтобы ремонтнику было веселее, проблемные компоненты прячутся под трансформатор!!!

По просьбе трудящихся добавляю всю принципиальную схему:

Описание схем простых блоков питания для начинающих радиолюбителей | ASUTPP

Каждый, кто решает заняться радиолюбительством, начинает, как правило, с источника питания для своих будущих схем. В этой статье приведены самые простые варианты стабилизированных боков питания.

Схемы не сложны и собрать их не представит особого труда даже радиолюбителю без опыта. Все детали — широкого потребления, дёшевы и и найти их не составит никакой сложности. Параметры этих блоков питания вполне удовлетворяют требованиям большинства практических электронных «самоделок».

Схема N1

Первая схема собрана на транзисторах. Она широко известна с давних времён и приведена здесь в том виде, в котором изначально публиковалась в различной литературе по радиоэлектронике. Поскольку в то время широкое применение имели германиевые транзисторы, то и делали её, как правило, используя транзисторы структуры p-n-p.

В этой схеме, например, в качестве транзистора VT1 использовали МП39 — МП42, а в качестве VT2 — П213-П217. Поэтому у такого блока питания (БП) выходным является минусовой провод, а «плюс» схемы будет «общим». Но можно поменять полярность выхода БП, просто заменив транзисторы на аналогичные, но структуры n-p-n. При этом, также, необходимо изменить полярность включения всех диодов и электролитических конденсаторов.

Выходное напряжение этого БП определяется напряжением стабилизации применённого стабилитрона D1. Если, например, поставить Д814 с буквами Г или Д, то на выходе получим напряжение 12…14 вольт. Максимальный выходной ток этого БП зависит от типа применённых транзисторов («мощного» VT2) и от диодов выпрямителя. Транзистор VT2 обязательно устанавливается на теплоотводе.

Переменное напряжение на входе БП должно быть равно значению выходного постоянного, или чуть больше. Переменный резистор R2 может быть сопротивлением от 10 до 50 кОм, лучше группы «А» (в этом случае регулировка выходного напряжения будет более равномерной). Все другие резисторы должны быть мощностью не ниже 0,25 ватт. Транзисторы можно ставить любые, подходящие по мощности. Коэффициент усиления у них должен быть не ниже 15.

Настройка заключается лишь в подборе резистора R1. С его помощью устанавливается ток через стабилитрон на уровне 15 мА. Для уменьшения уровня пульсаций на выходе схемы можно установить дополнительный «сглаживающий» конденсатор, ёмкостью от 100 мкФ. Следует учесть, что эта схема БП не имеет защиты от короткого замыкания на выходе (КЗ) и перегрузки.

Схема N2.

Вторая схема собрана на специализированной микросхеме- стабилизаторе напряжения. Это может быть наша КРЕН12 или импортная LM317. Эта схема проще первой, однако микросхема обеспечивает лучшие характеристики, а также защиту от КЗ, перегрева и перегрузки. Здесь показан вариант со «ступенчатой» регулировкой выходного напряжения. Путём подбора сопротивлений R2-R6 можно устанавливать любое значение напряжения на выходе БП.

Данная микросхема способна выдать от 1,2 до 37 вольт, поэтому диапазон выходных напряжений может быть расширен, в отличие от указанных на схеме значений. Переменное напряжение на входе тоже выбирается в зависимости от необходимого максимального выходного напряжения. Микросхему необходимо установить на теплоотвод.

Уровень пульсаций такой схемы будет на уровне 10 мВ. На выходе БП можно установить дополнительный конденсатор ёмкостью от 100 мкФ, для уменьшения уровня пульсаций.

Рабочие напряжения всех конденсаторов должны быть выше входного напряжения после выпрямителя. Все резисторы могут быть типа МЛТ-0,125.

Этот БП можно сделать и с плавной регулировкой напряжения на выходе. В этом случае схема предельно упрощается, что видно из третьего рисунка.

Рисунок 3

Рисунок 3

Здесь не потребуется производить вообще никаких настроек. Для этого варианта верны все рекомендации, которые были даны для предыдущей схемы со ступенчатой регулировкой.

Спасибо, что дочитали до конца! И я был бы вам благодарен, если бы вы поделились статьёй с друзьями в соцсетях. Отдельное спасибо за лайк и подписку — оставайтесь и далее на канале «ASUTPP»!

Блок питания ПК – схема, ремонт своими руками

Блок питания в компьютере (БП) – это самостоятельное импульсное электронное устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока в ряд постоянных напряжений (+3,3 / +5 / +12 и -12) для питания материнской платы, видеокарты, винчестера и других блоков компьютера.

Прежде, чем приступать к ремонту блока питания компьютера необходимо убедиться в его неисправности, так как невозможность запуска компьютера может быть обусловлена другими причинами.

Фотография внешнего вида классического блока питания АТХ стационарного компьютера (десктопа).

Где находится БП в системном блоке и как его разобрать

Чтобы получить доступ к БП компьютера необходимо сначала снять с системного блока левую боковую стенку, открутив два винта на задней стенке со стороны расположения разъемов.

Для извлечения блока питания из корпуса системного блока необходимо открутить четыре винта, помеченных на фото. Для проведения внешнего осмотра БП достаточно отсоединить от блоков компьютера только те провода, которые мешают для установки БП на край корпуса системного блока.

Расположив блок питания на углу системного блока, нужно открутить четыре винта, находящиеся сверху, на фото розового цвета. Часто один или два винта спрятаны под наклейкой, и чтобы найти винт, ее нужно отклеить или проткнуть жалом отвертки. По бокам тоже бывают наклейки, мешающие снять крышку, их нужно прорезать по линии сопряжения деталей корпуса БП.

После того, как крышка с БП снята обязательно удаляется пылесосом вся пыль. Она является одной из главных причин отказа радиодеталей, так как, покрывая их толстым слоем, снижает теплоотдачу от деталей, они перегреваются и, работая в тяжелых условиях, быстрее выходят из строя.

Для надежной работы компьютера удалять пыль из системного блока и БП, а также проверять работу кулеров необходимо не реже одного раза в год.

Структурная схема БП компьютера АТХ

Блок питания компьютера является довольно сложным электронным устройством и для его ремонта требуются глубокие знания по радиотехнике и наличие дорогостоящих приборов, но, тем не менее, 80% отказов можно устранить самостоятельно, владея навыками пайки, работы с отверткой и зная структурную схему источника питания.

Практически все БП компьютеров изготовлены по ниже приведенной структурной схеме. Электронные компоненты на схеме я привел только те, которые чаще всего выходят из строя, и доступны для самостоятельной замены непрофессионалам. При ремонте блока питания АТХ обязательно понадобится цветовая маркировка выходящих из него проводов.

Питающее напряжение с помощью сетевого шнура подается через разъемное соединение на плату блока питания. Первым элементом защиты является предохранитель Пр1 обычно стоит на 5 А. Но в зависимости от мощности источника может быть и другого номинала. Конденсаторы С1-С4 и дроссель L1 образуют фильтр, который служит для подавления синфазных и дифференциальных помех, которые возникают в результате работы самого блока питания и могут приходить из сети.

Сетевые фильтры, собранные по такой схеме, устанавливают в обязательном порядке во всех изделиях, в которых блок питания выполнен без силового трансформатора, в телевизорах, видеомагнитофонах, принтерах, сканерах и др. Максимальная эффективность работы фильтра возможна только при подключении к сети с заземляющим проводом. К сожалению, в дешевых китайских источниках питания компьютеров элементы фильтра зачастую отсутствуют.

Вот тому пример, конденсаторы не установлены, а вместо дросселя запаяны перемычки. Если Вы будете ремонтировать блок питания и обнаружите отсутствие элементов фильтра, то желательно их установить.

Вот фотография качественного БП компьютера, как видно, на плате установлены фильтрующие конденсаторы и помехоподавляющий дроссель.

Для защиты схемы БП от скачков питающего напряжения в дорогих моделях устанавливаются варисторы (Z1-Z3), на фото с правой стороны синего цвета. Принцип работы их простой. При нормальном напряжении в сети, сопротивление варистора очень большое и не влияет на работу схемы. В случае повышении напряжения в сети выше допустимого уровня, сопротивление варистора резко уменьшается, что ведет к перегоранию предохранителя, а не к выходу из строя дорогостоящей электроники.

Чтобы отремонтировать отказавший блок по причине перенапряжения, достаточно будет просто заменить варистор и предохранитель. Если варистора под руками нет, то можно обойтись только заменой предохранителя, компьютер будет работать нормально. Но при первой возможности, чтобы не рисковать, нужно в плату установить варистор.

В некоторых моделях блоков питания предусмотрена возможность переключения для работы при напряжении питающей сети 115 В, в этом случае контакты переключателя SW1 должны быть замкнуты.

Для плавного заряда электролитических конденсаторов С5-С6, включенных сразу после выпрямительного моста VD1-VD4, иногда устанавливают термистор RT с отрицательным ТКС. В холодном состоянии сопротивление термистора составляет единицы Ом, при прохождении через него тока, термистор разогревается, и сопротивление его уменьшается в 20-50 раз.

Для возможности включения компьютера дистанционно, в блоке питания имеется самостоятельный, дополнительный маломощный источник питания, который всегда включен, даже если компьютер выключен, но электрическая вилка не вынута из розетки. Он формирует напряжение +5 B_SB и построен по схеме трансформаторного автоколебательного блокинг-генератора на одном транзисторе, запитанного от выпрямленного напряжения диодами VD1-VD4. Это один из самых ненадежных узлов блока питания и ремонтировать его сложно.

Необходимые для работы материнской платы и других устройств системного блока напряжения при выходе из блока выработки напряжений фильтруются от помех дросселями и электролитическими конденсаторами и затем посредством проводов с разъемами подаются к источникам потребления. Кулер, который охлаждает сам блок питания, запитывается, в старых моделях БП от напряжения минус 12 В, в современных от напряжения +12 В.

Ремонт БП компьютера АТХ

Внимание! Во избежание вывода компьютера из строя расстыковка и подключение разъемов блока питания и других узлов внутри системного блока необходимо выполнять только после полного отключения компьютера от питающей сети (вынуть вилку из розетки или выключить выключатель в «Пилоте»).

Первое, что необходимо сделать, это проверить наличие напряжения в розетке и исправность удлинителя типа «Пилот» по свечению клавиши его выключателя. Далее нужно проверить, что шнур питания компьютера надежно вставлен в «Пилот» и системный блок и включен выключатель (при его наличии) на задней стенке системного блока.

Как найти неисправность БП нажимая кнопку «Пуск»

Если питание на компьютер подается, то на следующем шаге нужно глядя на кулер блока питания (виден за решеткой на задней стенке системного блока) нажать кнопку «Пуск» компьютера. Если лопасти кулера, хоть немного сдвинуться, значит, исправны фильтр, предохранитель, диодный мост и конденсаторы левой части структурной схемы, а также самостоятельный маломощный источник питания +5 B_SB.

В некоторых моделях БП кулер находится на плоской стороне и чтобы его увидеть, нужно снять левую боковую стенку системного блока.

Поворот на маленький угол и остановка крыльчатки кулера при нажатии на кнопку «Пуск» свидетельствует о том, что на мгновенье на выходе БП появляются выходные напряжения, после чего срабатывает защита, останавливающая работу БП. Защита настроена таким образом, что если величина тока по одному из выходных напряжений превысит заданный порог, то отключаются все напряжения.

Причиной перегрузки обычно является короткое замыкание в низковольтных цепях самого БП или в одном из блоков компьютера. Короткое замыкание обычно появляется при пробое в полупроводниковых приборах или изоляции в конденсаторах.

Для определения узла, в котором возникло короткое замыкание нужно отсоединить все разъемы БП от блоков компьютера, оставив только подключенные к материнской плате. После чего подключить компьютер к питающей сети и нажать кнопку «Пуск». Если кулер в БП завращался, значит, неисправен один из отключенных узлов. Для определения неисправного узла нужно их последовательно подключать к блоку питания.

Если БП, подключенный только к материнской плате не заработал, следует продолжить поиск неисправности и определить, какое из этих устройств неисправно.

Проверка БП компьютера


измерением величины сопротивления выходных цепей

При ремонте БП некоторые виды его неисправности можно определить путем измерения омметром величины сопротивления между общим проводом GND черного цвета и остальными контактами выходных разъемов.

Перед началом измерений БП должен быть отключен от питающей сети, и все его разъемы отсоединены от узлов системного блока. Мультиметр или тестер нужно включить в режим измерения сопротивления и выбрать предел 200 Ом. Общий провод прибора подключить к контакту разъема, к которому подходит черный провод. Концом второго щупа по очереди прикасаются к контактам, в соответствии с таблицей.

В таблице приведены обобщенные данные, полученные в результате измерения величины сопротивления выходных цепей 20 исправных БП компьютеров разных мощностей, производителей и годов выпуска.

Для возможности подключения БП для проверки без нагрузки внутри блока на некоторых выходах устанавливают нагрузочные резисторы, номинал которых зависит от мощности блока питания и решения производителя. Поэтому измеренное сопротивление может колебаться в большом диапазоне, но не должно быть ниже допустимого.

Если нагрузочный резистор в цепи не установлен, то показания омметра будут изменяться от малой величины до бесконечности. Это связано с зарядкой фильтрующего электролитического конденсатора от омметра и свидетельствует о том, что конденсатор исправный. Если поменять местами щупы, то будет наблюдаться аналогичная картина. Если сопротивление велико и не изменяется, то возможно в обрыве находится конденсатор.

Сопротивление меньше допустимого свидетельствует о наличии короткого замыкания, которое может быть вызвано пробоем изоляции в электролитическом конденсаторе или выпрямляющего диода. Для определения неисправной детали придется вскрыть блок питания и отпаять от схемы один конец фильтрующего дросселя этой цепи. Далее проверить сопротивление до и после дросселя. Если после него, то замыкание в конденсаторе, проводах, между дорожками печатной платы, а если до него, то пробит выпрямительный диод.

Поиск неисправности БП внешним осмотром

Первоначально следует внимательно осмотреть все детали, обратив особое внимание на целостность геометрии электролитических конденсаторов. Как правило, из-за тяжелого температурного режима электролитические конденсаторы, выходят из строя чаще всего. Около 50% отказов блоков питания связано именно с неисправностью конденсаторов. Зачастую вздутие конденсаторов является следствием плохой работы кулера. Смазка подшипников кулера вырабатывается и обороты падают. Эффективность охлаждения деталей блока питания снижается, и они перегреваются. Поэтому при первых признаках неисправности кулера блока питания, обычно появляется дополнительный акустический шум, нужно почистить от пыли и смазать кулер.

Если корпус конденсатора вздулся или видны следы вытекшего электролита, то отказ конденсатора очевиден и его следует заменить исправным. Вздувается конденсатор в случае пробоя изоляции. Но бывает, внешних признаков отказа нет, а уровень пульсаций выходного напряжения большей. В таких случаях конденсатор неисправен по причине отсутствия контакта между его выводом и обкладки внутри него, как говорят, конденсатор в обрыве. Проверить конденсатор на обрыв можно с помощью любого тестера в режиме измерения сопротивления. Технология проверки конденсаторов представлена в статье сайта «Измерение сопротивления».

Далее осматриваются остальные элементы, предохранитель, резисторы и полупроводниковые приборы. В предохранителе внутри вдоль по центру должна проходить тонкая металлическая проволочка, иногда с утолщением в середине. Если проволочки не видно, то, скорее всего она перегорела. Для точной проверки предохранителя нужно его прозвонить омметром. Если предохранитель перегорел, то его нужно заменить новым или отремонтировать. Прежде, чем производить замену, для проверки блока питания можно перегоревший предохранитель не выпаивать из платы, а припаять к его выводам жилку медного провода диаметром 0,18 мм. Если при включении блока питания в сеть проводок не перегорит, то тогда уже есть смысл заменять предохранитель исправным.

Как проверить исправность БП замыканием контактов PG и GND

Если материнскую плату можно проверить только подключив к заведомо исправному БП, то блок питания можно проверить отдельно с помощью блока нагрузок или запустить с помощью соединения контактов +5 В PG и GND между собой.

От блока питания на материнскую плату питающие напряжения подаются с помощью 20 или 24 контактного разъема и 4 или 6 контактного. Для надежности разъемы имеют защелки. Для того, чтобы вынуть разъемы из материнской платы нужно пальцем нажать наверх защелки одновременно, прилагая довольно большое усилие, покачивая из стороны в сторону, вытащить ответную часть.

Далее нужно закоротить между собой, отрезком провода, можно и металлической канцелярской скрепкой, два вывода в разъеме, снятой с материнской платы. Провода расположены со стороны защелки. На фотографиях место установки перемычки обозначено желтым цветом.

Если разъем имеет 20 контактов, то соединять между собой нужно вывод 14 (провод зеленого цвета, в некоторых блоках питания может быть серый, POWER ON) и вывод 15 (провод черного цвета, GND).

Если разъем имеет 24 контакта, то соединять между собой нужно вывод 16 (зеленого зеленого, в некоторых блоках питания провод может быть серого цвета, POWER ON) и вывод 17 (черный провод GND).

Если крыльчатка в кулере блока питания завращается, то блок питания АТХ можно считать работоспособным, и, следовательно, причина неработящего компьютера находится в других блоках. Но такая проверка не гарантирует стабильную работу компьютера в целом, так как отклонения выходных напряжений могут быть больше допустимых.

Проверка БП компьютера


измерением напряжений и уровня пульсаций

После ремонта БП или в случае нестабильной работы компьютера для полной уверенности в исправности блока питания, необходимо его подключить к блоку нагрузок и измерять уровень выходных напряжений и размах пульсаций. Отклонение величин напряжений и размаха пульсаций на выходе блока питания не должны превышать значений, приведенных в таблице.

Можно обойтись и без блока нагрузок измеряв напряжение и уровень пульсаций непосредственно на выводах разъемов БП в работающем компьютере.

При измерении напряжений мультиметром «минусовой» конец щупа подсоединяется к черному проводу (общему), а «плюсовой» к нужным контактам разъема.

Напряжение +5 В SB (Stand-by), фиолетовый провод – вырабатывает встроенный в БП самостоятельный маломощный источник питания выполненный на одном полевом транзисторе и трансформаторе. Это напряжение обеспечивает работу компьютера в дежурном режиме и служит только для запуска БП. Когда компьютер работает, то наличие или отсутствие напряжения +5 В SB роли не играет. Благодаря +5 В SB компьютер можно запустить нажатием кнопки «Пуск» на системном блоке или дистанционно, например, с Блока бесперебойного питания в случае продолжительного отсутствия питающего напряжения 220 В.

Напряжение +5 В PG (Power Good) – появляется на сером проводе БП через 0,1-0,5 секунд в случае его исправности после самотестирования и служит разрешающим сигналом для работы материнской платы.

Напряжение минус 12 В (провод синего цвета) необходимо только для питания интерфейса RS-232, который в современных компьютерах отсутствует. Поэтому в блоках питания последних моделей этого напряжения может не быть.

Как заменить предохранитель в БП компьютера

Обычно в компьютерных блоках питания устанавливается трубчатый стеклянный плавкий предохранитель, рассчитанный на ток защиты 6,3 А. Для надежности и компактности предохранитель впаивают непосредственно в печатную плату. Для этого применяются специальные предохранители, имеющие выводы для запайки. Предохранитель обычно устанавливают в горизонтальном положении рядом с сетевым фильтром и его легко обнаружить по внешнему виду.

Но иногда встречаются блоки питания, в которых предохранитель установлен в вертикальном положении и на него надета термоусаживаемая трубка, как на фотографии выше. В результате обнаружить его затруднительно. Но помогает надпись, нанесенная на печатной плате рядом с предохранителем: F1 – так обозначается предохранитель на электрических схемах. Рядом с предохранителем может быть также указан ток, на который он рассчитан, на представленной плате указан ток 6,3 А.

При ремонте блока питания и проверке вертикально установленного предохранителя с помощью мультиметра был обнаружен его обрыв. После выпаивания предохранителя и снятия термоусаживаемой трубки стало очевидно, что он перегорел. Стеклянная трубка изнутри вся была покрыта черным налетом от перегоревшей проволоки.

Предохранители с проволочными выводами встречается редко, но их можно с успехом заменить обычными 6,3 амперными, припаяв к чашечкам с торцов одножильные кусочки медного провода диаметром 0,5-0,7 мм.

Останется только запаять подготовленный предохранитель в печатную плату блока питания и проверить его на работоспособность.

Если при включении блока питания предохранитель сгорел повторно, то значит, имеет место отказ других радиоэлементов, обычно пробой переходов в ключевых транзисторах. Ремонтировать блок питания с такой неисправностью требует высокой квалификации и экономически не целесообразен. Замена предохранителя, рассчитанного на больший ток защиты, чем 6,3 А не приведет к положительному результату. Предохранитель все равно перегорит.

Поиск в БП неисправных электролитических конденсаторов

Очень часто отказ блока питания, и как результат нестабильная работа компьютера в целом, происходит по причине вздутия корпусов электролитических конденсаторов. Для защиты от взрыва, на торце электролитических конденсаторов делаются надсечки. При возрастании давления внутри конденсатора происходит вздутие или разрыв корпуса в месте надсечки и по этому признаку легко найти отказавший конденсатор. Основной причиной выхода из строя конденсаторов является их перегрев из-за неисправности кулера или превышения допустимого напряжения.

На фотографии видно, что у конденсатора, находящегося с левой стороны, торец плоский, а у правого – вздутый, со следами подтекшего электролита. Такой конденсатор вышел из строя и подлежит замене. В блоке питания обычно выходят из строя электролитические конденсаторы по шине питания +5 В, так как устанавливаются с малым запасом по напряжению, всего на 6,3 В. Встречал случаи, когда все конденсаторы в блоке питания по цепи +5 В были вздутые.

При замене конденсаторов по цепи питания 5 В рекомендую устанавливаю конденсаторы, которые рассчитаны на напряжение не мене, чем на 10 В. Чем на большее напряжение рассчитан конденсатор, тем лучше, главное, чтобы по габаритам вписался в место установки. В случае, если конденсатор с большим напряжение не вмещается из-за размеров, можно установить конденсатор меньшей емкости, но рассчитанный на большее напряжение. Все равно емкость установленных на заводе конденсаторов имеет большой запас и такая замена не ухудшит работу блока питания и компьютера в целом.

Чем емкость устанавливаемого конденсатора больше, тем лучше. Так что при замене лучше выбирать конденсатор, рассчитанный на большее напряжение и емкость, чем у вышедшего из строя. Заменить вышедший из строя конденсатор в блоке питания не сложно, при наличии навыков работы с паяльником. Технике пайки посвящена статья сайта «Как паять паяльником».

Нет смысла заменять электролитические конденсаторы в блоке питания, если они все вспучились. Это значит, что вышла из строя схема стабилизации выходного напряжения, и на конденсаторы было подано напряжение, превышающее допустимое. Такой блок питания можно отремонтировать, только имея профессиональное образование и измерительные приборы, но экономически такой ремонт не целесообразен.

Главное при ремонте БП не забывать, что электролитические конденсаторы имеют полярность. Со стороны отрицательного вывода на корпусе конденсатора имеется маркировка, в виде широкой светлой вертикальной полосы, как показано на фото выше. На печатной плате отверстие для отрицательного вывода конденсатора расположено в зоне маркировки белого (черного) полукруга или отверстие для положительного вывода обозначается знаком «+».

Проверка дросселя групповой стабилизации БП АТХ

Если из системного блока компьютера вдруг запахло гарью, то одной из причин может быть перегрев дросселя групповой стабилизации в БП или подгоревшая обмотка одного из кулеров. При этом компьютер обычно продолжает нормально работать. Если после вскрытия системного блока и осмотра все кулеры вращаются, то значит, неисправен дроссель. Компьютер необходимо сразу выключить и заняться ремонтом.

На фотографии показан БП компьютера со снятой крышкой, в центре которой виден дроссель, покрытый изоляцией зеленого цвета, подгоревшей сверху. Когда я подключил этот БП к нагрузке и подал на него питающее напряжение, то через пару минут из дросселя пошла тонкая струйка дыма. Проверка показала, что все выходные напряжения в допуске и размах пульсаций не превышает допустимый.

Через дроссель проходит ток всех питающих компьютер напряжений и очевидно, что произошло нарушение изоляции проводов обмоток вследствие чего, они закоротили между собой.

Обмотки можно перемотать на этот же сердечник, но в результате сильного нагрева магнитодиэлектрик сердечника может потерять добротность, в результате из-за больших токов Фуко будет нагреваться даже при целых обмотках. Поэтому рекомендую установить новый дроссель. Если аналога нет, то нужно посчитать витки обмоток, сматывая их на сгоревшем дросселе, и намотать изолированным проводом такого же сечения на новом сердечнике. При этом нужно соблюдать направление обмоток.

Проверка других элементов БП

Резисторы и простые конденсаторы не должны иметь потемнений и нагаров. Корпуса полупроводниковых приборов должны быть целыми, без сколов и трещин. При самостоятельном ремонте целесообразно выполнить замену только элементов, отображенных на структурной схеме. Если потемнела краска на резисторе, или развалился транзистор, то менять их бессмысленно, так как, скорее всего это следствие выхода из строя других элементов, которые без приборов не обнаружить. Потемневший корпус резистора не всегда свидетельствует о его неисправности. Вполне возможно просто потемнела только краска, а сопротивление резистора в норме.


Павел 02.07.2017

Здравствуйте.
У меня такой вопрос. Я заменил в блоке питания компьютера (Hiper 630Вт) электролитические конденсаторы, но не уверен, что всё правильно сделал в плане выбора конденсаторов.
Пару лет назад в нём вздулся один конденсатор и засвистел (издавал писк при включении ПК). Я заменил его на точно такой же, и по напряжению, и по ёмкости, и по градусам, а именно [10V 2200µF 105°С].
Спустя примерно 2 года заменённый мной конденсатор опять вышел из строя. ПК перестал запускаться, в Б/П появились щелчки при включении.
Разобрав Б/П я увидел, что опять вздулся замененный мной конденсатор и ещё один поменьше на [10V 1000µF 105С°] , расположенный рядом. Я их оба заменил на такие: [10V 3300µF 105°], взяв со старой ненужной донорской материнки. После процедуры замены Б/П сразу же заработал, всё пока что нормально.
В момент написания письма ПК работает на этом самом Б/П, но меня всё же беспокоит следующее:
— нормально такое увеличение ёмкости (более чем на 20%) сразу на двух конденсаторах, или посоветуете перепаять на такие же значения, как были с завода, и опять быть готовым к планируемой поломке?
— или переделать наоборот: купить конденсаторы с более высоким напряжением, а ёмкость оставить 2200 µF? Я в интернете искал по этому вопросу, и люди делятся 50/50. Кто-то говорит увеличивать ёмкость можно, а напряжение нельзя, кто-то говорит наоборот. Также советы меняются в зависимости от того, где именно перегорели конденсаторы: на материнской плате, в цепи питания процессора, либо в блоке питания ПК. Я уже не знаю кого слушать… Где правда? Заранее спасибо.
С уважением, Павел.

Александр

Здравствуйте, Павел.
При замене фильтрующих конденсаторов в любых блоках питания и материнских платах нужно руководствоваться тремя правилами:
– чем емкость больше, тем лучше будет фильтрация питающего напряжения;
– чем рабочее напряжение конденсатора выше, тем надежнее;
– чем рабочая температура конденсатора выше, тем надежнее.
Таким образом для Вашего случая лучше установить конденсатор такой же емкости, но рассчитанный на большее напряжение. Как раз конденсаторы и вспучивается из-за пробоя изоляции между его обкладками внутри. А если позволяет место, то и на большую емкость.
Дело в том, что со временем емкость электролитических конденсаторов уменьшается и как раз запас по емкости обеспечит стабильную работу на более длительный срок службы изделия в целом.
Я, например, на материнках и блоках питания при замене конденсаторов всегда устанавливаю вместо 6,3 В на 10 или 15 В, а если позволяет место, то и на большую емкость. Притом ограничений нет, можно вместо 1000 µF установить даже 4000 µF, будет только лучше.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ КОМПЬЮТЕРА

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ИМПУЛЬСНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ
КОМПЬЮТЕРА

СТАТЬЯ ПОДГОТОВЛЕНА НА ОСНОВЕ КНИГИ А. В. ГОЛОВКОВА и В. Б ЛЮБИЦКОГО «БЛОКИ ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМНЫХ МОДУЛЕЙ ТИПА IBM PC-XT/AT» ИЗДАТЕЛЬСТВА «ЛАД и Н»

ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ОДНОГО ИЗ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

   Подводя итог всему сказанному, для полноты картины приведем в качества примера полное описание принципиальной схемы для одного из 200-ваттных импульсных блоков питания (производство Тайвань PS6220C) (рис. 56).
    Переменное напряжение сети подается через сетевой выключатель PWR SW через сетевой предохранитель F101 4А, помехоподавляющие фильтры, образованные элементами С101, R101, L101, С104, С103, С102 и дроссели И 02, L103 на:
    • выходной трехконтактный разъем, к которому может подстыковываться кабель питания дисплея;
    • двухконтактный разъем JP1, ответная часть которого находится на плате.
    С разъема JP1 переменное напряжение сети поступает на:
    • мостовую схему выпрямления BR1 через терморезистор THR1;
    • первичную обмотку пускового трансформатора Т1.

 

Рисунок 56. Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания ИБП PS-6220C

    На выходе выпрямителя BR1 включены сглаживающие емкости фильтра С1, С2. Терморезистор THR ограничивает начальный бросок зарядного тока этих конденсаторов. Переключатель 115V/230V SW обеспечивает возможность питания импульсного блока питания как от сети 220-240В, так и от сети 110/127 В.
    Высокооомные резисторы R1, R2, шунтирующие конденсаторы С1, С2 являются симметрирующими (выравнивают напряжения на С1 и С2), а также обеспечивают разрядку этих конденсаторов после выключения импульсного блока питания из сети. Результатом работы входных цепей является появление на шине выпрямленного напряжения сети постоянного напряжения Uep, равного +310В, с некоторыми пульсациями. В данном импульсном блоке питания используется схема запуска с принудительным (внешним) возбуждением, которая реализована на специальном пусковом трансформаторе Т1, на вторичной обмотке которого после включения блока питания в сеть появляется переменное напряжение с частотой питающей сети. Это напряжение выпрямляется диодами D25, D26, которые образуют со вторичной обмоткой Т1 двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. СЗО — сглаживающая емкость фильтра, на которой образуется постоянное напряжение, используемое для питания управляющей микросхемы U4.
    В качестве управляющей микросхемы в данном импульсном блоке питания традиционно используется ИМС TL494.
    Питающее напряжение с конденсатора СЗО подается на вывод 12 U4. В результате на выводе 14 U4 появляется выходное напряжение внутреннего опорного источника Uref=-5B, запускается внутренний генератор пилообразного напряжения микросхемы, а на выводах 8 и 11 появляются управляющие напряжения, которые представляют собой последовательности прямоугольных импульсов с отрицательными передними фронтами, сдвинутые друг относительно друга на половину периода. Элементы С29, R50, подключенные к выводам 5 и 6 микросхемы U4 определяют частоту пилообразного напряжения, вырабатываемого внутренним генератором микросхемы.
    Согласующий каскад в данном импульсном блоке питания выполнен по бестранзисторной схеме с раздельным управлением. Напряжение питания с конденсатора СЗО подается в средние точки первичных обмоток управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Выходные транзисторы ИМС U4 выполняют функции транзисторов согласующего каскада и включены по схеме с ОЭ. Эмиттеры обоих транзисторов (выводы 9 и 10 микросхемы) подключены к «корпусу». Коллекторными нагрузками этих транзисторов являются первичные полуобмотки управляющих трансформаторов Т2, ТЗ, подключенные к выводам 8, 11 микросхемы U4 (открытые коллекторы выходных транзисторов). Другие половины первичных обмоток Т2, ТЗ с подключенными к ним диодами D22, D23 образуют цепи размагничивания сердечников этих трансформаторов.
    Трансформаторы Т2, ТЗ управляют мощными транзисторами полумостового инвертора.
    Переключения выходных транзисторов микросхемы вызывают появление импульсных управляющих ЭДС на вторичных обмотках управляющих трансформаторов Т2, ТЗ. Под действием этих ЭДС силовые транзисторы Q1, Q2 попеременно открываются с регулируемыми паузами («мертвыми зонами»). Поэтому через первичную обмотку силового импульсного трансформатора Т5 протекает переменный ток в виде пилообразных токовых импульсов. Это объясняется тем, что первичная обмотка Т5 включена в диагональ электрического моста, одно плечо которого образовано транзисторами Q1, Q2, а другое — конденсаторами С1, С2. Поэтому при открывании какого-либо из транзисторов Q1, Q2 первичная обмотка Т5 оказывается подключена к одному из конденсаторов С1 или С2, что и обуславливает протекание через нее тока в течение всего времени, пока открыт транзистор.
    Демпферные диоды D1, D2 обеспечивают возврат энергии, запасенной в индуктивности рассеяния первичной обмотки Т5 за время закрытого состояния транзисторов Q1, Q2 обратно в источник (рекуперация).
    Цепочка С4, R7, шунтирующая первичную обмотку Т5, способствует подавлению высокочастотных паразитных колебательных процессов, которые возникают в контуре, образованном индуктивностью первичной обмотки Т5 и ее меж-витковой емкостью, при закрываниях транзисторов Q1, Q2, когда ток через первичную обмотку резко прекращается.
    Конденсатор СЗ, включенный последовательно с первичной обмоткой Т5, ликвидирует постоянную составляющую тока через первичную обмотку Т5, исключая тем самым нежелательное подмагничивание его сердечника.
    Резисторы R3, R4 и R5, R6 образуют базовые делители для мощных транзисторов Q1, Q2 соответственно и обеспечивают оптимальный режим их переключения с точки зрения динамических потерь мощности на этих транзисторах.
    Протекание переменного тока через первичную обмотку Т5 обуславливает наличие знакопеременных прямоугольных импульсных ЭДС на вторичных обмотках этого трансформатора.
    Силовой трансформатор Т5 имеет три вторичные обмотки, каждая из которых имеет вывод от средней точки.
    Обмотка IV обеспечивает получение выходного напряжения +5В. Диодная сборка SD2 (полумост) образует с обмоткой IV двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой (средняя точка обмотки IV заземлена).
    Элементы L2, СЮ, С11, С12 образуют сглаживающий фильтр в канале +5В.
    Для подавления паразитных высокочастотных колебательных процессов, возникающих при коммутациях диодов сборки SD2, эти диоды за-шунтированы успокаивающими RC-цепочками С8, R10nC9, R11.
    Диоды сборки SD2 представляют собой диоды с барьером Шоттки, чем достигается необходимое быстродействие и повышается КПД выпрямителя.
    Обмотка III совместно с обмоткой IV обеспечивает получение выходного напряжения +12В вместе с диодной сборкой (полумостом) SD1. Эта сборка образует с обмоткой III двухполупериодную схему выпрямления со средней точкой. Однако средняя точка обмотки III не заземлена, а подключена к шине выходного напряжения +5В. Это даст возможность использовать диоды Шоттки в канале выработки +12В, т.к. обратное напряжение, прикладываемое к диодам выпрямителя при таком включении, уменьшается до допустимого для диодов Шоттки уровня.
    Элементы L1, С6, С7 образуют сглаживающий фильтр в канале +12В.
    Резисторы R9, R12 предназначены для ускорения разрядки выходных конденсаторов шин +5В и +12В после выключения ИБП из сети.
    RC-цепочка С5, R8 предназначена для подавления колебательных процессов, возникающих в паразитном контуре, образованном индуктивностью обмотки III и ее межвитковой емкостью.
    Обмотка И с пятью отводами обеспечивает получение отрицательных выходных напряжений -5В и-12В.
    Два дискретных диода D3, D4 образуют полумост двухполупериодного выпрямления в канале выработки -12В, а диоды D5, D6 — в канале -5В.
    Элементы L3, С14 и L2, С12 образуют сглаживающие фильтры для этих каналов.
    Обмотка II, также как и обмотка III, зашунтиро-вана успокоительной RC-цепочкой R13, С13.
    Средняя точка обмотки II заземлена.
    Стабилизация выходных напряжений осуществляются разными способами в разных каналах.
    Отрицательные выходные напряжения -5В и -12В стабилизируются при помощи линейных интегральных трехвыводных стабилизаторов U4 (типа 7905) и U2 (типа 7912).
    Для этого на входы этих стабилизаторов подаются выходные напряжения выпрямителей с конденсаторов С14, С15. На выходных конденсаторах С16, С17 получаются стабилизированные выходные напряжения -12В и -5В.
    Диоды D7, D9 обеспечивают разрядку выходных конденсаторов С16, С17 через резисторы R14, R15 после выключения импульсного блока питания из сети. Иначе эти конденсаторы разряжались бы через схему стабилизаторов, что нежелательно.
    Через резисторы R14, R15 разряжаются и конденсаторы С14, С15.
    Диоды D5, D10 выполняют защитную функцию в случае пробоя выпрямительных диодов.
    Если хотя бы один из этих диодов (D3, D4, D5 или D6) окажется «пробитым», то в отсутствие диодов D5, D10 ко входу интегрального стабилизатора U1 (или U2) прикладывалось бы положительное импульсное напряжение, а через электролитические конденсаторы С14 или С15 протекал бы переменный ток, что привело бы к выходу их из строя.
    Наличие диодов D5, D10 в этом случае устраняет возможность возникновения такой ситуации, т.к. ток замыкается через них.
    Например, в случае, если «пробит» диод D3, положительная часть периода, когда D3 должен быть закрыт, ток замкнется по цепи: к-а D3 — L3 -D7- D5- «корпус».
    Стабилизация выходного напряжения +5В осуществляется методом ШИМ. Для этого к шине выходного напряжения +5В подключен измерительный резистивный делитель R51, R52. Сигнал, пропорциональный уровню выходного напряжения в канале +5В, снимается с резистора R51 и подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA3 (вывод 1 управляющей микросхемы). На прямой вход этого усилителя (вывод 2) подается опорный уровень напряжения, снимаемый с резистора R48, входящего в делитель VR1, R49, R48, который подключен к выходу внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B. При изменениях уровня напряжения на шине +5В под воздействием различных дестабилизирующих факторов происходит изменение величины рассогласования (ошибки) между опорным и контролируемым уровнями напряжения на входах усилителя ошибки DA3. В результате ширина (длительность) управляющих импульсов на выводах 8 и 11 микросхемы U4 изменяется таким образом, чтобы вернуть отклонившееся выходное напряжение +5В к номинальному значению (при уменьшении напряжения на шине +5В ширина управляющих импульсов увеличивается, а при увеличении этого напряжения -уменьшается).
    Устойчивая (без возникновения паразитной генерации) работа всей петли регулирования обеспечивается за счет цепочки частотно-зависимой отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель ошибки DA3. Эта цепочка включается между выводами 3 и 2 управляющей микросхемы U4 (R47, С27).
    Выходное напряжение +12В в данном ИБП не стабилизируется.
    Регулировка уровня выходных напряжений в данном ИБП производится только для каналов +5В и +12В. Эта регулировка осуществляется за счет изменения уровня опорного напряжения на прямом входе усилителя ошибки DA3 при помощи подстроечного резистора VR1.
    При изменении положения движка VR1 в процессе настройки ИБП будет изменяться в некоторых пределах уровень напряжения на шине +5В, а значит и на шине +12В, т.к. напряжение с шины +5В подается в среднюю точку обмотки III.
    Комбинированная зашита данного ИБП включает в себя:
    • ограничивающую схему контроля ширины управляющих импульсов;
    • полную схему защиты от КЗ в нагрузках;
    • неполную схему контроля выходного перенапряжения (только на шине +5В).
    Рассмотрим каждую из этих схем.
    Ограничивающая схема контроля использует в качестве датчика трансформатор тока Т4, первичная обмотка которого включена последовательно с первичной обмоткой силового импульсного трансформатора Т5.
    Резистор R42 является нагрузкой вторичной обмотки Т4, а диоды D20, D21 образуют двухпо-лупериодную схему выпрямления знакопеременного импульсного напряжения, снимаемого с нагрузки R42.
    Резисторы R59, R51 образуют делитель. Часть напряжения сглаживается конденсатором С25. Уровень напряжения на этом конденсаторе пропорционально зависит от ширины управляющих импульсов на базах силовых транзисторов Q1, Q2. Этот уровень через резистор R44 подается на инвертирующий вход усилителя ошибки DA4 (вывод 15 микросхемы U4). Прямой вход этого усилителя (вывод 16) заземлен. Диоды D20, D21 включены так, что конденсатор С25 при протекании тока через эти диоды заряжается до отрицательного (относительно общего провода) напряжения.
    В нормальном режиме работы, когда ширина управляющих импульсов не выходит за допустимые пределы, потенциал вывода 15 положителен, благодаря связи этого вывода через резистор R45 с шиной Uref. При чрезмерном увеличении ширины управляющих импульсов по какой-либо причине, отрицательное напряжение на конденсаторе С25 возрастает, и потенциал вывода 15 становится отрицательным. Это приводит к появлению выходного напряжения усилителя ошибки DA4, которое до этого было равно 0В. Дальнейший рост ширины управляющих импульсов приводит к тому, что управление переключениями ШИМ-ком-паратора DA2 передается к усилителю DA4, и последующего за этим увеличения ширины управляющих импульсов уже не происходит (режим ограничения), т.к. ширина этих импульсов перестает зависеть от уровня сигнала обратной связи на прямом входе усилителя ошибки DA3.
    Схема защиты от КЗ в нагрузках условно может быть разделена на защиту каналов выработки положительных напряжений и защиту каналов выработки отрицательных напряжений, которые схемотехнически реализованы примерно одинаково.
    Датчиком схемы защиты от КЗ в нагрузках каналов выработки положительных напряжений (+5В и +12В) является диодно-резистивный делитель D11, R17, подключенный между выходными шинами этих каналов. Уровень напряжения на аноде диода D11 является контролируемым сигналом. В нормальном режиме работы, когда напряжения на выходных шинах каналов +5В и +12В имеют номинальные величины, потенциал анода диода D11 составляет около +5,8В, т.к. через делитель-датчик протекает ток с шины +12В на шину +5В по цепи: шина +12В — R17- D11 — шина +56.
    Контролируемый сигнал с анода D11 подается на резистивный делитель R18, R19. Часть этого напряжения снимается с резистора R19 и подается на прямой вход компаратора 1 микросхемы U3 типа LM339N. На инвертирующий вход этого компаратора подается опорный уровень напряжения с резистора R27 делителя R26, R27, подключенного к выходу опорного источника Uref=+5B управляющей микросхемы U4. Опорный уровень выбран таким, чтобы при нормальном режиме работы потенциал прямого входа компаратора 1 превышал бы потенциал инверсного входа. Тогда выходной транзистор компаратора 1 закрыт, и схема ИБП нормально функционирует в режиме ШИМ.
    В случае КЗ в нагрузке канала +12В, например, потенциал анода диода D11 становится равным 0В, поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 1 станет выше, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора откроется. Это вызовет закрывание транзистора Q4, который нормально открыт током базы, протекающим по цепи: шина Upom — R39 — R36 -б-э Q4 — «корпус».
    Открывание выходного транзистора компаратора 1 подключает резистор R39 к «корпусу», и поэтому транзистор Q4 пассивно закрывается нулевым смещением. Закрывание транзистора Q4 влечет за собой зарядку конденсатора С22, который выполняет функцию звена задержки срабатывания защиты. Задержка необходима из тех соображений, что в процессе выхода ИБП на режим, выходные напряжения на шинах +5В и +12В появляются не сразу, а по мере зарядки выходных конденсаторов большой емкости. Опорное же напряжение от источника Uref, напротив, появляется практически сразу же после включения ИБП в сеть. Поэтому в пусковом режиме компаратор 1 переключается, его выходной транзистор открывается, и если бы задерживающий конденсатор С22 отсутствовал, то это привело бы к срабатыванию защиты сразу при включении ИБП в сеть. Однако в схему включен С22, и срабатывание защиты происходит лишь после того как напряжение на нем достигнет уровня, определяемого номиналами резисторов R37, R58 делителя, подключенного к шине Upom и являющегося базовым для транзистора Q5. Когда это произойдет, транзистор Q5 открывается, и резистор R30 оказывается подключен через малое внутреннее сопротивление этого транзистора к «корпусу». Поэтому появляется путь для протекания тока базы транзистора Q6 по цепи: Uref — э-6 Q6 — R30 — к-э Q5 -«корпус».
    Транзистор Q6 открывается этим током до насыщения, в результате чего напряжение Uref=5B, которым запитан по эмиттеру транзистор Q6, оказывается приложенным через его малое внутреннее сопротивление к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Это, как было показано ранее, ведет к останову работы цифрового тракта микросхемы, пропаданию выходных управляющих импульсов и прекращению переключении силовых транзисторов Q1, Q2, т.е. к защитному отключению. КЗ в нагрузке канала +5В приведет к тому, что потенциал анода диода D11 будет составлять всего около +0.8В. Поэтому выходной транзистор компаратора (1) окажется открыт, и произойдет защитное отключение.
    Аналогичным образом построена защита от КЗ в нагрузках каналов выработки отрицательных напряжений (-5В и -12В) на компараторе 2 микросхемы U3. Элементы D12, R20 образуют диодно-резистивный делитель-датчик, подключаемый между выходными шинами каналов выработки отрицательных напряжений. Контролируемым сигналом является потенциал катода диода D12. При КЗ в нагрузке канала -5В или -12В, потенциал катода D12 повышается (от -5,8 до 0В при КЗ в нагрузке канала -12В и до -0,8В при КЗ в нагрузке канала -5В). В любом из этих случаев открывается нормально закрытый выходной транзистор компаратора 2, что и обуславливает срабатывание защиты по приведенному выше механизму. При этом опорный уровень с резистора R27 подается на прямой вход компаратора 2, а потенциал инвертирующего входа определяется номиналами резисторов R22, R21. Эти резисторы образуют двуполярно запитанный делитель (резистор R22 подключен к шине Uref=+5B, а резистор R21 — к катоду диода D12, потенциал которого в нормальном режиме работы ИБП, как уже отмечалось, составляет -5,8В). Поэтому потенциал инвертирующего входа компаратора 2 в нормальном режиме работы поддерживается меньшим, чем потенциал прямого входа, и выходной транзистор компаратора будет закрыт.
    Защита от выходного перенапряжения на шине +5В реализована на элементах ZD1, D19, R38, С23. Стабилитрон ZD1 (с пробивным напряжением 5,1В) подключается к шине выходного напряжения +5В. Поэтому, пока напряжение на этой шине не превышает +5,1 В, стабилитрон закрыт, а также закрыт транзистор Q5. В случае увеличения напряжения на шине +5В выше +5,1В стабилитрон «пробивается», и в базу транзистора Q5 течет отпирающий ток, что приводит к открыванию транзистора Q6 и появлению напряжения Uref=+5B на выводе 4 управляющей микросхемы U4, т.е. к защитному отключению. Резистор R38 является балластным для стабилитрона ZD1. Конденсатор С23 предотвращает срабатывание защиты при случайных кратковременных выбросах напряжения на шине +5В (например, в результате установления напряжения после скачкообразного уменьшения тока нагрузки). Диод D19 является развязывающим.
    Схема образования сигнала PG в данном импульсном блоке питания является двухфункциональной и собрана на компараторах (3) и (4) микросхемы U3 и транзисторе Q3.
    Схема построена на принципе контроля наличия переменного низкочастотного напряжения на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1, которое действует на этой обмотке лишь при наличии питающего напряжения на первичной обмотке Т1, т.е. пока импульсный блок питания включен в питающую сеть.
    Практически сразу после включения ИБП в питающую сеть появляется вспомогательное напряжение Upom на конденсаторе СЗО, которым запитывается управляющая микросхема U4 и вспомогательная микросхема U3. Кроме того, переменное напряжение со вторичной обмотки пускового трансформатора Т1 через диод D13 и то-коограничивающий резистор R23 заряжает конденсатор С19. Напряжением с С19 запитывается резистивный делитель R24, R25. С резистора R25 часть этого напряжения подается на прямой вход компаратора 3, что приводит к закрыванию его выходного транзистора. Появляющееся сразу вслед за этим выходное напряжение внутреннего опорного источника микросхемы U4 Uref=+5B за-питывает делитель R26, R27. Поэтому на инвертирующий вход компаратора 3 подается опорный уровень с резистора R27. Однако этот уровень выбран меньшим, чем уровень на прямом входе, и поэтому выходной транзистор компаратора 3 остается в закрытом состоянии. Поэтому начинается процесс зарядки задерживающей емкости С20 по цепи: Upom — R39 — R30 — С20 — «корпус».
    Растущее по мере зарядки конденсатора С20 напряжение подается на инверсный вход 4 микросхемы U3. На прямой вход этого компаратора подается напряжение с резистора R32 делителя R31, R32, подключенного к шине Upom. Пока напряжение на заряжающемся конденсаторе С20 не превышает напряжения на резисторе R32, выходной транзистор компаратора 4 закрыт. Поэтому в базу транзистора Q3 протекает открывающий ток по цепи: Upom — R33 — R34 — 6-э Q3 — «корпус».
    Транзистор Q3 открыт до насыщения, а сигнал PG, снимаемый с его коллектора, имеет пассивный низкий уровень и запрещает запуск процессора. За это время, в течение которого уровень напряжения на конденсаторе С20 достигает уровня на резисторе R32, импульсный блок питания успевает надежно выйти в номинальный режим работы, т.е. все его выходные напряжения появляются в полном объеме.
    Как только напряжение на С20 превысит напряжение, снимаемое с R32, компаратор 4 переключится, него выход ной транзистор откроется.
    Это повлечет за собой закрывание транзистора Q3, и сигнал PG, снимаемый с его коллекторной нагрузки R35, становится активным (Н-уровня) и разрешает запуск процессора.
    При выключении импульсного блока питания из сети на вторичной обмотке пускового трансформатора Т1 переменное напряжение исчезает. Поэтому напряжение на конденсаторе С19 быстро уменьшается из-за малой емкости последнего (1 мкф). Как только падение напряжения на резисторе R25 станет меньше, чем на резисторе R27, компаратор 3 переключится, и его выходной транзистор откроется. Это повлечет за собой защитное отключение выходных напряжений управляющей микросхемы U4, т.к. откроется транзистор Q4. Кроме того, через открытый выходной транзистор компаратора 3 начнется процесс ускоренной разрядки конденсатора С20 по цепи: (+)С20 — R61 — D14 — к-э выходного транзистора компаратора 3 — «корпус».
    Как только уровень напряжения на С20 станет меньше, чем уровень напряжения на R32, компаратор 4 переключится, и его выходной транзистор закроется. Это повлечет за собой открывание транзистора Q3 и переход сигнала PG в неактивный низкий уровень до того, как начнут недопустимо уменьшаться напряжения на выходных шинах ИБП. Это приведет к инициализации сигнала системного сброса компьютера и к исходному состоянию всей цифровой части компьютера.
    Оба компаратора 3 и 4 схемы выработки сигнала PG охвачены положительными обратными связями с помощью резисторов R28 и R60 соответственно, что ускоряет их переключение.
    Плавный выход на режим в данном ИБП традиционно обеспечивается при помощи формирующей цепочки С24, R41, подключенной к выводу 4 управляющей микросхемы U4. Остаточное напряжение на выводе 4, определяющее максимально возможную длительность выходных импульсов, задается делителем R49, R41.
    Питание двигателя вентилятора осуществляется напряжением с конденсатора С14 в канале выработки напряжения -12В через дополнительный развязывающий Г-образный фильтр R16, С15.

Транзисторы, используемый в компьютерных импульсных блоках питания

Тип транзистора

IK max, А

Ur max
(Uкэ0 max, B

Uкб0 max, В

Pк max, Вт

Tmax,°C

h21э

Режим измерения

Iкб0,мкА

fгр, МГц

CK,пФ

tсп,мкс

Корпус

Uкэ, В

Iк, A

2SC3320

15

400

600

100

>10

6

5

0-15

ТО-247

2SC3042

12

(400)

500

2,5

140

15-50

5

0.8

10

20

ТО-218

2SC2625

10

400

650

100

>10

2

5

20

1

ТО-247

2SC3318

10

400

600

100

>10

2

5

0.15

ТО-247

2SC3306

10

400

530

100

140

>10

5

5

0,1

1

ТО-247

MJE16080

8

400

800

100

140

15-25

4

2500

20

ТО-220АВ

2N6929

8

350

550

100

175

10-35

8

3

100

20

ТО-220АВ

2SC3040

8

(400)

500

2.5

140

15-50

5

0.8

10

20

ТО-218

2N6928

8

300

450

100

175

10-35

8

3

100

25

ТО-220АВ

2SC3636

7

500

900

80

150

>8

0,8

5

10

0.2

SOT-93 (ТО-218)

2SC3039

7

(400)

500

1,7

140

15-50

5

0,8

10

20

ТО-220

2SC3039L

7

(400)

500

1.7

140

15-30

5

0.8

10

20

ТО-220

2SC3039M

7

(400)

500

1.6

140

20-30

5

0,8

10

20

ТО-220

2SC3039N

7

(400)

500

1,7

145

30-50

5

0,8

10

20

ТО-220

2SC3039

7

(400)

500

1.7

140

15-50

5

0,8

10

20

ТО-220

2SC3039L

7

(400)

500

1.7

140

15-30

5

0,8

10

20

ТО-220

2SC2536

7

400

500

80

140

>20

0,1

5

100

1

SOT-93 (ТО-218)

2SC4242

7

400

450

60

210

40

5

30

1

ТО-220АВ

2SC2305

7

400

400

80

140

>10

5

4

10

SOT-93 (ТО-218)

2SC3044A

6

450

450

100

175

>10

3

5

10

30

ТО-220АВ

2SC3755

5

800

1500

60

140

>8

1

5

10

0.3

SOT-93 (ТО-218)

2SD1877

4

800

1500

50

140

3.5-7

2.5

5

10

20

0.3

SOT-93 (ТО-218)

2SD1883

4

800

1500

50

140

3.5-7

2.5

5

10

20

0.3

SOT-93 (ТО-218)

2SD1876

3

800

1500

50

145

3-6

2

5

10

25

0.3

SOT-93 (ТО-218)

2SC2378

0.1

(50)

70

0.25

125

185

6

0.1

0.1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945

0.1

50

60

0,25

125

200

6

0.001

0.1

250

3,5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945RA

0.1

(50)

60

0.25

125

180

5

0,001

0.1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945R

0.1

(50)

60

0.25

125

90

6

0,0013

0.1

250

3,5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945PA

0.1

(50)

60

0,25

125

400

6

0.001

0,1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945QA

0.1

(50)

60

0.25

125

270

6

0,001

0.1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945P

0.1

(50)

60

0.25

125

200

6

0.001

0,1

250

3,5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945Q

0.1

(50)

60

0,25

125

135

6

0.001

0.1

250

3.5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945KA

0.1

(50)

60

0,25

125

600

6

0.001

0.1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945LRA

0.1

(50)

60

0,25

125

180

6

0,001

0.1

250

3

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC945K

0.1

(50)

60

0.25

125

300

6

0.001

0.1

250

3.5

ТО-92 (ТО-226АА)

КТ375А

0.1

60

60

0.2

125

10-100

2

0.002

0.4

250

5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC1222E

0,1

(50)

60

0.25

125

350

6

0,001

0,05

250

3.5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC2308

0,1

(50)

60

0.2

125

100

12

0.002

230

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC1345D

0.1

(50)

55

0.2

125

250

12

0.002

0.5

230

3.5

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC1570F

0.1

(50)

55

0.2

125

160

6

0.001

0,1

100

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC641KC

0.1

(15)

40

0.1

125

80

5

0,001

0.25

400

0.9

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC2026

0.05

(14)

30

0,25

150

80

10

0.01

0.1

1500

0.75

ТО-92 (ТО-226АА)

2SC2037

0,05

(14)

30

0.25

150

80

10

0.01

0,1

1500

0.75

ТО-92 (ТО-226АА)

 

 


Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Импульсный блок питания на отечественных деталях схема. Простые импульсные блоки питания. Принципиальные схемы импульсных блоков питания

Cамодельный импульсный источника питания своими руками.

Автор конструкции (Сергей Кузнецов его сайт — classd.fromru.com) разрабатывал этот самодельный сетевой источник питания
для запитки мощного УМЗЧ (Усилителя Мощности Звуковой Частоты). Преимущества импульсных сетевых источников питания перед обычными трансформаторными источника питания очевидны:

  • Вес получаемого изделия гораздо ниже
  • Габариты импульсного источника питания гораздо меньше.
  • КПД изделия, и соответственно тепловыделение ниже
  • Диапазон питающих напряжений (скачков напряжения в сети) при которых блок питания может стабильно работать значительно шире.

Однако, изготовление импульсного сетевого источника питания требует гораздо больше усилий и познаний, по сравнению с изготовлением обычного низкочастотного 50 Герцового блока питания. Низкочастотный блок питания состоит из сетевого трансформатора, диодного моста и сглаживающих конденсаторов фильтра, импульсный же имеет гораздо более сложную структуру.

Основной минус импульсных сетевых блоков питания — наличие высокочастотных помех, с которыми придется побороться, в случае неправильной трассировки печатной платы, либо при неправильном выборе компонентной базы. При включении ИБП, как правило, в розетке наблюдается сильная искра. Это обуславливается большим пиковым током запуска блока питания, в виду заряда конденсаторов входного фильтра. Для исключения таких всплесков тока, разработчики проектируют различные системы «мягкого старта» которые в первой фазе работы заряжают малым током конденсаторы фильтра, а при окончании заряда организуют подачу уже полного напряжения сети на ИБП. В данном случае применен упрощенный вариант такой системы, представляющий собой последовательно соединенный резистор и термистор, ограничивающие ток заряда конденсаторов.

В основе схемы лежит шим-контроллер IR2153 в стандартной схеме включения. Полевые транзисторы IRFI840GLC можно заменить на IRFIBC30G, другие транзисторы автор ставить не рекомендует, так как это повлечет необходимость уменьшения номиналов R2, R3 и соответственно к росту выделяемого тепла. Напряжение на шим-контроллере должно быть не ниже 10 Вольт. Желательна работа микросхемы от напряжения 11-14 Вольт. Компоненты L1 C13 R8 улучшают режим функционирования транзисторов.

Дроссели, стоящие по выходу источника питания 10мкг намотаны проводом 1мм на ферритовых гантелях с магнитной проницаемостью 600НН. Можно мотать на стержнях от старых приёмников, хватит витков 10-15. Конденсаторы в источнике питания необходимо применять низкоимпендансные, с целью снижения ВЧ шумов.


Трансформатор был рассчитан при помощи программы Transformer 2. Индукцию нужно выбирать как можно меньше, лучше не более 0.25. Частоту в районе 40-80к. Автор не рекомендует применение колец отечественного производства, в виду не идентичности параметров феррита и значительных потерь в трансформаторе. Печатная плата проектировалась под трансформатор типоразмера 30х19х20. При наладке источника питания запрещено соединять землю осциллографа в точку соединения транзисторов. Первый запуск блока питания желательно произвести при последовательно подключенной с источником лампе на 220в мощностью 25-40W, при этом нельзя сильно нагружать ИБП. Печатную плату блока в формате LAY можно скачать или

Сделал еще и инвертор, чтобы можно было питать от 12 В, то есть автомобильный вариант. После того как все сделал в плане УНЧ, был поставлен вопрос: чем теперь его питать? Даже для тех же тестов, или чтобы просто послушать? Думал обойдется все АТХ БП, но при попытке «навалить», БП надежно уходит в защиту, а переделывать как-то не очень хочется… И тут осенила мысль сделать свой, без всяких «прибамбасов» БП (кроме защиты разумеется). Начал с поиска схем, присматривался к относительно не сложным для меня схем. В итоге остановился на этой:

Нагрузку держит отлично, но замена некоторых деталей на более мощные позволит выжать из неё 400 Вт и более. Микросхема IR2153 — самотактируемый драйвер, который разрабатывался специально для работы в балластах энергосберегающих ламп. Она имеет очень малое потребление тока и может питаться через ограничительный резистор.

Сборка устройства

Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с ПП .

Сначала прикупил некоторые отсутствующие детали (транзисторы, ирка, и мощные резисторы).

Кстати, сетевой фильтр полностью снял с БП от проигрывателя дисков:

Теперь самое интересное в ИИП — трансформатор, хотя ничего сложного тут нету, просто надо понять, как его правильно мотать, и всего то. Для начала нужно знать, чего и сколько наматывать, для этого есть множество программ, однако самая распространённая и пользующаяся популярностью у радиолюбителей это — ExcellentIT . В ней мы и будем рассчитывать наш трансформатор.

Как видим, получилось у нас 49 витков первичная обмотка, и две обмотки по 6 витков (вторичная). Будем мотать!

Изготовление трансформатора

Так как у нас кольцо, скорее всего грани его будут под углом 90 градусов, и если провод мотать прямо на кольцо, возможно повреждение лаковой изоляции, и как следствие межвитковое КЗ и тому подобное. Дабы исключить этот момент, грани можно аккуратно спилить напильником, или же обмотать Х/Б изолентой. После этого можно мотать первичку.

После того как намотали, еще раз заматываем изолентой кольцо с первичной обмоткой.

Затем сверху мотаем вторичную обмотку, правда тут чуть сложней.

Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6+6 витков, и 6 жил. То есть, нам нужно намотать две обмотки по 6 витков 6 жилами провода 0,63 (можно выбрать, предварительно написав в поле с желаемым диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков 6 жилами, а потом еще раз такую же. Что бы сделать этот процесс проще, можно, и даже нужно мотать в две шины (шина-6 жил одной обмотки), так мы избегаем перекоса по напряжению (хотя он может быть, но маленький, и часто не критичный).

По желанию, вторичную обмотку можно изолировать, но не обязательно. Теперь после этого припаиваем трансформатор первичной обмоткой к плате, вторичную к выпрямителю, а выпрямитель у меня использован однополярный со средней точкой.

Расход меди конечно больше, но меньше потерей (соответственно меньше нагрева), и можно использовать всего одну диодную сборку с БП АТХ отслуживший свой срок, или просто нерабочий. Первое включение обязательно проводим с включённой в разрыв питания от сети лампочкой, в моем случае просто вытащил предохранитель, и в его гнездо отлично вставляется вилка от лампы.

Если лампа вспыхнула и погасла, это нормально, так как зарядился сетевой конденсатор, но у меня данного явления не было, либо из-за термистора, или из-за того, что я временно поставил конденсатор всего на 82 мкФ, а может все месте обеспечивает плавный пуск. В итоге если никаких неполадок нету, можно включать в сеть ИИП. У меня при нагрузке 5-10 А, ниже 12 В не просаживалось, то что нужно для питания авто усилителей!

  1. Если мощность всего около 200 Вт, то резистор, задающий порог защиты R10, должен быть 0,33 Ом 5 Вт. Если он будет в обрыве, или сгорит, сгорят все транзисторы, а также микросхема.
  2. Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
  3. В данной схеме частота преобразования примерно 63 кГц, и в ходе эксплуатации, наверное, лучше для кольца марки 2000НМ, частоту уменьшить до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева — 70-75 кГц. Не стоит гнаться за большой частотой, для данной схемы, и кольца марки 2000НМ, будет оптимально 40-50 кГц. Слишком большая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительных потерях на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
  4. Если у вас на холостом ходу при правильной сборке греется трансформатор и ключи, попробуйте снизить емкость конденсатора снаббера С10 с 1 нФ до 100-220 пкФ. Ключи нужно изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП АТХ.

Вот конечные фото проекта блока питания:

Обсудить статью МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения. Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств. Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

  1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
  2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В. Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме. Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию. Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм. Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.


Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.


Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

  • Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
  • Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
  • На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
  • Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц. Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток. Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.


  • Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
  • На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

  • частотно-импульсным;
  • фазо-импульсным;
  • широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.


Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется U П пилообразной формы, поступающее на вход компаратора К ШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал U УС, поступающий с регулирующего усилителя. Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности U П (опорное напряжение) и U РС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал U УС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (U OUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала U РС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.



Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

  • Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
  • Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
  • Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
  • Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:



Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.


Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 – 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
  • Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
  • Транзистор VT1 – KT872A.
  • Стабилизатор напряжения D1 – микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
  • Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
  • Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Импульсный блок питания — это инверторная система, в которой переменное напряжение преобразовывается в постоянное, а затем из него формируются импульсы повышенной частоты. Такой прибор стоит довольно дорого и купить его могут только обеспеченные люди. Все те, кто не относится к этой категории, стараются изготовить устройство своими руками. Для этого понадобятся необходимые материалы и схема импульсного блока питания 12 В 5А.

Общие сведения

Перед тем как сделать импульсный блок питания своими руками, необходимо подробно изучить его конструктивные особенности, принцип действия, достоинства и недостатки. С помощью этой информации можно ускорить процесс создания, а также сделать устройство более качественным и долговечным.

Составные части

Чаще всего самодельный импульсный блок питания изготавливается по стандартной схеме с использованием некоторых важных элементов. Он применяется для корректировки входного напряжения при питании светодиодных ламп или других осветительных приборов. Конструкция блока включает в себя несколько составляющих:

Принцип работы

Импульсный источник питания отличается простотой своей работы. В ней без труда сможет разобраться не только специалист, но и новичок, имеющий элементарные знания в этой области. Из-за этого устройства считаются наиболее доступными и часто используются для достижения различных целей. Работают они следующим образом:

  1. Переменное входное напряжение преобразовывается в постоянное.
  2. Затем оно принимает вид прямоугольного импульса высокой частоты и подаётся на трансформатор.
  3. Там при помощи отрицательной обратной связи происходит процесс стабилизации напряжения.

Обратная связь может быть создана одним из двух способов. Оба они позволяют качественно выполнить возложенные функции и избежать появления непредвиденных ситуаций. Способы организации обратной связи:

  1. Без создания развязки (применяется резисторный делитель напряжения).
  2. С гальванической развязкой (выход обмотки трансформатора или оптрон).

Аналогично происходит процесс выдерживания выходного напряжения.

Преимущества и недостатки

Созданный своими руками импульсный БП, как и любое другое устройство, имеет несколько достоинств. Благодаря им конструкция пользуется большой популярностью и часто применяется в той или иной сфере деятельности человека. К положительным сторонам источника питания относятся следующие факторы:

Несмотря на большое количество преимуществ, у конструкции есть и несколько недостатков. Их обязательно нужно учитывать, так как они позволят избежать неисправностей и снизят риск некачественной работы устройства. Среди недостатков выделяются такие:

  1. Наличие трудностей при самостоятельной регулировке параметров прибора.
  2. Сильные импульсные помехи.
  3. Необходимость дополнения цепи компенсаторами коэффициента мощности.
  4. Сложность проведения ремонтных и профилактических работ.
  5. Низкая степень надёжности.

Изготовление своими руками

Для того чтобы устройство правильно работало и выполняло возложенные на него функции, необходимо соблюсти ряд правил. С их помощью можно добиться нужного результата и снизить вероятность возникновения ошибок.

Во время изготовления импульсного источника питания следует брать во внимание не только советы производителей деталей, но и рекомендации специалистов. Они помогут новичкам избежать большинства простых ошибок и выполнить работу за максимально короткий промежуток времени. Советы профессионалов:

  1. В большинстве случаев схема блока питания не требует наличия специальных фильтров и организации обратной связи.
  2. Из множества полевых транзисторов рекомендуется покупать детали типа IR. Они хорошо выдерживают повышенные температуры и не разрушаются под длительным воздействием тепла.
  3. Если в собранной своими руками конструкции транзисторы будут сильно нагреваться в процессе работы, то следует установить дополнительное охлаждающее устройство (вентилятор).

Необходимые материалы и инструменты

Перед тем как приступить к изготовлению устройства, нужно подготовить все необходимые материалы и инструменты. Благодаря этому можно будет не отвлекаться во время работы, чтобы найти тот или иной предмет. В процессе создания прибора понадобятся:

Помимо составляющих частей конструкции необходимо подготовить различные инструменты. С их помощью будет выполняться сборка устройства, поэтому они должны быть качественными и удобными для использования.

Необходимые инструменты:

  • плоскогубцы;
  • отвёртки разного размера;
  • пинцет;
  • паяльное оборудование;
  • расходные материалы для пайки.

Процесс сборки

После того как все подготовительные мероприятия были завершены, можно приступать к сборке устройства своими руками. Схема импульсных источников питания составляется заранее. Эту работу можно выполнять самостоятельно или с помощью специалиста.

Первый вариант значительно дешевле, но требует от мастера наличия знаний в области электроники и больших временных затрат.

Пошаговая инструкция:

Тестирование устройства

Для того чтобы проверить собранный импульсный источник энергии на работоспособность, необходимо выполнить несколько простых действий. Они помогут выявить различные проблемы и ошибки, допущенные в процессе сборки. Порядок действий:

  1. Выполняется первое кратковременное включение устройства в цепь.
  2. Если всё правильно сделано, то должна загореться лампочка, сигнализирующая о подаче питания к прибору.
  3. Затем следует оставить блок питания в рабочем состоянии на несколько минут.
  4. По истечении этого времени необходимо отключить устройство и проверить температуру всех его деталей. Нагрев одного или нескольких элементов будет свидетельствовать о допущенной ошибке в процессе сборки.
  5. При втором пуске определяется величина напряжения. Выполнить эту операцию можно при помощи специального тестера.
  6. Работающий блок питания оставляется примерно на 1 час.
  7. По прошествии указанного промежутка времени элементы проверяются на степень нагрева.
  8. Если ни один из элементов не стал горячим, то все они проверяются на наличие высокого тока после отключения питания.

Техника безопасности

Во время эксплуатации импульсного блока необходимо придерживаться простых правил безопасности. Они помогут избежать травм разной степени тяжести и снизить вероятность возникновения аварийной ситуации. Основные меры предосторожности:

Импульсный источник энергии — это полезное и нужное устройство, которое можно не только купить в готовом виде, но и изготовить своими руками. Второй вариант более популярный, так как он позволяет получить качественный прибор с минимальными финансовыми и временными затратами.

При соблюдении советов профессионалов и правил техники безопасности можно значительно снизить риск получения травмы и избежать аварийных ситуаций.

!
В данной статье мы вместе с Романом (автором YouTube канала «Open Frime TV») соберем универсальный блок питания на микросхеме IR2153. Это некий «франкенштейн», который содержит в себе лучшие качества из разных схем.

В интернете полно схем блоков питания на микросхеме IR2153. Каждая из них имеет некие положительные особенности, но вот универсальной схемы автор еще не встречал. Поэтому было принято решение создать такую схему и показать ее вам. Думаю, можно сразу к ней перейти. Итак, давайте разбираться.


Первое, что бросается в глаза, это использование двух высоковольтных конденсаторов вместо одного на 400В. Таким образом мы убиваем двух зайцев. Эти конденсаторы можно достать из старых блоков питания от компьютера, не тратя на них деньги. Автор специально сделал несколько отверстий в плате под разные размеры конденсаторов.


Если же блока нету в наличии, то цены на пару таких конденсаторов ниже чем на один высоковольтный. Емкость конденсаторов одинакова и должна быть из расчета 1 мкФ на 1 Вт выходной мощности. Это означает, что для 300 Вт выходной мощности вам потребуется пара конденсаторов по 330 мкФ каждый.


Также, если использовать такую топологию, отпадает потребность во втором конденсаторе развязки, что экономит нам место. И это еще не все. Напряжение конденсатора развязки уже должно быть не 600 В, а всего лишь 250В. Сейчас вы можете видеть размеры конденсаторов на 250В и на 600В.


Следующая особенность схемы, это запитка для IR2153. Все кто строил блоки на ней сталкивались нереальным нагревом питающих резисторов.


Даже если их ставить от переменки, количество тепла выделяется очень много. Тут же применено гениальное решение, использование вместо резистора конденсатор, а это нам дает то, что нагрев элемента по питанию отсутствует.


Такое решение автор данной самоделки увидел у Юрия, автора YouTube канала «Red Shade». Также плата оснащена защитой, но в первоначальном варианте схемы ее не было.


Но после тестов на макете выяснилось, что для установки трансформатора слишком мало места и поэтому схему пришлось увеличить на 1 см, это дало лишнее пространство, на которое автор установил защиту. Если она не нужна, то можно просто поставить перемычки вместо шунта и не устанавливать компоненты, отмеченные красным цветом.


Ток защиты регулируется с помощью вот этого подстроечного резистора:


Номиналы резисторов шунта изменяетюся в зависимости от максимальной выходной мощности. Чем больше мощность, тем меньше нужно сопротивление. Вот к примеру, для мощности ниже 150 Вт нужны резисторы на 0,3 Ом. Если мощность 300 Вт, то нужны резисторы на 0,2 Ом, ну и при 500 Вт и выше ставим резисторы с сопротивлением 0,1 Ом.


Данный блок не стоит собирать мощностью выше 600 Вт, а также нужно сказать пару слов про работу защиты. Она тут икающая. Частота запусков составляет 50 Гц, это происходит потому, что питание взято от переменки, следовательно, сброс защелки происходит с частотой сети.


Если вам нужен защелкивающийся вариант, то в таком случае питание микросхемы IR2153 нужно брать постоянное, а точнее от высоковольтных конденсаторов. Выходное напряжение данной схемы будет сниматься с двухполупериодного выпрямителя.


Основным диодом будет диод Шоттки в корпусе ТО-247, ток выбираете под ваш трансформатор.


Если же нет желания брать большой корпус, то в программе Layout его легко поменять на ТО-220. По выходу стоит конденсатор на 1000 мкФ, его с головой хватает для любых токов, так как при больших частотах емкость можно ставить меньше чем для 50-ти герцового выпрямителя.


Также необходимо отметить и такие вспомогательные элементы как снабберы (Snubber) в обвязке трансформатора;


сглаживающие конденсаторы;


а также Y-конденсатор между землями высокой и низкой стороны, который гасит помехи на выходной обмотке блока питания.


Про данные конденсаторы есть отличный ролик на Ютубе (ссылку автор прикрепил в описании под своим видеороликом (ссылка ИСТОЧНИК в конце статьи)).


Нельзя пропускать и частотозадающую часть схемы.


Это конденсатор на 1 нФ, его номинал автор не советует менять, а вот резистор задающей части он поставил подстроечный, на это были свои причины. Первая из них, это точный подбор нужного резистора, а вторая — это небольшая корректировка выходного напряжения с помощью частоты. А сейчас небольшой пример, допустим, вы изготавливаете трансформатор и смотрите, что при частоте 50 кГц выходное напряжение составляет 26В, а вам нужно 24В. Меняя частоту можно найти такое значение, при котором на выходе будут требуемые 24В. При установке данного резистора пользуемся мультиметром. Зажимаем контакты в крокодилы и вращая ручку резистора, добиваемся нужного сопротивления.


Сейчас вы можете видеть 2-е макетные платы, на которых производились испытания. Они очень похожи, но плата с защитой немного больше.


Макетки автор делал для того, чтобы со спокойной душой заказать изготовление данной платы в Китае. В описании под оригинальным видеороликом автора, вы найдете архив с данной платой, схемой и печаткой. Там будет в двух платках и первый, и второй варианты, так что можете скачивать и повторять данный проект.

После заказа автор с нетерпением ждал платы, и вот они уже приехали. Раскрываем посылку, платы достаточно хорошо упакованы — не придерешься. Визуально осматриваем их, вроде все отлично, и сразу же приступаем к запайке платы.


И вот она уже готова. Выглядит все таким образом. Сейчас быстренько пройдемся по основным элементам ранее не упомянутым. В первую очередь это предохранители. Их тут 2, по высокой и низкой стороне. Автор применил вот такие круглые, потому что их размеры весьма скромные.


Далее видим конденсаторы фильтра.


Их можно достать из старого блока питания компьютера. Дроссель автор мотал на кольце т-9052, 10 витков проводом 0,8 мм 2 жилы, но можно применить дроссель из того же компьютерного блока питания.
Диодный мост – любой, с током не меньше 10 А.


Еще на плате имеются 2 резистора для разрядки емкости, один по высокой стороне, другой по низкой.

Схема блока питания. Схема компьютерного блока питания

Блоки питания в наше время делятся на однополюсные, а также двухполюсные. Использоваться они могут в цепях с различным напряжением. По типу выпрямителей блоки питания разделяются на импульсные и интегральные модификации. Также следует учитывать, что выпрямители устройств по параметрам довольно сильно различаются. Для того чтобы более подробно разобраться в этом вопросе, необходимо рассмотреть известные схемы блоков питания.

Лабораторные блоки

Схема лабораторного блока питания включает в себя стабилитроны только низкочастотного типа. При этом по характеристикам модели могут быть разными. В среднем параметр выходного напряжения находится на уровне 20 В. В свою очередь, сила тока устройства зависит от выпрямителя. Чаще всего он устанавливается с предельной частотой на уровне 33 Гц. Также схема лабораторного блока питания включает в себя усилители. Если рассматривать однополюсные модели, то они отличаются, как правило, высокой тактовой частотой. При этом параметр линейности у них довольно низкий. Непосредственно подключение блока питания лабораторного типа осуществляется чрез проходной конденсатор, который устанавливается над выпрямителем.

Блок для телевизора

Схема блока питания телевизора резисторы включает в себя только открытого типа. При этом усилители чаще всего используются операционные. Если говорить про конденсаторы, то на выходе они стандартно имеются проходного типа. При этом в начале цепи они устанавливаются, как привило, широкополосные. Все это необходимо для повышения линейности устройства.

В данном случае на выходное напряжение можно рассчитывать на уровне 15 В. В свою очередь, показатель тактовой частоты зависит в большей степени от типа выпрямителя. Низкоомные модели в наше время являются довольно распространенными. Однако модуляция в таком случае осуществляется крайне медленно. Для поднятия параметра тактовой частоты многие специалисты используют электродные выпрямители.

Модель на 5 В

Схема подключения блока питания на 5 В предполагает использование катушки индуктивности. Выпрямители в данном случае применяются только низкоомного типа. Для решения проблем с пониженной линейностью многие используют операционные усилители. В данном случае параметр тактовой частоты, как правило, лежит в районе 31 Гц. При этом выходное напряжение на конденсаторе зависит от показателя пропускной способности. Если рассматривать однополюсные модификации, то они являются наиболее востребованными. При этом двухполюсные блоки питания на 5 В на сегодняшний день подходят только для цепей с переменным током.

Устройства на 10 В

Схема компьютерного блока питания на 10 В предполагает использование коаксиальных выпрямителей. В данном случае параметр выходного напряжения на конденсаторе зависит от типа усилителя. Катушки индуктивности устанавливаются на блоки питания с тактовой частотой на уровне 35 Гц. Также схема компьютерного блока питания включает в себя резисторы, а используются они только открытого типа. Для решения проблем с повышенной линейностью многие производители устанавливают диодные конденсаторы. Проводимость у них в среднем лежит в районе 3 мк. Однако в данной ситуации важно учитывать параметр пикового напряжения. От его величины зависит долговечность выпрямителя.

Схема блока на 15 В

Схема блока питания компьютера на 15 В включает в себя резисторы разной полярности. Если рассматривать однополюсные модификации, то они чаще всего используются с таковой частотой на уровне 13 Гц. При этом параметр выходного напряжения можно регулировать при помощи модуляторов. Используются они как с одним, так и с двумя контроллерами. Наиболее распространенными на сегодняшний день принято считать поворотные модификации на два контакта.

Еще схема блока питания компьютера включает себя предохранители, которые решают проблемы с повышенной линейностью. Устанавливаются они в данном случае за выпрямителем. При этом резисторный ряд располагаться может в последовательном либо параллельном порядке. Непосредственно предохранители для такой цепи подходят только плавкого типа.

Модели с индикацией

С системой индикации блок питания (схема принципиальная показана ниже) включает выпрямители только низкоомного типа. При этом модуляторы для устройства подходят многоканальные. В данном случае диоды устанавливаются, как правило, на 5 В. Непосредственно резисторы подбираются для блока питания открытого типа. Пропускная способность их не должна быть ниже 3 мк. Параметр тактовой частоты в данном случае располагается на уровне 4 Гц.

Для решения проблем с пониженной линейностью используются предохранители. Однако фильтры в блоках питания также часто устанавливаются. Если рассматривать модели с предохранителями, то располагаться они обязаны у выпрямителя. При этом используются они чаще всего плавкого типа. В свою очередь, электродные варианты обладают низкой проходной способностью.

Универсальные блоки

Схема блока питания универсального типа предполагает использование низкоомных выпрямителей. В данном случае модулятор устанавливать не обязательно. При этом резисторный ряд для модели подбирается открытого типа. Однако если рассматривать однополюсные модификации устройств, то там они чаще всего устанавливаются операционные. Дополнительно следует учитывать, что модели обязаны иметь фильтр сетчатого типа. Для регулировки тактовой частоты, как правило, применятся котроллеры. Непосредственно подключение блока происходит через контакты проходного конденсатора.

Схема мощного двухполюсного блока

Схема блока питания двухполюсного типа состоит из проходного конденсатора и низкоомного выпрямителя. При этом фильтры используются чаще всего сеточные. В данном случае параметр тактовой частоты лежит в районе 45 Гц. Непосредственно выпрямители обязаны располагаться у первого резистора. В свою очередь, проходные конденсаторы находятся в конце цепи. Показатель проводимости устройства зависит от типа катушки индуктивности. Как правило, они применяются инвертирующего вида.

Импульсные модификации

Схема блока питания импульсного типа является довольно сложной. В данном случае выпрямители используются с разной тактовой частотой. При этом резисторы подбираются с высокой емкостью. Все это необходимо для того, чтобы увеличить параметр выходного напряжения. Если рассматривать однополюсные модификации, то они чаще всего применяются для устройств, мощность которых не превышает 20 В.

При этом двухполюсные модели часто устанавливаются в измерительных приборах. Резисторы в данном случае используются открытого типа. Непосредственно конденсаторы устанавливаются на два контакта. При этом выходная модель имеется с пропускной способностью на уровне 3 мк. В свою очередь, конденсаторы на входе устанавливаются с довольно высоким параметром порогового напряжения.

Схема блока с усилителем НЧ

Схема блока питания данного типа выпрямители предполагает использовать исключительно кардиодного типа. В данном случае усилитель устанавливается в начале цепи. Проводимость устройства в такой ситуации может довольно быстро меняться. Модуляторы для блоков питания данного типа подходят самые разнообразные. Как правило, наиболее распространенными принято считать однополюсные модификации. В таком случае можно надеяться на параметр выходной мощности в 20 В. При этом тактовая частота блока питания зависит от типа котроллера. Если рассматривать однофазные модификации, то вышеуказанный параметр располагается на уровне 45 Гц. В свою очередь, двухфазные модели считаются менее эффективными.

Устройства на стабилитроне ТВК

Схема блока на стабилитроне ТВК является по своей структуре довольно сложной. Используются такие устройства чаще всего в измерительных приборах. Устанавливается стабилитрон в блоках питания возле усилителя. Для решения проблем с линейностью указанные модификации подходят идеально. В данном случае параметр проводимости обычно располагается на уровне 3 мк.

В свою очередь, показатель выходного напряжения зависит от мощности выпрямителя. Для повышения силы тока катушки индуктивности стандартно используются с первичной обмоткой. При этом предохранители чаще всего устанавливаются плавкого типа. Однако сеточные варианты на сегодняшний день также не являются редкостью.

Устройства на стабилитроне ТВР

Схема блока данного типа включает в себя выпрямители низкоомного типа. В среднем параметр тактовой частоты таких устройств достигает 35 Гц. При этом выводное напряжение зависит от многих факторов. В данном случае однополюсные модификации часто производятся на 15 В. Для бытовых приборов они подходят идеально. В свою очередь, двухполюсные модификации чаще всего задействованы в мощном промышленном оборудовании. Указанные стабилитроны пропускную способность имеют на уровне 4 мк.

Блоки питания электронных устройств — устройство и принцип работы основных схем

В большинстве современных электронных устройств практически не используются аналоговые (трансформаторные) блоки питания, им на смену пришли импульсные преобразователи напряжения.

Чтобы понять, почему так произошло, необходимо рассмотреть конструктивные особенности, а также сильные и слабы стороны этих устройств.

Мы также расскажем о назначении основных компонентов импульсных источников, приведем простой  пример реализации, который может быть собран своими руками.

Конструктивные особенности и принцип работы

Из нескольких способов преобразования напряжения для питания электронных компонентов, можно выделить два, получивших наибольшее распространение:

  1. Аналоговый, основным элементом которого является понижающий трансформатор, помимо основной функции еще и обеспечивающий гальваническую развязку.
  2. Импульсный принцип.

Рассмотрим, чем отличаются эти два варианта.

БП на основе силового трансформатора

Рассмотрим упрощенную структурную схему данного устройства. Как видно из рисунка, на входе установлен понижающий трансформатор, с его помощью производится преобразование амплитуды питающего напряжения, например из 220 В получаем 15 В.

Следующий блок – выпрямитель, его задача преобразовать синусоидальный ток в импульсный (гармоника показана над условным изображением). Для этой цели используются выпрямительные полупроводниковые элементы (диоды), подключенные по мостовой схеме.

Их принцип работы можно найти на нашем сайте.

Упрощенная структурная схема аналогового БП

Следующий блок играет выполняет две функции: сглаживает напряжение (для этой цели используется конденсатор соответствующей емкости) и стабилизирует его. Последнее необходимо, чтобы напряжение «не проваливалось» при увеличении нагрузки.

Приведенная структурная схема сильно упрощена, как правило, в источнике данного типа имеется входной фильтр и защитные цепи, но для объяснения работы устройства это не принципиально.

Все недостатки приведенного варианта прямо или косвенно связаны с основным элементом конструкции – трансформатором. Во-первых, его вес и габариты, ограничивают миниатюризацию.

Чтобы не быть голословным приведем в качестве примера понижающий трансформатор 220/12 В номинальной мощностью 250 Вт. Вес такого агрегата – около 4-х килограмм, габариты 125х124х89 мм.

Можете представить, сколько бы весила зарядка для ноутбука на его основе.

Понижающий трансформатор ОСО-0,25 220/12

Во-вторых, цена таких устройств порой многократно превосходит суммарную стоимость остальных компонентов.

Импульсные устройства

Как видно из структурной схемы, приведенной на рисунке 3, принцип работы данных устройств существенно отличается от аналоговых преобразователей, в первую очередь, отсутствием входного понижающего трансформатора.

Рисунок 3. Структурная схема импульсного блока питания

Рассмотрим алгоритм работы такого источника:

  • Питание поступает на сетевой фильтр, его задача минимизировать сетевые помехи, как входящие, так и исходящие, возникающие вследствие работы.
  • Далее вступает в работу блок преобразования синусоидального напряжения в импульсное постоянное и сглаживающий фильтр.
  • На следующем этапе к процессу подключается инвертор, его задача связана с формированием прямоугольных высокочастотных сигналов. Обратная связь с инвертором осуществляется через блок управления.
  • Следующий блок – ИТ, он необходим для автоматического генераторного режима, подачи напряжения на цепи, защиты, управления контроллером, а также нагрузку. Помимо этого в задачу ИТ входит обеспечение гальванической развязки между цепями высокого и низкого напряжения.

В отличие от понижающего трансформатора, сердечник этого устройства изготавливается из ферримагнитных материалов, это способствует надежной передачи ВЧ сигналов, которые могут быть в диапазоне 20-100 кГц.

Характерная особенность ИТ заключается в том, что при его подключении критично включение начала и конца обмоток.

Небольшие размеры этого устройства позволяют изготавливать приборы миниатюрных размеров, в качестве примера можно привести электронную обвязку (балласт) светодиодной или энергосберегающей лампы.

Пример миниатюрных импульсных БП

  • Далее вступает в работу выходной выпрямитель, поскольку он работает с высокочастотным напряжением, для процесса необходимы быстродействующие полупроводниковые элементы, поэтому для этой цели применяют диоды Шоттки.
  • На завершавшей фазе производится сглаживание на выгодном фильтре, после чего напряжение подается на нагрузку.

Теперь, как и обещали, рассмотрим принцип работы основного элемента данного устройства – инвертора.

Как работает инвертор?

ВЧ модуляцию, можно сделать тремя способами:

  • частотно-импульсным;
  • фазо-импульсным;
  • широтно-импульсным.

На практике применяется последний вариант. Это связано как с простотой исполнения, так и тем, что у ШИМ неизменна коммуникационная частота, в отличие от двух остальных способов модуляции. Структурная схема, описывающая работу контролера, показана ниже.

Структурная схема ШИМ-контролера и осциллограммы основных сигналов

Алгоритм работы устройства следующий:

Генератор задающей частоты формирует серию прямоугольных сигналов, частота которых соответствует опорной. На основе этого сигнала формируется UП пилообразной формы, поступающее на вход компаратора КШИМ. Ко второму входу этого устройства подводится сигнал UУС, поступающий с регулирующего усилителя.

Сформированный этим усилителем сигнал соответствует пропорциональной разности UП (опорное напряжение) и UРС (регулирующий сигнал от цепи обратной связи). То есть, управляющий сигнал UУС, по сути, напряжением рассогласования с уровнем, зависящим как от тока на грузке, так и напряжению на ней (UOUT).

Данный способ реализации позволяет организовать замкнутую цепь, которая позволяет управлять напряжением на выходе, то есть, по сути, мы говорим о линейно-дискретном функциональном узле. На его выходе формируются импульсы, с длительностью, зависящей от разницы между опорным и управляющим сигналом. На его основе создается напряжение, для управления ключевым транзистором инвертора.

Процесс стабилизации напряжения на выходе производится путем отслеживания его уровня, при его изменении пропорционально меняется напряжение регулирующего сигнала UРС, что приводит к увеличению или уменьшению длительности между импульсами.

В результате происходит изменение мощности вторичных цепей, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения на выходе.

Для обеспечения безопасности необходима гальваническая развязка между питающей сетью и обратной связью. Как правило, для этой цели используются оптроны.

Сильные и слабые стороны импульсных источников

Если сравнивать аналоговые и импульсные устройства одинаковой мощности, то у последних будут следующие преимущества:

  • Небольшие размеры и вес, за счет отсутствия низкочастотного понижающего трансформатора и управляющих элементов, требующих отвода тепла при помощи больших радиаторов. Благодаря применению технологии преобразования высокочастотных сигналов можно уменьшить емкость конденсаторов, используемых в фильтрах, что позволяет устанавливать элементы меньших габаритов.
  • Более высокий КПД, поскольку основные потери вызывают только переходные процессы, в то время как в аналоговых схемам много энергии постоянно теряется при электромагнитном преобразовании. Результат говорит сам за себя, увеличение КПД до 95-98%.
  • Меньшая стоимость за счет применения мене мощных полупроводниковых элементов.
  • Более широкий диапазон входного напряжения. Такой тип оборудования не требователен к частоте и амплитуде, следовательно, допускается подключение к различным по стандарту сетям.
  • Наличие надежной защиты от КЗ, превышения нагрузки и других нештатных ситуаций.

К недостаткам импульсной технологии следует отнести:

Наличие ВЧ помех, это является следствием работы высокочастотного преобразователя. Такой фактор требует установки фильтра, подавляющего помехи. К сожалению, его работа не всегда эффективна, что накладывает некоторые ограничения на применение устройств данного типа в высокоточной аппаратуре.

Особые требования к нагрузке, она не должна быть пониженной или повышенной. Как только уровень тока превысит верхний или нижний порог, характеристики напряжения на выходе начнут существенно отличаться от штатных. Как правило, производители (в последнее время даже китайские) предусматривают такие ситуации и устанавливают в свои изделия соответствующую защиту.

Сфера применения

Практически вся современная электроника запитывается от блоков данного типа, в качестве примера можно привести:

  • различные виды зарядных устройств;
    Зарядки и внешние БП
  • внешние блоки питания;
  • электронный балласт для осветительных приборов;
  • БП мониторов, телевизоров и другого электронного оборудования.

Импульсный модуль питания монитора

Собираем импульсный БП своими руками

Рассмотрим схему простого источника питания, где применяется вышеописанный принцип работы.

Принципиальная схема импульсного БП

Обозначения:

  • Резисторы: R1 – 100 Ом, R2 – от 150 кОм до 300 кОм (подбирается), R3 – 1 кОм.
  • Емкости: С1 и С2 – 0,01 мкФ х 630 В, С3 -22 мкФ х 450 В, С4 – 0,22 мкФ х 400 В, С5 – 6800 -15000 пФ (подбирается),012 мкФ, С6 — 10 мкФ х 50 В, С7 – 220 мкФ х 25 В, С8 – 22 мкФ х 25 В.
  • Диоды: VD1-4 – КД258В, VD5 и VD7 – КД510А, VD6 – КС156А, VD8-11 – КД258А.
  • Транзистор VT1 – KT872A.
  • Стабилизатор напряжения D1 — микросхема КР142 с индексом ЕН5 – ЕН8 (в зависимости от необходимого напряжения на выходе).
  • Трансформатор Т1 – используется ферритовый сердечник ш-образной формы размерами 5х5. Первичная обмотка наматывается 600 витков проводом Ø 0,1 мм, вторичная (выводы 3-4) содержит 44 витка Ø 0,25 мм, и последняя – 5 витков Ø 0,1 мм.
  • Предохранитель FU1 – 0.25А.

Настройка сводится к подбору номиналов R2 и С5, обеспечивающих возбуждение генератора при входном напряжении 185-240 В.

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 1

Реальная практика ремонта электроники

Один из самых важных блоков персонального компьютера — это, конечно, импульсный блок питания.

Для более удобного изучения работы блока есть смысл рассматривать каждый его узел по отдельности, особенно, если учесть, что все узлы импульсных блоков питания различных фирм практически одинаковые и выполняют одни и те же функции.

Все блоки питания рассчитаны на подключение к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 – 60 герц. Импортные блоки  на частоту 60 герц прекрасно работают и в отечественных сетях.

Основной принцип работы импульсных блоков питания заключается в выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется.

Таким образом, основную часть схемы любого компьютерного блока питания, можно разделить на несколько узлов, которые производят определённые электрические преобразования. Перечислим эти узлы:

  • Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное напряжение электросети (110/230 вольт).
  • Высокочастотный преобразователь (Инвертор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.
  • Узел управления. Является «мозгом» блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).
  • Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).
  • Выходные выпрямители. С помощью выпрямителя происходит выпрямление — преобразование переменного низковольного напряжения в постоянное. Здесь же происходит стабилизация и фильтрация выпрямленного напряжения.

Это основные части блока питания компьютера. Их можно найти в любом импульсном блоке питания, начиная от простейшего зарядника для сотового телефона и заканчивая мощными сварочными инверторами. Отличия заключаются лишь в элементной базе и схемотехнической реализации устройства.

Довольно упрощённо структуру и взаимосвязь электронных узлов компьютерного блока питания (формат AT) можно изобразить следующим образом.

О всех этих частях схемы будет рассказано в дальнейшем.

Рассмотрим принципиальную схему импульсного блока питания по отдельным узлам. Начнём с сетевого выпрямителя и фильтра.

Сетевой фильтр и выпрямитель

Отсюда, собственно, и начинается блок питания. С сетевого шнура и вилки. Вилка используется, естественно, по «евростандарту» с третьим заземляющим контактом.

Следует обратить внимание, что многие недобросовестные производители в целях экономии не ставят конденсатор С2 и варистор R3, а иногда и дроссель фильтра L1. То есть посадочные места есть, и печатные дорожки тоже, а деталей нет. Ну, вот прям как здесь.

Как говорится: «No comment «.

Во время ремонта желательно довести фильтр до нужной кондиции. Резисторы R1, R4, R5 выполняют функцию разрядников для конденсаторов фильтра после того как блок отключен от сети. Термистор R2 ограничивает амплитуду тока заряда конденсаторов С4 и С5, а варистор R3 защищает блок питания от бросков сетевого напряжения.

Стоит особо рассказать о выключателе S1 («230/115»). При замыкании данного выключателя, блок питания способен работать от сети с напряжением 110…127 вольт. В результате выпрямитель работает по схеме с удвоением напряжения и на его выходе напряжение вдвое больше сетевого.

Если необходимо, чтобы блок питания работал от сети 220…230 вольт, то выключатель S1 размыкают. В таком случае выпрямитель работает по классической схеме диодный мост. При такой схеме включения удвоения напряжения не происходит, да это и не нужно, так как блок работает от сети 220 вольт.

В некоторых блоках питания выключатель S1 отсутствует. В других же его располагают на тыльной стенке корпуса и помечают предупреждающей надписью. Нетрудно догадаться, что если замкнуть S1 и включить блок питания в сеть 220 вольт, то это кончится плачевно. За счёт удвоения напряжения на выходе оно достигнет величины около 500 вольт, что приведёт к выходу из строя элементов схемы инвертора.

Поэтому стоит внимательнее относиться к выключателю S1. Если предполагается использование блока питания только совместно с сетью 220 вольт, то его можно вообще выпаять из схемы.

Вообще все компьютеры поступают в нашу торговую сеть уже адаптированными на родные 220 вольт. Выключатель S1 либо отсутствует, либо переключен на работу в сети 220 вольт. Но если есть возможность и желание то лучше проверить. Выходное напряжение, подаваемое на следующий каскад составляет порядка 300 вольт.

Можно повысить надёжность блока питания небольшой модернизацией. Достаточно подключить варисторы параллельно резисторам R4 и R5. Варисторы стоит подобрать на классификационное напряжение 180…220 вольт.

Такое решение сможет уберечь блок питания при случайном замыкании выключателя S1 и включении блока в сеть 220 вольт. Дополнительные варисторы ограничат напряжение, а плакий предохранитель FU1 перегорит.

При этом после несложного ремонта блок питания можно вернуть в строй.

Конденсаторы С1, С3 и двухобмоточный дроссель на ферритовом сердечнике L1 образуют фильтр способный защитить компьютер от помех, которые могут проникнуть по сети и одновременно этот фильтр защищает сеть от помех, создаваемых компьютером.

Возможные неисправности сетевого выпрямителя и фильтра

Характерные неисправности выпрямителя, это выход из строя одного из диодов «моста» (редко), хотя бывают случаи, когда выгорает весь диодный мост, или утечка электролитических конденсаторов (гораздо чаще).

Внешне это характеризуется вздутием корпуса и утечкой электролита. Подтёки очень хорошо заметны. При пробое хотя бы одного из диодов выпрямительного моста, как правило, перегорает плавкий предохранитель FU1.

При ремонте цепей сетевого выпрямителя и фильтра имейте в виду то, что эти цепи находятся под высоким напряжением, опасным для жизни! Соблюдайте технику электробезопасности и не забывайте принудительно разряжать высоковольные электролитические конденсаторы фильтра перед проведением работ!

Далее

Главная » Мастерская » Текущая страница

Импульсные блоки питания

Электрика »
Электроснабжение »
Источники питания »
Блоки питания »
Импульсные

ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРИМЕНЕНИЕ

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.

  *  *  *

© 2014-2020 г.г. Все права защищены.Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Блоки питания для ПК: принципы работы и основные узлы

Современные блоки питания для ПК являются довольно сложными устройствами. При покупке компьютера мало кто обращает внимание на марку предустановленного в системе БП.

Впоследствии некачественное или недостаточное питание может вызвать ошибки в программной среде, стать причиной потери данных на носителях и даже привести к выходу из строя электроники ПК.

Понимание хотя бы базовых основ и принципов функционирования блоков питания, а также умение определить качественное изделие позволит избежать различных проблем и поможет обеспечить долговременную и бесперебойную работу любого компьютера.

Структура типичного блока питания

Компьютерный блок питания состоит из нескольких основных узлов. Детальная схема устройства представлена на рисунке. При включении сетевое переменное напряжение подается на входной фильтр [1], в котором сглаживаются и подавляются пульсации и помехи. В дешевых блоках этот фильтр часто упрощен либо вообще отсутствует.

Далее напряжение попадает на инвертор сетевого напряжения [2]. В сети проходит переменный ток, который меняет потенциал 50 раз в секунду, т. е. с частотой 50 Гц.

Инвертор же повышает эту частоту до десятков, а иногда и сотен килогерц, за счет чего габариты и масса основного преобразующего трансформатора сильно уменьшаются при сохранении полезной мощности.

Для лучшего понимания данного решения представьте себе большое ведро, в котором за раз можно перенести 25 л воды, и маленькое ведерко емкостью 1 л, в котором можно перенести такой же объем за то же время, но воду придется носить в 25 раз быстрее.

Импульсный трансформатор [3] преобразовывает высоковольтное напряжение от инвертора в низковольтное. Благодаря высокой частоте преобразования мощность, которую можно передать через такой небольшой компонент, достигает 600–700 Вт. В дорогих БП встречаются два или даже три трансформатора.

Рядом с основным трансформатором обычно имеются один или два меньших, которые служат для создания дежурного напряжения, присутствующего внутри блока питания и на материнской плате всегда, когда к БП подключена сетевая вилка. Этот узел вместе со специальным контроллером отмечен на рисунке цифрой [4].

Пониженное напряжение поступает на быстрые выпрямительные диодные сборки, установленные на мощном радиаторе [5]. Диоды, конденсаторы и дроссели сглаживают и выпрямляют высокочастотные пульсации, позволяя получить на выходе почти постоянное напряжение, которое идет далее на разъемы питания материнской платы и периферийных устройств.

Типичная информационная наклейка БП. Основная задача – информирование пользователя о максимально допустимых токах по линиям питания, максимальных долговременной и кратковременной мощностях, итоговой комбинированной мощности, которую способен отдать БП Конструкция модульных разъемов блоков питания может быть самой разной. Их применение допускает отключение силовых кабелей, не востребованных в отдельно взятом системном блоке

В недорогих блоках применяется так называемая групповая стабилизация напряжений. Основной силовой дроссель [6] сглаживает только разницу между напряжениями +12 и +5 В. Подобным образом достигается экономия на количестве элементов в БП, но делается это за счет снижения качества стабилизации отдельных напряжений.

Если возникает большая нагрузка на каком-то из каналов, напряжение на нем снижается. Схема коррекции в блоке питания, в свою очередь, повышает напряжение, стараясь компенсировать недостачу, но одновременно возрастает напряжение и на втором канале, который оказался малонагруженным. Налицо своеобразный эффект качелей.

Отметим, что дорогие БП имеют выпрямительные цепи и силовые дроссели, полностью независимые для каждой из основных линий.

Кроме силовых узлов в блоке есть дополнительные – сигнальные.

Это и контроллер регулировки оборотов вентиляторов, часто монтируемый на небольших дочерних платах [7], и схема контроля за напряжением и потребляемым током, выполненная на интегральной микросхеме [9].

Она же управляет работой системы защиты от коротких замыканий, перегрузки по мощности, перенапряжения или, наоборот, слишком низкого напряжения.

Кожух блока питания с установленным 120-миллиметровым вентилятором. Часто для формирования необходимого воздушного потока используются специальные вставки-направляющие

Зачастую мощные БП оснащены активным корректором коэффициента мощности. Старые модели таких блоков имели проблемы совместимости с недорогими источниками бесперебойного питания.

В момент перехода подобного устройства на батареи напряжение на выходе снижалось, и корректор коэффициента мощности в БП интеллектуально переключался в режим питания от сети 110 В. Контроллер бесперебойного источника считал это перегрузкой по току и послушно выключался.

Так вели себя многие модели недорогих ИБП мощностью до 1000 Вт. Современные блоки питания практически полностью лишены данной «особенности».

Многие БП предоставляют возможность отключать неиспользуемые разъемы, для этого на внутренней торцевой стенке монтируется плата с силовыми разъемами [8].

При правильном подходе к проектированию такой узел не влияет на электрические характеристики блока питания.

Но бывает и наоборот, некачественные разъемы могут ухудшать контакт либо неверное подключение приводит к выходу комплектующих из строя.

Для подключения комплектующих к БП используется несколько стандартных типов штекеров: самый крупный из них – двухрядный – служит для питания материнской платы.

Ранее устанавливались двадцатиконтактные разъемы, но современные системы имеют большую нагрузочную способность, и в результате штекер нового образца получил 24 проводника, причем часто добавочные 4 контакта отсоединяются от основного набора.

Кроме силовых каналов нагрузки, на материнскую плату передаются сигналы управления (PS_ON#, PWR_OK), а также дополнительные линии (+5Vsb, -12V). Включение проводится только при наличии на проводе PS_ON# нулевого напряжения. Поэтому, чтобы запустить блок без материнской платы, нужно замкнуть контакт 16 (зеленый провод) на любой из черных проводов («земля»).

Исправный БП должен заработать, и все напряжения сразу же установятся в соответствии с характеристиками стандарта ATX. Сигнал PWR_OK служит для сообщения материнской плате о нормальном функционировании схем стабилизации БП. Напряжение +5Vsb используется для питания USB-устройств и чипсета в дежурном режиме (Standby) работы ПК, а -12 – для последовательных портов RS-232 на плате.

На данном рисунке показана распиновка контактов блоков питания, традиционно используемых в современных ПК

Стабилизатор процессора на материнской плате подключается отдельно и использует четырех- либо восьмиконтактный кабель, подающий напряжение +12 В. Питание мощных видеокарт с интерфейсом PCI-Express осуществляется по одному 6-контактному либо по двум разъемам для старших моделей.

Существует также 8-контактная модификация данного штекера. Жесткие диски и накопители с интерфейсом SATA используют собственный тип контактов с напряжениями +5, +12 и +3,3 В.

Для старых устройств подобного рода и дополнительной периферии имеется 4-контактный разъем питания с напряжениями +5 и +12 В (так называемый molex).

Основное потребление мощности всех современных систем, начиная с Socket 775, 754, 939 и более новых, приходится на линию +12 В. Процессоры могут нагружать данный канал токами до 10–15 А, а видеокарты до 20–25 А (особенно при разгоне). В итоге мощные игровые конфигурации с четырехъядерными CPU и несколькими графическими адаптерами запросто «съедают» 500–700 Вт.

Материнские платы со всеми распаянными на РСВ контроллерами потребляют сравнительно мало (до 50 Вт), оперативная память довольствуется мощностью до 15–25 Вт для одной планки. А вот винчестеры, хоть они и неэнергоемкие (до 15 Вт), но требуют качественного питания.

Чувствительные схемы управления головками и шпинделем легко выходят из строя при превышении напряжения +12 В либо при сильных пульсациях.

Качественное тестирование современных блоков питания можно провести лишь на специализированных стендах. На фото показана электронная начинка одного из них. Для теплового рассеивания больших мощностей применяется массивный радиатор, обдуваемый скоростными вентиляторами

На наклейках блоков питания часто указывают наличие нескольких линий +12 В, обозначаемых как +12V1, +12V2, +12V3 и т. д. На самом деле в электрической и схемотехнической структуре блока они в абсолютном большинстве БП представляют собой один канал, разделенный на несколько виртуальных, с различным ограничением по току.

Данный подход применен в угоду стандарту безопасности EN-60950, который запрещает подводить мощность свыше 240 ВА на контакты, доступные пользователю, поскольку при возникновении замыкания возможны возгорания и прочие неприятности. Простая математика: 240 ВА/12 В = 20 А.

Поэтому современные блоки обычно имеют несколько виртуальных каналов с ограничением по току каждого в районе 18–20 А, однако общая нагрузочная способность линии +12 В не обязательно равна сумме мощностей +12V1, +12V2, +12V3 и определяется возможностями используемого в конструкции преобразователя.

Все заявления производителей в рекламных буклетах, расписывающие огромные преимущества от множества каналов +12 В, – не более чем умелая маркетинговая уловка для непосвященных.

Многие новые блоки питания выполнены по эффективным схемам, поэтому выдают большую мощность при использовании маленьких радиаторов охлаждения. Примером может служить распространенная платформа FSP Epsilon (FSPxxx-80GLY/GLN), на базе которой построены БП нескольких производителей (OCZ GameXStream, FSP Optima/Everest/Epsilon).

Современные мощные видеокарты потребляют большое количество энергии, поэтому давно подключаются отдельными кабелями к БП независимо от материнской платы. Новейшие модели оснащаются шести- и восьмиконтактными штекерами. Часто последний имеет отстегивающуюся часть, для удобства подсоединения к меньшим разъемам питания видеокарт.

Надеемся, что после рассмотрения основных узлов блоков питания читателям уже понятно: за последние годы конструкция БП стала значительно сложнее, она подверглась модернизации и сейчас для полноценного всестороннего тестирования требует квалифицированного подхода и наличия специального оборудования.

Невзирая на общее повышение качества доступных рядовому пользователю блоков, существуют и откровенно неудачные модели. Поэтому при выборе конкретного экземпляра БП для вашего компьютера нужно ориентироваться на подробные обзоры данных устройств и внимательно изучать каждую модель перед покупкой.

Ведь от блока питания зависит сохранность информации, стабильность и долговечность работы компонентов ПК в целом.

Суммарная мощность – долговременная мощность потребления нагрузкой, допустимая для блока питания без его перегрева и повреждений. Измеряется в ваттах (Вт, W).

Конденсатор, электролит – устройство для накопления энергии электрического поля. В БП используется для сглаживания пульсаций и подавления помех в схеме питания.

Дроссель – свернутый в спираль проводник, обладающий значительной индуктивностью при малой собственной емкости и небольшом активном сопротивлении. Данный элемент способен запасать магнитную энергию при протекании электрического тока и отдавать ее в цепь в моменты больших токовых перепадов.

Полупроводниковый диод – электронный прибор, обладающий разной проводимостью в зависимости от направления протекания тока. Применяется для формирования напряжения одной полярности из переменного. Быстрые типы диодов (диоды Шоттки) часто используются для защиты от перенапряжения.

Трансформатор – элемент из двух или более дросселей, намотанных на единое основание, служащий для преобразования системы переменного тока одного напряжения в систему тока другого напряжения без существенных потерь мощности.

ATX – международный стандарт, описывающий различные требования к электрическим, массогабаритным и другим характеристикам корпусов и блоков питания.

Пульсации – импульсы и короткие всплески напряжения на линии питания. Возникают из-за работы преобразователей напряжения.

Коэффициент мощности, КМ (PF) – соотношение активной потребляемой мощности от электросети и реактивной. Последняя присутствует всегда, когда ток нагрузки по фазе не совпадает с напряжением сети либо если нагрузка является нелинейной.

Активная схема коррекции КМ (APFC) – импульсный преобразователь, у которого мгновенный потребляемый ток прямо пропорционален мгновенному напряжению в сети, то есть имеет только линейный характер потребления. Этот узел изолирует нелинейный преобразователь самого БП от электросети.

Пассивная схема коррекции КМ (PPFC) – пассивный дроссель большой мощности, который благодаря индуктивности сглаживает импульсы тока, потребляемые блоком. На практике эффективность подобного решения довольно низкая.

Основные сведения об источниках питания и простых схемах

Основные термины

  • Блок питания
  • Электрическая цепь
  • Переключатель
  • Замкнутая цепь
  • Обрыв цепи

Цели

  • Распознать функцию и представление простого источника питания
  • Анализ простой электрической цепи
  • Определение функции переключателей в цепи
Электронные устройства работают, применяя напряжения, которые создают электрические токи через различные компоненты.Эти токи могут выполнять ряд функций: например, они создают тепло на электрической плите (плите), создают свет в лампочке, несут информацию из точки в точку в процессоре. Итак, как нам получить напряжение, чтобы мы могли выполнять эти функции? Ответ заключается в том, что мы можем в широком смысле назвать блоками питания .

 

Обратите внимание: не пытайтесь воспроизвести диаграммы в этой статье. Это может привести к поражению электрическим током, травме или смерти.Эти примеры приведены только для теоретического обсуждения, а не для фактического/физического использования.

Блоки питания

Электрический источник питания представляет собой устройство или систему, которая преобразует некоторую форму энергии в электрическую энергию. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую путем химических реакций, которые создают напряжение на двух клеммах (одна из которых помечена «+», а другая «-»).В случае с вашей электроэнергетической компанией электростанция сжигает уголь или использует ядерное топливо для вращения турбины, которая с помощью магнитов генерирует напряжение, которое линии электропередач передают в ваш дом. Солнечные панели преобразуют энергию света в электрическую энергию.

Каким бы ни был источник, блок питания преобразует некоторую форму накопленной или иным образом доступной энергии в электрическую энергию. (Согласно фундаментальному постулату физики, энергия не создается и не уничтожается — она может только менять форму.) Но как выглядит источник питания в связи с нашим обсуждением напряжения и тока? Ниже приведена иллюстрация простого источника питания с положительной и отрицательной клеммами. Положительная клемма имеет чистый положительный заряд, а отрицательная клемма имеет чистый отрицательный заряд. Мы назовем отрицательную клемму заземлением.

Из-за избыточного положительного заряда на положительной клемме и избыточного отрицательного заряда на отрицательной клемме положительный заряд будет отталкиваться от положительной клеммы и притягиваться к отрицательной клемме.

Для наглядности давайте рассмотрим батарею на 1,5 В — это разность потенциалов между двумя клеммами батареи на кулон заряда. Мы по-прежнему будем называть отрицательную клемму заземлением, потому что положительный заряд будет «падать» от положительной клеммы к отрицательной клемме, как показано выше. На приведенной ниже диаграмме мы просто предполагаем, что батарея окружена воздухом, который является изолятором (он не проводит заряд).

Но что, если мы подключим проводящий материал, например, медную проволоку, к клеммам батареи? Тогда у нас есть как разность потенциалов между двумя терминалами , так и , путь для перемещения заряда.В результате ток будет течь от положительной клеммы к отрицательной клемме.

В этот момент вы можете быть немного озадачены тем, почему мы показываем поток положительного заряда. Вспомните, что проводники допускают свободный поток слабо связанных электронов, поэтому можно было бы ожидать, что отрицательный заряд будет течь от отрицательного вывода (где его избыток) к положительному полюсу (чтобы сбалансировать положительный заряд там). ). Так и происходит на самом деле, но по исторической случайности положительный заряд был связан с протонами, а не с электронами (заряд электронов вполне можно было бы назвать положительным).Оказывается, данный поток положительного заряда в одном направлении эквивалентен такому же потоку отрицательного заряда в противоположном направлении.

Но чтобы привести наше исследование в соответствие с правилами физики, мы обычно будем говорить о положительном токе, то есть положительном заряде, протекающем от более высокого напряжения (положительный вывод) к более низкому напряжению (земля). Кстати, не стоит таким образом подсоединять к аккумулятору просто провод или другой хороший проводник — это очень быстро разрядит аккумулятор.

Простая электрическая цепь

То, что мы видим выше, где две клеммы источника питания (например, батареи) соединены друг с другом, представляет собой простую электрическую цепь . Электрическая цепь, как вы, вероятно, можете судить по приведенному выше примеру и названию, представляет собой замкнутый контур, по которому может протекать ток. Поскольку приведенная выше схема не содержит других компонентов, кроме батареи, это не очень интересный пример.

Обратите внимание, что электроны могут перетекать из одной точки материала (или комбинации материалов) в другую только при наличии непрерывного пути через проводящий материал (проводник) между точками. В приведенной выше простой схеме такой путь существует между клеммами аккумулятора. А что, если мы введем обрыв провода? Тогда, конечно, ток не пойдет. Если мы можем «разрывать» и «разрывать» цепь по желанию, то мы можем включать и выключать поток заряда: другими словами, мы ввели в цепь переключатель .Обратите внимание, что когда переключатель замкнут (подключение провода), конфигурация называется замкнутой цепью . Когда переключатель разомкнут, это называется разомкнутой цепью.

Наконец, давайте заменим нашу громоздкую батарею более привычным символом для источника питания, который вы обычно видите на реальных схемах электрических цепей.

Обратите внимание, что положительная клемма находится на стороне с более длинной горизонтальной полосой; отрицательная клемма находится на стороне с более короткой полосой.Оба обозначены выше, но эти метки, как правило, не отображаются. Таким образом, наша простая система выключателя выглядит как следующее.

Итак, мы сделали первый шаг в мир электрических схем. Опять же, даже с выключателем эта схема не так уж и интересна: все, что она делает, это быстро истощает энергию, хранящуюся в батарее, когда цепь замыкается. Однако важно отметить, что, «разрывая» цепь, мы можем контролировать, разрешено ли протекание тока.Этот полезный подход позволяет нам, например, включать и выключать свет настенными выключателями.

Практическая задача : Определите направление тока в простой замкнутой цепи, показанной ниже.


Решение: Мы узнали, что по соглашению мы интерпретируем ток как поток положительного заряда от положительного (положительно заряженного) полюса к отрицательному (отрицательно заряженному) полюсу. Батарея в приведенной выше простой схеме ориентирована таким образом, что положительный вывод находится слева.Таким образом, ток будет течь против часовой стрелки

Практическая задача : Будет ли течь ток в цепи ниже? Почему или почему нет?

Решение : Хотя эта схема немного сложнее, чем простые схемы, которые мы видели до сих пор, мы можем применить те же принципы, которые мы уже использовали. Помните, что ток течет только тогда, когда есть проводящий путь от более высокого напряжения (положительный вывод источника питания) к более низкому напряжению (или заземление — отрицательный вывод).В этом случае обратите внимание, что переключатели, выделенные ниже, оба разомкнуты, что не позволяет току достичь отрицательной клеммы. Таким образом, ток в этой цепи не течет.

Блоки питания MPPC и схемы драйверов

Этот веб-сайт или его сторонние инструменты используют файлы cookie, которые необходимы для его функционируют и необходимы для достижения целей, указанных в настоящей политике использования файлов cookie. Закрыв баннер с предупреждением о файлах cookie, прокручивая страницу, нажимая на ссылку или продолжая просмотр другим способом, вы согласиться на использование файлов cookie.

Hamamatsu использует файлы cookie, чтобы сделать ваше пребывание на нашем веб-сайте более удобным и обеспечить работу нашего веб-сайта.

Вы можете посетить эту страницу в любое время, чтобы узнать больше о файлах cookie, получить максимальную отдачу актуальную информацию о том, как мы используем файлы cookie и управляем вашими настройками файлов cookie. Мы не будем использовать файлы cookie для любых целей, кроме указанных, но обратите внимание, что мы оставляем за собой право обновлять наши куки.

Чтобы современные веб-сайты работали в соответствии с ожиданиями посетителей, им необходимо собирать определенную базовую информацию о посетителях. Для этого сайт создаст небольшие текстовые файлы которые размещаются на устройствах посетителей (компьютерных или мобильных) — эти файлы называются куки, когда вы получаете доступ к веб-сайту.Файлы cookie используются для того, чтобы веб-сайты функционировали и работали эффективно. Файлы cookie уникальны для каждого посетителя и могут быть прочитаны только веб-сервером в домене. который выдал куки посетителю. Файлы cookie нельзя использовать для запуска программ или доставки вирусов. на устройство посетителя.

Файлы cookie выполняют различные функции, которые делают работу посетителей в Интернете более удобной. плавнее и интерактивнее.Например, файлы cookie используются для запоминания посетителем предпочтения на сайтах, которые они часто посещают, чтобы запомнить языковые предпочтения и облегчить навигацию между страницами более эффективно. Многие, хотя и не все, собранные данные являются анонимными. некоторые из них предназначены для обнаружения шаблонов просмотра и приблизительного географического местоположения для улучшить впечатления посетителей.

Для некоторых типов файлов cookie может потребоваться согласие субъекта данных перед сохранением их на компьютере.

2. Какие существуют типы файлов cookie?

Этот веб-сайт использует два типа файлов cookie:

  1. Собственные файлы cookie. Для нашего веб-сайта основные файлы cookie контролируются и поддерживается Хамамацу. Никакие другие стороны не имеют доступа к этим файлам cookie.
  2. Сторонние файлы cookie. Эти файлы cookie используются организациями за пределами Hamamatsu. У нас нет доступа к данным в этих файлах cookie, но мы используем эти файлы cookie для улучшения общий опыт работы с сайтом.

3.Как мы используем файлы cookie?

Этот веб-сайт использует файлы cookie для следующих целей:

  1. Некоторые файлы cookie необходимы для работы нашего веб-сайта. Это строго необходимо файлы cookie и необходимы для обеспечения доступа к веб-сайту, поддержки навигации или предоставления соответствующих содержание.Эти файлы cookie направляют вас в нужную страну и поддерживают безопасность и электронную торговлю. Строго необходимые файлы cookie также обеспечивают соблюдение ваших настроек конфиденциальности. Без этих строго необходимые файлы cookie, большая часть нашего веб-сайта не будет работать.
  2. Аналитические файлы cookie используются для отслеживания использования веб-сайта. Эти данные позволяют нам улучшить наш веб-сайт удобство использования, производительность и администрирование веб-сайта. В наших аналитических файлах cookie мы не храним никаких личная идентифицирующая информация.
  3. Функциональные файлы cookie. Они используются для того, чтобы узнавать вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Этот позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, выбранный вами язык или регион).
  4. Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта, страницы, которые вы посетили, и ссылки, которые вы последовали. Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать наш веб-сайт и рекламу, отображаемую на нем. это больше соответствует вашим интересам.Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам для эта цель.

Cookies помогают нам помочь вам. Благодаря использованию файлов cookie мы узнаем, что важно нашим посетителям, и мы разрабатываем и улучшаем содержание и функциональность веб-сайта, чтобы поддерживать ваши опыт. Доступ к большей части нашего веб-сайта возможен, если файлы cookie отключены, однако некоторые веб-сайты функции могут не работать.И мы считаем, что ваши текущие и будущие посещения будут лучше, если файлы cookie включены.

4. Какие файлы cookie мы используем?

Существует два способа управления настройками файлов cookie.

  1. Вы можете настроить параметры файлов cookie на своем устройстве или в браузере.
  2. Вы можете настроить параметры файлов cookie на уровне веб-сайта.

Если вы не хотите получать файлы cookie, вы можете изменить свой браузер, чтобы он уведомляет вас, когда на него отправляются файлы cookie, или вы можете полностью отказаться от файлов cookie. Вы также можете удалить файлы cookie, которые уже были установлены.

Если вы хотите ограничить или заблокировать файлы cookie веб-браузера, установленные на вашем устройстве затем вы можете сделать это через настройки вашего браузера; функция справки в вашем браузере должна расскажи как.В качестве альтернативы вы можете посетить сайт www.aboutcookies.org, который содержит исчерпывающую информацию о том, как это сделать в самых разных настольных браузерах.

5. Что такое интернет-теги и как мы используем их с файлами cookie?

Иногда мы можем использовать интернет-теги (также известные как теги действий, однопиксельные GIF-файлы, прозрачные GIF-файлы, невидимые GIF-файлы и GIF-файлы 1 на 1) на этом сайте и могут использовать эти теги / файлы cookie. через стороннего рекламного партнера или партнера по веб-аналитике, который может находиться и хранить соответствующую информацию (включая ваш IP-адрес) в другой стране.Эти теги/куки-файлы размещаются как в онлайн-рекламе, которая приводит пользователей на этот сайт, так и в разные страницы этого сайта. Мы используем эту технологию для измерения реакции посетителей на наши сайтах и ​​эффективности наших рекламных кампаний (в том числе, сколько раз страница открывается и к какой информации обращаются), а также для оценки использования вами этого веб-сайта. То сторонний партнер или партнер службы веб-аналитики может собирать данные о посетители нашего и других сайтов из-за этих интернет-тегов/куки-файлов могут составлять отчеты относительно деятельности веб-сайта для нас и может предоставлять дополнительные услуги, связанные с использование веб-сайта и Интернета.Они могут предоставлять такую ​​информацию другим сторонам, если является юридическим требованием, чтобы они это сделали, или если они нанимают другие стороны для обработки информации от их имени.

Если вам нужна дополнительная информация о веб-тегах и файлах cookie, связанных с онлайн-рекламы или отказаться от сбора этой информации третьими лицами, пожалуйста, посетите Сайт сетевой рекламной инициативы http://www.networkadvertising.org.

6. Аналитические и рекламные файлы cookie

Мы используем сторонние файлы cookie (например, Google Analytics) для отслеживания посетителей на нашем веб-сайт, чтобы получать отчеты о том, как посетители используют веб-сайт, а также информировать, оптимизировать и показывать рекламу на основе чьих-либо прошлых посещений нашего веб-сайта.

Вы можете отказаться от файлов cookie Google Analytics на веб-сайтах, предоставленных Google:

https://tools.google.com/dlpage/gaoptout?hl=en

Как указано в настоящей Политике конфиденциальности (статья 5), вы можете узнать больше об отказе файлы cookie веб-сайта, предоставленные Network Advertising Initiative:

http://www.networkadvertising.org

Информируем вас, что в таком случае вы не сможете полностью использовать все функции нашего веб-сайта.

7 Рекомендации по проектированию блока питания для печатной платы

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как энергия передается внутри сложных печатных плат? Да, для проектировщиков печатных плат непростая задача разработать источник питания, который обеспечивает требуемую мощность для каждого компонента печатной платы (ИС, передатчики, конденсаторы и т. д.).), так как требования к мощности для каждого из этих компонентов различаются. Только идеальная конструкция источника питания может помочь решить эту проблему.

С увеличением плотности и сложности схемотехники сложность конструкции источника питания также увеличилась. Разработчикам печатных плат предлагается несколько вариантов дизайна и компоновки блока питания на печатной плате. Несмотря на разнообразие конструкций блоков питания на печатных платах, проектировщики должны соблюдать определенные правила и решать общие проблемы, связанные с ними.

Некоторые из общих проблем, которые необходимо решать при проектировании источника питания, включают: EMI , проектирование трассировки для работы с большими токами , сокращение токовых петель , выбор компонентов и в соответствии с рекомендациями в технических описаниях .

В этой статье мы рассмотрим следующие темы:

  • Блок питания для печатной платы
  • Особенности конструкции блока питания печатной платы
      1. Правильный выбор стабилизатора для блока питания печатной платы
      2. Управление температурным режимом для источника питания
      3. Плоскости земли и питания для лучшего питания печатной платы
      4. Развязывающий конденсатор и шунтирующий конденсатор
      5. Фильтр электромагнитных помех
      6. Частотная характеристика системы электропитания
      7. Целостность электропитания (PI)

Блок питания для печатной платы

Целью конструкции блока питания является не просто преобразование мощности переменного тока в постоянный.Функция источника питания заключается в подаче питания на компоненты схемы при правильном напряжении и токе. В будущем будет обычным делом иметь устройства с напряжением всего 1,8 В и 1,2 В. Низкое напряжение снижает устойчивость к помехам источника питания.

Источники питания

также требуют ограничения тока для ограничения максимального тока. Таким образом, важными параметрами блока питания являются напряжение, максимальный ток, пульсации напряжения и тепловые потери при максимальном токе.

Типичная блок-схема потока мощности в электронной схеме

Типичная схема потока мощности электронной схемы для источника питания показана на рисунке выше.Для электронных схем требуется диапазон напряжений от 1,8 до 12 В. 1,2 В, 1,8 В, 3,3 В, 5 В и 12 В являются наиболее распространенными напряжениями.

На первом этапе входное переменное напряжение 230В переменного тока/110В переменного тока преобразуется в изолированное постоянное напряжение в диапазоне 6-12В. На втором этапе используется понижающий регулятор, который преобразует 6-12 В в 5 В или 3,3 В. Далее 3,3 В преобразуются в 1,8 В или 1,2 В с помощью LDO (регуляторов с малым падением напряжения).

До появления импульсных источников питания (SMPS — импульсные источники питания) трансформаторы с железным сердечником использовались для преобразования высокого напряжения 230/110 В переменного тока в 12 В переменного тока.Это было дополнительно выпрямлено выпрямителями с диодным мостом до напряжения постоянного тока примерно 12 x 1,4 = 16,8 В постоянного тока максимум. Для снижения напряжения до требуемого уровня использовались линейные регуляторы. Недостатком таких схем была низкая энергоэффективность (менее 80%), высокие потери тепла, большая площадь печатной платы и плохие пульсации мощности. Использование импульсных источников питания повысило эффективность преобразования напряжения в более низкие уровни, уменьшило площадь, занимаемую блоками питания на печатной плате (очень маленькие и легкие по размеру), и уменьшило пульсации.

Ранее в линейных регуляторах терялась большая мощность из-за более высокого падения напряжения. Например, рассмотрим линейный стабилизатор напряжения LM7805. LM7805 (5 В) обычно имеет падение напряжения примерно 7,5 В, что требует минимальной разницы примерно 2,5 В между входным и выходным напряжением. Следовательно, для регулятора на 1 А потери мощности в стабилизаторе при входном напряжении 7,5 В будут составлять 2,5 В x 1 А = 2,5 Вт. С стабилизатором с малым падением напряжения LM1117-5.0 падение напряжения равно 6.2 В, требующее входного напряжения Vout +1,2 В на входе. В критически важных приложениях для повышения эффективности используется комбинация импульсных стабилизаторов и LDO. Например, на первом этапе, если доступно 7,5 В, оно будет снижено до 3,3 В с помощью понижающего преобразователя, а затем сброшено до 1,8 В с помощью линейного регулятора LM1117-1.8.

Особенности конструкции источника питания для печатной платы

Важность хорошо спроектированной печатной платы невозможно переоценить, когда речь идет о разработке блоков питания.Кроме того, проектировщик должен понимать важность работы источника питания для достижения успеха.

Для проектирования блока питания разработчику необходимо выполнить хорошую компоновку печатной платы и спланировать эффективную сеть распределения питания. Кроме того, разработчик должен убедиться, что источники питания цифровых цепей, создающие помехи, отделены от источников питания и цепей критически важных аналоговых схем. Некоторые из важных вещей, которые следует учитывать, обсуждаются ниже:

1. Правильный выбор стабилизатора питания для печатной платы

Печатная плата регулятора напряжения

Как правило, у разработчиков есть два варианта выбора стабилизаторов питания: линейные регуляторы и импульсные стабилизаторы .Линейные регуляторы обеспечивают низкий уровень шума, но имеют более высокое тепловыделение, что требует систем охлаждения. Импульсные регуляторы очень эффективны в широком диапазоне токов, но шум переключения вызывает всплески отклика.

Для линейного режима требуется входное напряжение выше, чем требуемое выходное напряжение, поскольку будет минимальное падение напряжения. Линейные регуляторы будут иметь значительные потери мощности и тепловыделение, что делает линейные регуляторы менее эффективными.Если вы рассматриваете линейный стабилизатор для своей конструкции печатной платы, вам следует рассмотреть регулятор с низким падением напряжения, и перед его изготовлением необходимо провести тепловой анализ. Кроме того, линейные стабилизаторы просты, дешевы и обеспечивают исключительно бесшумное выходное напряжение.

Импульсные стабилизаторы преобразуют одно напряжение в другое, временно накапливая энергию в катушках индуктивности, а затем высвобождая эту энергию при другом напряжении в разное время переключения.В таких блоках питания используются быстродействующие МОП-транзисторы. Выходной сигнал этих высокоэффективных регуляторов можно регулировать, изменяя рабочий цикл широтно-импульсной модуляции (ШИМ). КПД зависит от тепловыделения контура, которое в данном случае невелико.

ШИМ-переключение импульсных регуляторов вызывает шум или пульсацию на выходе. Коммутационные токи могут вызвать перекрестные помехи в других сигналах. Таким образом, импульсные источники питания должны быть изолированы от критических сигналов.

Импульсные регуляторы

используют технологию MOSFET, поэтому очевидно, что эти регуляторы излучают электромагнитные помехи. Мы не можем полностью устранить электромагнитные помехи в любой цепи, но мы можем свести их к минимуму с помощью таких мер по уменьшению электромагнитных помех, как фильтрация, сокращение токовых петель, заземляющих слоев и экранирования. Меры по электромагнитной совместимости (ЭМС) следует принять во внимание перед включением импульсных регуляторов в вашу конструкцию.

Когда дело доходит до выбора стабилизатора напряжения, линейный и импульсный регулируемый источник питания являются двумя очевидными вариантами.Блок питания с линейным управлением дешевле, но неэффективен и рассеивает больше тепла. Между тем, импульсный регулируемый блок питания дороже и требует подключения большего количества пассивных компонентов, но он не так быстро нагревается.

2. Управление температурным режимом для блока питания

Производительность блока питания напрямую зависит от тепловыделения. Большинство электронных компонентов излучают тепло всякий раз, когда через них проходит ток. Количество выделяемого тепла зависит от уровня мощности, характеристик и импеданса компонента. Как упоминалось ранее, выбор подходящего регулятора может уменьшить тепловыделение в цепи. Импульсные регуляторы очень эффективны, поскольку рассеивают меньше тепла.

Электронные схемы работают более эффективно при более низких температурах. Чтобы устройства работали при температуре окружающей среды, разработчики должны учитывать надлежащие методы охлаждения.

Если разработчик выбрал линейный регулятор, рекомендуется использовать радиатор или другие методы охлаждения, если это позволяет система. Вентиляторы могут быть встроены в конструкцию для обеспечения принудительного охлаждения, если устройство сильно рассеивает тепло.

Тепловыделение по всей печатной плате может быть неравномерным. Компоненты с высокой номинальной мощностью могут рассеивать значительное количество тепла, что создает вокруг них горячую точку. Рядом с этими компонентами можно использовать тепловые переходы для быстрого отвода тепла от региона.

Комбинация методов отвода тепла и методов охлаждения позволяет создать высокоэффективную конструкцию блока питания. Разработчики могут использовать методы кондуктивного охлаждения, такие как радиатор, тепловые трубки, тепловые переходы, или методы конвекционного охлаждения, такие как охлаждающие вентиляторы, термоэлектрические охладители и т. д.

3. Плоскости заземления и питания для лучшего питания печатной платы

Соединения заземления и плоскости питания в стеке

Плоскости заземления и плоскости питания представляют собой пути передачи энергии с низким импедансом. Источнику питания нужны отдельные заземляющие плоскости для распределения питания, уменьшения электромагнитных помех, минимизации перекрестных помех и уменьшения перепадов напряжения. Плоскости питания предназначены для передачи питания в требуемые области печатной платы.

Разработчикам печатных плат необходимо обрабатывать участки наземной сети отдельно.В многослойной печатной плате один или несколько слоев могут быть специально выделены для слоев заземления и питания. Кроме того, они могут уменьшить помехи и перекрестные помехи, поместив заземляющие пластины между двумя активными сигнальными слоями, тем самым эффективно окружив сигнальные дорожки землей.

4. Развязывающий конденсатор и шунтирующий конденсатор

Поток питания в стандартной конструкции блока питания

Когда питание распределяется между компонентами по всей плате, различные активные компоненты вызывают дребезг земли и звон в шине питания.Это может привести к падению напряжения вблизи выводов питания компонентов. В этих условиях разработчики используют развязывающие и байпасные конденсаторы рядом с выводами питания компонентов, чтобы обеспечить кратковременные пики потребляемого устройством тока.

Концепция развязки заключается в уменьшении импеданса между питанием и землей. Развязывающие конденсаторы действуют как вторичный источник питания, обеспечивая ток, необходимый микросхеме. И действовать как локальный источник заряда для поддержки события переключения.

Шунтирующие конденсаторы устраняют помехи и уменьшают колебания в шине питания. Они размещаются ближе к устройствам или ИС и подключаются между питанием и землей, чтобы компенсировать изменения потенциала питания и земли при одновременном переключении многих ИС.

Шунтирующие конденсаторы применяются для подавления межсистемных или внутрисистемных помех в электрической сети. Все развязывающие конденсаторы должны быть подключены близко к выводам питания микросхемы, а другой конец непосредственно к заземляющему экрану с низким импедансом.Короткие дорожки к развязывающим конденсаторам и заземляющим переходным отверстиям необходимы, чтобы свести к минимуму дополнительную индуктивность последовательно для этого соединения.

Существует несколько аспектов, которые следует учитывать при выборе локального шунтирующего конденсатора. Эти факторы включают в себя выбор правильного номинала конденсатора, материала диэлектрика, геометрии и расположения конденсатора относительно микросхемы. Типовой номинал развязывающих конденсаторов — керамические 0,1 мкФ.

5. Фильтрация электромагнитных помех

Электромагнитное излучение может исходить от любого кабеля питания, входящего в корпус источника питания или выходящего из него.Разработчики печатных плат ожидают, что уровень электромагнитных помех источника питания будет ниже установленного ими предела частотного спектра. Поэтому фильтры электромагнитных помех используются в точках ввода питания для уменьшения кондуктивного шума.

Подробнее: 7 советов и рекомендаций по проектированию печатных плат для защиты от электромагнитных помех и электромагнитной совместимости

Архитектура фильтра электромагнитных помех позволяет блокировать высокочастотный шум. Крайне важно, чтобы разработчик тщательно разложил компоненты схемы фильтра, чтобы компоненты не передавали энергию на дорожки, которые их соединяют

6.Частотная характеристика системы подачи питания

Когда источники питания внезапно загружаются, скажем, от холостого хода до полной нагрузки, выходное напряжение имеет тенденцию кратковременно падать и возвращаться к нормальному напряжению. В некоторых случаях выход будет колебаться в течение некоторого времени, прежде чем напряжение стабилизируется до нормального уровня. Если колебания выходят за расчетные пределы, необходимо настроить выходные конденсаторы и компенсационные конденсаторы. Например, для LM7805 рядом с выходным контактом рекомендуется поставить конденсатор 0,1 мкФ.Точно так же внезапная разгрузка регулятора может вызвать перерегулирование и колебания.

Для лучшего отклика от схемотехники убедитесь, что выбранные компоненты находятся в пределах проектных ограничений. Независимо от того, находятся ли цепи в постоянном или переменном токе, они имеют разную реакцию. Цепи переменного и постоянного тока следует рассматривать отдельно.

7. Целостность электропитания (PI)

Разработчики должны обеспечить целостность питания конструкции источника питания. Целостность питания — это просто качество питания, подаваемого в цепь.Это измерение того, насколько эффективно мощность передается от источника к нагрузке внутри системы, что гарантирует, что все цепи и устройства снабжаются соответствующей мощностью для достижения желаемой производительности цепи.

Источник питания с меньшим уровнем шума может обеспечить более высокую целостность питания. Дизайн для обеспечения целостности питания — это не что иное, как управление шумом источника питания. Существуют инструменты моделирования, которые помогают оценить качество электроэнергии в цепи. Такие инструменты помогают оценить падение напряжения, порекомендовать размещение развязывающих конденсаторов, а также таким образом выявить точки протекания сильного тока в цепях.

Также читайте о моделировании схем в нашей статье Как работает моделирование схем?

Заключение

Хорошие источники питания являются залогом правильной работы электронного устройства. Как мы видели, у проектировщика печатных плат есть несколько вариантов при рассмотрении конструкции источника питания. Выбор стабилизаторов, конденсаторов и фильтров электромагнитных помех важен в этих соображениях. Точно так же при проектировании системы электроснабжения следует учитывать тепловой эффект и реакцию на нагрузку.

В то же время следуйте рекомендациям, указанным в спецификациях ИС блока питания. Толщина дорожек и размещение компонентов играют решающую роль в конструкции источника питания.

 

Руководство по проектированию высокоскоростных печатных плат

8 глав — 115 страниц — 150 минут чтения
Что внутри:
  • Что приводит к проблемам целостности сигнала
  • Линии передачи и контролируемое сопротивление
  • Выбор материалов для высокоскоростных печатных плат
  • Руководство по высокоскоростной компоновке
Загрузить сейчас

 

Как легко разработать источники питания (часть 1)

Эта статья является частью серии Management Power: как легко разработать источники питания

CAN Скачать это статья в формате PDF.

Что вы узнаете:

  • Как импульсные блоки питания изменили пространство проектирования источников питания.
  • Коэффициент изоляции в источниках питания: гальваническая развязка по сравнению с неизолированной.
  • Наиболее распространенные неизолированные топологии.

Эта серия дает обзор возможностей дизайна источников питания. В нем будут рассмотрены основные и часто используемые топологии изолированных и неизолированных источников питания, а также их преимущества и недостатки.Также будут рассмотрены электромагнитные помехи (EMI) и вопросы фильтрации. Этот мини-учебник призван обеспечить упрощенное понимание и новую оценку искусства проектирования источников питания.

Для большинства электронных систем требуется некоторое преобразование напряжения между напряжением источника питания и напряжением схемы, которая должна быть запитана. Когда батареи разряжаются, напряжение падает. Некоторое преобразование постоянного тока может гарантировать, что гораздо больше энергии, хранящейся в батарее, будет использоваться для питания схемы.Кроме того, например, с линией 110 В переменного тока мы не можем напрямую питать полупроводник, такой как микроконтроллер.

Поскольку преобразователи напряжения, также называемые источниками питания, используются почти в каждой электронной системе, они на протяжении многих лет оптимизировались для различных целей. Конечно, некоторые из обычных целей для оптимизации — это размер решения, эффективность преобразования, EMI и стоимость.

Простейший источник питания: LDO

Одной из самых простых форм источника питания является регулятор с малым падением напряжения (LDO).LDO — это линейные регуляторы, а не импульсные регуляторы. Линейные регуляторы помещают перестраиваемый резистор между входным напряжением и выходным напряжением, что означает, что выходное напряжение фиксируется независимо от того, как изменяется входное напряжение и какой ток нагрузки проходит через устройство. На рис. 1 показан основной принцип работы этого простого преобразователя напряжения.

В течение многих лет типичный силовой преобразователь состоял из трансформатора с частотой 50 или 60 Гц, подключенного к электросети, с определенным соотношением обмоток для создания нерегулируемого выходного напряжения — на несколько вольт выше необходимого напряжения питания. в системе.Затем с помощью линейного регулятора это напряжение преобразовывалось в хорошо отрегулированное по мере необходимости для электроники. На рис. 2 показана блок-схема этой концепции.

Проблема базовой установки Рис. 2 заключается в том, что трансформатор 50/60 Гц относительно громоздкий и дорогой. Кроме того, линейный регулятор рассеивает довольно много тепла, поэтому общий КПД системы низок и избавиться от вырабатываемого тепла сложно при высокой мощности системы.

Импульсные источники питания спешат на помощь

Чтобы избежать недостатков источников питания, как показано на рис. 2 , были изобретены импульсные источники питания (SMPS).Они не зависят от переменного напряжения 50 или 60 Гц. SMPS потребляют постоянное напряжение, иногда выпрямленное переменное напряжение, и генерируют переменное напряжение гораздо более высокой частоты, чтобы использовать трансформатор гораздо меньшего размера. В неизолированных системах они могут выпрямлять напряжение с помощью LC-фильтра для создания постоянного выходного напряжения.

Преимуществами SMPS являются небольшой размер решения и относительно низкая стоимость. Генерируемое переменное напряжение не обязательно должно быть синусоидальным. Простая форма сигнала ШИМ будет работать очень хорошо, и ее легко сгенерировать с помощью генератора ШИМ и переключателя.

Вплоть до 2000 года биполярные транзисторы были наиболее часто используемыми переключателями. Они будут работать хорошо, но будут иметь относительно низкую скорость переключения. Они были не очень энергоэффективными, ограничивая частоту переключения 50 кГц или, может быть, 100 кГц.

Сегодня мы используем переключающие МОП-транзисторы вместо биполярных транзисторов, что позволяет значительно ускорить переходы переключения. Это, в свою очередь, снижает потери при переключении, позволяя использовать частоты переключения до 5 МГц. Такие высокие частоты переключения позволяют использовать очень маленькие катушки индуктивности и конденсаторы в силовом каскаде.

Импульсные регуляторы обладают многими преимуществами. Как правило, они обеспечивают энергоэффективное преобразование напряжения, позволяют повышать и понижать напряжение и предлагают относительно компактные и недорогие конструкции. Недостатки заключаются в том, что их не так просто спроектировать и оптимизировать, и они генерируют электромагнитные помехи от переходов переключения и частоты переключения. Доступность регуляторов SMPS, а также инструментов проектирования источников питания, таких как LTpowerCAD и LTspice, значительно упростили этот сложный процесс проектирования.С помощью таких инструментов процесс проектирования схемы SMPS может быть полуавтоматизирован.

Изоляция в источниках питания

При проектировании источника питания первым вопросом должен быть вопрос о том, требуется ли гальваническая развязка. Гальваническая развязка используется по нескольким причинам. Это может сделать схемы более безопасными; позволяет работать с плавающей системой; и предотвращает распространение шумовых токов заземления через различные электронные устройства в одной схеме. Двумя наиболее распространенными изолированными топологиями являются обратноходовой и прямой преобразователи.Однако для более высокой мощности используются другие изолированные топологии, такие как двухтактная, полумостовая и полная мостовая.

Если гальваническая развязка не требуется, то в большинстве случаев используется неизолированная топология. Для изолированных топологий всегда требуется трансформатор, который имеет тенденцию быть дорогим, громоздким и часто трудно достать готовый с точными требованиями к заказному блоку питания.

Наиболее распространенные топологии, когда изоляция не требуется

Понижающий преобразователь

Наиболее распространенной неизолированной топологией SMPS является понижающий преобразователь.Он также известен как понижающий преобразователь. Он принимает положительное входное напряжение и генерирует выходное напряжение ниже входного. Понижающий преобразователь — это одна из трех основных топологий импульсных источников питания, для которых требуется всего два ключа, катушка индуктивности и два конденсатора.

На рис. 3 показан основной принцип топологии понижающего преобразователя. Переключатель на стороне высокого напряжения подает на вход импульсы тока и генерирует напряжение в узле переключателя, чередующееся между входным напряжением и напряжением земли.LC-фильтр принимает это импульсное напряжение на коммутационном узле и генерирует выходное напряжение постоянного тока. В зависимости от рабочего цикла ШИМ-сигнала, управляющего переключателем верхнего плеча, генерируется различный уровень постоянного выходного напряжения. Этот понижающий преобразователь постоянного тока очень энергоэффективен, относительно прост в сборке и требует небольшого количества компонентов.

Понижающий преобразователь подает импульсный ток на вход, а на выход подается непрерывный ток, поступающий от катушки индуктивности. По этой причине понижающий регулятор очень шумит на входе и не так шумит на выходе.Понимание этого важно при проектировании систем с низким уровнем шума.

Boost

Помимо топологии buck, второй базовой топологией является топология boost или step-up (рис. 4) . В нем используются те же пять основных силовых компонентов, что и в понижающем преобразователе, но они переставлены таким образом, что индуктор находится на входе, а переключатель верхнего плеча — на выходе. Топология повышения используется для повышения определенного входного напряжения до выходного напряжения, которое выше, чем входное напряжение.

При выборе повышающего преобразователя важно учитывать, что повышающие преобразователи всегда указывают в своих спецификациях максимальный номинальный ток переключения, а не максимальный выходной ток. В понижающем преобразователе максимальный ток переключения напрямую связан с максимально достижимым выходным током, не зависящим от отношения входного и выходного напряжений. В повышающем стабилизаторе коэффициент напряжения напрямую влияет на возможный максимальный выходной ток, основанный на фиксированном максимальном токе ключа.При выборе подходящей микросхемы повышающего стабилизатора вам необходимо знать не только требуемый выходной ток, но также входное и выходное напряжение разрабатываемой схемы.

Повышающий преобразователь имеет очень низкий уровень шума на входе, поскольку индуктор на линии с входным соединением предотвращает быстрые изменения протекающего тока. Однако на стороне выхода эта топология довольно шумная. Мы видим только импульсный ток, протекающий через внешний переключатель, и, таким образом, выходная пульсация вызывает больше беспокойства по сравнению с топологией buck.

Buck-Boost

Третья базовая топология, состоящая только из пяти основных компонентов, представляет собой инвертирующий повышающе-понижающий преобразователь (рис. 5) . Название происходит от того факта, что этот преобразователь принимает положительное входное напряжение и преобразует его в отрицательное выходное напряжение. Кроме того, входное напряжение может быть выше или ниже абсолютного инвертированного выходного напряжения. Например, выходное напряжение –12 В может быть сгенерировано из 5 В или 24 В на входе.Это возможно без каких-либо специальных модификаций схемы.

В инвертирующей повышающе-понижающей топологии катушка индуктивности подключается от коммутационного узла к земле. На стороне входа, а также на стороне выхода преобразователя протекает импульсный ток, что делает эту топологию относительно шумной с обеих сторон. В приложениях с низким уровнем шума этот характер компенсируется добавлением дополнительной входной и выходной фильтрации.

Одним из весьма положительных аспектов инвертирующей повышающе-понижающей топологии является тот факт, что для такого преобразователя можно использовать любую микросхему импульсного понижающего стабилизатора.Это так же просто, как подключить выходное напряжение понижающей цепи к заземлению системы. Заземление цепи понижающего преобразователя станет скорректированным отрицательным напряжением. Эта особенность приводит к очень большому выбору ИС импульсных регуляторов на рынке.

В следующей части этой серии мы рассмотрим специализированные топологии, распространенные изолированные топологии и расширенные изолированные топологии.

Прочтите другие статьи из серии «Управление питанием»: Как легко проектировать блоки питания

Производители блоков питания | Компании по производству источников питания

Список производителей источников питания

Понимание параллельного понимания термина «источник питания» является ключом к прояснению запутанной терминологии, которая часто окружает эту тему.Согласно широкому определению, практически каждое электронное устройство имеет компонент, который можно определить как «источник питания» (например, фонарики с батарейками). Однако важно отметить, что термин «источник питания» имеет сильное значение преобразования уже существующей электроэнергии в более подходящую форму для конкретного применения. Часто компоненты, идентифицируемые как «источники питания», физически интегрированы в устройство или включаются в цепь питания (хотя, безусловно, существуют независимые блоки).

Одним из наиболее распространенных примеров блока питания является адаптация электрических цепей для питания компьютеров. По иронии судьбы, это приложение может стать источником дальнейшей терминологической путаницы. Блок питания (PSU) преобразует переменный ток в постоянный (обсуждается ниже) для компьютера, в то время как блок питания относится к конкретному типу автономного преобразователя для ноутбуков. Однако оба эти термина иногда применяются к более общей идее источника питания. Точно так же термин «адаптер питания» технически относится к компоненту, который преобразует источник питания, физически позволяя устройству поместиться в терминал с несовместимой формой.Однако эта этикетка иногда без разбора применяется к источникам питания в более общем смысле.

Блоки питания играют очень важную роль в коммерческом мире. Они имеют решающее значение для правильной работы электрических цепей в определенных эксплуатационных пределах. Без использования источников питания электрические цепи были бы гораздо более неуправляемыми и, следовательно, гораздо более непрактичными.

Существует несколько способов разделения или классификации блоков питания, включая функциональные, механические и по способу преобразования мощности.

Запчасти

Чтобы обеспечить правильное распределение электроэнергии, каждый источник питания имеет вход питания (который получает поступающую энергию) и выход мощности (который передает преобразованную энергию на нагрузку). Обычно вход и выход источника питания состоят из проводных разъемов схемы или электрических разъемов. (В некоторых источниках питания вместо гальванических соединений используется беспроводная передача энергии). Электрическая энергия, которую получает входная мощность, может поступать из ряда источников, таких как системы передачи электроэнергии, преобразователи солнечной энергии, топливные элементы, батареи и другие устройства накопления энергии, генераторы и генераторы переменного тока.

Несмотря на то, что блоки питания могут сильно различаться, у многих из них есть несколько общих компонентов. Например, многие компьютерные блоки питания имеют переключатель входного напряжения определенного типа, который позволяет шнурам питания работать в разных странах, регулируя внешнее питание, поступающее через электрические розетки.


Источники питания – Triad Magnetics

Типы

Существует несколько способов разделения или классификации источников питания. Часто источники питания классифицируют по их функциям, механической конструкции или способу преобразования мощности (по отдельности или одновременно).

Классификация по методам преобразования

В свете вышеупомянутых определений источников питания методы преобразования энергии, очевидно, являются важным аспектом классификации источников питания в целом. Источники питания обычно описываются как преобразователи входящего электрического тока в правильный выходной ток, напряжение и частоту.

Ток — это конкретная скорость, с которой течет электрический заряд.

Напряжение конкретно относится к разности электрических зарядов между двумя отдельными точками электрической цепи (его можно рассматривать как явление, ответственное за производство тока).

Частота относится к количеству циклов электрической цепи, которые происходят в заранее определенную единицу времени.

С точки зрения высокого уровня источники питания можно разделить на линейные и импульсные.

Линейные источники питания обрабатывают входную мощность напрямую, и все их компоненты активного преобразования содержатся внутри их линейных рабочих областей. Одним из примеров этого является преобразователь частоты в напряжение, в котором для управления линейными сигналами используется операционный усилитель.
Импульсные блоки питания составляют большинство блоков питания. Они работают, получая входную мощность и преобразуя ее в импульсы переменного тока (AC) или постоянного тока (DC) перед обработкой. Преобразующие компоненты импульсных источников питания в основном работают в нелинейных областях, что обеспечивает более высокий уровень эффективности.

Поскольку большинство источников питания являются импульсными, основное различие между источниками питания заключается в том, работают ли они с использованием переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).Разница между мощностью переменного и постоянного тока довольно проста. Источники питания переменного тока работают за счет электрического заряда, который периодически меняет (или чередует) направление через определенные промежутки времени. (Мера изменения тока представлена ​​единицей частоты, называемой Герц, которая определяется как один цикл в секунду. Ток с частотой 60 Гц (Гц) чередуется шестьдесят раз в одну секунду.) С другой стороны, источники питания постоянного тока С другой стороны, используйте электрический заряд, который течет только в одном линейном направлении.Источники питания могут преобразовывать один тип потока в другой (например, источник питания переменного тока в постоянный) или изменять один тип тока на другой уровень интенсивности.

Классификация по мощности

Функционально источники питания можно разделить на следующие категории:

Регулируемые источники питания поддерживают постоянную мощность независимо от изменений на входе. (И вход, и выход обычно обсуждаются с точки зрения тока или напряжения.) Они работают с использованием регулятора напряжения в сочетании с их выходным компонентом.Некоторые регулируемые источники питания могут использовать несколько стабилизаторов напряжения для обеспечения разных выходных сигналов для отдельных устройств.

Нерегулируемые источники питания производят выходной сигнал, который не будет оставаться на фиксированном уровне с точки зрения напряжения или тока. Напротив, выходная мощность таких источников питания может сильно различаться при изменении их токов нагрузки или входных напряжений. Эти типы источников питания часто изменяют входное напряжение, включая и выключая источники питания в соответствии с колебаниями напряжения в системе.(В результате члены этого семейства могут также называться импульсными источниками питания.)

Регулируемые источники питания имеют программируемые токи нагрузки или выходные напряжения. Эти значения могут быть запрограммированы с помощью механических элементов управления, управляющего входа или того и другого. Регулируемые источники питания, как правило, отличаются большим разнообразием и сложностью, чем другие типы источников питания. Они способны производить как переменный, так и постоянный ток.

Регулируемые регулируемые источники питания образуют гибридную категорию, в которую входят регулируемые и регулируемые источники питания.

Изолированные источники питания имеют выходную мощность, не зависящую от входной мощности. Это отличается от большинства источников питания, в которых вход и выход питания имеют общий разъем,

Классификация по структуре

С точки зрения механики блоки питания можно классифицировать в зависимости от того, как они упакованы или механически защищены. Категории, основанные на этой методологии, включают следующие:

Настольные блоки питания — это автономные настольные блоки, используемые для таких приложений, как тестирование цепей и разработка.

Источники питания с открытой рамой обычно встраиваются непосредственно в существующее оборудование или машины и имеют лишь частичный механический корпус. На самом деле они иногда состоят только из монтажной основы.

Стоечные блоки питания предназначены для установки в стандартные стойки для электронного оборудования.

Встроенные блоки питания — это блоки питания, которые имеют общую печатную плату с нагрузкой.

Приложения

Чрезвычайно широкий спектр электронных устройств частично или полностью зависит от того или иного типа источника питания.Небольшая выборка таких устройств включает компьютеры, сотовые телефоны, зарядные устройства, кухонные приборы, различные типы промышленного оборудования и электродвигатели. Некоторые конкретные типы источников питания используются в других определенных приложениях больше, чем другие. Например, преобразователи частоты в напряжение часто используются при тестировании автомобилей, таких как оценка тахометров и спидометров. С другой стороны, регулируемые источники питания обычно используются для электронных микроскопов и научного оборудования, используемого для химического анализа.

Источники питания переменного и постоянного тока обычно используются для питания различных типов электротехнических изделий. Источники питания постоянного тока обычно работают внутри металлических проводников, медицинского оборудования, систем управления технологическими процессами, видеотехники, портативных компьютеров и сотовых телефонов. Обычно они независимы от электронного устройства, которое они питают, и помещены в защитный корпус. Блоки питания переменного тока, с другой стороны, часто используются для питания электрических функций жилых и коммерческих зданий, а также электронных адаптеров или преобразователей.(Это связано с эффективностью транспортировки переменного тока на большие расстояния.) Как упоминалось ранее, источники питания, которые преобразуют переменный ток в постоянный через электрические розетки и шнуры питания, являются одними из наиболее распространенных форм источников питания в целом. Обычные бытовые приборы, которые подключаются к розеткам переменного тока, обычно имеют компонент, известный как выпрямитель (состоящий из электронных компонентов, известных как диоды), который отвечает за фактическое преобразование переменного тока в постоянный. Другие бытовые приборы работают за счет преобразования постоянного тока в переменный; они зависят от компонентов, называемых инверторами, которые преобразуют постоянный ток в переменный, плавно изменяющийся, пригодный для использования вид энергии.

Соображения

Блоки питания можно приобрести или заказать в различных конфигурациях и конструкциях. Клиентам, например, предлагается ряд различных способов представления контролируемой и измеренной информации о токе и напряжении, включая аналоговые визуальные индикаторы, графические дисплеи, видеодисплеи и цифровые цифровые дисплеи. Дополнительные функции включают технологию компьютерного интерфейса, регулируемое напряжение, системы охлаждения с вентиляторами, водяное охлаждение, защиту от перенапряжения, защиту от перегрузки по току, встроенные радиаторы, коррекцию коэффициента мощности, чисто синусоидальный выход, защиту от короткого замыкания и резервные батареи.Другие параметры, которые следует учитывать при покупке блоков питания, включают выходное напряжение устройства, выходную мощность, выходную частоту, количество выходов, полную мощность, рабочую температуру, а также то, работает ли устройство на постоянном токе, на переменном токе или на обоих.

Всегда разумно потратить время на поиск качественного поставщика блоков питания, который может предоставить вам не только широкий ассортимент продукции, но и подробные экспертные консультации, которые помогут вам в выборе блока питания. Приведенные ниже сценарии иллюстрируют лишь некоторые из факторов, которые необходимо учитывать при выборе наилучших источников питания для конкретного приложения.Импульсные источники питания
идеально подходят для сценариев, в которых эффективное использование энергии имеет первостепенное значение. К сожалению, импульсные источники питания, как правило, более сложны и производят больший электрический «шум», чем другие типы (например, линейные источники питания). Иногда помехи от импульсного источника питания требуют дополнительного экранирования, чтобы они не влияли на другую электронику.

Нерегулируемые источники питания, как правило, дешевле регулируемых. Однако нерегулируемые источники питания (по определению) не обеспечивают чистую или предсказуемую мощность.Таким образом, если вы питаете чувствительное электронное оборудование, вероятно, необходимо сделать финансовые вложения в регулируемые источники питания, которые могут обеспечить чистое и предсказуемое напряжение.

Источники питания Информационное видео

Постоянное напряжение и постоянный ток | Tech

Источник питания — это устройство, которое подает электрическую энергию на нагрузку, и бывает двух типов: источники напряжения и источники тока. В общем, источник питания часто означает источник напряжения, но есть и источники тока, которые подают ток.
Силовая цепь, преобразующая поступающую электроэнергию в требуемую форму и выдающая ее, называется «силовой цепью». Цепи электропитания можно условно разделить на «источники постоянного напряжения» и «источники постоянного тока».

Источник постоянного напряжения

Источник питания постоянного напряжения — это силовая цепь, которая регулирует выходное напряжение на постоянном уровне. Он всегда обеспечивает постоянное напряжение независимо от нагрузки и широко используется в источниках питания для электронных схем.
Большинство электронных схем рассчитаны на работу при постоянном напряжении, поскольку они не могут работать должным образом, если напряжение колеблется непреднамеренным образом.

Источники постоянного тока

Источник питания постоянного тока, с другой стороны, представляет собой схему источника питания, которая регулирует выходной ток на постоянном уровне. Источники постоянного тока используются для питания светодиодного освещения и зарядки аккумуляторных батарей.
Яркость светодиодного освещения определяется текущим значением, поэтому, если текущее значение колеблется, соответственно изменится и яркость.Это не столько проблема для маленьких светодиодных экранов, сколько для больших светильников видно изменение яркости, поэтому требуется стабильный ток.
Также при зарядке аккумуляторов напряжение и ток не пропорциональны из-за характеристик аккумуляторов. Поэтому используется источник питания постоянного тока, чтобы ток подавался независимо от напряжения, подаваемого на батарею.

Преобразование между источником напряжения и источником тока

Источники напряжения и тока могут быть эквивалентно преобразованы друг в друга.Когда напряжение, приложенное к нагрузке, и ток, протекающий через нагрузку, одинаковы, источник напряжения и источник тока функционируют как имеющие одинаковое значение и функцию.
Другими словами, источник напряжения можно эквивалентным образом преобразовать в источник тока, выполняющий ту же работу для нагрузки, а источник тока можно эквивалентно преобразовать в источник напряжения, выполняющий ту же работу для нагрузки.

Переменный импульсный источник питания

Некоторые блоки питания являются «импульсными источниками питания с переменным переключением», которые могут переключать режимы для включения различных выходов.В дополнение к режиму постоянного напряжения (CV) и режиму постоянного тока (CC), режим постоянной мощности (CP), режим постоянного сопротивления (CR) и т. д. доступны для обеспечения выходного сигнала в соответствии с приложением.

Схема источника постоянного напряжения показана ниже. Источник напряжения содержит источник питания и внутренние резисторы, которые соединены последовательно с источником питания. Напряжение на клеммах V L выражается следующим уравнением.

Следовательно, когда внутреннее сопротивление r 0 достаточно мало по сравнению с сопротивлением нагрузки R L , V L ≒E 0 .Это приводит к постоянному напряжению на клеммах V L независимо от тока нагрузки I L .

Схема источника постоянного тока показана ниже. Внутреннее сопротивление источника постоянного тока параллельно источнику питания. Выходной ток I L выражается следующим уравнением.

Когда внутреннее сопротивление r 0 равно ∞, I L ≒I 0 . Это делает ток нагрузки I L постоянным.

Источник питания, который имеет такой механизм, как поддержание постоянного напряжения V L и I L , называется источником питания со стабилизацией постоянного тока.
Типы регулируемых источников питания постоянного тока включают «последовательно регулируемые источники питания», в которых цепь управления вставлена ​​между входом и выходом для стабилизации напряжения и тока, и «импульсные источники питания», в которых высокая частота создается путем поворота вход выключается и включается, а затем выпрямляется и контролируется для стабилизации. Источники питания постоянного тока
с регулируемым напряжением подразделяются на «источники постоянного напряжения постоянного тока», чье выходное напряжение стабильно даже при изменении нагрузки, и «источники постоянного тока постоянного тока», чей выходной ток стабилен.
Программируемые источники питания постоянного тока автоматически переключаются в режим постоянного напряжения (CV) или в режим постоянного тока (CC) в зависимости от настроек напряжения и тока и подключенной нагрузки.
Для получения дополнительной информации о достоинствах и недостатках источников питания постоянного тока в зависимости от метода управления и продуктов, с которыми они работают, перейдите по ссылкам ниже.

Связанные технические статьи

Схема, различные типы и их работа

Источник питания является важным компонентом любой электрической или электронной системы.Существуют различные требования, которые необходимо учитывать при выборе точного источника питания, например; Потребности в мощности для цепи или нагрузки в основном включают напряжение и ток. Функции безопасности схемы источника питания, такие как ограничения по току и напряжению для защиты нагрузки, эффективность, физический размер и помехоустойчивость системы. В этой статье мы рассмотрим определение блока питания , различных типов блоков питания, и то, как они работают. Эти источники питания в основном используются для измерений, обслуживания, тестирования и расширения продукции.

Что такое блок питания?

Источник питания может быть определен , так как это электрическое устройство, используемое для подачи электроэнергии на электрические нагрузки. Основная функция этого устройства заключается в изменении электрического тока от источника на точное напряжение, частоту и ток для питания нагрузки. Иногда эти источники питания можно назвать преобразователями электроэнергии. Некоторые типы расходных материалов представляют собой отдельные элементы нагрузки, в то время как другие встроены в устройства, которыми они управляют.

Цепь питания   

Цепь питания используется в различных электрических и электронных устройствах. Схемы электропитания подразделяются на различные типы в зависимости от мощности, которую они используют для питания цепей или устройств. Например, схемы на основе микроконтроллера, как правило, представляют собой схемы регулируемого источника питания (RPS) 5 В постоянного тока, которые могут быть разработаны с помощью различных методов изменения мощности с 230 В переменного тока на 5 В постоянного тока.

Схема блока питания показана выше, а пошаговое преобразование 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока обсуждается ниже.

  • Понижающий трансформатор преобразует 230 В переменного тока в 12 В.
  • Мостовой выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный.
  • Конденсатор используется для фильтрации пульсаций переменного тока и подачи на регулятор напряжения.
  • Наконец, регулятор напряжения регулирует напряжение до 5 В и, наконец, блокировочный диод используется для получения пульсирующей формы волны.

Блок-схема источника питания

Различные типы источников питания

Различные типы источников питания классифицируются следующим образом.

1) Импульсный источник питания

Импульсный источник питания или компьютерный источник питания представляет собой тип источника питания, который включает в себя импульсный регулятор для мощного преобразования электроэнергии. Подобно другим источникам питания, этот источник питания передает мощность от источника постоянного или переменного тока к нагрузкам постоянного тока, таким как ПК (персональный компьютер), изменяя при этом характеристики тока и напряжения. Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о «Все о импульсном источнике питания»

SMPS — импульсный источник питания

2) Источник бесперебойного питания

ИБП (источник бесперебойного питания) — это электрическое устройство, которое позволяет ПК продолжайте работать некоторое время, так как основной источник питания потерян.Этому устройству также дается защита от перетока энергии.

ИБП – источник бесперебойного питания

ИБП включает в себя батарею для хранения энергии, когда устройство обнаруживает потерю питания от основного источника. Например, если вы используете ПК, когда источник бесперебойного питания обнаруживает потерю мощности, вам необходимо сохранить данные до того, как ИБП (вторичный источник питания) разрядится.

Когда и первичный, и вторичный источники питания заканчиваются, все данные в ОЗУ вашего ПК (оперативная память) стираются.Когда происходит потеря питания, вторичный источник питания останавливает потерю питания, чтобы не повредить персональный компьютер. Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о принципиальной схеме источника бесперебойного питания и работе

3) Источник питания переменного тока

Как правило, источник питания переменного тока получает напряжение от сети, и напряжение может повышаться или понижаться с помощью с помощью трансформатора до требуемого напряжения и может иметь место некоторая фильтрация. Различные типы блоков питания переменного тока предназначены для обеспечения почти стабильного тока, а напряжение вывода/выключения может изменяться в зависимости от импеданса нагрузки.В некоторых случаях, поскольку источником питания является постоянный ток, для преобразования его в мощность переменного тока можно использовать повышающий трансформатор и инвертор. В некоторых видах изменения мощности переменного тока трансформатор не используется.

Блок питания переменного тока

Если входное и выходное напряжения одинаковы, основной функцией устройства является фильтрация переменного тока. Если аппарат предназначен для обеспечения резервного питания, то его можно назвать источником бесперебойного питания (ИБП). В настоящее время источники питания переменного тока подразделяются на два типа, а именно однофазные системы и трехфазные системы.Основное различие между ними заключается в надежности доставки. Эти источники могут также применяться для изменения напряжения, а также частоты.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше о регулируемых источниках питания постоянного тока MCQ

4) Источники питания постоянного тока

Источники питания постоянного тока обеспечивают постоянное напряжение постоянного тока для нагрузки. В соответствии со своим планом источник питания постоянного тока может управляться источником постоянного тока или источником переменного тока, например, сетью электропитания.

Источник питания постоянного тока

5) Регулируемый источник питания

RPS (регулируемый источник питания) представляет собой фиксированную схему, используемую для преобразования нерегулируемого переменного тока в стабильный постоянный ток.

Здесь выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный, и его основной функцией является подача стабильного напряжения на устройство или цепь, которые должны функционировать в определенных пределах источника питания. Выход РПС может быть переменным (или) однонаправленным, но это всегда постоянный ток (постоянный ток).

Регулируемый источник питания

Тип используемой стабилизации можно контролировать, чтобы гарантировать, что o/p остается в определенных пределах при различных условиях нагрузки.

6) Программируемый источник питания

Этот тип источника питания позволяет дистанционно управлять его работой через аналоговый вход или цифровые интерфейсы, такие как GPIB или RS232.Управляемые свойства этого источника питания включают ток, напряжение, частоту. Этот тип расходных материалов используется в широком спектре приложений, таких как производство полупроводников, генераторов рентгеновского излучения, мониторинг роста кристаллов, тестирование автоматизированного оборудования.

Как правило, в этих типах источников питания используется важный микрокомпьютер для управления и контроля работы источника питания. Блок питания, оснащенный интерфейсом компьютера, использует стандартные (или) проприетарные протоколы связи и язык управления устройством, такой как SCPI (стандартные команды для программируемых инструментов)

7) Компьютерный блок питания

Блок питания в компьютере — это часть аппаратного обеспечения, которое используется для преобразования мощности, подаваемой из розетки, в полезную мощность для нескольких частей компьютера.Он преобразует переменный ток в постоянный.

Он также контролирует перегрев посредством управления напряжением, которое может изменяться вручную или автоматически в зависимости от источника питания. Блок питания или блок питания также называют преобразователем мощности или блоком питания.

В компьютере внутренние компоненты, такие как корпуса, материнские платы и блоки питания, доступны в различных конфигурациях, размеры которых известны как форм-фактор. Все эти три компонента должны быть хорошо согласованы друг с другом, чтобы работать должным образом вместе.

Пожалуйста, перейдите по этой ссылке, чтобы узнать больше об электрических цепях MCQ

8) Линейный источник питания

Схема LPS (линейный источник питания) или LR (линейный регулятор) используется в различных электрических и электронных схемах для питания Постоянный ток во всей цепи. Линейный источник питания в основном включает в себя понижающий трансформатор, выпрямитель, схему фильтра и регулятор напряжения. Основная функция этой схемы — сначала; понижает напряжение переменного тока, а затем превращает его в постоянный ток.К основным особенностям этого источника питания можно отнести следующее.

  • КПД этого источника питания составляет от 20 до 25 %.
  • Магнитные материалы, используемые в этом источнике питания, представляют собой сердечник CRGO или St Alloy.
  • Более надежный, менее сложный и громоздкий.
  • Дает более быстрый ответ.

К основным преимуществам линейного блока питания относятся надежность, простота, низкая стоимость и низкий уровень шума. Наряду с этими преимуществами есть некоторые недостатки, такие как

Они лучше всего подходят для нескольких приложений с низким энергопотреблением, когда требуется большая мощность; недостатки превращаются в более явно.К недостаткам этого блока питания можно отнести высокие потери тепла, размер и низкий уровень эффективности. Всякий раз, когда линейный источник питания используется в приложениях высокой мощности; для управления питанием требуются большие компоненты.

Таким образом, речь идет о различных типах источников питания, и они используются для эффективного обеспечения питания различных систем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.