Схемотехника блоков питания: Документ не найден

Содержание

Схемотехника блоков питания atx

Версия для печати Переопубликовать обзор. Неотъемлемой частью каждого компьютера является блок питания. Он важен так же, как и остальные части компьютера. При этом покупка блока питания осуществляется достаточно редко, так как хороший БП может обеспечить питанием несколько поколений систем. Учитывая все это к приобретению блока питания необходимо отнестись очень серьезно, так как судьба компьютера в прямой зависимости от работы блока питания. Основное назначение блока питания — формирование напряжения питания, которое необходимо для функционирования всех блоков ПК.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Ремонт ATX блока питания Power Master 250W FA-5-2. Поиск неисправностей.

Схемотехника блоков питания


Описание: Простейший блок питания с трансформаторным входом имеет схему приведенную на рис. Трансформатор блока питания рассчитанный на частоту 60 Гц на частоте 50 Гц может ощутимо нагреваться. Блоки питания с трансформаторным входом применяются при небольшой выходной мощности чаще всего в выносных адаптерах обеспечивающих питание модемов хабов и прочих маломощных устройств внешнего исполнения.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск. Схемотехника блоков питания. Простейший блок питания с трансформаторным входом имеет схему, приведенную на рис. Такие блоки достаточно часто монтируются прямо на вилке питания. В зависимости от мощности стабилизатор строится по однотактной или двухтактной схеме. Однотактная схема несколько проще рис. В мониторах частоту импульсного блока обычно синхронизируют с частотой генератора строчной развертки во избежание видимых помех.

Двухтактные преобразователи сложнее, но они обеспечивают большую выходную мощность. Такие блоки широко используются в блоках питания PC. Если блок питания должен вырабатывать несколько выходных напряжений, преобразователь может стабилизировать лишь одно из них. Остальные напряжения могут быть стабилизированы дополнительными выходными стабилизаторами, но часто их оставляют и нестабилизированными.

Импульсные помехи, которые могут проникать как в питаемые, так и в питающие цепи, подавляют тщательно разработанными фильтрами. Импульсные блоки питания не критичны к частоте сети 50 или 60 Гц и часто позволяют работать в широком диапазоне входных напряжений. На рис. Пока мгновенное значение напряжения ниже напряжения на накопительном конденсаторе выпрямителя, ток практически не потребляется.

Для питающей сети такой характер нагрузки нежелателен , но с ним приходится мириться. Нелинейность входной цепи бестрансформаторного блока питания. Блок питания персонального компьютера. Блок питания PC обеспечивает напряжениями постоянного тока системный блок со всеми его сложными и часто привередливыми устройствами.

С самых первых моделей PC здесь применяется двухтактная схема преобразователя с бестрансформаторным входом, без революционных изменений эта схема дошла и до наших дней. Упрощенная схема блока питания приведена на рис. Мощные высоковольтные транзисторы Т1 и Т2 и конденсаторы С1 и С2 образуют полумостовую схему генератора преобразователя, нагрузкой которого является высокочастотный импульсный силовой трансформатор Тр2.

Этот трансформатор обеспечивает и гальваническую развязку выходных и входных цепей. При этом чем больше нагрузка блока по основной стабилизированной цепи, тем выше напряжения на остальных шинах. При подключении нагрузки скорость вращения вентилятора повышается.

Для определения перегрузки по току последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора включают еще и трансформатор тока он на рис. Интересная особенность блоков питания построенных на микросхеме TLCN, заключается в идеологии управления выходными ключами.

Благодаря такому подходу упрощается процесс запуска источника. При включении блока питания F симметричный мультивибратор, образованный выходными транзисторами совместно с трансформатором, начинает плавно возбуждаться. Заметим, что некоторые блоки питания не за пускаются без нагрузки. При включении блока, предназначенного для работы при напряжении В в сеть В, часто выходят из строя ключевые транзисторы или диоды. Поскольку большинство цепей блока питания находится под высоким напряжением, ремонт блока требует соответствующей квалификации и знаний техники безопасности.

Рекомендации по ремонту блока. Блок питания PC обычно имеет стандартный конструктив и набор жгутов кабелей с разъемами питания для соединения с системной платой и периферийными устройствами. На задней стенке блока устанавливается входной разъем питающего кабеля, а также может быть установлен транзитный выходной разъем для питания монитора. При этом монитор включают в дополнительную розетку и хорошо, если при этом соблюдают правила заземления. На задней стенке устанавливается и переключатель диапазона питающего напряжения, если таковой присутствует в блоке.

На задней стенке также может устанавливаться выключатель питания. Таким образом, провода с напряжением питающей сети удалось убрать с передней части корпуса компьютера, и теперь высокое напряжение присутствует только внутри корпуса блока питания. Мощность блока питания зависит от назначения корпуса системного блока лежит в диапазоне от Вт для обычных компьютеров до Вт для мощных серверов. Для блоков с транзитным разъемом питания монитора потребляемая мощность коммутируемая выключателем питания иногда указывается с учетом дополнительных Вт, потребляемых монитором.

Для регулировки выходного напряжения обычно имеется подстроечный резистор, хотя та доступа к нему может потребоваться и разборка блока питания. Если старые системные платы хорошо себя чувствовали при номинале питания 5,,1 В, современные платы иногда лучше себя чувствуют при напряжении питании 4,,95 В.

Кроме питающих напряжений, блок питания формата ATX вырабатывает сигнал P. Этот сигнал с уровнем в 3 — 6 В вырабатывается через 0,,5 с после включения питания при нормальных выходных напряжениях блока. Отсутствие должной задержки сигнала при включении и запаздывание при выключении может приводить к потере информации в CMOS и ошибкам при загрузке по включении питания.

Выходные цепи блоков питания формата AT выводятся гибкими жгутами проводов со стандартным набором разъемов рис. Разъемы для питания накопителей имеют ключи, исключающие возможность неправильного соединения. Цвета проводов в жгутах стандартизованы:. GND — черный;. Выходные разъемы блока питания формата AT. В традиционных блоках питания вентилятор работает на отсос воздуха из корпуса системного блока.

Это позволяет увеличить ресурс вентилятора и снижает шум при нормальной температуре окружающего воздуха. Блок питания в стандарте АТХ значительно отличается от традиционных как по габаритным размерам, так и по электрическому интерфейсу. Дежурный источник с допустимым током нагрузки 10 мА АТХ 2. Напряжение от этих источников поступает на выход блока только при удержании сигнала PS-ON на низком логическом уровне.

При высоком уровне или свободном состоянии цепи выходные напряжения этих источников поддерживаются около нулевого уровня. Интерфейс управления питанием позволяет выполнять программное отключение питания.

Временная диаграмма интерфейса управления питанием АТХ. Все питающие и сигнальные провода к системной плате подключаются одним основным разъемом с надежным ключом рис. На разъемах подключения накопителей, естественно, сохранилось традиционное назначение контактов.

Сигнал FanC предназначен для управления скоростью вентилятора подачей напряжения в диапазоне Промежуточное значения уровня позволяют плавно регулировать скорость. Цепи блоков питания АТХ имеют стандартизованную цветовую маркировку.

Дополнительный разъем:. Вентилятор может располагаться снаружи корпуса блока питания АТХ, так что он оказывается над процессором положение процессора на системной плате зафиксировано стандартом. Главная Новости Регистрация Контакты. Главная Рефераты.

Дата добавления: Размер файла: Поделитесь работой в социальных сетях Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Нелинейность входной цепи бестрансформаторного блока питания Блок питания персонального компьютера Блок питания PC обеспечивает напряжениями постоянного тока системный блок со всеми его сложными и часто привередливыми устройствами.

Использование в качестве нагрузки системной платы или накопителей чревато их выходом из строя в процессе ремонта блока. Если блок питания не включается, отключите его от сети и разрядите накопительные конденсаторы С1 и С2 на рис. Заменять неисправные элементы желательно на однотипные.

Питание от сети на ремонтируемый блок следует подавать только после проверки его силовых цепей диодов и транзисторов и базовых цепей выходных ключей. Временная диаграмма интерфейса управления питанием АТХ Все питающие и сигнальные провода к системной плате подключаются одним основным разъемом с надежным ключом рис. Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать. Лекция Разъемы блоков питания В зависимости от используемого блока питания количество разъемов для дисководов в АТХ-системах может достигать восьми.

Лекция Назначение и принципы работы блоков питания Главное назначение блоков питания преобразование электрической энергии поступающей из сети переменного тока в энергию пригодную для питания узлов компьютера. Блок питания преобразует сетевое переменное напряжение В 50 Гц В 60 Гц в постоянные напряжения 5 12 и в 33 В. Импульсный блок содержит в себе больше электроники и имеет свои достоинства и недостатки.

К достоинствам следует отнести небольшой вес и возможность непрерывного питания при падении напряжения. К недостаткам — наличие не очень продолжительного срока службы по сравнению с силовыми блоками из-за присутствия электроники. Лекция Конструирование гражданских зданий из крупных блоков 7. Стены из блочной конструкции по месторасположению подразделяют на простеночные подоконные Доклад Технология производства новых фотокаталитических блоков воздухоочистителей на основе оригинального нанодисперстного фотокатализатора Получаемые таким образом объемные фильтры обладают низким сопротивлением воздушному потоку высокой удельной поверхностью достаточной жесткостью для последующего применения в установках очистки воздуха и инертностью по отношению к таким мощным окислителям как TiO2 УФсвет.

Преимущества использования фотокаталитических блоков в системах очистки воздуха Блок питания наиболее подвержен влиянию внешних факторов и в тоже время на его работу могут повлиять элементы являющиеся его нагрузкой. Блок питания erocool Impertor W EN Главное назначение блоков питания преобразование электрической энергии поступающей из сети переменного тока в энергию пригодную для питания узлов компьютера.

Реферат СМИ о продуктах питания В продукты добавляются различные вещества чтобы увеличить их срок годности придать более приятный вид вкус запах. Однако следует учитывать что у любого даже полезного вещества употребляемого в пищу есть определенная норма превышение которой может привести к неприятным последствиям.


Ремонт блока питания компьютера своими руками

С каждым днём всё более популярны среди радиолюбителей компьютерные блоки питания ATX. При относительно небольшой цене, они представляют собой мощный, компактный источник напряжения 5 и 12 В — ватт. Схемотехника этих блоков питания примерно одинакова практически у всех производителей. Главное различие между ними заключается в том, что БП в AT не поддерживает программно стандарт расширенного управления питанием. Отключить данный БП можно, лишь прекратив подачу напряжение на его вход, а в блоках питания формата ATX есть возможность программного отключения сигналом управления с материнской платы. Источник питания по этой цепи должен обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством отсеков для дисководов. Это напряжение также подается на вентиляторы.

Схема блок питания gembird w. Блок питания Gembird ATX W PSU3 CE PFC (20+4pin) шнур питания. Нужна схема блок .

Схема блока питания (БП) ATX-350 WP4

Схема подключения нагрузок для проверки исправности блоков питания.. Проблема такая — Thermaltake TRW,. На фоне такого стремительного развития компьютеров блоки питания изменились. Структурная схема блока питания. Кроме того, устройство. Блок питания поддерживает фирменную технологию PowerFlex, благодаря. Хотя форм-фактор этого блока питания совпадает со стандартом ATX, он может питать и.. Разъемы для питания материнской платы построены по универсальной схеме » Простой и качественный ремонт блока питания ATX. Описание, схема.

Устройство компьютерных блоков питания и методика их тестирования

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно.

Часто причины отказов импульсных источником напряжения кроется в некачественном сетевом напряжении.

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ КОНСТРУКТИВА АТХ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРОВ

Всё отлично поместилось в корпусе БП. Ремонт блоков питания ATX. Вопросы и ответы. Включение блока питания ATX. Он дёргается и останавливается кулер. До этого БП был совсем мёртвый и не подавал ни каких принаков жизни.

Проверенные схемы в работе

С каждым днём всё более популярны среди радиолюбителей компьютерные блоки питания ATX. При относительно небольшой цене, они представляют собой мощный, компактный источник напряжения 5 и 12 В — ватт. Схемотехника этих блоков питания примерно одинакова практически у всех производителей. Главное различие между ними заключается в том, что БП в AT не поддерживает программно стандарт расширенного управления питанием. Отключить данный БП можно, лишь прекратив подачу напряжение на его вход, а в блоках питания формата ATX есть возможность программного отключения сигналом управления с материнской платы. Источник питания по этой цепи должен обеспечивать большой выходной ток, особенно в компьютерах с множеством отсеков для дисководов. Это напряжение также подается на вентиляторы.

Надо переделать БП Delux all-audio.pronal. Схема блока питания Power Master FA ver 3. что за ерунда получается? ATX БЛОК ПИТАНИЯ.

Теория и практика. Кейсы, схемы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие.

В некоторой степени блок питания также выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения. Как компонент, занимающий значительную часть внутри корпуса компьютера, несёт в своём составе либо монтируемые на корпусе БП компоненты охлаждения частей внутри корпуса компьютера. В большинстве случаев, для компьютера в рассматриваемом примере, используется импульсный блок питания , выполненный по полумостовой двухтактной схеме. Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами обратноходовая схема естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяются значительно реже. Гораздо чаще встречается схема прямоходового однотактного преобразователя, которая не так ограничена по массо-габаритным показателям.

Описание: Простейший блок питания с трансформаторным входом имеет схему приведенную на рис. Трансформатор блока питания рассчитанный на частоту 60 Гц на частоте 50 Гц может ощутимо нагреваться.

Microsoft объявила о доступности финальной версии приложения Skype Translator, снимающего языковой барьер между пользователями Skype во всем мире. Надстройка к Skype осуществляет синхронный текстовый перевод Компания MSI представила флагманскую модель материнской платы на чипсете X, которая получила название Creator X Эта новинка позиционируется в качестве решения для самых продвинутых рабочих систем Немецкое издание Planet 3DNow!

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям.


Схемотехника блоков питания

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 90Следующая ⇒

Блоки питания аппаратуры, предназначенные для питания от сети переменного тока, в зависимости от назначения и мощности могут быть выполнены по раз­личным схемам. Схема простейшего блока питания с трансформаторным вхо­дом приведена на рис. 3.1.

Здесь понижающий трансформатор, работающий на частоте питающей сети 50/60 Гц, обеспечивает требуемое напряжение и гальваническую развязку пи­таемых цепей от сети переменного тока. Выходное напряжение может стабили­зироваться непрерывным или импульсным низковольтным стабилизатором напряжения. Главный недостаток такого блока — большие габариты низкочас­тотного силового трансформатора. Трансформатор блока питания, рассчитан ный на частоту 60 Гц (зарубежные питающие сети), на частоте 50 Гц (наши сети) может ощутимо нагреваться. Естественно, от сети постоянного тока (та­кие изредка встречаются) такой блок работать не может. Блоки питания с транс­форматорным входом применяются при небольшой выходной мощности, чаще всего — в выносных адаптерах (старых моделей), обеспечивающих питание мо­демов, хабов и прочих маломощных устройств внешнего исполнения. Такие блоки довольно часто монтируются прямо на вилке питания.

В блоках питания с бестрансформаторным входом понижающий трансформа­тор работает на высокой частоте — в десятки и даже сотни килогерц, что позво­ляет уменьшить габариты и вес блока питания. В этом случае входное напряже­ние сразу выпрямляется и после фильтрации поступает на высокочастотный преобразователь. Высокочастотные импульсы преобразователя попадают на понижающий импульсный трансформатор, который обеспечивает гальваниче­скую развязку выходных и входных цепей. Преобразователь чаще всего делают управляемым, так что на него возлагаются еще и функции регулирующего эле­мента стабилизатора напряжения. Управляя шириной импульса, можно изме­нять величину энергии, поступающей через трансформатор в выпрямитель, и, следовательно, регулировать (стабилизировать) его выходное напряжение. В зависимости от мощности стабилизатор строится по однотактной или двух­тактной схеме. Однотактная схема несколько проще (рис. 3.2), ее применяют в блоках питания, где мощность обычно не превышает сотни ватт (например, в мониторах). В мониторах частоту импульсного блока обычно синхронизиру­ют с частотой генератора строчной развертки во избежание видимых помех. В настоящее время выпускается широкий ассортимент управляющих микро­схем со встроенным ключевым транзистором и развитыми функциями защиты и управления. Блоки питания на их основе получаются предельно простыми и компактными; маломощные блоки могут размещаться прямо в вилках-адап­терах.

Двухтактные преобразователи сложнее, но они обеспечивают большую выходную мощность. Такие блоки широко используются в блоках питания PC (см. 3.2).

Если блок питания должен вырабатывать несколько выходных напряжений, сам преобразователь может стабилизировать лишь одно из них. Остальные на­пряжения могут быть стабилизированы дополнительными выходными стабили­заторами, но часто их оставляют нестабилизированными. При этом появляется взаимозависимость: чем больше нагрузка по основной (стабилизированной) цепи, тем выше напряжения на остальных шинах.

Импульсные блоки питания имеют малые габариты, но компактный трансфор­матор представляет собой довольно сложное изделие. Импульсные помехи, которые могут проникать как в питаемые, так и в питающие цепи, подавляют тщательно разработанными фильтрами. Внешнее излучение подавляется ме­таллическим экраном, в который заключают весь блок.

Импульсные блоки питания не критичны к частоте сети (50 или 60 Гц), могут работать от постоянного тока и часто в широком диапазоне входных напряже­ний. Современные блоки, у которых указано свойство Autoswitching Power Supply, работают в диапазоне 110-230 В без переключателя напряжения. Такие блоки применяются в большинстве современных мониторов.

ВНИМАНИЕ———————————————————————————————————

Самый тяжелый режим функционирования элементов блока питания возникает в момент включения. После выключения блока питания (любой конструкции) вклю­чать его повторно рекомендуется не раньше, чем через 10 с. Несоблюдение этой рекомендации может сократить жизнь блока питания.

Наличие выпрямителя и накопительного конденсатора на входе бестрансфор­маторного блока питания обусловливает ярко выраженную динамическую не­линейность входной цепи. На рис. 3.3 приведены осциллограммы напряжения сети и потребляемого тока, которые иллюстрируют эту нелинейность. Пока мгновенное значение напряжения ниже напряжения на накопительном конден­саторе выпрямителя, ток практически не потребляется. На верхушках синусои­ды ток резко возрастает, так что в его спектре очень сильно выражена 3-я гар­моника. Для питающей сети такой характер нагрузки нежелателен, но с ним приходится мириться. Конечно, нелинейность имеется и в трансформаторном блоке питания, но она несколько сглаживается низкочастотным трансформато­ром.

Блок питания PC

Блок питания PC обеспечивает напряжениями постоянного тока системный блок со всеми его сложными и часто привередливыми устройствами. С самых первых моделей PC здесь применяется двухтактная схема преобразователя с бестрансформаторным входом, без революционных изменений эта схема дошла и до наших дней (ее упрощенный вариант приведен на рис. 3.4). Входное на­пряжение после высокочастотного фильтра выпрямляется и поступает на нако­пительные конденсаторы (С1 и С2), являющиеся главными хранителями энер­гии на случай кратковременного провала питающего напряжения. Мощные высоковольтные транзисторы Т1 и Т2 и конденсаторы С1 и С2 образуют полу­мостовую схему генератора-преобразователя, нагрузкой которого является вы­сокочастотный импульсный силовой трансформатор Тр2. Этот трансформатор обеспечивает и гальваническую развязку выходных и входных цепей. Преобра­зователь является регулирующим элементом стабилизатора напряжения основ­ного источника: +3,3 В для АТХ (и более новых конструктивов) или +5 В (PC/AT). Остальные напряжения могут быть стабилизированы дополнитель­ными выходными стабилизаторами, но чаще их оставляют нестабилизирован-ными. При этом чем больше нагрузка блока по основной (стабилизированной) цепи, тем выше напряжения на остальных шинах. Убедиться в этом просто — понаблюдайте за вентилятором блока питания, который питается от цепи +12 В, изменяя нагрузку по основной цепи, например подключая и отключая системную плату. При подключении нагрузки скорость вращения вентилятора повы­шается. Это происходит потому, что с повышением тока нагрузки преобразова­тель вырабатывает более широкие импульсы, а выходное напряжение нестаби-лизированных выпрямителей при постоянной нагрузке пропорционально шири­не этих импульсов. По этой причине уровни напряжения на не основных выхо­дах большинства блоков питания соответствуют номиналам лишь при номи­нальной и сбалансированной нагрузке. Однако, как правило, потребители этих напряжений не требуют особой точности напряжения, а стабильность обеспе­чивается относительным постоянством нагрузки основной цепи.

Двухтактные блоки питания многих поколений PC строились на основе управ­ляющей микросхемы TL494CN или ее аналогов. Эта микросхема содержит встроенный генератор и управляет ключами выходных транзисторов, воспри­нимая сигнал обратной связи из цепи +5 В и сигнал отключения по токовой пе­регрузке. Для определения перегрузки по току последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора включают еще и трансформатор тока (на рис. 3.4 для упрощения не показан), с выхода которого сигнал через порого­вую схему подается на вход управляющей микросхемы. Интересная особен­ность блоков питания, построенных на микросхеме TL494CN, заключается в идеологии управления выходными ключами. Вопреки ожиданиям, связанным с эксплуатацией импульсных блоков питания, например ЕС ЭВМ, эта микро­схема управляет запиранием выходных ключей, а не активным отпиранием. Благодаря такому подходу упрощается процесс запуска источника (в тех же блоках ЕС для запуска применялся источник служебного напряжения). При включении блока питания PC симметричный мультивибратор, образованный выходными транзисторами совместно с трансформатором, начинает плавно возбуждаться. Когда выходное напряжение цепи +12 В, от которого питается и управляющая микросхема, достигает уровня нескольких вольт, микросхема приступает к исполнению своих сдерживающих регулировочных обязанностей и блок выходит в рабочий режим, управляемый генератором микросхемы. За­метим, что некоторые блоки не запускаются без нагрузки.

Для мощных блоков питания обеспечить работу в широком диапазоне питаю­щих напряжений довольно сложно, и на них устанавливают переключатель входного напряжения:

♦ 230 В — напряжение в диапазоне 180-265 В;

♦ 115 В — напряжение в диапазоне 90-135 В.

Переключение диапазона входного напряжения легко осуществляется пере­ключателем, который преобразует мостовую схему выпрямителя в схему вы­прямителя с удвоением для питания от сети 115 В. При включении в сеть 220 В блока, предназначенного для работы при напряжении НО В, часто выходят из строя ключевые транзисторы или диоды. Блоки, у которых указано свойство Autoswitching Power Supply, работают в диапазоне 110-230 В без переключате­ля. В них применяют силовые компоненты с большим запасом по допустимым напряжению и току.

ВНИМАНИЕ

Встречаются и «упрощенные» блоки питания (китайского производства), у кото­рых сетевой фильтр отсутствует (конденсаторов нет, а дроссели заменены пере­мычками). Эта экономия оборачивается большим уровнем помех, попадающих от данного блока в сеть, и повышенной чувствительностью компьютера к помехам из сети. Эти помехи могут приводить к сбоям, зависаниям или внезапным переза­грузкам компьютера и даже к самопроизвольному включению компьютеров с бло­ком питания АТХ (см. далее).

Поскольку большинство цепей блока питания находится под высоким напря­жением, ремонт блока требует соответствующей квалификации и знаний тех­ники безопасности. Не вдаваясь в подробности, можно дать несколько практи­ческих рекомендаций по ремонту блока:

♦ Для проверки и ремонта блока питания полезно иметь нагрузку — мощные
резисторы — по крайней мере, для основной цепи (+3,3 или +5 В). Рези­
стор 5 Ом, 5 Вт обеспечит ток, вполне достаточный для проверки работоспо­
собности. Использование в качестве нагрузки системной платы или накопи­
телей чревато их выходом из строя в процессе ремонта блока.

♦ Если блок питания не включается, отключите его от сети и разрядите нако­
пительные конденсаторы (С1 и С2 на рис. 3.4). После этого проверьте ом­
метром диоды и транзисторы — чаще всего выходят из строя высоковольт­
ные диоды и транзисторы. Заменять неисправные элементы желательно од­
нотипными.

♦ После замены неисправных элементов не торопитесь подавать питание —
какая-нибудь незамеченная «мелочь» может снова вывести из строя заме­
ненные детали. Не подключая сетевое напряжение, подайте от внешнего ис­
точника напряжение 10-12 В на шину +12 В. Если генератор управляющей
микросхемы исправен, он «заведется», а по форме импульсов на базах вы­
ходных ключевых транзисторов можно судить об исправности большинства
цепей формирования управляющих импульсов или о характере неисправно­
сти. Питание от сети на ремонтируемый блок следует подавать только после
проверки его силовых цепей (диодов и транзисторов) и базовых цепей вы­
ходных ключей.

Блок питания PC обычно имеет стандартный конструктив и набор жгутов с разъемами питания системной платы и периферийных устройств. На задней стенке блока устанавливается входной разъем питающего кабеля, а также мо­жет присутствовать транзитный выходной разъем для питания монитора. Под­ключение монитора к этому разъему не только сокращает количество вилок, включаемых в розетку питания, но и обеспечивает связь «земель» монитора и системного блока. В ряде типов блоков питания транзитный разъем может и отсутствовать. При этом монитор включают в дополнительную розетку, и хоро­шо, если при этом соблюдают правила заземления. На задней стенке устанавли­вается также переключатель диапазона питающего напряжения, если таковой присутствует в блоке. Выключатель питания в старых конструктивах распола­гался на боковой или задней стенке блока питания. Позже его вынесли с блока питания на лицевую панель корпуса и стали присоединять к блоку кабелем со съемными контактами. К этому кабелю, проходящему через весь системный блок, следует относиться со вниманием, поскольку он является источником и опасности, и помех. В конструктиве АТХ главный выключатель питания вер­нулся на блок питания, а с передней панели блоком питания управляют с помо­щью кнопки и низковольтных цепей системной платы. Таким образом, провода с напряжением питающей сети удалось убрать из корпуса компьютера, и теперь высокое напряжение присутствует только внутри корпуса блока питания.

Мощность блока питания зависит от назначения корпуса системного блока и лежит в диапазоне от 150-450 Вт для обычных компьютеров до 350-750 Вт для мощных серверов. В настольных компьютерах основными потребителями мощности являются системная плата с процессором и памятью, а также графи­ческий акселератор. Чем выше тактовые частоты, тем «прожорливее» эти ком­поненты, и мощность блока питания выбирается именно под них. С учетом «ап­петитов» процессоров 6-8-го поколений мощность 350 Вт не является излиш­ней. У серверов значительное потребление может иметь подсистема хранения данных.

Вентилятор блока питается от цепи +12 В и обеспечивает охлаждение всего системного блока. В традиционных блоках питания вентилятор работает на от­сос воздуха из корпуса системного блока. В современных качественных блоках питания устанавливают так называемое устройство Fan Processor, регулирую­щее скорость вращения вентилятора в зависимости от температуры. Это позво­ляет увеличить ресурс вентилятора и снижает шум при нормальной температу­ре окружающего воздуха.

 

Поиск по сайту:

Обзор блока питания XPG Pylon 450W

Обзор блока питания XPG Pylon 750W

Ранее мы уже познакомились со старшей моделью блоков питания XPG из серии Pylon, а теперь у нас появилась возможность рассмотреть и младшую модель мощностью 450 Вт. Зачастую младшие модели просто не добираются до России, но в данном случае таких проблем нет, во всяком случае пока. Блоки питания подобной мощности редко приобретают для использования в серьезных игровых системах. Часто в целевых системах вообще нет видеокарты или установлена самая простая видеокарта, без дополнительного питания. И найти для такого компьютера приличный блок питания с невысокой мощностью очень сложно, особенно в российской рознице.

При первом знакомстве с XPG Pylon 450W сразу обращает на себя внимание штампованная решетка над вентилятором: ее применение чревато повышенным уровнем шума. Напомним, что у старшей модели (на 750 Вт) решетка была проволочная, что более грамотно с технической точки зрения. Однако сейчас тенденция такова, что штампованные решетки появляются все чаще и чаще, так как они, видимо, проще в изготовлении, а БП с такими решетками чуть дешевле в производстве.

Упаковка представляет собой картонную коробку достаточной прочности с матовой полиграфией. В оформлении преобладают оттенки красного и черного цветов.

Характеристики

Все необходимые параметры указаны на корпусе блока питания в полном объеме, для мощности шины +12VDC заявлено значение 450 Вт. Соотношение мощности по шине +12VDC и полной мощности составляет 100%, что, разумеется, является отличным показателем.

Провода и разъемы

Наименование разъема Количество разъемов Примечания
24 pin Main Power Connector 1 разборный
4 pin 12V Power Connector  
8 pin SSI Processor Connector 1 разборный
6 pin PCI-E 1.0 VGA Power Connector  
8 pin PCI-E 2.0 VGA Power Connector 2 на 1 шнуре
4 pin Peripheral Connector 2  
15 pin Serial ATA Connector 5 на двух шнурах
4 pin Floppy Drive Connector 1  
Длина проводов до разъемов питания
  • до основного разъема АТХ — 65 см
  • до процессорного разъема 8 pin SSI — 68 см
  • до первого разъема питания видеокарты PCI-E 2.0 VGA Power Connector — 58 см, плюс еще 15 см до второго такого же разъема
  • до первого разъема SATA Power Connector — 56 см, плюс 15 см до второго и еще 15 см до третьего такого же разъема, плюс еще 15 см до разъема Peripheral Connector («молекс»)
  • до первого разъема SATA Power Connector — 56 см, плюс 15 см до второго такого же разъема, еще 15 см до разъема Peripheral Connector («молекс») и еще 15 см до разъема питания FDD

Длина проводов является достаточной для комфортного использования в корпусах типоразмера full tower и более габаритных с верхним расположением блока питания. В корпусах высотой до 60 см с нижнерасположенным блоком питания длина проводов также должна быть достаточной: до разъема питания процессора — 68 см. Таким образом, с большинством современных корпусов проблем быть не должно.

Стоит учитывать, что все разъемы SATA, кроме одного, угловые, а использование таких разъемов не слишком удобно в случае накопителей, размещаемых с тыльной стороны основания для системной платы или на какой-либо похожей поверхности.

Распределение разъемов по шнурам питания не самое удачное, так как полноценно обеспечить питанием несколько зон будет проблематично, особенно если требуется подключение устройств на больших расстояниях от БП. Впрочем, в случае типовой системы с парой накопителей сложности маловероятны.

С положительной стороны стоит отметить использование ленточных проводов — правда, только частичное. До основного разъема ATX и разъемов питания процессора используются стандартные шнуры в нейлоновой оплетке, которые менее удобны в эксплуатации, так как оплетка отлично собирает пыль, но существенно хуже от нее очищается.

Схемотехника и охлаждение

Блок питания оснащен активным корректором коэффициента мощности и имеет расширенный диапазон питающих напряжений от 100 до 240 В. Это обеспечивает устойчивость к понижению напряжения в электросети ниже нормативных значений.

Конструкция блока питания вполне соответствует современным тенденциям: активный корректор коэффициента мощности, независимые импульсные преобразователи постоянного тока для линий +3.3VDC и +5VDC.

Основные полупроводниковые элементы установлены на двух компактных радиаторах с небольшим оребрением. Элементы импульсных преобразователей каналов +3.3VDC и +5VDC размещены на дочерней печатной плате, установленной вертикально, и, по традиции, дополнительных теплоотводов не имеют — это вполне типично для блоков питания с активным охлаждением.

Блок питания изготовлен на производственных мощностях и на базе платформы компании CWT, платформа довольно современная, хоть и не самая высокотехнологичная.

Высоковольтный конденсатор представлен изделием под торговой маркой Nippon Chemi-Con серии KMR (330 мкФ 400 В). Низковольтные конденсаторы представлены продукцией под торговой маркой Elite. Это хоть и не японский производитель, но вариант далеко не самый плохой. Установлено и некоторое количество полимерных конденсаторов.

В блоке питания установлен вентилятор HA1225M12B-Z, который, судя по маркировке производителя, основан на подшипнике качения. Вентилятор произведен компанией Dongguan Honghua Electronic Technology. С точки зрения срока службы подшипник качения выглядит более предпочтительно, чем типичный подшипник скольжения, используемый в дешевых компьютерных вентиляторах.

Измерение электрических характеристик

Далее мы переходим к инструментальному исследованию электрических характеристик источника питания при помощи многофункционального стенда и другого оборудования.

Величина отклонения выходных напряжений от номинала кодируется цветом следующим образом:

Цвет Диапазон отклонения Качественная оценка
  более 5% неудовлетворительно
  +5% плохо
  +4% удовлетворительно
  +3% хорошо
  +2% очень хорошо
  1% и менее отлично
  −2% очень хорошо
  −3% хорошо
  −4% удовлетворительно
  −5% плохо
  более 5% неудовлетворительно
Работа на максимальной мощности

Первым этапом испытаний является эксплуатация блока питания на максимальной мощности продолжительное время. Такой тест с уверенностью позволяет удостовериться в работоспособности БП.

Кросс-нагрузочная характеристика

Следующим этапом инструментального тестирования является построение кросснагрузочной характеристики (КНХ) и представление ее на четвертьплоскости, ограниченной максимальной мощностью по шине 3,3&5 В с одной стороны (по оси ординат) и максимальной мощностью по шине 12 В с другой (по оси абсцисс). В каждой точке измеренное значение напряжения обозначается цветовым маркером в зависимости от отклонения от номинального значения.

КНХ позволяет нам определить, какой уровень нагрузки можно считать допустимым, особенно по каналу +12VDC, для тестируемого экземпляра. В данном случае отклонения действующих значений напряжения по каналу +12VDC не превышают 2% от номинала во всем диапазоне мощности, что является очень хорошим результатом.

При типичном распределении мощности по каналам отклонения от номинала не превышают 1% по каналу +3.3VDC, 1% по каналу +5VDC и 2% по каналу +12VDC. Данная модель БП хорошо подходит для современных систем из-за высокой практической нагрузочной способности канала +12VDC.

Нагрузочная способность

Следующий тест призван определить максимальную мощность, которую можно подать через соответствующие разъемы при нормированном отклонении значения напряжения в размере 3 или 5 процентов от номинала.

В случае видеокарты с единственным разъемом питания максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 150 Вт при отклонении в пределах 3%.

В случае видеокарты с двумя разъемами питания при использовании одного шнура питания максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 250 Вт при отклонении в пределах 3%.

При нагрузке через разъем питания процессора максимальная мощность по каналу +12VDC составляет не менее 250 Вт при отклонении в пределах 3%. Этого вполне достаточно для типовых систем, у которых на системной плате есть только один разъем для питания процессора.

В случае системной платы максимальная мощность по каналу +12VDC составляет свыше 150 Вт при отклонении 3%. Так как сама плата потребляет по данному каналу в пределах 10 Вт, высокая мощность может потребоваться для питания карт расширения — например, для видеокарт без дополнительного разъема питания, которые обычно имеют потребление в пределах 75 Вт.

Экономичность и эффективность

При оценке эффективности компьютерного блока питания можно идти двумя путями. Первый путь заключается в оценке компьютерного блока питания как отдельного преобразователя электрической энергии с дальнейшей попыткой минимизировать сопротивление линии передачи электрической энергии от БП к нагрузке (где и измеряется ток и напряжение на выходе БП). Для этого блок питания обычно подключается всеми имеющимися разъемами, что ставит разные блоки питания в неравные условия, так как набор разъемов и количество токоведущих проводов зачастую разное даже у блоков питания одинаковой мощности. Таким образом, хотя результаты получаются корректными для каждого конкретного источника питания, в реальных условиях полученные данные малоприменимы, поскольку в реальных условиях блок питания подключается ограниченным количеством разъемов, а не всеми сразу. Поэтому логичным представляется вариант определения эффективности (экономичности) компьютерного блока питания не только на фиксированных значениях мощности, включая распределение мощности по каналам, но и с фиксированным набором разъемов для каждого значения мощности.

Представление эффективности компьютерного блока питания в виде значения КПД (коэффициента полезного действия) имеет свои традиции. Прежде всего, КПД — это коэффициент, определяемый соотношением мощностей на выходе и на входе блока питания, то есть КПД показывает эффективность преобразования электрической энергии. Обычному же пользователю данный параметр почти ничего не скажет, за исключением того, что более высокий КПД вроде как говорит о большей экономичности БП и более высоком его качестве. Зато КПД стал отличным маркетинговым якорем, особенно в комбинацией с сертификатом 80Plus. Однако с практической точки зрения КПД не оказывает заметного влияния на функционирование системного блока: он не увеличивает производительность, не снижает шум или температуру внутри системного блока. Это просто технический параметр, уровень которого в основном определяется развитием промышленности в текущий момент времени и себестоимостью продукта. Для пользователя же максимизация КПД выливается в увеличение розничной цены.

С другой стороны, иногда нужно объективно оценить экономичность компьютерного блока питания. Под экономичностью мы тут подразумеваем потерю мощности при преобразовании электроэнергии и ее передаче к конечным потребителям. И для оценки этого КПД не нужен, так как можно использовать не отношение двух величин, а абсолютные значения: рассеиваемую мощность (разницу между значениями на входе и выходе блока питания), а также потребление энергии источником питания за определенное время (день, месяц, год и т. д.) при работе с постоянной нагрузкой (мощностью). Это позволяет легко увидеть реальную разницу в потреблении электроэнергии конкретными моделями БП и при необходимости рассчитать экономическую выгоду от использования более дорогих источников питания.

Таким образом, на выходе мы получаем понятный для всех параметр — рассеиваемую мощность, которая легко преобразуется в киловатт-часы (кВт·ч), которые и регистрирует счетчик электрической энергии. Умножив полученное значение на стоимость киловатт-часа, получим стоимость электрической энергии при условии эксплуатации системного блока круглосуточно в течение года. Подобный вариант, конечно, чисто гипотетический, но он позволяет оценить разницу между стоимостью эксплуатации компьютера с различными источниками питания в течение длительного периода времени и сделать выводы об экономической целесообразности приобретения конкретной модели БП. В реальных условиях высчитанное значение может достигаться за более долгий период — например, от 3 лет и более. При необходимости каждый желающий может разделить полученное значение на нужный коэффициент в зависимости от количества часов в сутках, в течение которых системный блок эксплуатируется в указанном режиме, чтобы получить расход электроэнергии за год.

Мы решили выделить несколько типовых вариантов по мощности и соотнести их с количеством разъемов, которое соответствует данным вариантам, то есть максимально приблизить методику измерения экономичности к условиям, которые достигаются в реальном системном блоке. Вместе с тем, это позволит оценивать экономичность разных блоков питания в полностью одинаковых условиях.

Нагрузка через разъемы 12VDC, Вт 5VDC, Вт 3.3VDC, Вт Общая мощность, Вт
основной ATX, процессорный (12 В), SATA 5 5 5 15
основной ATX, процессорный (12 В), SATA 80 15 5 100
основной ATX, процессорный (12 В), SATA 180 15 5 200
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактный PCIe, SATA 380 15 5 400
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (1 шнур с 2 разъемами), SATA 480 15 5 500
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (2 шнура по 1 разъему), SATA 480 15 5 500
основной ATX, процессорный (12 В), 6-контактные PCIe (2 шнура по 2 разъема), SATA 730 15 5 750

Полученные результаты выглядят следующим образом:

Рассеиваемая мощность, Вт 15 Вт 100 Вт 200 Вт 400 Вт 500 Вт
(1 шнур)
500 Вт
(2 шнура)
750 Вт
Enhance ENP-1780 21,2 23,8 26,1 35,3 42,7 40,9 66,6
Super Flower Leadex II Gold 850W 12,1 14,1 19,2 34,5 45 43,7 76,7
Super Flower Leadex Silver 650W 10,9 15,1 22,8 45 62,5 59,2  
High Power Super GD 850W 11,3 13,1 19,2 32 41,6 37,3 66,7
Corsair RM650 (RPS0118) 7 12,5 17,7 34,5 44,3 42,5  
EVGA Supernova 850 G5 12,6 14 17,9 29 36,7 35 62,4
EVGA 650 N1 13,4 19 25,5 55,3 75,6    
EVGA 650 BQ 14,3 18,6 27,1 47,2 61,9 60,5  
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC 11,7 14,6 19,9 33,1 41 39,6 67
Deepcool DQ850-M-V2L 12,5 16,8 21,6 33 40,4 38,8 71
Chieftec PPS-650FC 11 13,7 18,5 32,4 41,6 40  
Super Flower Leadex Platinum 2000W 15,8 19 21,8 29,8 34,5 34 49,8
Chieftec CTG-750C-RGB 13 17 22 42,5 56,3 55,8 110
Chieftec BBS-600S 14,1 15,7 21,7 39,7 54,3    
Cooler Master MWE Bronze 750W V2 15,9 22,7 25,9 43 58,5 56,2 102
Cougar BXM 700 12 18,2 26 42,8 57,4 57,1  
Cooler Master Elite 600 V4 11,4 17,8 30,1 65,7 93    
Cougar GEX 850 11,8 14,5 20,6 32,6 41 40,5 72,5
Cooler Master V1000 Platinum (2020) 19,8 21 25,5 38 43,5 41 55,3
Cooler Master V650 SFX 7,8 13,8 19,6 33 42,4 41,4  
Chieftec BDF-650C 13 19 27,6 35,5 69,8 67,3  
XPG Core Reactor 750 8 14,3 18,5 30,7 41,8 40,4 72,5
Deepcool DQ650-M-V2L 11 13,8 19,5 34,7 44    
Deepcool DA600-M 13,6 19,8 30 61,3 86    
Fractal Design Ion Gold 850 14,9 17,5 21,5 37,2 47,4 45,2 80,2
XPG Pylon 750 11,1 15,4 21,7 41 57 56,7 111
Thermaltake TF1 1550 13,8 15,1 17 24,2   30 42
Chieftronic PowerUp GPX-850FC 12,8 15,9 21,4 33,2 39,4 38,2 69,3
Thermaltake GF1 1000 15,2 18,1 21,5 31,5 38 37,3 65
MSI MPG A750GF 11,5 15,7 21 30,6 39,2 38 69
Chieftronic PowerPlay GPU-850FC 12 15,9 19,7 28,1 34 33,3 56
Cooler Master MWE Gold 750W V2 12,2 16 21 34,6 42 41,6 76,4
XPG Pylon 450 12,6 18,5 28,4 63      

В целом данная модель находится на уровне решений с аналогичным уровнем сертификата, ничего выдающегося она не показывает. Это просто продукт на современной платформе с современными характеристиками.

Суммарная величина рассеиваемой мощности на средней и низкой нагрузке (до 400 Вт)
  Вт
Enhance ENP-1780 106,4
Super Flower Leadex II Gold 850W 79,9
Super Flower Leadex Silver 650W 93,8
High Power Super GD 850W 75,6
Corsair RM650 (RPS0118) 71,7
EVGA Supernova 850 G5 73,5
EVGA 650 N1 113,2
EVGA 650 BQ 107,2
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC 79,3
Deepcool DQ850-M-V2L 83,9
Chieftec PPS-650FC 75,6
Super Flower Leadex Platinum 2000W 86,4
Chieftec CTG-750C-RGB 94,5
Chieftec BBS-600S 91,2
Cooler Master MWE Bronze 750W V2 107,5
Cougar BXM 700 99
Cooler Master Elite 600 V4 125
Cougar GEX 850 79,5
Cooler Master V1000 Platinum (2020) 104,3
Cooler Master V650 SFX 74,2
Chieftec BDF-650C 95,1
XPG Core Reactor 750 71,5
Deepcool DQ650-M-V2L 79
Deepcool DA600-M 124,7
Fractal Design Ion Gold 850 91,1
XPG Pylon 750 89,2
Thermaltake TF1 1550 70,1
Chieftronic PowerUp GPX-850FC 83,3
Thermaltake GF1 1000 86,3
MSI MPG A750GF 78,8
Chieftronic PowerPlay GPU-850FC 75,7
Cooler Master MWE Gold 750W V2 83,8
XPG Pylon 450 122,5

На низкой мощности экономичность довольно высокая, а вот на мощности 400 Вт идет заметное ухудшение этого показателя, которое существенно влияет на итоговый результат. В принципе, ситуация нормальная: в режимах работы, которые близки к максимальным, экономичность обычно сильно хуже, чем в режимах с более низкой нагрузкой, и данная модель исключением не является. Ее проблема, если тут уместно это выражение, состоит в том, что средняя (для большинства протестированных нами в последнее время блоков питания) мощность 400 Вт в данном случае является почти максимальной.

Потребление энергии компьютером за год, кВт·ч 15 Вт 100 Вт 200 Вт 400 Вт 500 Вт
(1 шнур)
500 Вт
(2 шнура)
750 Вт
Enhance ENP-1780 317 1085 1981 3813 4754 4738 7153
Super Flower Leadex II Gold 850W 237 1000 1920 3806 4774 4763 7242
Super Flower Leadex Silver 650W 227 1008 1952 3898 4928 4899  
High Power Super GD 850W 230 991 1920 3784 4744 4707 7154
Corsair RM650 (RPS0118) 193 986 1907 3806 4768 4752  
EVGA Supernova 850 G5 242 999 1909 3758 4702 4687 7117
EVGA 650 N1 249 1042 1975 3988 5042    
EVGA 650 BQ 257 1039 1989 3918 4922 4910  
Chieftronic PowerPlay GPU-750FC 234 1004 1926 3794 4739 4727 7157
Deepcool DQ850-M-V2L 241 1023 1941 3793 4734 4720 7192
Chieftec PPS-650FC 228 996 1914 3788 4744 4730  
Super Flower Leadex Platinum 2000W 270 1042 1943 3765 4682 4678 7006
Chieftec CTG-750C-RGB 245 1025 1945 3876 4873 4869 7534
Chieftec BBS-600S 255 1014 1942 3852 4856    
Cooler Master MWE Bronze 750W V2 271 1075 1979 3881 4893 4872 7464
Cougar BXM 700 237 1035 1980 3879 4883 4880  
Cooler Master Elite 600 V4 231 1032 2016 4080 5195    
Cougar GEX 850 235 1003 1933 3790 4739 4735 7205
Cooler Master V1000 Platinum (2020) 305 1060 1975 3837 4761 4739 7054
Cooler Master V650 SFX 200 997 1924 3793 4751 4743  
Chieftec BDF-650C 245 1042 1994 3815 4991 4970  
XPG Core Reactor 750 202 1001 1914 3773 4746 4734 7205
Deepcool DQ650-M-V2L 228 997 1923 3808 4765    
Deepcool DA600-M 251 1049 2015 4041 5133    
Fractal Design Ion Gold 850 262 1029 1940 3830 4795 4776 7273
XPG Pylon 750 229 1011 1942 3863 4879 4877 7542
Thermaltake TF1 1550 252 1008 1901 3716   4643 6938
Chieftronic PowerUp GPX-850FC 244 1015 1940 3795 4725 4715 7177
Thermaltake GF1 1000 265 1035 1940 3780 4713 4707 7139
MSI MPG A750GF 232 1014 1936 3772 4723 4713 7174
Chieftronic PowerPlay GPU-850FC 237 1015 1925 3750 4678 4672 7061
Cooler Master MWE Gold 750W V2 238 1016 1936 3807 4748 4744 7239
XPG Pylon 450 242 1038 2001 4056      

Температурный режим

В данном случае в диапазоне мощности до 400 Вт включительно термонагруженность конденсаторов находится на невысоком уровне, а на максимальной мощности температура достигает 61 градуса. Это вполне благоприятные условия для работы конденсаторов, с учетом того, что на максимальной мощности подобные источники питания почти никогда не эксплуатируются.

Акустическая эргономика

При подготовке данного материала мы использовали следующую методику измерения уровня шума блоков питания. Блок питания располагается на ровной поверхности вентилятором вверх, над ним на расстоянии 0,35 метра размещается измерительный микрофон шумомера Октава 110А-Эко, которым и производится измерение уровня шума. Нагрузка блока питания осуществляется при помощи специального стенда, имеющего бесшумный режим работы. В ходе измерения уровня шума осуществляется эксплуатация блока питания на постоянной мощности в течение 20 минут, после чего производится замер уровня шума.

Подобное расстояние до объекта измерения является наиболее приближенным для настольного размещения системного блока с установленным блоком питания. Данный метод позволяет оценить уровень шума блока питания в жестких условиях с точки зрения небольшого расстояния от источника шума до пользователя. При увеличении расстояния до источника шума и появлении дополнительных преград, имеющих хорошую звукоотражающую способность, уровень шума в контрольной точке также будет снижаться, что приведет к улучшению акустической эргономики в целом.

Шум блока питания находится на сравнительно низком уровне (ниже среднетипичного) при работе в диапазоне мощности до 300 Вт включительно. Такой шум будет малозаметен на фоне типичного фонового шума в помещении в дневное время суток, особенно при эксплуатации данного блока питания в системах, не имеющих какой-либо звукошумовой оптимизации. В типичных бытовых условиях большинство пользователей оценивает устройства с подобной акустической эргономикой как относительно тихие.

При работе на мощности 400 Вт шум можно считать средним для жилого помещения в дневное время суток. Подобный уровень шума вполне приемлем при работе за компьютером.

При дальнейшем увеличении выходной мощности уровень шума заметно повышается, и при нагрузке в 450 Вт он достигает значения 41,5 дБА при условии настольного размещения, то есть при расположении блока питания в ближнем поле по отношению к пользователю. Подобный уровень шума можно охарактеризовать как достаточно высокий для жилого помещения в дневное время суток. Отметим, что на максимальной мощности большинство блоков питания работает именно с высоким уровнем шума, в этом смысле результаты типичные.

Таким образом, с точки зрения акустической эргономики данная модель обеспечивает комфорт при выходной мощности в пределах 400 Вт.

Также мы оцениваем уровень шума электроники блока питания, поскольку в некоторых случаях она является источником нежелательных призвуков. Данный этап тестирования осуществляется путем определения разницы между уровнем шума в нашей лаборатории с включенным блоком питания и с выключенным. В случае, если полученное значение находится в пределах 5 дБА, никаких отклонений в акустических свойствах БП нет. При разнице более 10 дБА, как правило, есть определенные дефекты, которые можно услышать с расстояния около полуметра. На данном этапе измерений микрофон шумомера располагается на расстоянии около 40 мм от верхней плоскости БП, так как на бо́льших расстояниях измерение шума электроники весьма затруднительно. Измерение производится в двух режимах: дежурном режиме (STB, или Stand by) и при работающем на нагрузку БП, но с принудительно остановленным вентилятором.

В режиме ожидания шум электроники почти полностью отсутствует. В целом шум электроники можно считать относительно низким: превышение фонового шума составило не более 3 дБА.

Потребительские качества

Потребительские качества XPG Pylon 450W находятся на хорошем уровне. Нагрузочная способность канала +12VDC высокая, что позволяет использовать данный БП в системах с одной среднебюджетной видеокартой. Акустическая эргономика не самая выдающаяся, но при низких и средних нагрузках (до 400 Вт) шум невысокий. Длина проводов у БП достаточная для современных среднебюджетных корпусов. Стоит отметить установленный вентилятор на подшипнике качения с высоким сроком службы.

Итоги

XPG Pylon 450W — это сравнительно бюджетный, но качественно изготовленный блок питания. Работу на максимальной мощности он выдерживает без особых проблем, если не считать относительно высокого шума — но этим при максимальной нагрузке страдают большинство современных блоков питания, особенно бюджетных. Что касается работы на низкой и средней мощности, то тут заметных проблем выявлено не было. Данная модель представляет собой вполне удачный компромисс между стоимостью и итоговым результатом. Во всяком случае, это одна из немногих моделей на современной платформе и с вентилятором, имеющим сравнительно длительный срок службы, которая реально представлена в продаже в РФ.

Как работает блок питания компьютера | Блоки питания компьютера | Блог

Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме. 

Линейные блоки питания

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.


Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).

Импульсные блоки питания

Далее в тексте сократим название «импульсный источник питания» до ИИП. Такие блоки питания более сложны, но гораздо более компактны. Для примера на фото ниже показана пара трансформаторов.

Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.

В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором. 

Так выглядит плата вживую:

Фильтр

Фильтр в блоке питания двунаправленный: он поглощает разного рода помехи: как созданные самим БП, так и приходящие из сети. В самых бюджетных БП предприимчивые китайцы вместо дросселей распаивали перемычки (или, как их называют ремонтники, «пофигисторы»), а конденсаторы не ставили вообще. Чем это плохо: помехи будут влиять на другую аппаратуру, подключенную к данной сети, а напряжение на выходе получится с «мусором». Сейчас таких блоков уже немного. Встречается также экономия на размерах: фильтр как бы есть, но работать он будет кое-как.

Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.

На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.

Еще одна опасная для жизни пользователей экономия — когда вместо специальных Х- и Y-конденсаторов ставят обычные. Впрочем, встречается она редко. Автор видел такое всего один раз и очень давно. Экономия очень незначительна, а риск для пользователей очень велик, так как, например, Y-конденсаторы подключаются одной «ногой» на фазу, а другой — на корпус. В случае пробоя конденсатора можно получить опасное для жизни напряжение на корпусе.

Корректор коэффициента мощности

Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC). 

Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.

Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.

Преобразователь

Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.

Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.

В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.

Выпрямление и стабилизация выходных напряжений

На выходе БП имеется четыре напряжения:
1) 12 В — отвечает за питание процессора, видеокарты, HDD, вентиляторов.
2) 5 В — питание логики материнской платы, накопителей, USB.
3) 3,3 В — питание оперативной памяти.
4) -12 В — считается атавизмом и не используется в современных компьютерах. 

По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:

1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.

Внешне их можно определить по двум крупным дросселям. На одном — три обмотки (12 В, 5 В и тонкий провод -12 В). 


Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:

Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:

2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.

3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше. 

4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.


Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.  

Дежурный источник питания

Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.

Супервизор

Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.


Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор. 

Раздел 2. Схемотехника блоков питания

Схемотехника блоков питания

Блоки питания аппаратуры, предназначенные для питания от сети переменного тока, в зависимости от назначения и мощности могут быть выполнены по различным схемам. Простейший блок питания с трансформаторным входом имеет схему, приведенную на рис..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Здесь понижающий трансформатор, работающий на частоте питающей сети 50/60 Гц, кроме обеспечения требуемого напряжения также обеспечивает и гальваническую развязку питаемых цепей от сети переменного тока. Выходное напряжение может стабилизироваться непрерывным или импульсным низковольтным стабилизатором напряжения. Главный недостаток такого блока — большие габариты низкочастотного силового трансформатора. Трансформатор блока питания, рассчитанный на частоту 60 Гц, на частоте 50 Гц может ощутимо нагреваться. Естественно, от сети постоянного тока (редко, но такая бывает) такой блок работать не может. Блоки питания с трансформаторным входом применяются при небольшой выходной мощности, чаще всего — в выносных адаптерах, обеспечивающих питание модемов, хабов и прочих маломощных устройств внешнего исполнения. Такие блоки достаточно часто монтируются прямо на вилке питания. Уменьшить габариты и вес блока питания позволяет перевод понижающего трансформатора на высокую частоту — десятки кГц. В этом случае входное напряжение сразу выпрямляется и после фильтрации поступает на высокочастотный преобразователь. Высокочастотные импульсы преобразователя поступают на понижающий импульсный трансформатор, который обеспечивает и гальваническую развязку выходных и входных цепей. Преобразователь чаще всего делают управляемым, так что на него возлагаются и функции регулирующего элемента стабилизатора напряжения. Управляя шириной импульса, можно изменять величину энергии, поступающей через трансформатор в выпрямитель, и, следовательно, регулировать (стабилизировать) его выходное напряжение. В зависимости от мощности стабилизатор строится по однотактной или двухтактной схеме. Однотактная схема несколько проще (рис. ), и ее применяют в блоках питания мониторов, где мощность обычно не превышает сотни ватт. В мониторах частоту импульсного блока обычно синхронизируют с частотой генератора строчной развертки во избежание видимых помех.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. . Однотактный блок питания: СФ — сетевой фильтр, Ф — формирователь импульсов, ОС — усилитель обратной связи Двухтактные преобразователи сложнее, но они обеспечивают большую выходную мощность. Такие блоки широко используются в блоках питания PC . Если блок питания должен вырабатывать несколько выходных напряжений, преобразователь может стабилизировать лишь одно из них. Обычно для стабилизации выбирают основное питающее напряжение, для блоков PC это цепь +5 В. Остальные напряжения могут быть стабилизированы дополнительными выходными стабилизаторами, но часто их оставляют и нестабилизированными. При этом появляется не сразу очевидная связь: чем больше нагрузка по основной (стабилизированной) цепи, тем выше напряжения на остальных шинах. Импульсные блоки питания имеют малые габариты, но компактный трансформатор представляет собой довольно сложное изделие. Импульсные помехи, которые могут проникать как в питаемые, так и в питающие цепи, подавляют тщательно разработанными фильтрами. Внешнее излучение подавляется металлическим экраном, в который заключают весь блок. Импульсные блоки питания не критичны к частоте сети (50 или 60 Гц) и часто позволяют работать в широком диапазоне входных напряжений. Некоторые блоки питания имеют переключатели диапазона входного напряжения. Современные блоки, у которых указано свойство Autoswitching Power Supply, имеют компоненты с большим запасом по допустимому напряжению и не требуют переключения номинала входного питающего напряжения — они работают в диапазоне 110 -230 В. Такие блоки применяются в большинстве современных мониторов. Наличие выпрямителя и накопительного конденсатора на входе бестрансформаторного блока питания обусловливает ярко выраженную динамическую нелинейность входной цепи. На рис. приведены осциллограммы напряжения сети и потребляемого тока, которые иллюстрируют эту нелинейность. Пока мгновенное значение напряжения ниже напряжения на накопительном конденсаторе выпрямителя, ток практически не потребляется. На верхушках синусоиды ток резко возрастает, так что в его спектре очень сильно выражена 3-я гармоника. Для питающей сети такой характер нагрузки нежелателен , но с ним приходится мириться. Конечно, нелинейность имеется и в трансформаторном блоке питания, но она несколько сглаживается низкочастотным трансформатором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. . Нелинейность входной цепи бестрансформаторного блока питания

 

 

 

 

3.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

3.3. Структурная схема

Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением их функционального назначения.

Рис. 3.1. Структурная схема блока питания для компьютеров типа AT/XT

На структурной схеме, приведенной на рис. 3.1, указано наименование узлов совместно с позиционным обозначением основных элементов, на которых выполнен данный каскад или узел. Позиционное обозначение соответствует принципиальной схеме базовой модели импульсного блока питания. Логические связи на структурной схеме показаны стрелками, которые указывают направление передачи сигналов, воздействий или подачу напряжений питания.

Блок питания, соответствующий данной структурной схеме, выполнен по схеме ВЧ преобразователя с внешним возбуждением.

Первым каскадом, на который поступает первичное переменное напряжение, является помехоподавляющий индуктивно-емкостный сетевой фильтр НЧ. Он установлен для ограничения влияния помех, проникающих через входные цепи из питающей сети, на работу ВЧ преобразователя. Появление помех в сети может отразиться на выходных характеристиках вторичных постоянных напряжений, вырабатываемых блоком питания. Если бы входной НЧ фильтр отсутствовал, то все помехи, возникающие в сети, трансформировались бы во вторичные цепи. Природа их различна, поэтому по каналам вторичных напряжений пришлось бы устанавливать дополнительные элементы, исключающие воздействие помех на электронные схемы нагрузки.

Высокочастотный преобразователь является усилителем сигналов, которые вырабатываются схемой управления. Мощные броски тока, возникающие в моменты коммутации силовых элементов УМ, вызывают появление помеховых сигналов в первичной цепи ПН. Входной сетевой фильтр препятствуют распространению этих помех через питающую сеть, ограничивая или полностью подавляя их.

Выход сетевого фильтра подключен к выпрямителю, который сначала преобразует переменное напряжение в униполярное, пульсирующее и затем сглаживает его. Сглаживание выпрямленного напряжения происходит электролитическими конденсаторами, также входящими в состав выпрямителя. Схемотехника блоков питания предусматривает их использование в регионах, отличающихся стандартизованными уровнями напряжения первичной сети. Для возможности работы блока питания при разных уровнях питающего напряжения в блок введен специальный переключатель – селектор входного напряжения SW. Коммутацией переключателя производится модификация цепей сетевого выпрямителя и элементов сглаживающего фильтра. Смысл реконфигурации входных цепей заключается в том, чтобы обеспечить постоянный уровень напряжения на силовом каскаде преобразователя при изменении уровня напряжения питания с 220 на 115 В и обратно. При этом не происходит переключения обмоток трансформаторов, для корректировки коэффициента трансформации, и все остальные цепи блока питания не изменяются.

Рассматриваемый блок питания не имеет каскада автогенератора, способного обеспечивать отдельные вторичные цепи постоянной подпиткой электрической энергией. Поэтому в состав полумостового усилителя мощности входит схема автозапуска, осуществляющая первоначальную подачу импульсов управления для запуска усилителя мощности. Особая конструкция трансформаторных цепей и полумостового усилителя создает условия для кратковременной подачи питания на узел управления после подключения блока питания к первичной сети. Временного интервала начального запуска оказывается достаточно для установки режима стабильной генерации импульсных последовательностей, возбуждающих силовой каскад, на выходе узла управления. Узел управления формирует последовательности особой формы, усиление которых приводит к появлению трехуровневого сигнала на обмотках силового импульсного трансформатора, включенного в диагональ полумостового усилителя мощности. Вторичные низковольтные обмотки силового импульсного трансформатора нагружены на диоды SBD1, SBD2, D19 – D22 блока выпрямителей. Для выпрямления импульсных сигналов применяются специальные дискретные диоды и матрицы диодов с малым временем восстановления обратного сопротивления. Выпрямители самых мощных каналов, то есть для вторичных напряжений +5 и +12 В, выполнены на матрицах, в состав которых входит по два диода. Для остальных каналов использованы дискретные элементы – диоды D19 – D22. Для ускоренного рассасывания избыточных зарядов в диодных структурах после изменения полярности импульсного входного сигнала параллельно выпрямительным элементам подключаются ускоряющие резистивно-емкостные цепи. Сглаживание и фильтрация импульсных сигналов производится на однозвенных LC каскадах блока фильтров.

В режиме устойчивой коммутации силовых транзисторов уровень энергетической мощности, поступающей во вторичные цепи, зависит от степени нагруженности каналов постоянных напряжений. Стабилизация значений вторичных напряжений выполняется системой автоматического регулирования. Датчики контроля уровня энергии, поступающей во вторичные цепи, входят в состав узла защиты и блокировки. Они подключены к выходной цепи канала +5 В. Сигнал обратной связи, вырабатываемый узлом защиты и блокировки, подается в узел управления блока питания. Основным элементом узла управления является формирователь ШИМ сигнала на микросхеме IC1. Внутренний источник микросхемы IC1 вырабатывает стабилизированное напряжение, используемое измерительными каскадами в качестве опорного. В рассматриваемом блоке питания применен принцип групповой регулировки выходных напряжений. Регулировка значений вторичных напряжений +12, -5 и -12 В производится косвенно по оценке состояния напряжения в канале +5 В. В связи с этим для устойчивой работы блока питания и поддержания значений вторичных напряжений в заданных пределах необходимо соблюдать баланс нагрузок по выходным каналам. Самая большая токовая нагрузка должна быть всегда у канала +5 В. Регулировка выполняется после сравнения этого напряжения с уровнем опорного напряжения. Формирователь ШИМ сигнала вырабатывает импульсные последовательности, частота которых поддерживается постоянной, а длительность импульсов управления варьируется в зависимости от состояния вторичных каналов. Если выходное напряжение падает ниже уровня опорного, то узел управления формирует сигнал воздействия на схемы усилителей как промежуточного, так и силового каскада на транзисторах Q5 и Q6 для увеличения уровня энергии, подаваемой во вторичные цепи. Реакция элементов управления на повышение вторичного напряжения обратная. Превышение выходным напряжением величины опорного напряжения посредством уменьшения длительности управляющих импульсов приводит к ограничению энергии, подаваемой на нагрузку.

В процессе эксплуатации блока питания могут возникать нештатные ситуации, в результате которых выходы каналов вторичных напряжений окажутся в состоянии перегрузки или КЗ. Организация системы защиты построена на различном подходе к оценке последствий воздействия КЗ на цепи основных и вспомогательных каналов вторичных напряжений. Для активизации защитного механизма блокировки по каналам отрицательных вторичных напряжений используются диодно-резистивные датчики узла защиты и блокировки. Слежение за перегрузкой по основным каналам осуществляется с помощью отдельного каскада, построенного на специальном импульсном трансформаторе. Датчик на импульсном трансформаторе имеет большую инерционность, чем датчики фиксации КЗ отрицательных каналов. Это объясняется увеличением времени, требуемого для правильной оценки процесса, который развивается в этом или обоих основных вторичных каналах. Принцип действия всех элементов защиты одинаков и направлен на прекращение работы узла управления, а также на блокировку активных элементов силового каскада преобразователя. Выпрямленное напряжение первичной сети продолжает поступать для питания силового каскада, но коммутация транзисторов прекращается, предотвращая их от повреждение нарастающим током.

Процесс инициализации схем материнской платы компьютера начинается не после подачи питающего напряжения, а при получении внешнего сигнала высокого логического уровня «питание в норме». Это единственный служебный сигнал, который подается от блока питания внешним устройствам. Появление высокого уровня на сигнальном выходе «питание в норме» происходит с задержкой относительно выхода вторичных напряжений на номинальные уровни. Временной интервал задержки жестко не регламентирован, находится в диапазоне от 100 до 500 мс и устанавливается в схеме резистивно-емкостными элементами.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Схемотехника и узлы блока питания компьютера

Блок питания компьютера (а речь будет идти о БП персоналки) относится к числу ключевых элементов устройства компьютера любой платформы. И хотя мы будет рассматривать привычные большинству блоки PC, суть вопроса от этого не меняется.

Производители устанавливают устанавливают в компьютеры импульсные блоки питания. Каждый БП — это сложная система, состоящая из отдельных узлов. Какой бы БП мы не взяли (имеется в виду бренд и производитель), эти ключевые узлы блока практически не отличаются друг от друга и выполняют одни и те же функции. Кроме того, подключение БП происходит к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 – 60 Гц, БП зарубежного производства, рассчитанные на частоту 60 Гц, без проблем могут работать и работают в российском стандарте электросетей.

Принцип работы и основные узлы БП компьютера

Блок питания компьютера выполняет несколько важнейших функций. Он выпрямляет сетевое напряжение, затем преобразует его в переменное напряжение высокой частоты прямоугольной формы. Последнее же понижается с помощью трансформатора до требуемых значений, затем выпрямляется и фильтруется. Исходя из описанного принципа работы БП, можно говорить об основных узлах схемы компьютерных блоков питания. Именно они и предназначены для выполнения электрических преобразований. К числу этих узлов относятся:

  • Сетевой выпрямитель. Как следует из его названия, этот узел предназначен для выпрямления переменного напряжения электросети (110/230 вольт).
  • Высокочастотный преобразователь, или инвертор. Его задачей, как вы уже поняли, является преобразование постоянного напряжения от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К этому же узлу можно причислить также силовой понижающий импульсный трансформатор, понижающий высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до требуемых параметров напряжений.
  • Узел управления. Это ключевой узел БП, который выполняет роль центральной “нервной” системы БП. Он генерирует импульсы управления с помощью мощного инвертора, выполняет функцию контроля за правильной работой БП.
  • Промежуточный каскад усиления. Этот узел усиливает сигналы от микросхемы ШИМ-контроллера и подает их на мощные основные транзисторы инвертора.
  • Выходные выпрямители. Они преобразуют переменное напряжение в в постоянное, а также стабилизируют и фильтруют выпрямленное напряжение.

Описанные узлы БП вы найдете в любой модели импульсного БП, причем не только в компьютерном. В том или ином варианте они есть везде, но отличаются по компонентам и схеме. В следующей статье мы поговорим чуть подробнее об узлах БП.

Обзор электроники блока питания

» Примечания к электронике

— обзор основ электроники в цепях электропитания с подробным описанием строительных блоков, используемых в источниках питания, и используемых методов.


Схемы блока питания. Учебное пособие. Включает:
Обзор электроники блока питания. Линейный источник питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Источники питания являются важным элементом многих элементов электронного оборудования.В то время как некоторые питаются от батареи, другим требуется питание от сети, а схема и конструкция электроники источника питания имеют первостепенное значение для успешной работы всего оборудования.

Электронные схемы источника питания можно разделить на несколько секций или составных блоков. Каждая из них важна для работы источника питания в целом, но каждая секция электроники источника питания должна удовлетворительно выполнять свои функции для успешной работы всего устройства.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ!:   Многие блоки питания содержат сетевое или линейное напряжение, которое может быть опасным. При работе с этими цепями необходимо соблюдать крайнюю осторожность, так как поражение электрическим током может привести к летальному исходу. Только квалифицированный персонал должен иметь дело с внутренней схемой электронных цепей источника питания.

Типы источников питания электроники

Можно использовать три основных типа источников питания. У каждого ясеня есть свои преимущества и недостатки, и в результате каждый из них используется в немного разных обстоятельствах.

Три основных типа источников питания электроники:

  • Источник питания с выпрямлением и сглаживанием:   Эти блоки питания для электроники относятся к простейшим типам и обычно используются в некритичных приложениях, где производительность не имеет большого значения. Этот тип источника питания широко использовался в термоэмиссионном вентильном или ламповом оборудовании, поскольку регулировать подачу питания было не так просто, а требования часто были не столь критичны.
  • Линейный регулируемый источник питания:  Эта форма источника питания для электроники способна обеспечить очень высокий уровень производительности.Однако тот факт, что в нем используется элемент последовательного регулятора, означает, что он может быть сравнительно неэффективным, рассеивая значительную часть входной мощности в виде тепла. Тем не менее, эти источники питания могут обеспечивать очень высокий уровень стабилизации при низких значениях пульсаций и т. д.   . . . . Узнайте больше о линейных источниках питания .
  • Импульсный источник питания:   В этом виде источника питания электронные схемы используют технологию переключения для регулирования выходного сигнала.Хотя на выходе присутствуют пики, они обеспечивают очень высокий уровень эффективности и, ввиду этого, могут содержаться в гораздо меньших упаковках, чем их линейные эквиваленты.   . . . . Узнайте больше о импульсных источниках питания , SMPS.

Различные типы источников питания используются для различных приложений в соответствии с их преимуществами. Как таковые все они широко используются, но в разных областях электроники.

Каждый тип строительного блока и блока питания более подробно описан на других страницах этого веб-сайта.Ссылки на эти страницы можно найти в левой части страницы под главным меню в разделе «Статьи по теме».

Основные блоки электроники блока питания

Блок питания можно разделить на несколько элементов, каждый из которых выполняет определенную функцию в рамках общего блока питания. Естественно, эти области могут быть довольно произвольными и могут немного отличаться в зависимости от фактической конструкции источника питания, но их можно рассматривать как приблизительное общее руководство.

  • Фильтрация на входе питания:     В некоторых случаях необходимо убедиться, что пики из линии питания не попадают в блок питания, а помехи, которые могут создаваться блоком питания, не проникают в линии питания.Для этого на входе источника питания размещена схема для устранения шума и ограничения влияния входящих пиков. Во многих случаях фильтрация в этот момент минимальна, хотя для специализированных источников питания могут использоваться более сложные схемы.
  • Входной трансформатор:     Если используется источник питания с использованием сети / сети переменного тока 110 или 240 В переменного тока, то на входе обычно имеется трансформатор для преобразования входного сетевого напряжения до требуемого уровня для конструкции источника питания.
  • Выпрямитель:     Необходимо преобразовать входящий сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. Это достигается с помощью схемы выпрямителя переменного тока. Можно использовать два типа схемы выпрямителя — двухполупериодный и двухполупериодный выпрямители. Они эффективно блокируют часть сигнала в одном направлении и пропускают часть сигнала в другом направлении. Выпрямляющее действие диода

    Примечание по цепям диодного выпрямителя:

    Схемы диодного выпрямителя

    используются во многих областях, от сетевых источников питания до демодуляции радиочастот.В схемах диодного выпрямителя используется способность диода пропускать ток только в одном направлении. Есть несколько вариантов от полуволнового до двухполупериодного, мостовые выпрямители, пиковые детекторы и многое другое.

    Подробнее о Схемы диодного выпрямителя

  • Сглаживание выпрямителя:     Выходной сигнал схемы выпрямителя переменного тока представляет собой сигнал, изменяющийся от нуля вольт до 1,414-кратного среднеквадратичного входного напряжения (за вычетом любых потерь, вносимых выпрямителем).Чтобы его можно было использовать в электронных схемах, его необходимо сгладить. Это достигается с помощью конденсатора. Он заряжается в течение части цикла, а затем, когда напряжение падает, он подает ток в цепь, снова заряжаясь при повышении напряжения.   . . . . . Узнайте больше о схемах сглаживания конденсаторов .
  • Регламент:     Даже после выравнивания выпрямленного напряжения могут сохраняться значительные уровни остаточного шума.Кроме того, напряжение будет варьироваться в зависимости от потребляемого тока. Для обеспечения стабильного выходного напряжения от источника питания с небольшим остаточным гулом и шумом требуется схема регулятора напряжения. Регуляторы способны обеспечивать стабильное напряжение на заданном или переменном уровне в зависимости от требований. Для доведения выходного напряжения до требуемого уровня могут использоваться методы линейного или импульсного режима.
  • Защита от перенапряжения:     В случае отказа регулятора при некоторых обстоятельствах выходное напряжение источника питания может подняться до уровня, который может повредить питаемую схему.Чтобы предотвратить это, можно использовать схему защиты от перенапряжения. Этот элемент схемы определяет уровень выходного напряжения, и если оно начинает подниматься выше допустимых пределов, он отключается, отключая питание от регулятора и обычно ограничивая выход регулятора до нуля вольт, тем самым защищая оставшуюся схему от повреждения.

Не все из этих блоков электроники блока питания используются в каждом блоке питания. Большинство из них будут иметь трансформатор, сглаживание и регулятор, но другие элементы могут быть включены или не включены в зависимости от спецификации.

Характеристики источника питания

При покупке или выборе блока питания необходимо свериться с техническими характеристиками и понять, что они означают. Все, от номинальных напряжений и токов до пульсаций, регулирования нагрузки, регулирования входного напряжения и тому подобного.

  . . . . Подробнее о спецификациях и параметрах блока питания

Широко используются источники питания

, будь то просто сглаженные, регулируемые с помощью линейного или импульсного регулятора.Подход с импульсным регулятором используется наиболее широко, особенно в компьютерах и очень многих других элементах электронного оборудования. Для этой функции доступно множество ИС, они легкие, эффективные и очень экономичные.

Дополнительные схемы и схемы:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Транзисторная конструкция Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы схемы полевых транзисторов Символы цепи
    Вернитесь в меню проектирования схем .. .

Базовые знания о цепях электропитания (1) — Классификация цепей питания — Промышленные устройства и решения

2021-05-10

Базовая лекция

Техническая информация

Базовые знания о цепи питания (1)


-Классификация силовых цепей-

Силовые цепи различаются по форме и способу работы, что приводит к различным типам силовых цепей.Этот базовый курс в основном обсуждаются преобразователи постоянного тока в постоянный, которые являются наиболее распространенными среди силовых цепей и известны как силовые цепи, преобразовать постоянное напряжение в другое постоянное напряжение. В первом разделе этого курса мы классифицируем силовые цепи на различные типы, обращая внимание на взаимосвязь между входом и выходом.

Функция силовой цепи

Для обеспечения правильной работы электронных схем и полупроводниковых устройств, входящих в состав оборудования, мы должны обеспечить их стабильным напряжением и током в соответствии со спецификациями оборудования.Эта функция поддерживается цепь питания. Подумайте об адаптере переменного тока (зарядном устройстве) для зарядки вашего смартфона; это своего рода силовая цепь. Очевидный сказать, смартфон содержит множество цепей питания, которые питают процессор, память и дисплей напряжением и ток, который им необходим (рис. 1).

Рис. 1. Пример схемы питания, используемой для зарядки смартфона

Инверторы и преобразователи

С точки зрения выходной мощности силовые цепи можно условно разделить на два типа силовых цепей.В целом, силовые цепи, которые выводят переменный ток, называются «инверторами», а силовые цепи, которые выводят постоянный ток называются «преобразователи».

инверторы

Цепи, преобразующие постоянный ток в однофазный переменный ток или трехфазный переменный ток, называются инверторы. Цепь, преобразующая переменный ток определенной частоты в переменный ток с различные частоты также могут быть включены в инверторы.(Строго говоря, эта схема сначала преобразует переменный ток с определенной частотой в постоянный ток, а затем преобразует постоянный ток в переменный ток с другой частотой. Таким образом, мы можем сказать, что схема состоит из преобразователя и инвертора.)
Область управления двигателем имеет наибольшую потребность в инверторах. Это связано с тем, что изменение частоты чередования ток, который приводит в движение двигатели для точного управления двигателями, дает такие преимущества, как экономия энергии, которая не может быть достигается за счет более простого управления двигателем, такого как включение и выключение.Инверторы встроены в гибридные автомобили и электромобили, в которых инверторы преобразуют выход постоянного тока от аккумуляторов большой емкости в трехфазный переменный ток, необходимый для привода главных двигателей.

Преобразователи

Цепь, преобразующая определенное напряжение постоянного тока в другое напряжение постоянного тока, и цепь, преобразующая переменный ток. в постоянный ток называются преобразователями.Первый может быть записан как «преобразователь постоянного тока в постоянный» или «преобразователь постоянного тока в постоянный», а второй последний как «преобразователь переменного тока в постоянный» или «преобразователь переменного тока в постоянный». Преобразователь постоянного тока в постоянный встроен во многие части оборудования. включая электронные устройства и бытовую технику для питания микрокомпьютера и памяти низким напряжением, которое они необходимость.
Знакомым примером преобразователя переменного тока в постоянный является адаптер переменного тока, который используется для зарядки ноутбуков, смартфонов и т. д. Преобразователь переменного тока в постоянный имеет схему, в которой объединены выпрямитель, состоящий из диодов, и преобразователь постоянного тока. вместе.

Линейный регулятор и импульсный регулятор

Давайте более конкретно обсудим преобразователь постоянного тока в постоянный, который является основной формой силовой цепи. Мы упомянули выше этого силовые цепи грубо классифицируются на два типа силовых цепей, то есть инверторы и преобразователи. Точно так же преобразователи постоянного тока в постоянный ток также грубо подразделяются на два типа преобразователей постоянного тока — линейные регуляторы и преобразователи постоянного тока. переключающие регуляторы.

Линейный регулятор

Линейный регулятор представляет собой силовую цепь, которая по принципу деления напряжения на сопротивление делит вход напряжение между сопротивлением и нагрузкой для создания выходного напряжения (рис. 2). Следует отметить, однако, что использование обычное сопротивление в линейном регуляторе фиксирует его коэффициент деления напряжения, и в этом случае изменение входного напряжения или нагрузки приводит к изменению выходного напряжения.По этой причине транзистор или MOSFET используется в качестве переменное сопротивление, служащее делителем напряжения, а так как контролируется выходное напряжение, линейный регулятор управляется для поддержания постоянного выходного напряжения.
В линейном регуляторе, поскольку ток нагрузки протекает через сопротивление делителя напряжения (транзистор или полевой МОП-транзистор), мощность, заданная как произведение напряжения на обоих концах сопротивления и тока нагрузки, превращается в тепло, которое равно освобождается как утратившая силу.Таким образом, линейный регулятор имеет недостаток, заключающийся в том, что его эффективность преобразования энергии ниже. чем у импульсного регулятора, который будет описан позже.
Линейный регулятор, с другой стороны, также имеет особенность, заключающуюся в том, что он производит меньшие пульсации выходной мощности (мин. вибраций, таких как пульсирующие волны) и излучает меньше электромагнитного шума. Благодаря этому преимуществу линейный регулятор используется в качестве источника питания для элемента схемы, который должен быть защищен от помех, например, усилитель, обрабатывающий очень слабые сигналы.В основном, по сравнению с импульсным регулятором, линейный регулятор может быть установлен на более низком уровне. Стоимость.

Рис. 2. Принцип работы линейного регулятора

Переменное сопротивление и сопротивление нагрузки образуют цепь с делением напряжения, в которой к Загрузка. Ток, протекающий через сопротивление делителя напряжения, вызывает (тепловые) потери.

Импульсный регулятор

Импульсный регулятор представляет собой силовую цепь, в которой переключающий элемент (силовое устройство) включается/выключается для включения или выключения входного сигнала. напряжения в импульсную волну, которая затем сглаживается на выходном каскаде для создания выходного напряжения (рис.3). Импульсный стабилизатор работает по основному принципу изменения отношения включения/выключения для управления выходным напряжением.

Рис. 3. Принцип работы импульсного регулятора

Таким образом, импульсный регулятор создает форму импульса через переключающий элемент, который включает/выключает и сглаживает импульсную волну на выходном каскаде, т.е. тыловой каскад в выходное напряжение. Импульсный регулятор Преимущество операции заключается в том, что выходное напряжение можно регулировать за счет соотношения между временем включения и временем включения. время отключения.Тем не менее, это также создает недостаток, заключающийся в том, что коммутационное действие переключающего элемента создает электромагнитный шум (ЭМИ-шум).

При проектировании импульсных регуляторов существует большая степень свободы, так что различные конфигурации цепей Импульсный регулятор разработан и введен в практическое применение. Обращая внимание на отношения между входное напряжение и выходное напряжение, мы можем классифицировать импульсные регуляторы на следующие три типа.

Понижающий импульсный регулятор:
Это схема питания, которая создает выходное напряжение ниже, чем входное напряжение. это обычное переключение регулятор, а также называется понижающим импульсным регулятором.

Повышающий импульсный регулятор:
Это силовая цепь, в которой катушка индуктивности, размещенная на входной стороне, экономит энергию, когда переключающий элемент включен и высвобождает энергию, когда он выключен, тем самым создавая выходное напряжение выше, чем входное напряжение.Это служит Импульсный регулятор для управления устройствами, требующими высокого напряжения, такими как LC-панель, светодиод и т. д.

Повышающий/понижающий импульсный регулятор:
Это силовая цепь, способная выполнять как понижающие, так и повышающие действия. Он используется в приложениях, где входное напряжение значительно колеблется. Базовый тип повышающего/понижающего импульсного регулятора меняет полярность выходной мощности, таким образом выдавая отрицательное напряжение.Механизм, вызывающий изменение полярности, несколько сложен, поэтому мы обсудим этот вопрос в другом разделе. Существует силовая цепь, предназначенная для решения проблемы полярности и производят положительное напряжение.

Импульсный регулятор имеет более высокую эффективность преобразования энергии, чем линейный регулятор. Когда последний В качестве импульсного регулятора используется микросхема контроллера, эффективность преобразования энергии которой в некоторых случаях достигает около 98%, в зависимости от условий эксплуатации.Тем не менее, импульсный регулятор имеет проблему, связанную с его работой. принцип; его преобразование входного напряжения в импульсные сигналы вызывает электромагнитный шум (шум EMI) или заземление. шум. Он также имеет недостаток сложной схемотехники.

Вещь Линейный регулятор Импульсный регулятор
Цепи, которыми нужно управлять Цепи усилителя, высокочастотные цепи, цепи малого тока, цепи, ориентированные на снижение затрат, и т. д. Процессоры, память, графические чипы, сетевые контроллеры, LC, органические EL и т. д.
Преобразование напряжения Только понижение Понижающий, повышающий, повышающий/понижающий (переполюсовка, без переполюсовки)
Выходной ток Во многих случаях от нескольких сотен мА до 1 А Он может быть сконфигурирован как схема, способная выдавать ток 100 А или больше, в зависимости от внешнего источника питания. прикрепленное к нему устройство.
Энергоэффективность Энергоэффективность падает при значительной разнице между входным и выходным напряжением. Приблизительно от 80% до 90% (максимум 98%)
Шум Вряд ли генерирует. Неизбежно генерирует из-за своего принципа действия.
Сложность, связанная с дизайном (техническая сложность) Низкий Относительно высокая (в случае одночипового модуля и т.п.)
Расходы Низкий Высоко
Таблица 1.Сравнение между линейным регулятором и импульсным регулятором

В следующем разделе мы обсудим импульсный регулятор, который незаменим в электронных схемах.

Резюме

Рис. 4. Классификация силовых цепей по входным/выходным схемам
  • Схема, выдающая переменный ток, называется инвертором, а схема, выдающая постоянный ток, называется инвертором. называется «конвертером».»
  • Преобразователь с обычно используемой конфигурацией схемы называется «импульсным регулятором».
  • Импульсные регуляторы включают понижающие импульсные регуляторы, повышающие импульсные регуляторы и повышающие/понижающие регуляторы. переключающие регуляторы.
  • Преимущество импульсного регулятора заключается в высокой эффективности преобразования энергии, но у него также есть проблема: генерирующие электромагнитные помехи.

↑ Верх страницы

Что такое печатная плата источника питания? (с изображением)

Печатная плата источника питания должна содержать большинство компонентов, необходимых для преобразования и питания оборудования, в котором она используется. Эти платы можно найти в оборудовании, которое подключается к розетке переменного тока (AC). ) или устройства с батарейным питанием, работающие от постоянного тока (DC).Расходные материалы часто имеют этикетку с указанием величины рабочего напряжения и тока. На плате должен быть предохранитель для предотвращения повреждения источника питания и остальных цепей в случае перегрузки. Переменные источники питания также доступны для тестирования и экспериментального использования.

Печатная плата блока питания компьютера позволяет ему преобразовывать переменный ток в постоянный.

Очень простые печатные платы блока питания могут состоять из трансформатора, четырех диодов или блочного выпрямителя и одного или нескольких конденсаторов для фильтрации. Плата будет иметь соединение для входного напряжения и переключатель для включения или выключения питания. В цепь должен быть встроен предохранитель. Некоторые электронные компоненты могут нагреваться во время работы, и они могут быть прикреплены к радиаторам для предотвращения перегрева.

Печатная плата блока питания переменного тока содержит трансформаторы, понижающие или повышающие напряжение.Понижающие трансформаторы просто уменьшают входное напряжение в цепь. В то время как большинство бытовых устройств в США работают от 110 до 120 вольт, для некоторых мощных устройств требуется трансформатор для увеличения доступного напряжения. В других странах напряжение питания может составлять от 220 до 230 вольт. Можно приобрести преобразователи, которые позволяют устройствам на 120 вольт работать от источников на 240 вольт.

В печатной плате преобразователя переменного тока в постоянный трансформатор используется для снижения входного напряжения питания до уровня, на который плата рассчитана.После трансформаторной части цепи переменное напряжение выпрямляется до постоянного напряжения. Конденсаторы или катушки индуктивности используются в качестве фильтров для уменьшения шума и пульсаций напряжения.

Платы питания постоянного тока

работают от входного напряжения, подаваемого от батареи.Напряжение не нужно выпрямлять или изменять от переменного тока, но его все же необходимо регулировать. Регулирование может осуществляться интегральной схемой (ИС) или набором стабилитронов. Фильтрация напряжения может быть дополнена электролитическими конденсаторами.

Для устройств, которым это необходимо, также может быть создано несколько напряжений.Для некоторого оборудования требуется как +5, так и -5 вольт, а также +/- 12 или 15 вольт. Одна печатная плата источника питания может использоваться для обеспечения всех необходимых напряжений для устройства. Переменный источник питания, или Variac, представляет собой устройство, которое позволяет пользователю изменять выходное напряжение по мере необходимости.

Должна быть предусмотрена защита цепи на случай перегрузки или скачка напряжения.Предохранители на некоторых платах блока питания могут быть заменены пользователем, а другие недоступны. Если предохранитель поврежден и может быть заменен, замена должна иметь такой же номинальный ток. Обход этого предохранителя может привести к серьезному повреждению оборудования и, возможно, даже к пожару.

типов цепей адаптеров питания переменного/постоянного тока и способы их использования — Deeptronic

Источник питания является одним из основных элементов в каждой электронной схеме, и следует выбрать правильную схему адаптера AD/DC, если мы хотим, чтобы наше устройство принимало напряжение сети в качестве основного источника питания.Существует несколько типов схем адаптера переменного/постоянного тока: бестрансформаторный (неизолированный), понижающий трансформатор и импульсный адаптер питания. Принципиальная схема цепей и способы их реализации для нашей конструкции представлены в этой статье.

Схема адаптера бестрансформаторного источника питания

Внимание! Эта цепь не изолирована от сетевого напряжения и при прикосновении к ней может привести к поражению электрическим током!

Прежде чем обсуждать этот тип схемы, обратите внимание на следующее предостережение: Внимание! Эта цепь не изолирована от сетевого напряжения и при прикосновении к ней может привести к поражению электрическим током!

Существует два типа цепей этого неизолированного адаптера питания: схемы с однополупериодным и двухполупериодным выпрямлением.Основное применение этого типа адаптера — это то, где для изолированного устройства требуется небольшая мощность. Принципиальная схема однополупериодного выпрямленного бестрансформаторного адаптера переменного/постоянного тока показана на рисунке 1.A, а двухполупериодного выпрямленного — на рисунке 1.B.

Рисунок 1. Схема безтрансформаторного источника питания A) Полупериодный выпрямитель; B) Полноволновое выпрямление

Цепь питания без трансформатора с полуволновым выпрямлением

Цепь, изображенная на принципиальной схеме, показанной на рисунке 1.В А используется только один высоковольтный диод, один стабилитрон, один резистор и один конденсатор. Эта схема подходит только для устройств, потребляющих очень малый ток. Практически эту схему питания можно использовать для устройств, требующих не более 10 мА. Причиной этого ограничения является использование резистивного ограничителя тока (R1), который тратит много энергии при подаче более высокого тока. Есть 3 значения компонентов, которые должны быть выбраны при проектировании с этой схемой.

Схема бестрансформаторного адаптера с однополупериодным выпрямителем t Примеры применения

Из-за ограниченной спецификации тока мы можем обнаружить, что эта схема используется только в очень ограниченном приложении.Имейте в виду, что подключенная цепь должна быть изолирована от любых прикосновений пользователя, поскольку адаптер не изолирован от сети электропитания.

  • Изолированный мигающий индикатор питания от сети
  • Изолированное зарядное устройство и блок питания для маломощных устройств с небольшой перезаряжаемой батарейкой-таблеткой.
  • Изолированная часть маломощного микроконтроллера
  • Изолированная управляющая часть электронной схемы
Формула для
Как спроектировать бестрансформаторный полуволновой выпрямитель Адаптер Схема

Чтобы спроектировать эту простую бестрансформаторную схему адаптера переменного/постоянного тока, вам необходимо знать параметр входного напряжения сети (Vin) и его частоту (f), ожидаемое (среднее) выходное напряжение или напряжение на нагрузке. (vL), допустимые пульсации напряжения на выходе (vRipp) и сопротивление нагрузки (RLoad).Если сопротивление нагрузки неизвестно как статическое сопротивление, то можно провести простое измерение. Для этого вы можете подключить нагрузку к общему источнику питания с ее рабочим напряжением (vL), затем измерить ток нагрузки (iL) с помощью амперметра и вычесть RLoad = vL/iL. Ниже представлена ​​пошаговая процедура проектирования:

  1. Вычислить средний ток нагрузки iL = vL/RLoad .
  2. Вычислите значение R1, где il = Vin/(R1+RLoad), поэтому R1 = (Vin/iL)-RLoad
  3. Убедитесь, что номинальная мощность R1 >= рассеиваемой мощности Pd, Pd = iL* (Vin-vL)
  4. Половина R1 для компенсации однополупериодного выпрямления, R1 = R1/2
  5. Выберите vL как значение напряжения стабилитрона с минимальной номинальной мощностью Wr = (vL x iL)
  6. Выберите значение емкости C1 для минимизации размаха напряжения пульсаций Vrip, C1 = iL/(Vrip* f) ,
  7. Используйте номинальное напряжение, равное или превышающее 1.5 vL для конденсатора C1, VC = 1,5*vL

Когда сопротивление нагрузки действительно фиксировано, то стабилитрон можно не устанавливать, и напряжение будет колебаться вокруг vL между — пик пульсаций напряжения. Для возможного динамического сопротивления нагрузки следует установить стабилитрон. В результате среднее конечное напряжение vL будет динамически снижаться (в зависимости от тока нагрузки). При номинальном токе нагрузки iL этот сдвиг напряжения будет составлять примерно половину напряжения пульсаций.

Пример конструкции бестрансформаторного адаптера с однополупериодным выпрямителем

Используя ранее описанную процедуру и формулы, теперь мы можем легко реализовать такой адаптер в нашей схемотехнике. Предположим, у нас есть устройство, которое ведет себя как нагрузка с фиксированным сопротивлением 2k. Он должен питаться от источника постоянного тока 12 В с допустимым напряжением пульсаций 1 В (пик-пик) с использованием схемы адаптера переменного/постоянного тока с полуполупериодным выпрямлением. Напряжение в сети составляет 220 В переменного тока частотой 50 Гц. Давайте найдем правильные характеристики резистора R1, конденсатора C1 и стабилитрона.

Перечислим известные параметры,

  • vL = 12 В
  • Vin = 220 В
  • f = 50 Гц
  • RLoad = 2000 Ом
  • Vrip= 1 В

  • Используя формулу №1, iL = vL/RLload = 12В/2000 кОм = 6 мА (=0,006A)
  • Используя формулу №2, R1 = Vin/iL – RLoad = 220В/0,006A – 2000 = 36667 – 2000 = 34667 кОм
  • Используя формулу №3, Мин. мощность R1 = Pd = iL*(Vin-vL) = 0,006A * (220-12)V = 1.25 Вт
  • Используя формулу № 4, половина R1, R1 = 34667/2 = 17333 Ом
  • Используя формулу № 5, напряжение Зенера = vL = 12 В, WR = vL*iL = 12 В * 6 мА = 72 мВт
  • Используя формула №6, C1 = iL/Vripp * f = 0,006/(1*50 Гц) = 0,000120F = 120 мкФ
  • Используя формулу №7, минимальное напряжение C1 = 1,5*vL = 1,5*12 = 18 В

более высокие характеристики с доступными на рынке компонентами, мы можем использовать резистор 15 кОм/2 Вт для R1, 12 В/250 мВт для стабилитрона и 120 мкФ/25 В для C1.Вы также можете использовать конденсатор 220 мкФ/25, так как он может быть более широко доступен, и в качестве бонуса вы получите меньшие пульсации напряжения. В качестве последнего примечания для этой схемы адаптера переменного/постоянного тока с неизолированным полуволновым выпрямителем следует помнить, что формула является лишь приближением, основанным на простых практических моделях компонентов и допущениях. Вы должны построить и протестировать схему самостоятельно, чтобы проверить дизайн.

Цепь питания с двухполупериодным выпрямлением без трансформатора

Схема двухполупериодного выпрямленного варианта показана на рисунке 1.B состоит из замены однополупериодного выпрямителя на двухполупериодные выпрямительные диоды и замены резистивного ограничителя тока R1 на реактивный ограничитель тока C1. Положение ограничителя тока также перенесено с «после выпрямителя» на «перед выпрямителем». Это размещение должно быть выполнено, поскольку компонент реагента C1 будет работать только в переменном токе, поэтому он не будет работать, если мы поместим его после выпрямления. Поскольку ограничитель реактивного тока не рассеивает мощность (в идеальных условиях), эффективность всей схемы будет намного выше, чем у версии с однополупериодным выпрямлением.Выходной ток до 50 мА практически возможен с этой бестрансформаторной схемой адаптера переменного/постоянного тока.

Схема двухполупериодного выпрямителя без трансформатора t Примеры применения

Более высокая эффективность этой схемы делает возможным более широкий спектр применения. Имейте в виду, что эта схема адаптера питания встроена в изолированную систему, где она защищена от любого прикосновения пользователя. Это определенно не адаптер питания общего назначения, где мы можем подключать и отключать нагрузку от адаптера.

  • Светодиодное освещение, это, вероятно, самое популярное применение
  • Изолированная система внутренней связи
  • Изолированная система дверного звонка
Формула для
Как спроектировать Двухполупериодный выпрямитель без трансформатора Схема адаптера

Аналогично версии с полуволновым выпрямлением, нам необходимо знать некоторые параметры для разработки версии бестрансформаторной схемы адаптера с двухполупериодным выпрямлением:

  • Входное напряжение сети питания (среднеквадратичное значение) (Vin)
  • Частота входного напряжения сети питания (f)
  • Выходное напряжение или напряжение нагрузки (vL)
  • Допустимая (размах) пульсация выходное напряжение (vRipp)
  • Сопротивление нагрузки (RLoad)

Теперь мы можем вычислить некоторые параметры компонентов спецификации

  1. Рассчитать ток нагрузки iL = vL/RLoad
  2. Рассчитать реактивное сопротивление ограничителя тока RC1 = (Vin/iL)-RLoad
  3. Рассчитать емкость C1 = 1/(6.284*f*RC1)
  4. Вычислить номинальное напряжение конденсатора C1, VC1 = 1,5 * (Vin-vL)
  5. Вычислить номинальную мощность стабилитрона, WR = vL*iL
  6. Вычислить Емкость C2, основанная на пульсирующем напряжении Vrip, C2 = iL/(Vrip* 2 * f)
  7. Расчет номинального напряжения C2, VC2 = 1,5 вольт
Двухполупериодный выпрямленный бестрансформаторный адаптер Пример конструкции

Чтобы лучше понять процедуру проектирования этой бестрансформаторной схемы адаптера, давайте попробуем разработать схему источника питания для светодиодного освещения.Один типичный яркий белый светодиод имеет прямое падение напряжения 3,6 В при токе 30 мА, поэтому в нашей конструкции мы можем использовать последовательно 9 светодиодов. Напряжение нагрузки vL будет 3,6 В*9 или 32,4 В. Давайте возьмем входное напряжение сети 220 В переменного тока при частоте 50 Гц с пульсациями 10 В в качестве спецификации. При vL = 32,4 В и iL = 30 мА это означает, что RLoad составляет vL/iL = 32,4/0,03 = 1080 Ом. Перечислим уже известные параметры:

  • Vin = 220 В
  • iL = 30 мА
  • vL = 32,4 В
  • RLoad = 1080
  • Vrip = 10 В

Теперь найдем некоторые параметры и значения процедуры, описанные ранее, и формулы.

  • iL = 30 мА
  • Реактивное сопротивление ограничителя тока, RC1 = (Vin/iL)-Rload = (220В/0,03А) – 1080 Ом = 6253,33 Ом
  • Найти емкость С1 = 1/(6,284 *f*RC1) = 1/(6,284 *50 Гц * 6253,33 Гц) = 0,00000051F = 0,51 мкФ
  • Найдите номинальное напряжение C1 VC1 = 1,5*(Vin-vL) = 1,5*(220-32,4) = 281,4 В
  • Найдите номинальную мощность стабилитрона, WR = vL * iL = 32,4 В * 30 мА = 972 мВт
  • Найдите емкость C2, C2 = iL/(Vrip*2*f) = 0,03/(10*2 *50) = 0.00003 F = 30 мкФ
  • Найдите номинальное напряжение C2, VC2 = 1,5*vL = 1,5 * 32,4 В = 48,6 В

Конденсаторы C1 и C2 . Из расчета параметров мы находим, что спецификация конденсатора C1 составляет 0,51 мкФ/281,4 В, поэтому мы можем использовать 0,47 мкФ/350 В для ближайшего доступного компонента на рынке или просто использовать два электролитических конденсатора 1 мкФ/350 В, идущих вплотную друг к другу. для создания неполярного конденсатора 0,5мкФ/350В. Для конденсатора C2 электролитического конденсатора 33 мкФ/50 В будет более чем достаточно для этой цели.

Снятие стабилитрона. В идеале стабилитрон никогда не должен использоваться там, где нагрузка ведет себя как постоянный резистор в установившемся режиме работы. Когда ток нагрузки динамически изменяется при нормальной работе, стабилитрон регулирует выходное напряжение, закорачивая напряжение и теряя мощность в виде тепла. Специально для этого применения светодиодного освещения в идеале стабилитрон никогда не должен быть проводящим, чтобы не тратить энергию впустую. Если стабилитрон остается установленным для защиты светодиодов от импульсного тока, то выбор правильного значения будет затруднен.Слишком низкое напряжение пробоя приведет к потере мощности, а слишком высокое напряжение сделает светодиоды незащищенными. Для упрощения конструкции можно убрать стабилитрон, так как реальную защиту от бросков тока обеспечивает уже конденсатор С2.

Резистор ограничения импульсного тока . Ссылаясь на принципиальную схему на рисунке 1.B, показан фиксированный резистор 22 Ом для обеспечения защиты от импульсных токов. Импульсный ток возникает в тот момент, когда Vin подключен к сети питания, когда заряд C1 разряжен, а напряжение сети не находится в состоянии пересечения нуля.Через очень короткий промежуток времени будет всплеск тока, максимальное значение этого сбоя тока будет Vin(пик)/22. Пиковое напряжение источника 220 В (среднеквадратичное значение) составляет около 311 В, поэтому бросок тока составит 14,14 А. Диоды 1N4007 безопасно справятся с этим импульсным током, поскольку они имеют импульсный ток 30 А (согласно техническому паспорту). При нормальной работе мощность, рассеиваемая этим резистором для защиты от перенапряжения, очень мала, около 20 мВт, небольшого резистора на 0,5 Вт должно быть достаточно для работы как с нормальным, так и с импульсным током.

Схема адаптера питания понижающего трансформатора

(продолжение следует..)

Лучшие инструменты для проектирования схем источников питания с моделированием

Захария Петерсон

|&nbsp Создано: 22 марта 2021 г.

От настольных источников питания до схем регуляторов мощности на встроенных платах разработчикам часто приходится создавать собственные схемы и схемы блоков питания.Эти схемы кажутся простыми в проектировании, но для создания стабильной и высококачественной схемы источника питания требуются инструменты моделирования и проверки на основе SPICE в Altium Designer. Altium Designer дает вам гораздо больше, чем инструменты для проектирования схем и моделирования схем; вы можете легко создать топологию печатной платы и подготовить плату к производству в Altium Designer. Продолжайте читать, чтобы узнать, как Altium Designer поможет вам создать наилучшую схему и компоновку схемы источника питания.

АЛЬТИУМ ДИЗАЙНЕР

Унифицированный пакет для проектирования печатных плат, объединяющий функции проектирования схем с мощным редактором печатных плат и функциями моделирования.

Спроектировать простой стабилизатор напряжения несложно, но источники питания промышленного класса выходят далеко за рамки линейных стабилизаторов. Схема схемы источника питания для вашей печатной платы может быть очень сложной, и для создания схем, компоновки печатной платы, моделирования и производственных файлов требуется несколько инструментов. После того, как вы определите наилучшую топологию регулирования и преобразования мощности для своей системы, вам необходимо реализовать свои схемы на схемах и проверить свой проект.

Когда у вас есть доступ к интегрированному пакету проектирования, вы можете проектировать схемы источников питания, создавать высококачественную разводку печатных плат и запускать моделирование цепей в одной программе.Продолжайте читать, чтобы узнать, как лучший набор функций моделирования цепей и проектирования может помочь вам создать и смоделировать вашу стратегию преобразования и регулирования мощности.

Проект схемы источника питания требует рассмотрения всей системы в блоках, начиная со схемы преобразователя переменного тока в постоянный и заканчивая этапами формирования мощности и преобразователя мощности. Некоторые топологии регуляторов напряжения или тока могут выполнять несколько функций на протяжении всего процесса преобразования энергии. Однако эти регуляторы могут быть очень сложными и должны быть проверены с помощью моделирования, прежде чем приступить к производству.

На приведенном ниже рисунке показан пример блок-схемы, включающей все критически важные части источника питания. Этот тип системы предназначен для обеспечения высокоэффективного преобразования энергии с импульсным стабилизатором. Он мог получать питание от стены и преобразовывать переменный ток в постоянный с помощью мостового выпрямителя. Затем выходной сигнал выпрямителя будет передан в схему PFC, которая будет сглаживать пики тока от импульсного преобразователя. Затем вход и выход будут фильтроваться для устранения кондуктивных электромагнитных помех и обеспечения стабильной подачи питания на секции регулятора.

Этапы проектирования схемы блока питания и блок-схема преобразователя.

Затем необходимо разработать секцию регулятора с соответствующей топологией. Наиболее распространенной топологией стабилизатора является импульсный стабилизатор, обеспечивающий питание SMPS. Эти блоки питания могут быть разработаны для обеспечения очень стабильного выходного напряжения и высокоэффективного регулирования. У них также есть много известных топологий для преобразования постоянного тока в постоянный.

Топология

Эффективность

Преимущества

Недостатки

Линейный

Низкий (~60%)

Простой в сборке

Высокий запас, низкая эффективность

ЛДО

Низкий (~60%)

Низкий запас (~1 В), может использоваться на выходном каскаде для получения желаемого напряжения

Низкая эффективность

Бак

>85%

Простой в сборке

Шум переключения, кондуктивные электромагнитные помехи распространяются на выход

Повышение

>85%

Простой в сборке (вариант понижающего преобразователя)

Шум переключения, кондуктивные электромагнитные помехи распространяются на выход

Обратный ход

>85%

Гибкость: работает как понижающий или повышающий преобразователь, гальваническая развязка

Более высокая стоимость, требуется стабильная входная мощность, шум при переключении

Вперед

>85%

Гибкость: работает как понижающий или повышающий преобразователь, гальваническая развязка без насыщения

Более высокая стоимость, требуется стабильная входная мощность, шум при переключении

Создайте любую топологию регулятора с помощью лучших инструментов проектирования схем

Для создания топологии регулятора, необходимой для обеспечения высокоэффективного преобразования энергии, требуется лучший набор инструментов для проектирования схем.Вам также потребуется доступ к полному набору компонентов печатной платы, который включает модели САПР для использования в компоновке вашей печатной платы. Когда вы будете готовы приступить к проектированию схемы источника питания и найти необходимые компоненты, воспользуйтесь полным набором инструментов проектирования печатных плат в Altium Designer.

Создавайте каждую секцию схемы вашего источника питания с помощью инструментов иерархического построения многоканальных схем в Altium Designer.

Из соображений безопасности и эксплуатации многих источников питания и схем регуляторов необходимо смоделировать каждую секцию источника питания, чтобы убедиться, что он обеспечивает желаемое электрическое поведение.Моделирование источника питания требует моделирования SPICE, которое берет данные компонентов и модели подсхем непосредственно из ваших схем. Затем этот тип моделирования решает законы Кирхгофа и закон Ома, чтобы гарантировать, что ваша схема будет работать так, как задумано.

Симуляторы

SPICE позволяют вам выполнять некоторые важные симуляции в рамках проектирования схемы источника питания:

  • Анализ переходных процессов для просмотра напряжения, тока и выходной мощности во временной области
  • Анализ шума для изучения того, как входной шум преобразуется в выходной шум
  • Анализ переменного тока с разверткой частоты в каждой секции источника питания
  • Перебор параметров для повторения нескольких значений схемы и оптимизации проекта

Анализ переходных процессов будет использоваться чаще всего, так как этот тип моделирования показывает, как источник питания запускается и достигает своего рабочего состояния во временной области.Затем вы можете определить, какие части системы должны быть изменены, и вы можете перебирать пробные значения для ваших элементов схемы с разверткой параметров. Эти задачи не требуют расширенного пакета моделирования, вы можете выполнять эти и многие другие моделирования в лучшем в отрасли программном обеспечении для проектирования печатных плат.

Использование Altium Designer для моделирования SPICE

Механизм моделирования SPICE в Altium Designer доступен в редакторе схем и будет получать данные непосредственно из ваших библиотек компонентов и моделей.Эти симуляции легко настроить и запустить, а данные можно сохранить для использования во внешней программе анализа, такой как MATLAB. Инструменты развертки параметров идеально подходят для оптимизации схемы вашего источника питания, и эти инструменты выводят несколько результатов, которые можно сравнить на одном графике.

Симулятор SPICE в Altium Designer помогает проверить схему схемы источника питания и оптимизировать ее выходную мощность.

После того, как вы создали дизайн схемы источника питания, пришло время сохранить ваши схемы в виде макета пустой печатной платы.Затем вы можете приступить к компоновке компонентов, трассировке трасс, проектированию силовых плоскостей, выбору заземляющих плоскостей и многому другому. Компоновка вашей печатной платы будет определять меры по управлению температурным режимом, которые вам придется учитывать, чтобы поддерживать низкую температуру печатной платы, и вам нужно будет найти настоящие компоненты для всех частей вашей конструкции.

Altium Designer — это больше, чем просто программное обеспечение для проектирования схем и моделирования, это самое мощное в отрасли приложение для проектирования печатных плат для разработки продуктов. Разработчики блоков питания получат доступ к полному набору инструментов проектирования печатных плат для создания схем, физической компоновки, моделирования и изготовления печатных плат — и все это в одной программе.Все необходимое для производства высококачественного источника питания включено в управляемую правилами среду проектирования Altium Designer.

Большинство программ проектирования требуют использования отдельных редакторов схем, маршрутизаторов и симуляторов для создания одного продукта. Это делает рабочий процесс неэффективным и даже вынуждает вас использовать сторонние инструменты проектирования для завершения нового дизайна. Вместо того, чтобы работать в таком фрагментированном окружении, вам необходимо создать следующую печатную плату SMPS в унифицированном дизайн-пакете.

Когда вы работаете с унифицированным программным обеспечением для проектирования, у вас будет доступ ко всему, что вам нужно для создания нового продукта в одном приложении. Это тип среды, которую вы найдете в Altium Designer. Все, что вам нужно, находится в одном приложении, что позволяет с легкостью переходить от концепции к продукту.

Завершите проектирование блока питания с помощью инструментов PCB Layout Tools в Altium Designer

Основное преимущество Altium Designer

по сравнению с другими платформами для проектирования печатных плат заключается в его интегрированном интерфейсе проектирования, где все, что вам нужно для проектирования и компоновки схемы источника питания, включено в единую программу.Вместо того, чтобы размещать все в отдельных программах, Altium Designer включает в себя полный набор функций, необходимых для завершения компоновки печатной платы и подготовки ее к производству. Ни одно другое приложение для проектирования печатных плат не позволяет так легко вывести новый продукт на рынок с помощью одной программы.

Полный набор функций проектирования блоков питания печатных плат в Altium Designer.

Вам не нужно использовать отдельные программы для компоновки печатной платы, моделирования и проектирования схемы при создании следующего блока питания.Вы можете создавать схемы источников питания с любой топологией, используя лучшие инструменты проектирования и компоновки печатных плат в Altium Designer. Ни одно другое приложение не обеспечивает такого же уровня поддержки и производительности, как Altium Designer.

Altium Designer на Altium 365 обеспечивает беспрецедентную степень интеграции в электронной промышленности, которая до сих пор относилась к миру разработки программного обеспечения, позволяя разработчикам работать из дома и достигать беспрецедентного уровня эффективности.

Мы только поверхностно рассмотрели возможности Altium Designer на Altium 365.Вы можете проверить страницу продукта для более подробного описания функций или одного из вебинаров по запросу.

Как спроектировать схему блока питания

У Roadrunner очень низкое энергопотребление, поэтому можно использовать даже небольшой импульсный блок питания. В любом случае, в реальной плате, включая этот SOM, требования к питанию зависят от других устройств, установленных на и от доступного основного питания. В этой статье описаны различные примеры реальных печатных плат и схем.

Введение

Давайте представим некоторые замечания, которые должны быть применены к каждой схеме, общие для всех проектов, описанных ниже.

Как поясняется в техническом описании серии SAMA5D2 Таблица 66-3: Характеристики постоянного тока , различные источники питания, необходимые для работы MCU, могут допускать уровень пульсаций в пределах характеристик многих реальных импульсных регуляторов. Такие регуляторы сейчас дешевы, требуют ограниченного количества внешних компонентов, имеют высокий КПД и низкий уровень пульсаций.Поэтому, за исключением некоторых очень специфических ситуаций, они предпочтительнее, чем классические линейные регуляторы, которые тратят много энергии.

Вычисление правильных значений компенсационной сети и фильтрующих устройств — непростая задача, но многие производители публикуют инструменты проектирования, которые значительно упрощают выбор внешних компонентов для каждого конкретного применения. Одним из примеров является ПО Power Designer WEBENCH® компании Texas Instruments. Эти инструменты возвращают даже подробную спецификацию цепи со ссылками на набор предлагаемых поставщиков.Качество компонентов может сильно повлиять на работу импульсного стабилизатора. Несмотря на преимущества керамических конденсаторов, в процессе проектирования необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить стабильную работу во всем диапазоне рабочих напряжений и температур. Керамические конденсаторы доступны с различными диэлектриками, каждый из которых обладает различными характеристиками, которые могут сильно повлиять на производительность в различных диапазонах температур и напряжений. Двумя наиболее распространенными диэлектриками являются Y5V и X5R. В то время как диэлектрики Y5V недороги и могут обеспечить высокую емкость в небольших корпусах, их емкость сильно различается в зависимости от диапазона напряжения и температуры, и поэтому их не рекомендуется использовать для приложений постоянного/постоянного тока.Диэлектрики X5R и X7R больше подходят для применения в выходных конденсаторах, так как их характеристики более стабильны во всем рабочем диапазоне, и мы настоятельно рекомендуем их использовать. Катушка индуктивности должна иметь низкое сопротивление постоянному току и номинальные значения постоянного тока, превышающие максимальный выходной ток не менее чем на 30 %, чтобы избежать насыщения катушки индуктивности. Правильный выбор номиналов конденсаторов и катушек индуктивности делает схему более стабильной, но хорошая конструкция печатной платы по-прежнему необходима, чтобы избежать высоких пульсаций или даже автоколебаний.

Более чувствительные к пульсациям источники питания MCU (например, аналоговое опорное напряжение) могут быть лучше защищены путем добавления PI-фильтра.

Только когда требуется очень высокая помехоустойчивость, например, при преобразовании аналоговых сигналов очень низкого уровня, может потребоваться каскадный стабилизатор LDO для фильтрации всех пульсаций.

Чтобы быть уверенным, что весь набор периферийных устройств MCU SAM5D27 может работать правильно, лучше снабжать MCU источником питания не менее 3 В, даже если некоторые части работают и с более низким напряжением.Но нестабильное питание, которое меняется вверх во время включения или вниз во время отключения питания, может привести к непредсказуемому поведению всей системы. Многие другие устройства, подключенные к MCU, тоже могут сойти с ума в таких условиях. Для предотвращения такого рода проблем в SOM Roadrunner реализован супервизор питания. Простой 3-КОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК НАПРЯЖЕНИЯ APX809-31SAG-7 выдает сигнал сброса всякий раз, когда напряжение питания VCC падает ниже 3,08 В, сохраняя его в течение не менее 240 мс после того, как VCC превысит этот порог сброса.Этот управляющий сигнал напрямую подключается к выводу NRST микроконтроллера и доступен также на выводе J1-24 разъема SOM для сброса чувствительных внешних устройств, таких как, например, SD-карты.

Выводы 3V3_OUT разъема осуществляют подачу питания 3V3_IN через мосфет, управляемый MCU. Поэтому, когда MCU отключается, можно отключить слишком внешние устройства, такие как, например, Ethernet PHY, чтобы гарантировать реальное отключение питания с нулевым током.


Давайте теперь объясним некоторые реальные рабочие проекты, предназначенные для различных ситуаций.

Пример 1: Стандартный источник питания 5 В от разъема USB

Первый пример является наиболее распространенной ситуацией: внешний источник питания 5 В, часто поступающий от USB-кабеля, подключенного к хост-устройству или к простому настенному адаптеру питания. Импульсный стабилизатор NCP1529 1A имеет достаточные возможности для питания Roadrunner плюс некоторые другие внешние устройства, небольшое количество внешних компонентов, небольшие размеры, в том числе из-за частоты переключения 1,7 МГц, что позволяет использовать небольшие катушки индуктивности и конденсаторы.

Внешний аккумулятор позволяет MCU работать в резервном режиме. Он подключен к контакту Vbat разъема Roadrunner и подает питание на секцию Vddbu SAMA5D27. Спецификация Таблица 66-14: Типичное энергопотребление в резервном режиме помогает рассчитать правильную емкость батареи, необходимую для обеспечения требуемой автономности резервного питания без основного источника питания.

Если блок питания 5В недостаточно надежен, лучше добавить какие-нибудь защитные и фильтрующие устройства.

Инверсия полярности защищена диодом Шоттки для минимизации падения напряжения по сравнению со стандартным диодом. Возможные перенапряжения, а также электростатические разряды отсекаются ограничителями переходных напряжений вместе с самовосстанавливающимся предохранителем. Если напряжение, постоянно или только пиковое, превышает пороговое значение TVS, это начинает проводить; когда циркулирующий ток превышает 1 А, предохранитель размыкает цепь до тех пор, пока состояние не вернется в нормальные значения.

Фильтр нижних частот, образованный синфазным дросселем и конденсаторами, блокирует как излучаемые, так и кондуктивные помехи.

Большая часть пульсаций выходного напряжения вызвана паразитным сопротивлением LC-фильтра. Настоятельно рекомендуется использовать керамический конденсатор с очень низким ESR, а также катушку индуктивности с низким сопротивлением. Но также импеданс дорожек печатной платы между этими компонентами и ИС должен быть максимально снижен, чтобы иметь как хорошую эффективность, так и низкую пульсацию. Как показано в приведенном ниже примере разводки печатной платы, эти компоненты должны быть размещены как можно ближе к контактным площадкам ИС и соединены друг с другом с помощью широких многоугольных плоскостей.Обратные пути заземления должны поддерживаться с более низким возможным импедансом, используя большое количество переходных отверстий для соединения верхних и внутренних заземляющих плоскостей. Регулятор переключается на высокой частоте с острыми краями и большой энергией. Это приводит к широкому спектру частот, что заставляет разрабатывать печатную плату с концепцией, аналогичной радиочастотной схеме. Опять же, достаточное количество переходных отверстий важно замкнуть накоротко между верхним и нижним заземлением, чтобы уменьшить обратный путь и уменьшить излучаемые помехи.Даже если хороший дизайн может гарантировать подходящую плоскость заземления непосредственно под верхним слоем, а также с двухслойной печатной платой, четырехслойный стек или более помогает получить источник питания с почти идеальными характеристиками и совместимым с ограничениями по электромагнитной совместимости.


Пример 2: Отдельный источник питания для устройств с большой нагрузкой на одной плате.

На одной плате MCU может работать одно или несколько энергоемких устройств. Примером может служить модем для высокоскоростной связи.Как указано в описании стандартного модуля HSPA+ Mini PCIe, в некоторых конкретных условиях пиковый ток может достигать очень высокого уровня, даже если это происходит только в течение короткого периода времени. Если блок питания не имеет хороших переходных характеристик, это может привести к падению напряжения с непредсказуемым поведением.

Для того, чтобы иметь хорошую переходную характеристику, нам нужен источник питания с достаточной мощностью для хранения энергии, необходимой во время пиков, а импеданс печатной платы должен быть очень низким.По возможности лучше использовать блок питания для этой секции отдельно от блока MCU. Это позволяет использовать две разные конструкции источников питания, каждая из которых предназначена для своего собственного приложения и физически размещается ближе к пользователю, что снижает возможные помехи между ними. Кроме того, таким образом MCU может управлять этим отдельным доменом питания, включая его только при необходимости.

В данном случае используется понижающий преобразователь AP65550. В дополнение к его способности 5 А он может быть запитан до 18 В, что позволяет разработать блок питания с более широким диапазоном входного напряжения, чем у NCP1529.Недостатком является большая занимаемая площадь из-за более низкой рабочей частоты, которая требует более крупных катушек индуктивности и конденсаторов.

Схемы и разводка печатной платы показывают, сколько конденсаторов распределено по цепи. Большинство из них расположены очень близко к контактам ввода питания модема PCIe, чтобы свести к минимуму импеданс дорожек. Конденсаторы емкостью 1000 мкФ обеспечивают запас энергии для реакции на скачки напряжения. Конденсаторы емкостью 100 нФ отфильтровывают высокие частоты, а конденсаторы емкостью 33 пФ отфильтровывают очень высокие частоты, генерируемые этим устройством связи.

На рисунке ниже показана дорожка измерения напряжения, проложенная по внутреннему слою. Это обратная связь, которая позволяет регулятору поддерживать правильное напряжение. Улавливание выходного напряжения очень близко к потребителю мощности гарантирует лучшую стабилизацию, компенсирующую падение напряжения из-за полного сопротивления дорожек печатной платы между регулятором и нагрузкой.

Очень часто регуляторы имеют большую выступающую накладку внизу упаковки. Это необходимо для обеспечения хорошего контакта с заземляющим слоем как с электрической, так и с тепловой точек зрения.Настоятельно рекомендуется большое количество переходных отверстий, чтобы обеспечить хороший отвод тепла на нижних слоях.


Пример 3: вход 12 В с дополнительным выходом 5 В для питания внешних USB-устройств

В этом примере регулятор AP65550 используется для создания источника питания 5 В, если на плате размещен хост-интерфейс USB, который питает внешние устройства. Основное напряжение может быть до 18 В, а микроконтроллер может питаться каскадно от 5 В через небольшой NCP1529, как это сделано в примере 1.

Между блоком питания и хост-разъемом USB типа A необходимо добавить защиту от помех от внешних устройств и перегрузки по току.


Пример 4: вход 24 В с выходом нескольких внешних источников питания

В промышленной среде часто используется основной источник питания 24 В, чтобы уменьшить требования к току и, следовательно, размер проводов. Предыдущие регуляторы нельзя использовать из-за ограничений по напряжению.Вот пример с входным понижающим преобразователем постоянного тока TPS54231 28 В. Многократное выходное напряжение требуется проектом для питания внешних устройств. Поскольку эти источники питания подключены к внешнему миру, внутренние компоненты должны быть хорошо защищены от обратного напряжения и электромагнитных помех с помощью диодов и LC-фильтров. Входной источник питания также защищен схемой, аналогичной той, что описана в примере 1. Опять же, питание MCU 3,3 В поступает от крошечного NCP1529, питаемого от внутреннего напряжения 5 В.

TPS54231 работает на частоте 500 кГц, поэтому для него требуется довольно большая катушка индуктивности и внешний диод. Это увеличивает занимаемую площадь на печатной плате, но регулятор очень стабилен и имеет низкую пульсацию. Путь коммутационного тока локализован между регулятором, LC-фильтром и улавливающим диодом. Все эти компоненты. Конструкция печатной платы требует внимания к уже описанным импедансу дорожек и плоскости заземления. Обратите внимание на количество больших переходных отверстий, размещенных для защиты области регуляторов вокруг и снизу от непрерывных заземляющих плоскостей.


Пример 5: очень низкая мощность с возможностью сбора энергии

Некоторые идеи по поводу питания системы с очень низким энергопотреблением можно найти в другой статье о решении для аккумуляторов с длительным сроком службы

.

Здесь используется очень низкий ток покоя, Vout, выбираемый программно, понижающий преобразователь для маломощных приложений TPS62740

Ссылки по теме

Гвидо Оттавиани
Разработчик аппаратного обеспечения с опытом работы в области промышленной и гражданской автоматизации и управления, технический писатель, преподаватель и увлекающийся робототехникой, а также технический коммуникатор в Интернете

Веб-страница: https://www.guiott.it

Продукты

Дорожный бегун

Базовая электроника — различные типы источников питания

В предыдущих статьях мы обсуждали пассивные электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и трансформаторы. Пассивные компоненты особенно полезны при разработке различных аналоговых схем.

Настоящее удовольствие от современной электроники начинается с полупроводников и цифровой электроники. Вся электроника связана с сигналами (в форме напряжения или тока) и обработкой сигналов компонентами и цепями.Полупроводниковая электроника стала возможной благодаря обработке электронных сигналов в виде двоичных значений (0 и 1 или низкий и высокий уровень). Это применение полупроводниковой электроники для обработки сигналов как двоичных значений приводит к реализации булевой логики в форме цифровой электроники. Так началось использование электроники для «вычислений». Вскоре инженеры и исследователи разработали способы измерения различных физических величин путем преобразования их в аналоговые электрические сигналы и преобразования этих аналоговых сигналов в цифровые значения.Они также разработали способы преобразования цифровых сигналов в эквивалентные аналоговые электрические сигналы. Теперь компьютеры также могут взаимодействовать и реагировать на физический мир.

Большая часть современной электроники посвящена «электронным вычислениям» и их применению в реальном мире. Электронные вычисления в сочетании с технологиями отображения и электронными устройствами ввода/вывода ведут к развитию компьютеров общего назначения. Электронные вычисления в сочетании с различными коммуникационными технологиями приводят к развитию телекоммуникационных, телевизионных и интернет-технологий.Электронные вычисления в сочетании с беспроводной связью и датчиками приводят к развитию мобильной электроники и носимых устройств. Электронные вычисления в сочетании с датчиками и исполнительными механизмами приводят к разработке таких приложений, как встроенные системы, робототехника и автоматизация.

Но прежде чем мы начнем бесконечное путешествие по полупроводникам и цифровой электронике, будет лучше иметь некоторое представление об источниках питания. Это источник питания, который дает жизнь любой электронной схеме или устройству.Каждая электронная схема или устройство по существу должны иметь секцию источника питания или могут нуждаться в подключении в качестве нагрузки к внешней цепи источника питания.

Источником электроэнергии могут быть линии электропередачи (сетевое электричество), электромеханические системы (альтернаторы и генераторы), солнечная энергия или устройства хранения, такие как элементы и батареи. Источники питания — это преобразователи мощности, которые преобразуют электроэнергию от источника в напряжение, ток и частоту, подходящие для цепи нагрузки.Источником электроэнергии может быть переменный или постоянный ток. Подобно генераторам и сети, электричество обеспечивает мощность переменного тока, в то время как батареи и солнечные устройства обеспечивают мощность постоянного тока. Схема источника питания может вводить мощность от источника переменного или постоянного тока и выводить мощность переменного или постоянного тока, преобразованную в соответствии с нагрузкой. Таким образом, цепи питания можно классифицировать как источники переменного тока в переменный, переменного в постоянный, постоянного в постоянный и постоянного в переменный.

Различные блоки питания переменного тока включают переменные источники питания переменного тока, изолирующие трансформаторы и преобразователи частоты. Источники питания переменного тока в постоянный являются наиболее распространенными.Некоторые источники питания переменного тока в постоянный включают нерегулируемый линейный источник постоянного тока, линейный регулируемый источник постоянного тока (настольный источник питания), импульсные регулируемые источники питания и источник питания с регулируемой пульсацией. Источники питания на основе батарей, солнечные источники питания и преобразователи постоянного тока являются примерами источников питания постоянного тока. Источники питания на основе батарей и источники питания от солнечных батарей используются для непосредственного питания электронных схем, в то время как преобразователи постоянного тока в постоянный обычно используются для преобразования входного постоянного тока в разные уровни для питания разных цепей в одном и том же устройстве, а не для использования разных преобразователей переменного тока в постоянный. Источники постоянного тока для получения различных уровней напряжения/тока.Инверторы, генераторы и ИБП обычно используются для преобразования постоянного тока в переменный.

Переменный источник питания переменного тока
Переменный источник питания переменного тока разработан с использованием трансформаторов или регулируемых автотрансформаторов. Они используются для преобразования уровней переменного напряжения в переменное. Для создания такого источника питания можно использовать трансформатор с несколькими обмотками или ответвлениями, в противном случае можно использовать регулируемый автотрансформатор. Эти источники питания преобразуют переменное напряжение и уровни тока, в то время как частота источника питания остается неизменной.

Преобразователи частоты
Преобразователи частоты используются для преобразования частоты переменного тока. Они могут быть спроектированы с использованием электромеханических устройств, таких как установка двигатель-генератор, или с помощью установки выпрямитель-инвертор. Выпрямитель сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный ток другой частоты.

Изолирующие трансформаторы
Изолирующие трансформаторы используются для подачи переменного тока в переменный, где требуется согласование полного сопротивления между источником питания и цепью нагрузки.Разделительные трансформаторы обычно не преобразуют уровни напряжения или частоту источника питания. Они полезны при соединении симметричных и несимметричных цепей.

Эти изолирующие трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения, сохраняя изоляцию силовых и выходных цепей с помощью усиленной изоляции, сертифицированной CE. (Изображение: Трансформатор сигнала)

Нерегулируемый линейный источник питания
Нерегулируемый линейный источник питания — это простые преобразователи переменного тока в постоянный.Они разработаны с использованием понижающего трансформатора, выпрямителя, фильтрующего конденсатора и дросселирующего резистора. Во-первых, трансформатор преобразует линейное напряжение в требуемый уровень напряжения в переменном токе. Пониженное переменное напряжение затем преобразуется в постоянное напряжение с помощью однополупериодного или двухполупериодного выпрямителя. Выпрямитель выполнен на диодах. Пульсирующий постоянный ток от выпрямителя сглаживается с помощью фильтрующих конденсаторов. Для защиты параллельно конденсатору фильтра может быть подключен продувочный резистор.

Нерегулируемые блоки питания просты и долговечны.Однако их выходное напряжение может изменяться из-за изменения входного напряжения или тока нагрузки. Таким образом, они не очень надежны. Кроме того, они могут быть предназначены только для вывода фиксированного напряжения и тока.

Линейный регулируемый источник питания
Линейный регулируемый источник питания представляет собой источник питания переменного тока в постоянный. Это то же самое, что и нерегулируемые (грубая сила) источники питания, за исключением того, что они используют транзисторную схему, работающую в активной или линейной области, вместо стабилизирующего резистора. Эта активная транзисторная ступень позволяет выводить различные точные уровни постоянного напряжения.Существует несколько доступных ИС стабилизаторов напряжения со встроенной активной транзисторной схемой. Линейные регулируемые источники питания стабильны, безопасны, надежны и бесшумны. Имеются микросхемы стабилизаторов напряжения для широкого диапазона входных и выходных напряжений, и они выдают фиксированные напряжения постоянного тока. Основными недостатками этих источников питания являются их стоимость, размер и энергоэффективность. Эти блоки питания теряют много энергии из-за рассеивания мощности и могут потребовать использования радиатора с микросхемами регулятора.

Линейный блок питания от Acopian Power Supplies (вверху) в десять раз больше и тяжелее, чем сопоставимый импульсный блок питания (внизу), который также от Acopian, но линейный блок имеет преимущества, с которыми не может сравниться блок питания от коммутатора.

Импульсный регулируемый источник питания
Импульсный регулируемый источник питания — это сложный источник питания переменного тока в постоянный, сочетающий в себе преимущества нестабилизированного и регулируемого источника питания. В SMPS линейное напряжение выпрямляется до постоянного тока, а затем снова преобразуется в прямоугольный переменный ток с помощью переключающих транзисторов.Эта высокочастотная прямоугольная волна затем понижается или усиливается, а затем снова выпрямляется. Выпрямленное постоянное напряжение фильтруется перед подачей на нагрузку.

Блок питания с регулируемой пульсацией
Блок питания с регулируемой пульсацией — это улучшенный вариант нестабилизированного источника питания переменного тока в постоянный. Он разработан путем объединения нестабилизированного источника питания с транзисторной схемой, работающей в области насыщения. Транзисторная схема передает мощность постоянного тока на конденсатор для поддержания уровня напряжения.Основным преимуществом пульсирующего регулируемого питания является его энергоэффективность.

Источники питания с регулируемой стабилизацией
Источники питания с линейной стабилизацией могут быть модифицированы для обеспечения диапазона регулируемых напряжений за счет использования переменного резистора на оконечном каскаде. Переменный резистор может понизить выходное напряжение до регулируемых значений. Такой регулируемый источник питания может затем подавать напряжения в диапазоне от нуля до максимального напряжения, регулируемого источником. Симметричные линейные стабилизированные источники питания также могут быть модифицированы для подачи напряжения отрицательной полярности.

Аккумуляторы и солнечные батареи
Батареи, элементы и солнечные панели обеспечивают питание постоянного тока. Энергия от накопителей или солнечных батарей должна быть сначала отфильтрована, чтобы удалить пульсирующие пульсации. Затем его можно отрегулировать до желаемого уровня постоянного напряжения с помощью микросхем регулятора напряжения. Если напряжение питания от батареи или солнечной панели необходимо повысить, это можно сделать, используя транзисторы в качестве усилителей.

Преобразователи постоянного тока
Преобразователи постоянного тока используются для повышения или понижения напряжения постоянного тока.Преобразователи постоянного тока в постоянный могут быть полупроводниковыми, электромеханическими или электрохимическими. DC-to-DC SMPS, такие как двухтактный преобразователь, понижающий преобразователь, повышающий преобразователь, понижающе-повышающий преобразователь, являются некоторыми примерами преобразователей постоянного тока полупроводникового типа. Эти источники обычно используются для преобразования постоянного тока (выпрямленного из сети или другого источника переменного тока) для обеспечения различных уровней постоянного тока, а не для использования множества источников переменного тока в постоянный в устройстве.

Пример блока питания постоянного тока мощностью 2 Вт в поверхностном монтажном исполнении (Изображение: Recom).

Блоки питания постоянного тока в переменный
Эти типы блоков питания обычно используются для резервного питания. Инверторы, ИБП и генераторы являются примерами таких систем электропитания.

Любители электроники и инженеры чаще всего используют линейные регулируемые блоки питания и блоки питания от батарей. Другие типы источников питания обычно разрабатываются и производятся для конкретных приложений или цепей. Для некоторых схем может потребоваться разработка источника питания с использованием солнечных панелей.

Для начинающих всегда удобно начинать с линейного регулируемого источника питания, обеспечивающего обычно используемые напряжения постоянного тока, такие как 12 В, 9 В, 5 В и 3 В. Для портативных цепей такие же напряжения могут быть достигнуты при использовании регулируемых источников питания на основе аккумуляторов. В регулируемых источниках питания на основе батарей может потребоваться замена батарей через регулярные промежутки времени. Таким образом, источник питания с линейной стабилизацией, обеспечивающий обычно используемые уровни постоянного напряжения, лучше всего подходит для прототипирования и тестирования электронных схем. Затем производственные цепи могут получать питание от батарей или цепей на основе солнечных панелей, если это необходимо.

В следующей статье мы обсудим элементы и батареи.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.