Что такое импульсный источник питания: Импульсные источники питания, теория и простые схемы

Импульсные источники питания, теория и простые схемы

Импульсный источник питания – это инверторная система, в которой входное переменное напряжение выпрямляется, а потом полученное постоянное напряжение преобразуется в импульсы высокой частоты и установленой скважности, которые как правило, подаются на импульсный трансформатор.

Импульсные трансформаторы изготавливаются по такому же принципу, как и низкочастотные трансформаторы, только в качестве сердечника используется не сталь (стальные пластины), а феромагнитные материалы – ферритовые сердечники.

Рис. Как работает импульсный источник питания.

Выходное напряжение импульсного источника питания стабилизировано, это осуществляется посредством отрицательной обратной связи, что позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне даже при изменении входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока.

Обратная отрицательная связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания.

Использование оптрона или же одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения.

Основные плюсы импульсных источников питания (ИИП):

• малый вес конструкции;
• небольшие размеры;
• большая мощность;
• высокий КПД;
• низкая себестоимость;
• высокая стабильность работы;
• широкий диапазон питающих напряжений;
• множество готовых компонентных решений.

К недостаткам ИИП можно отнести то что такие блоки питания являются источниками помех, это связано с принципом работы схемы преобразователя. Для частичного устранения этого недостатка используют экранировку схемы. Также из-за этого недостатка в некоторых устройствах применение данного типа источников питания является невозможным.

Импульсные источники питания стали фактически непре­менным атрибутом любой современной бытовой техники, потреб­ляющей от сети мощность свыше 100 Вт. В эту категорию попадают компьютеры, телевизоры, мониторы.

Для создания импульсных источников питания, примеры конкретного воплощения которых будут приведены ниже, приме­няются специальные схемные решения.

Так, для исключения сквозных токов через выходные тран­зисторы некоторых импульсных источников питания используют специальную форму импульсов, а именно, биполярные импульсы прямоугольной формы, имеющие между собой промежуток во времени.

Продолжительность этого промежутка должна быть больше времени рассасывания неосновных носителей в базе вы­ходных транзисторов, иначе эти транзисторы будут повреждены. Ширина управляющих импульсов с целью стабилизации выходно­го напряжения может изменяться с помощью обратной связи.

Обычно для обеспечения надежности в импульсных ис­точниках питания используют вьюоковольтные транзисторы, ко­торые в силу технологических особенностей не отличаются в лучшую сторону (имеют низкие частоты переключения, малые коэффициенты передачи по току, значительные токи утечки, большие падения напряжения на коллекторном переходе в от­крытом состоянии).

Особенно это касается устаревших ныне мо­делей отечественных транзисторов типа КТ809, КТ812, КТ826, КТ828 и многих других. Стоит сказать, что в последние годы поя­вилась достойная замена биполярным транзисторам, традицион­но используемых в выходных каскадах импульсных источников питания.

Это специальные высоковольтные полевые транзисто­ры отечественного, и, главным образом, зарубежного производ­ства. Кроме того, существуют многочисленные микросхемы для импульсных источников питания.

Схема генератора импульсов регулируемой ширины

Биполярные симметричные импульсы регулируемой ши­рины позволяет получить генератор импульсов по схеме на рис.1. Устройство может быть использовано в схемах авторегулирования выходной мощности импульсных источников питания. На микросхеме DD1 (К561ЛЕ5/К561 ЛАТ) собран гене­ратор прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2.

Симметрии генерируемых импульсов добиваются регулировкой резистора R1. Рабочую частоту генератора (44 кГц) при необхо­димости можно изменить подбором емкости конденсатора С1.

Рис. 1. Схема формирователя биполярных симметричных импульсов регулируемой длительности.

На элементах DA1.1, DA1.3 (К561КТЗ) собраны компарато­ры напряжения; на DA1.2, DA1.4 — выходные ключи. На входы компараторов-ключей DA1.1, DA1.3 в противофазе через форми­рующие RC-диодные цепочки (R3, С2, VD2 и R6, СЗ, VD5) пода­ются прямоугольные импульсы.

Заряд конденсаторов С2, СЗ происходит по экспоненциальному закону через R3 и R5, соответ­ственно; разряд — практически мгновенно через диоды VD2 и VD5. Когда напряжение на конденсаторе С2 или СЗ достигнет по­рога срабатывания компараторов-ключей DA1.1 или DA1.3, соот­ветственно, происходит их включение, и резисторы R9 и R10, а также управляющие входы ключей DA1.2 и DA1.4 подключаются к положительному полюсу источника питания.

Поскольку включение ключей производится в противофазе, такое переключение происходит строго поочередно, с паузой меж­ду импульсами, что исключает возможность протекания сквозного тока через ключи DA1. 2 и DA1.4 и управляемые ими транзисторы преобразователя, если генератор двухполярных импульсов ис­пользуется в схеме импульсного источника питания.

Плавное ре­гулирование ширины импульсов осуществляется одновременной подачей стартового (начального) напряжения на входы компарато­ров (конденсаторы С2, СЗ) с потенциометра R5 через диодно-ре-зистивные цепочки VD3, R7 и VD4, R8. Предельный уровень управляющего напряжения (максимальную ширину выходных им­пульсов) устанавливают подбором резистора R4.

Сопротивление нагрузки можно подключить по мостовой схеме — между точкой соединения элементов DA1.2, DA1.4 и кон­денсаторами Са, Сb. Импульсы с генератора можно подать и на транзисторный усилитель мощности.

При использовании генератора двухполярных импульсов в схеме импульсного источника питания в состав резистивного де­лителя R4, R5 следует включить регулирующий элемент — поле­вой транзистор, фотодиод оптрона и т.д., позволяющий при уменьшении/увеличении тока нагрузки автоматически регулиро­вать ширину генерируемого импульса, управляя тем самым вы­ходной мощностью преобразователя.

В качестве примера практической реализации импульсных источников питания приведем описания и схемы некоторых из них.

Схема испульсного источника питания

Импульсный источник питания (рис. 2) состоит из выпря­мителей сетевого напряжения, задающего генератора, формиро­вателя прямоугольных импульсов регулируемой длительности, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения.

Задающий генератор выполнен на микросхеме типа К555ЛАЗ (элементы DDI .1, DDI .2) и вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота вдвое меньше — 75 кГц. Узел управления длительностью коммутирующих импульсов реализован на микро­схеме типа К555ЛИ1 (элементы DD2.1, DD2.2), а регулировка дли­тельности осуществляется с помощью оптрона U1.

Выходной каскад формирователя коммутирующих импуль­сов собран на элементах DD2.3, DD2.4. Максимальная мощность на выходе формирователя импульсов достигает 40 мВт.

Предва­рительный усилитель мощности выполнен на транзисторах VT1, VT2 типа КТ645А, а оконечный — на транзисторах VT3, VT4 типа КТ828 или более современных. Выходная мощность каскадов — 2 и 60…65 Вт, соответственно.

На транзисторах VT5, VT6 и оптроне U1 собрана схема стабилизации выходного напряжения. Если напряжение на выхо­де источника питания ниже нормы (12 В), стабилитроны VD19, VD20 {КС182+КС139) закрыты, транзистор VT5 закрыт, транзи­стор VT6 открыт, через светодиод (U1.2) оптрона протекает ток, ограниченный сопротивлением R14; сопротивление фотодиода (U1.1) оптрона минимально.

Сигнал, снимаемый с выхода элемен­та DD2.1 и поступающий на входы схемы совпадения DD2.2 на­прямую и через регулируемый элемент задержки (R3 — R5, С4, VD2, U1.1), в силу его малой постоянной времени поступает практически одновременно на входы схемы совпадения (элемент DD2.2).

На выходе этого элемента формируются широкие управ­ляющие импульсы. На первичной обмотке трансформатора Т1 (выходах элементов DD2. 3, DD2.4) формируются двухполярные импульсы регулируемой длительности.

Рис. 2. Схема импульсного источника питания.

Если по какой-либо причине напряжение на выходе источни­ка питания будет увеличиваться сверх нормы, через стабилитроны VD19, VD20 начнет протекать ток, транзистор VT5 приоткроется, VT6 — закроется, уменьшая ток через светодиод оптрона U1.2.

При этом возрастает сопротивление фотодиода оптрона U1.1. Длительность управляющих импульсов уменьшается, и происхо­дит уменьшение выходного напряжения (мощности). При коротком замыкании нагрузки светодиод оптрона гаснет, сопротивление фотодиода оптрона максимально, а длительность управляющих импульсов — минимальна. Кнопка SB1 предназначена для запус­ка схемы.

При максимальной длительности положительные и отрица­тельные управляющие импульсы не перекрываются во времени, поскольку между ними существует временная просечка, обу­словленная наличием резистора R3 в формирующей цепи.

Тем самым снижается вероятность протекания сквозных токов через выходные относительно низкочастотные транзисторы оконечного каскада усиления мощности, которые имеют большое время рас­сасывания избыточных носителей на базовом переходе. 2, вторичная обмотка имеет 3×6 витков провода ПЭВ-2 1,28 мм (параллельное включение). При подключении обмоток трансформаторов необходимо правильно их фазировать. Начала обмоток показаны на рисунке звездочками.

Источник питания работоспособен в диапазоне измене­ния сетевого напряжения 130…250 В. Максимальная выходная мощность при симметричной нагрузке достигает 60…65 Вт (ста­билизированное напряжение положительной и отрицательной по­лярности 12 S и стабилизированное напряжение переменного тока частотой 75 кГц, снимаемые,со вторичной обмотки транс­форматора Т3). Напряжение пульсаций на выходе источника пи­тания не превышает 0,6 В.

При налаживании источника питания сетевое напряжение на него подают через разделительный трансформатор или фер-рорезонансный стабилизатор с изолированным от сети выходом. Все перепайки в источнике допустимо производить только при полном отключении устройства от сети.

Последовательно с вы­ходным каскадом на время налаживания устройства рекоменду­ется включить лампу накаливания 60 Вт на 220 В. Эта лампа защитит выходные транзисторы в случае ошибок в монтаже. Оптрон U1 должен иметь напряжение пробоя изоляции не менее 400 В. Работа устройства без нагрузки не допускается.

Сетевой импульсный источник питания

Сетевой импульсный источник питания (рис. 3) разрабо­тан для телефонных аппаратов с автоматическим определителем номера или для других устройств с потребляемой мощностью 3…5Вт, питаемых напряжением 5…24В.

Источник питания защищен от короткого замыкания на вы­ходе. Нестабильность выходного напряжения не превышает 5% при изменении напряжения питания от 150 до 240 В и тока нагруз­ки в пределах 20… 100% от номинального значения.

Управляемый генератор импульсов обеспечивает на базе транзистора VT3 сигнал частотой 25…30 кГц.

Дроссели L1, L2 и L3 намотаны на магнитопроводах типа К10x6x3 из пресспермаллоя МП140. Обмотки дросселя L1, L2 со­держат по 20 витков провода ПЭТВ 0,35 мм и расположены каж­дая на своей половине кольца с зазором между обмотками не менее 1 мм.

Дроссель L3 наматывают проводом ПЭТВ 0,63 мм виток к витку в один слой по внутреннему периметру кольца. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе Б22 из феррита М2000НМ1.

Рис. 3. Схема сетевого импульсного источника питания.

Его обмотки наматывают на разборном каркасе ви­ток к витку проводом ПЭТВ и пропитывают клеем. Первой нама­тывают в несколько слоев обмотку I, содержащую 260 витков провода 0,12 мм. Таким же проводом наматывают экранирующую обмотку с одним выводом (на рис. 3 показана пунктирной лини­ей), затем наносят клей БФ-2 и обматывают одним слоем лакот-кани.

Обмотку III наматывают проводом 0,56 мм. Для выходного напряжения 5В она содержит 13 витков. Последней наматывают обмотку II. Она содержит 22 витка провода 0,15…0,18 мм. Между чашками обеспечивают немагнитный зазор.

Высоковольтный источник постоянного напряжения

Для создания высокого напряжения (30…35 кВ при токе на­грузки до 1 мА) для питания электроэффлювиальной люстры (люстры А. Л. Чижевского) предназначен источник питания посто­янного тока на основе специализированной микросхемы типа К1182ГГЗ.

Источник питания состоит из выпрямителя сетевого напря­жения на диодном мосте VD1, конденсатора фильтра С1 и высоковольтного полумостового автогенератора на микросхеме DA1 типа К1182ГГЗ. Микросхема DA1 совместно с трансформатором Т1 преобразует постоянное выпрямленное сетевое напряжение в высокочастотное (30…50 кГц) импульсное.

Выпрямленное сетевое напряжение поступает на микросхе­му DA1, а стартовая цепочка R2, С2 запускает автогенератор микросхемы. Цепочки R3, СЗ и R4, С4 задают частоту генерато­ра. Резисторы R3 и R4 стабилизируют длительность полуперио­дов генерируемых импульсов. Выходное напряжение повышается обмоткой L4 трансформатора и подается на умножитель напря­жения на диодах VD2 — VD7 и конденсаторах С7 — С12. Выпрям­ленное напряжение подается на нагрузку через ограничительный резистор R5.

Конденсатор сетевого фильтра С1 рассчитан на рабочее на­пряжение 450 В (К50-29), С2 — любого типа на напряжение 30 В. Конденсаторы С5, С6 выбирают в пределах 0,022…0,22 мкФ на напряжение не менее 250 В (К71-7, К73-17). Конденсаторы умно­жителя С7 — С12 типа КВИ-3 на напряжение 10 кВ. Возможна за­мена на конденсаторы типов К15-4, К73-4, ПОВ и другие на рабочее напряжение 10кB или выше.

Рис. 4. Схема высоковольтного источника питания постоянного тока.

Высоковольтные диоды VD2 — VD7 типа КЦ106Г (КЦ105Д). Ограничительный резистор R5 типа КЭВ-1. Его можно заменить тремя резисторами типа МЛТ-2 по 10 МОм.

В качестве трансфор­матора используется телевизионный строчный трансформатор, например, ТВС-110ЛА. ВЬюоковольтную обмотку оставляют, ос­тальные удаляют и на их месте размещают новые обмотки. Об­мотки L1, L3 содержат по 7 витков провода ПЭЛ 0,2 мм, а обмотка L2 — 90 витков такого же провода.

Цепочку резисторов R5, ограничивающих ток короткого замыкания, рекомендуется включить в «минусовой» провод, кото­рый подводится к люстре. Этот провод должен иметь вьюоко-вольтную изоляцию.

Корректор коэффициента мощ­ности

Устройство, именуемое корректором коэффициента мощ­ности (рис. 5), собрано на основе специализированной микро­схемы TOP202YA3 (фирма Power Integration) и обеспечивает коэффициент мощности не менее 0,95 при мощности нагрузки 65 Вт. Корректор приближает форму тока, потребляемую нагруз­кой, к синусоидальной.

Рис. 5. Схема корректора коэффициента мощности на микро­схеме TOP202YA3.

Максимальное напряжение на входе — 265 В. Средняя час­тота преобразователя — 100 кГц. КПД корректора — 0,95.

Импульсный источник питания с микросхемой

Схема источника питания с микросхемой той же фирмы Po­wer Integration показана на рис. 6. В устройстве применен полупроводниковый ограничитель напряжения — 1,5КЕ250А.

Пре­образователь обеспечивает гальваническую развязку выходного напряжения от напряжения сети. При указанных на схеме номина­лах и элементах устройство позволяет подключать нагрузку, по­требляющую 20 Вт при напряжении 24 В. КПД преобразователя приближается к 90%. Частота преобразования — 100 Гц. Устрой­ство защищено от коротких замыканий в нагрузке.

Рис. 6. Схема импульсного источника питания 24В на микросхеме фирмы Power Integration.

Выходная мощность преобразователя определяется типом используемой микросхемы, основные характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики микросхем серии TOP221Y — TOP227Y.

Тип микросхемы	Рmax, Вт	Ток срабатывания защиты, А	Сопротивление открытого тран­зистора, Ом
TOP221Y	7	0,25	31,2
T0P222Y	15	0,5	15,6
T0P223Y	30	1	7,8
T0P224Y	45	1,5	5,2
T0P225Y	60	2	3,9
T0P226Y	75	2,5	3,1
T0P227Y	90	3	2,6

Простой и высокоэффек­тивный преобразователь напряжения

На основе одной из микросхем ТОР200/204/214 фирмы Power Integration может быть собран простой и высокоэффек­тивный преобразователь напряжения (рис. 7) с выходной мощ­ностью до 100 Вт.

Рис. 7. Схема импульсного Buck-Boost преобразователя на микросхеме ТОР200/204/214.

Преобразователь содержит сетевой фильтр (С1, L1, L2), мостовой выпрямитель (VD1 — VD4), собственно сам преобразо­ватель U1, схему стабилизации выходного напряжения, выпрями­тели и выходной LC-фильтр.

Входной фильтр L1, L2 намотан в два провода на феррито-вом кольце М2000 (2×8 витков). Индуктивность полученной катуш­ки — 18…40 мГн. Трансформатор Т1 выполнен на ферритовом сердечнике со стандартным каркасом ETD34 фирмы Siemens или Matsushita, хотя можно использовать и иные импортные сердечни­ки типа ЕР, ЕС, EF или отечественные Ш-образные ферритовые сердечники М2000.

Обмотка I имеет 4×90 витков ПЭВ-2 0,15 мм; II — 3×6 того же провода; III — 2×21 витков ПЭВ-2 0,35 мм. Все об­мотки наматывают виток к витку. Между слоями должна быть обеспечена надежная изоляция.

Источник: Шустов М.А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения (2002).

Исправления: в схеме на рисунке 3 для катушки L2 изменена точка, указывающая начало намотки.

Импульсные блоки питания

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

Виды блоков питания

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

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

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

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

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

Преимущества и недостатки импульсных блоков питания

Основные преимущества ИБП:

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

Недостатками ИБП являются:

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

Принцип работы импульсного источника питания

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

Схематически устройство можно представить как совокупность трех цепей:

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

Взаимодействие элементов импульсного БП происходит по следующей схеме:

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

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

Виды импульсных блоков питания

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

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

Принципиальная схема импульсного блока питания

Основные элементы импульсных блоков питания:

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

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

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

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

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

Функция выходного фильтра – уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения.

Сферы применения импульсных блоков питания

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

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

Импульсные блоки питания.Виды и работа.Особенности и применение

Практически в каждом электронном приборе есть блок питания – важный элемент монтажной схемы. Блоки применяются в устройствах, требующих пониженного питания. Базовой задачей блока питания считается уменьшение сетевого напряжения. Первые импульсные блоки питания сконструированы после изобретения катушки, которая работала с переменным током.

Применение трансформаторов дало толчок развития блоков питания. После выпрямителя тока осуществляется выравнивание напряжения. В блоках с преобразователем частоты этот процесс проходит по-другому.

В импульсном блоке основу составляет инверторная система. После выпрямления напряжения образуются прямоугольные импульсы с высокой частотой, подаются на фильтр выхода низкой частоты. Импульсные блоки питания преобразовывают напряжение, отдают мощность на нагрузку.

Рассеивание энергии от импульсного блока не происходит. От линейного источника идет рассеивание на полупроводниках (транзисторах). Его компактность и малый вес также дает превосходство над трансформаторными блоками при одинаковой мощности, поэтому часто линейные блоки заменяют импульсными.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:

• Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
• Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Схема импульсного блока минимального размера

В простой схеме ИБП вместо трансформатора применен дроссель. Это преобразователи для понижения или повышения напряжения, относятся к самому простому классу, применяется один переключатель и дроссель.

Некоторые виды ИБП

• Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
• Импульсные блоки питания на TL494.
• Импульсные блоки питания на UC3842.
• Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
• Для усилителя с повышенными данными.
• Из электронного балласта.
• Регулируемый ИБП, механическое устройство.
• Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
• Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
• На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
• Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
• Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
• Для 24 В – работает только на 24 вольта.
• Мостовой – применена мостовая схема.
• Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
• Для светодиодов – высокая чувствительность.
• Двухполярный ИБП, отличается качеством.
• Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.

Особенности

Простой ИБП может состоять из трансформаторов малых размеров, так как при повышении частоты эффективность трансформатора выше, требования к размерам сердечника меньше. Такой сердечник изготовлен из ферромагнитных сплавов, а для низкой частоты используется сталь.

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами. Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель. За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

Принцип действия осуществлен на активном преобразовании напряжения. Для удаления помех ставят фильтры в конце и начале цепи. Насыщение транзисторов положительно отражается на диодах, имеется регулировка напряжения. Встроенная защита блокирует короткие замыкания. Кабели питания применены немодульной серии, мощность достигает 500 ватт.

В корпусе установлен вентилятор охлаждения, скорость вентилятора регулируется. Наибольшая нагрузка блока составляет 23 ампера, сопротивление 3 Ом, наибольшая частота 5 герц.

Применение импульсных блоков

Сфера их использования постоянно растет как в быту, так и в промышленном производстве.

Импульсные блоки питания применяются в источниках бесперебойного питания, усилителях, приемниках, телевизорах, зарядных устройствах, для низковольтных линий освещения, компьютерной, медицинской технике и других различных приборах, и устройствах широкого назначения.

Достоинства и недостатки

ИБП имеет следующие преимущества и достоинства:

• Небольшой вес.
• Увеличенный КПД.
• Небольшая стоимость.
• Интервал напряжения питания шире.
• Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты. Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

У трансформаторов низкой частоты теряется много энергии, рассеивается тепло во время преобразований. В ИБП максимальные потери возникают при переходных процессах коммутации. В другое время транзисторы устойчивы, они закрыты или открыты. Созданы условия для сохранения энергии, КПД достигает 98%.

Стоимость ИБП снижена из-за унификации элементов широкого ассортимента на роботизированных предприятиях. Силовые элементы из управляемых ключей состоят из полупроводников меньшей мощности.

Технологии импульсов дают возможность применять сеть питания с разной частотой, что расширяет применение блоков питания в различных сетях энергии. Модули на полупроводниках с небольшими габаритами с цифровой технологией имеют защиты от короткого замыкания и других аварий.

Недостатки

Импульсные блоки питания функционируют с помощью преобразования импульсов высокой частоты, создают помехи, уходящие в окружающую среду. Возникает необходимость подавления и борьбы с помехами разными методами. Иногда подавление помех не дает эффекта, и применение импульсных блоков становится невозможным для некоторых типов устройств.

Импульсные блоки питания не рекомендуется подключать как с низкой нагрузкой, так и с высокой. Если на выходе резко упадет ток ниже установленного предела, то запуск может оказаться невозможным, а питание будет с искажениями данных, которые не подходят к диапазону работ.

Похожие темы:

Импульсные блоки питания — устройство, применение, неисправности и ремонт

Среди всех блоков питания можно выделить два основных типа:

• линейные;
• импульсные (инверторные) источники.

В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.

Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.

Основные отличия импульсных стабилизаторов.

Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор. Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.

При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов.

Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.

Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Импульсный блок питания состоит из следующих элементов:

• входной выпрямитель;
• блок конденсаторов;
• схема управления;
• выходные ключи;
• импульсный трансформатор;
• вторичные (выходные) стабилизаторы и фильтры.

За счет того, что входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, а затем обратно в переменное, точнее, в импульсы высокой частоты, импульсный высокочастотный трансформатор имеет очень малые габариты. Трансформатор преобразует высокочастотное переменное напряжение, поступающее от мощных транзисторных выходных ключей, которые, в свою очередь управляются широтно-импульсным (ШИМ) контроллером.

Такое название схема управления получила из-за того, что изменяя частоту и ширину (длительность) импульсов, можно регулировать время открытия ключевых транзисторов, изменяя, таким образом, значение выходного напряжения.

На ШИМ – контроллер (обычно это одна специализированная микросхема), поступает напряжение обратной связи с выхода блока питания или иные управляющие сигналы. Таким образом можно получить любые алгоритмы стабилизации выходного напряжения.

Стоит отметить, что наибольшей сложностью обладают устройства, которые предназначены для формирования нескольких значений напряжения на выходе с высокими требованиями к стабильности каждого из них. Как пример можно назвать блоки питания персональных компьютеров, телевизоров и других сложных устройств.

Такие блоки питания, как зарядные устройства для мобильных телефонов или иных маломощных гаджетов содержат малогабаритные специализированные микросхемы, в которых уже интегрированы все необходимые элементы. Такие блоки содержат минимум деталей и ремонтируются только энтузиастами, поскольку стоимость отдельных элементов порой сравнима со стоимостью нового зарядного устройства.

Часто производители бытовой техники вообще не предусматривают ремонт, выполняя корпус устройства неразборным или заливая печатную плату вместе с элементами специальным компаундом.

Высокий уровень помех импульсных устройств обусловлен тем, что управляющие импульсы высокой частоты имеют практически прямоугольную форму и поэтому имеют высокий уровень гармонических составляющих в большом диапазоне частот. Мощные транзисторы в момент переключения также становятся сильными источниками электромагнитного излучения. Для снижения помех схемы обычно дополняются помехоподавляющими цепями и заключаются в экранирующий корпус.

Малые габариты устройства и наличие схемы управления позволяют дополнить схемотехнику самыми различными схемами контроля как входного, так и любых выходных цепей, включая программное управление характеристиками.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Импульсные блоки питания в настоящее время используются в подавляющем большинстве устройств мощностью от долей ватта до единиц киловатт. Верхний предел ограничен параметрами выпускаемых на текущий момент транзисторов. Это ограничение можно обойти довольно просто, соединяя несколько идентичных маломощных блоков питания параллельно.

Для одинаковой и равномерной нагрузки отдельных составляющих, они объединяются по сигналам обратной связи. Постоянное совершенствование технологии разработки и конструирования полупроводниковых приборов, создание новых классов транзисторов (IGBT, MOSFET) стимулирует создание все более мощных импульсных устройств.

Даже большое число параллельно включенных устройств по массе и габаритам значительно меньше аналогичного по мощности понижающего трансформатора стандартной частоты 50 Гц, поэтому очень часто делают некоторый избыток блоков для того, чтобы при выходе одного из них он автоматически выключался и работа устройств не нарушалась.

Сам принцип работы обеспечивает широкий диапазон допустимого входного напряжения. Например импульсные блоки питания бытовых устройств при нормальном напряжении сети 220 В, способны работать вплоть до диапазона 80 — 250 В, то есть при таких напряжениях, когда обычный линейный стабилизатор выходит из границ стабильной работы.

ТИПОВЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ И РЕМОНТ

Как ни странно будет звучать, но импульсным блокам питания гораздо страшнее низкое входное напряжения, чем высокое. Верхний предел обычно ограничен номинальным напряжением электролитических конденсаторов фильтра и допустимым обратным напряжением выпрямительных диодов.

Длительная работа при пониженном входном напряжении вызывает перегрев и тепловой пробой ключевых транзисторов, поскольку, чем ниже напряжение на входе, тем больше время открытия ключей для получения нужного напряжения на выходе трансформатора.

Многие импульсные блоки питания нестабильно работают, когда нагрузка выхода имеет малое значение или вообще отсутствует. Отсутствие обратной связи на входе ШИМ контроллера приводит к тому, что транзисторные ключи полностью открываются и блок выходит из строя буквально через несколько минут. Соответствующие схемные решения позволяют избавиться от такого недостатка.

Наиболее часто неисправности импульсных блоков питания вызываются:

• выходом из строя диодов выпрямительного моста;
• электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра;
• ключевых транзисторов.

Такое обычно происходит в случае сильно завышенного входного напряжения или длительной работы при пониженном. В подавляющем большинстве случаев даже нет необходимости в измерительных приборах — повреждения видны невооруженным глазом по разрушенным и вздувшимся элементам.

Гораздо реже выходят из строя элементы управляющей схемы (ШИМ-контроллера) и обратной связи. В данном случае без измерений не обойтись.

Крайне редки случаи повреждения импульсного трансформатора. Обычно их габариты позволяют выполнять сборку с большими запасами по току и мощности. Поэтому неисправности случаются только при некачественном выполнении.

Практика ремонтов показывает, что львиная доля неисправностей происходит по причине крайне низкого качества некоторых типов электролитических конденсаторов.

Падение емкости или большое внутреннее сопротивление конденсаторов выходных цепей может приводить к неправильной работе обратной связи, в результате чего выходное напряжение перестает соответствовать норме.

В некоторых случаях конденсаторы могут вызывать срабатывание защиты. Внешне неисправные конденсаторы могут иметь вздутие на торцах корпуса. Такие элементы следует менять на исправные, не тратя время на их проверку.

Обычно ремонт серьезных импульсных блоков питания требует несколько большей квалификации специалистов, чем ремонт традиционных схем и требует таких измерительных приборов, как осциллограф.

Внимание!

Часть элементов схемы блока питания находится под напряжением сети. Это выпрямительные диоды, конденсаторы, ключевые транзисторы и первичная обмотка импульсного трансформатора.

Ремонт таких устройств можно выполнять только при отключенном блоке с разряженными конденсаторами фильтра. В крайнем случае можно производить некоторые работы и под напряжением, но только с обязательной гальванической развязкой блока от питающей сети через разделительный трансформатор.

Для исключения попадания электромагнитных помех в питающую сеть, на входе блока обычно ставят помехоподавляющий фильтр, элементы которого соединены непосредственно с экранирующим кожухом. Таким образом, кожух оказывается гальванически связан с проводами питающей сети.

При прикосновении к корпусу прибора можно получить удар электрическим током, опасным для жизни. Для обеспечения безопасности, все импульсные блоки питания должны быть в обязательном порядке заземлены или иметь корпус из изоляционного материала.

Современное бытовое оборудование и часть промышленного позволяют производить заземление непосредственно через шнур питания. Для этого в паре розетка — вилка предусмотрены отдельные контакты для подключения заземления.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Импульсные источники питания | OMRON, Россия

Выходной ток на базе 24В= 0 – 5 А () 6 – 10 А () 11 – 20 А () 21 – 50 А ()

2.5 A 3.75 A 5 A 10 A 20 A

1.3 A 2.5 A 5 A 10 A 20 A

2.5 A 5 A 10 A 20 A

0.65 A 1.3 A 2.5 A 5 A 10 A 20 A

5 A 10 A 20 A 40 A

2.5 A 3.8 A 5 A 7.5 A 10 A 20 A

10 А с 6 каналами 20 А с 8 каналами

0.7 A 1.1 A 1.5 A 2.2 A 3.2 A 4.5 A 6.5 A 8.8 A 14.6 A

0.65 A 1.5 A 2.2 A 4.5 A 6.5 A 14 A 27 A

2.5 A 5 A 7.5 A 10 A

Особенности EN61000-3-2 () Резервирование постоянного тока () Резервирование конденсаторов () Сигнализация пониженного напряжения () Защита от повышенного напряжения () Защита от перегрузки () Монтаж на DIN-рейку () Винтовое крепление () Защита от электромагнитных помех класса B () UL класса 2 () Резервирование N+1 () Параллельная работа () Форсирование мощности () Индикация выходного значения () Прогнозирование необходимости технического обслуживания () Контроль выполнения задач () Indication monitor (7 – segment LED) () Network (Ethernet/IP , Modbus TCP) () Replacement Time Calculation Function () Display of output voltage/current/peak hold current () Display of total run time () Self-diagnostics function ()

EN61000-3-2 Резервирование конденсаторов Сигнализация пониженного напряжения Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Защита от электромагнитных помех класса B UL Class 2 (up to 90 W) Резервирование N+1 Параллельная работа 2 устройств Форсирование мощности 120% (модели 30 Вт, 60 Вт и 120 Вт) Форсирование мощности 150% (модели 240 Вт и 480 Вт) Indication monitor (7 – segment LED) Network (Ethernet/IP , Modbus TCP) Replacement Time Calculation Function Display of output voltage/current/peak hold current Display of total run time Self-diagnostics function

EN61000-3-2 Резервирование конденсаторов Сигнализация пониженного напряжения (модели 240 Вт и 480 Вт) Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Защита от электромагнитных помех класса B UL класса 2 (до 60 Вт) Резервирование N+1 Параллельная работа 2 устройств Форсирование мощности 120% (модели 30 Вт, 60 Вт и 120 Вт) Форсирование мощности 150% (модели 240 Вт и 480 Вт)

Резервирование конденсаторов Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Винтовое креплекние (с кронштейном) Резервирование N+1

EN61000-3-2 Резервирование конденсаторов Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Винтовое креплекние (с кронштейном) Защита от электромагнитных помех класса B UL класса 2 (до 60 Вт) Резервирование N+1 Параллельная работа 2 устройств Форсирование мощности 120%

EN61000-3-2 Резервирование конденсаторов Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Винтовое креплекние (с кронштейном) Защита от электромагнитных помех класса B Резервирование N+1 Параллельная работа 2 устройств Форсирование мощности 120%

EN61000-3-2 Сигнализация пониженного напряжения Защита от повышенного напряжения Индикация выходного значения Прогнозирование необходимости технического обслуживания Контроль выполнения задач

EN61000-3-2 Сигнализация пониженного напряжения Защита от повышенного напряжения Индикация выходного значения Прогнозирование необходимости технического обслуживания Контроль выполнения задач

EN61000-3-2 (до 150 Вт) Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Винтовое креплекние (с кронштейном) Защита от электромагнитных помех класса B (до 150 Вт)

EN61000-3-2 Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Винтовое креплекние (с кронштейном) Защита от электромагнитных помех класса B Параллельная работа 5 устройств (600 Вт / 24 В пост. тока)

Резервирование постоянного тока Резервирование конденсаторов Защита от повышенного напряжения Защита от перегрузки Монтаж на DIN-рейку Защита от электромагнитных помех класса B UL класса 2 Резервирование N+1 Параллельная работа (только модели 24/12 В)

Аксессуары S8VK-R () S8T-DCBU-02 () S8T-DCBU-01 () S8M () S8V-NF ()

–

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8M S8V-NF

S8VK-R S8T-DCBU-02 S8T-DCBU-01 S8M S8V-NF

Импульсные источники питания Общие тенденции и преимущества

В рубрику “Пожарная безопасность” | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Одним из важнейших компонентов любой низковольтной системы являются источники питания. Этот сегмент рынка, как и многие другие в сфере производства систем безопасности, находится в постоянном развитии и совершенствовании: идут процессы уменьшения габаритов, улучшения характеристик, адаптации под условия российских сетей и т.д. Какие же преимущества открывают перед пользователем импульсные источники питания и какие продукты существуют в данном сегменте?

Общие проблемы питания любой аппаратуры:

• глобальные перепады напряжения в сети;
• потери на проводах отдаленных узлов системы, что особенно характерно для крупных объектов;
• помехи и наводки одними узлами системы на другие от общего источника (проблемы электромагнитной совместимости).

Все эти проблемы с успехом решаются с помощью современных модификаций импульсных источников питания, которые все больше вытесняют с рынка традиционные трансформаторные (линейные) блоки питания. За примерами далеко ходить не надо – обратите внимание на источник питания, установленный в вашем компьютере или другой оргтехнике, на зарядное устройство мобильного телефона, блок питания, идущий в комплекте к любому бытовому устройству. Подавляющее большинство – импульсные источники питания. И это не случайно. Все больше и больше производителей электротехники отдают им предпочтение, считая надежными, технологичными и удобными в эксплуатации.

Производство современных импульсных источников питания предусматривает более качественную и надежную элементную базу, высокий уровень производственных мощностей, соблюдение технологий, новое оборудование для тестирования параметров в процессе производства, выходной контроль качества, а также глубокое понимание специфики работы электросетей в условиях российской действительности. В настоящее время при соблюдении вышеназванных требований и грамотном подходе к разработке схемотехники и конструктива изделие будет успешным на рынке.

Преимущества импульсных блоков

Широкий диапазон входных напряжений (от 80 до 265 В) при неизменных выходных параметрах
В нашей стране перепады напряжения в сети (особенно в сельской местности) – серьезная проблема, хотя, согласно существующему ГОСТу на электросети в РФ, напряжение должно быть в пределах 220 В (+-1105%), то есть в диапазоне от 187 до 242 В. Любой блок питания должен обеспечивать все указанные параметры в этом диапазоне входных напряжений. Это далеко не простая задача, особенно для мощных блоков, потому что при минимальном напряжении на входе и максимальном токе на выходе блок должен сохранить стабильность выходного напряжения, а при максимальном уровне напряжения в сети и максимальном токе нагрузки – не выйти из строя из-за перегрева при максимально допустимой температуре окружающей среды. Необходимо также учитывать кратковременные падения напряжения в сети, связанные с подключением мощных энергопотребителей.

Многие производители лукавят, указывая в паспорте более узкий диапазон входных напряжений, хотя известно, что во многих регионах РФ 190 В в сети – норма.

Более совершенная схемотехника высокочастотного преобразования (КПД до 95%)
Большинство потерь в импульсных источниках питания связано с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном устойчивом состоянии (включен или выключен), потери энергии минимальны. Трансформаторным (линейным) источникам питания для стабильности выходного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Качество выходного напряжения по шумам и электрическим наводкам позволяет одновременно осуществлять электропитание разного типа нагрузок
К источнику питания может быть подключена и нагрузка, работающая в линейном режиме, и нагрузка, работающая в динамическом режиме. В этом случае для стабилизации выходных параметров источника питания необходимо применение фильтров различного типа (индуктивных и емкостных) в выходной цепи.

Стабильность выходных параметров в широком температурном диапазоне
Особенно это касается выходного тока и напряжения. Еще одним элементом манипулирования цифрами со стороны производителя блоков является выходной ток: в паспорте на изделие зачастую указывается максимальный вместо номинального. При работе на максимальную нагрузку через непродолжительное время в блоке в лучшем случае срабатывает температурная защита (если она имеется). А чаще всего при продолжительной работе в режиме повышенной температуры компоненты блока с течением времени значительно теряют свои параметры, что особенно характерно для электролитических конденсаторов, емкость которых существенно понижается, что, в свою очередь, ведет к увеличению уровня выходных пульсаций. Номинальный же ток нагрузки – это ток, который должен отдаваться в нагрузку всегда независимо от обстоятельств, на протяжении длительного времени и при сохранении указанного уровня пульсаций.

Компенсация выходного напряжения при работе нагрузки на длинных линиях
Оборудование, подключаемое к источнику питания, рассчитано на определенное номинальное напряжение. Поскольку оно может находиться на значительном расстоянии от источника питания, то важным фактором являются потери в проводах. Компенсировать их можно путем увеличения сечения провода от источника питания до оборудования или с помощью под-строечного резистора, который позволит увеличить напряжение на выходе источника питания.

Значительно меньшие габариты и вес в сравнении с аналогичным по мощности линейным блоком питания (особенно это касается мощных линейных блоков)
При повышении частоты используются трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных, тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме.

Значительно меньшая стоимость изделий в производстве, что в конечном итоге отражается на цене для потребителя
В импульсных источниках питания отсутствует дорогостоящий низкочастотный трансформатор, который составляет большую часть стоимости линейных блоков питания.

Источники бесперебойного питания ACCORDTEC Все многообразие моделей источников питания торговой марки ACCORDTEC (Россия) выполнено на основе импульсных блоков питания. Высокие стандарты качества подтверждены проведенными испытаниями в рамках получения пожарного сертификата и сертификатов соответствия. Линейка включает в себя как источники бесперебойного питания, так и сетевые адаптеры.

Основные модели

ББП-20 – экономичный источник питания. Предназначен для питания нагрузки напряжением 12 В с током потребления не более 2 А. Данный источник питания может идти от сети переменного тока с напряжением от 80 до 265 В. Максимальный ток нагрузки – 2,5 А. ББП-20 имеет встроенную электронную защиту по выходу от короткого замыкания и превышения тока нагрузки. Цепь аккумулятора защищена предохранителем. Имеет индикацию наличия сети и индикацию наличия 12 В на выходе. Для компенсации падения выходного напряжения на соединительных проводах предусмотрена регулировка напряжения на выходе в диапазоне от 12 до 15 В.

ББП-30 предназначен для питания нагрузки напряжением 12 В с током потребления 3 А. Максимальный ток нагрузки – 4,9 А. Данный блок бесперебойного питания имеет встроенную электронную защиту от короткого замыкания и превышения нагрузки по току и мощности. ББП-30 также имеет функцию защиты АКБ от глубокого разряда.

Обычный свинцовый 12-вольтовый аккумулятор при глубоком разряде и падении напряжения около 10 В выходит из строя из-за необратимых химических изменений. Однако этого недостатка лишены герметичные необслуживаемые АКБ с гелевым электролитом. Эти батареи (от производителей, поставляющих качественную продукцию) выдерживают до 200 циклов глубокого разряда, более того, 50–60 циклов “заряд – разряд” являются хорошей тренировкой АКБ и даже поднимают ее емкость.

Тем не менее считается, что необходимо встраивать в источник бесперебойного питания схему отключения АКБ при достижении опасного порога глубокого разряда. Связано это с тем, что на рынке появилось множество моделей АКБ китайского производства, которые из-за применения более дешевых технологий и материалов едва выдерживают несколько циклов. Устройства защиты выполняются на базе реле или мощного полевого транзистора, так как применение дешевых биполярных транзисторов в качестве ключей приводит к дополнительному падению напряжения на ключе и, как следствие, к сокращению времени резервной работы.

В ББП-30 имеются две спаренные колодки для подключения нагрузки, облегчающие процесс монтажа. Для компенсации падения выходного напряжения на соединительных проводах предусмотрена регулировка напряжения на выходе в диапазоне от 12 до 15 В. ББП-30 поставляется в настоящий момент в трех исполнениях: без корпуса, в корпусе для установки АКБ до 7 А/ч и в корпусе для установки АКБ 17 A/ч.

ББП-80 – функциональный аналог ББП-30, предназначенный для питания нагрузки напряжением 12 В с током потребления 8 А. Максимальный ток нагрузки – 10 А.

Поставляется в двух исполнениях: без корпуса и в корпусе для установки АКБ 17 A/ч. ББП-80 может работать с АКБ до 33 А/ч.

Сетевые адаптеры серии ACCORDTEC

Сетевые адаптеры серии ACCORDTEC включают в себя бюджетный вариант аналогов трансформаторных блоков. Модели AT-12/15, AT-12/30 предназначены для питания нагрузки постоянным напряжением 12 В с током потребления 1,5 и 3 А соответственно. Имеют электронную защиту по выходу от короткого замыкания и превышения по току и мощности. Для компенсации падения выходного напряжения на соединительных проводах предусмотрена регулировка напряжения на выходе в диапазоне от 12 до 15 В.

Данные источники питания выпускаются в стандартном исполнении, а также в корпусе для крепления на DIN-рейку. Блоки с таким креплением предназначены для установки в электротехнические шкафы и боксы. В линейке блоков питания ACCORDTEC имеется также адаптер для питания нагрузки напряжением 24 В и с током потребления не более 3 А. Модель AT-12/05 – сетевой адаптер для питания оборудования напряжением 12 В и током потребления не более 0,5 А. Для подключения нагрузки предусмотрен кабель со штырьковым разъемом.

Опубликовано: Журнал “Системы безопасности” #5, 2010
Посещений: 12821

В рубрику “Пожарная безопасность” | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

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

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

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

Типовая схема традиционного источника электропитания состоит из следующих элементов:

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

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

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

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

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

КАК РАБОТАЕТ ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ПРИМЕНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ

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

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

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

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

  *  *  *

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

В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

Существует два основных исполнения источников питания постоянного тока: линейные источники питания постоянного тока и импульсные источники питания постоянного тока. Традиционные линейные источники питания обычно тяжелые, долговечные и имеют низкий уровень шума на низких и высоких частотах. По этой причине они в основном подходят для применений с низким энергопотреблением, где вес не представляет проблемы. Импульсные источники питания намного легче, эффективнее, долговечнее и имеют ограниченный высокочастотный шум благодаря конструкции.По этой причине импульсные источники питания не подходят для высокочастотных аудиоприложений, но отлично подходят для приложений с высокой мощностью. Помимо этого, эти два типа в значительной степени взаимозаменяемы для различных приложений, и их изготовление примерно одинаково. Импульсные источники питания в настоящее время используются более широко, чем линейные источники питания. Мы видели, как некоторые онлайн-продавцы говорили, что импульсные источники питания не подходят для гальваники (гальваники) или ионизации, это вводит в заблуждение и не соответствует действительности.

Если вы хотите узнать больше о линейных источниках питания постоянного тока и импульсных источниках питания постоянного тока, прочтите более подробное введение ниже.

Линейный источник питания постоянного тока

Линейные источники питания постоянного тока были основой преобразования энергии до конца 1970-х годов. С развитием технологии импульсных источников питания линейные источники питания сегодня менее популярны, но по-прежнему незаменимы в приложениях, требующих очень низких пульсаций и шума.Линейный источник питания использует большой трансформатор для понижения напряжения от сети переменного тока до гораздо более низкого переменного напряжения, а затем использует ряд выпрямительных схем и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения. Это низкое постоянное напряжение затем регулируется до желаемого уровня путем уменьшения разницы напряжений на транзисторе или IC (шунтирующем регуляторе). Типичные области применения линейных источников питания постоянного тока включают, но не ограничиваются:

• студийный микшер / аудиоусилитель

• малошумящие усилители

• обработка сигналов

• сбор данных – включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи и схемы выборки и хранения.

• автоматическое испытательное оборудование

• лабораторное испытательное оборудование

• цепи управления

• везде, где требуется отличное регулирование и / или низкая пульсация

В течение трех десятилетий Mastech производила регулируемые линейные источники питания с исключительно низкой пульсацией и шумом за небольшую плату от известных брендов. Наш успех привлек множество подражателей с похожими продуктами.За последние три года мы внедрили новые конструкции, которые выводят надежность и отказоустойчивость линейных источников питания постоянного тока на новый уровень. После трех лет испытаний мы рады подтвердить, что новая линейка линейных источников питания постоянного тока Volteq оправдала все наши ожидания в отношении регулирования напряжения и тока, шума и надежности и является предпочтительным линейным источником питания постоянного тока для большинство наших клиентов.

Если у вас есть аудиоприложение, вам следует придерживаться оригинальной конструкции линейных источников питания постоянного тока Mastech для работы без вентилятора.

Для всех других применений мы рекомендуем линейные источники питания постоянного тока Volteq из-за повышенной надежности за счет защиты от перенапряжения и обратного напряжения.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

Импульсный источник питания постоянного тока

Импульсные блоки питания постоянного тока были впервые представлены в конце 1970-х годов, сегодня они являются самой популярной формой блоков питания постоянного тока на рынке благодаря их исключительной энергоэффективности и отличным общим характеристикам.Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс PWM генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличную стабилизацию нагрузки и линии. Типичные области применения импульсных источников питания постоянного тока:

• универсальное использование, включая исследования и разработки, производство и испытания
• приложения с высокой мощностью / высоким током
• системы связи, мобильные станции, сетевое оборудование и т. д.
• гальваника, анодирование, гальванопластика, электрофорез и др.
• Зарядка и выравнивание литий-ионных батарей, авиационных, морских и автомобильных батарей
• электролиз, обработка отходов, водородный генератор, топливные элементы и т. д.
• Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиационные и морские приложения и т. Д.

В течение трех десятилетий Mastech создавал регулируемые импульсные источники питания с наименьшим шумом и пульсациями в отрасли.Наши импульсные источники питания широко используются в исследованиях и разработках и в лабораторных условиях из-за их исключительных шумовых характеристик. Выбор конструкции для минимизации шума имеет некоторые недостатки: более медленный отклик и более высокая чувствительность к обратной ЭДС от нагрузки. В результате импульсные источники питания Mastech не подходят для зарядки аккумуляторов, анодирования, светодиодных применений, гальваники (использование в качестве выпрямителей для гальванических покрытий) и анодирования, электролиза, гальванопластики, производства водорода и любых электрохимических применений.

Признавая недостатки, мы запустили в 2012 году новую линейку импульсных источников питания под маркой Volteq для удовлетворения растущих потребностей клиентов в области зарядки аккумуляторов, светодиодных приложений, двигателей постоянного тока, гальваники и анодирования, электролиза и производства водорода, игровых автоматов. , автомобильные, авиационные и морские приложения. Импульсные источники питания Volteq , со встроенной защитой от перенапряжения и обратного напряжения, прочны как камень, но при этом обеспечивают отличные характеристики шума и пульсаций благодаря использованию самых современных технологий.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

Импульсный источник питания: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик – рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания – это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, поступающий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

• Линейный: В линейных источниках питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
• Коммутация: Импульсный источник питания – это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в последовательность высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из энергосистемы в постоянное напряжение для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для приложений большой мощности означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, эффективнее и способны выдерживать большую мощность. На рисунке 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Выпрямление входа

Выпрямление – это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала – это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение – это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, наподобие того, что выходит из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), – это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной в течение первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсирован или устранен, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно достичь с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление может быть достигнуто за счет использования пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току проходить через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет обеспечить эффективное питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется всего четыре диода в конфигурации моста (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Полномостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией – уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самым простым и наиболее часто используемым методом уменьшения пульсаций является использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем подает ток на нагрузку до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма сигнала намного ближе к желаемой форме и может считаться напряжением постоянного тока без компонента переменного тока. Этот окончательный сигнал напряжения теперь можно использовать для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды – относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как MOSFET или BJT-транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление можно сделать сколь угодно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что можно управлять частотой переключения и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5.Мостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в разработке импульсного источника питания – это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Формы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы понаблюдаете за формой волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, в частности, с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания целью схемы коррекции коэффициента мощности является минимизация этих гармоник путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

• Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
• Активная коррекция коэффициента мощности изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC, последний этап преобразования мощности – это понижение выпрямленного постоянного напряжения до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного сигнала переменного тока выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет PFC, выходное напряжение постоянного тока от выпрямителя будет около 320 В.Если имеется активная схема коррекции коэффициента мощности, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показано несколько аспектов преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

	Изолированные источники питания переменного / постоянного тока	Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология	Обратный преобразователь	Понижающий преобразователь
Безопасность	Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя	Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность	Трансформаторы увеличивают размер и вес	Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД	Потери в трансформаторной стали и меди влияют на КПД	Одна катушка индуктивности намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность	Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключается к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе, поражение электрическим током такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые схемы в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока – это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7: Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена через трансформатор. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед переходом на выход.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается вводом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения из-за принудительного включения и выключения транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень вредно для жизненного цикла транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях с высокой мощностью. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений с высокой мощностью, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает EMI и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью компания MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших индукторов и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция, обеспечиваемая трансформатором.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, Интернет вещей и т. Д., Поскольку любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, генерирует напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, катушка индуктивности высвобождает ток, который течет через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, пока цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, потому что полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, потому что требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения, с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды практически не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять многими различными топологиями преобразователя, такими как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.Он также имеет вариант зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. На рис. 10 показана типичная прикладная схема MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные источники питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее и требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Резюме

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

1. Входное выпрямление: в этом процессе напряжение сети переменного тока преобразуется в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор, чтобы уменьшить пульсации напряжения.
2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый – это пассивная коррекция коэффициента мощности, в которой используется фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности – единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолировано, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использование интегрированных модулей в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и многое другое.

_________________________

Вам это показалось интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик – рассылайте их раз в месяц!

Как выбрать блок питания

Руководство покупателя энергии: Основные сведения об источниках питания

Роберт Конг

Есть старая пословица: «Используйте правильный инструмент для работы!» Но иногда для работы существует несколько «правильных инструментов», так как же узнать, какой из них использовать? Чтобы выбрать правильный источник питания, необходимо понять несколько важных основ.

Линия электропитания продуктов Jameco Electronics включает широкий выбор источников питания. Они обеспечивают все ваши потребности в источниках питания, от настенных адаптеров и настольных источников питания до открытых / закрытых источников питания переменного тока в постоянный и преобразователей постоянного тока в постоянный / инверторов постоянного тока в переменный. Какой бы инструмент вы ни выбрали в качестве источника питания, вы можете быть уверены, что получите продукцию отличного качества, которая подходит для работы.

Условия подачи питания

Прежде всего, давайте проясним некоторые термины, которые часто сбивают с толку людей, но важны при выборе правильного источника питания для настенного адаптера.«Импульсные» источники питания переменного тока в постоянный по сравнению с «линейными» источниками питания часто вводят в заблуждение тех, кто с ними не знаком.

Линейные источники питания принимают входной переменный ток (обычно 120 или 240 В переменного тока), понижают напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляют и фильтруют входной сигнал в выход постоянного тока.

Импульсный источник питания принимает входной переменный ток, но сначала выпрямляет и фильтрует в постоянный ток, затем преобразует обратно в переменный ток на некоторой высокой частоте переключения, понижает напряжение с помощью трансформатора, затем выпрямляется и фильтруется в выход постоянного тока.

Разница между линейным и коммутационным процессами заключается в том, что они позволяют использовать разные компоненты. Линейный источник питания обычно менее эффективен, использует более крупный и тяжелый трансформатор, а также более крупные компоненты фильтра. Импульсный источник питания подразумевает более высокий КПД из-за высокой частоты переключения, что позволяет использовать более компактный и менее дорогой высокочастотный трансформатор, а также более легкие и менее дорогие компоненты фильтра. Импульсные источники питания содержат больше общих компонентов, поэтому обычно дороже.

Примечание:
Существует разница между «переключением» на стороне входа и «переключением» на стороне выхода. То, что мы только что обсудили, относится к переключению на выходной стороне. Говоря о входной стороне, существует 2 типа «переключаемых» источников питания:

1) Переключение – автоматически переключает между входами переменного тока и частотами или
2) Переключаемый – на источнике питания есть ручной переключатель, диапазон и частота входного переменного тока.

Суммирование, хотя линейный процесс кажется более эффективным из-за более короткого процесса, импульсный источник питания на самом деле более эффективен.

Astec ACV15N4.5 – Линейный источник питания 15 В, 4,5 А
Размер: 7,0 “Д x 4,8” Ш x 2,7 “В
Mean Well PS-65-15 – Импульсный источник питания 15 В, 4,2 А
Размер: 5,0″ Д x 3,0 “Ш x 1,7” В

Также возникает много вопросов, когда речь идет о “регулируемых” и “нерегулируемых” источниках питания. Эти термины относятся к схеме управления источником питания.

В нерегулируемом источнике питания переключающий транзистор остается в постоянном рабочем цикле, поэтому нет ничего, что могло бы контролировать выход. Выходы не имеют определенного значения; вместо этого они немного колеблются при приложении различных нагрузок.Только очень низкое напряжение приведет к отключению источника питания.

В регулируемом источнике питания выходная мощность поддерживается очень близкой к ее номинальной выходной мощности за счет изменения рабочего цикла для компенсации изменений нагрузки. Это обеспечивает лучшую защиту ваших устройств и более точные выходные данные.

Основные отличия регулируемых источников питания от нерегулируемых – это защита и цена. Регулируемые источники питания обеспечивают лучшую эффективность и защиту, но нерегулируемые источники питания значительно дешевле по стоимости.

Jameco ReliaPro 12V, 1A Регулируемый настенный линейный адаптер
, 1 шт. Цена: $ 14,95
Нерегулируемый линейный настенный адаптер Jameco ReliaPro 12V, 1A
1-Unit Price: $ 9.95
Теперь, когда вы знаете, что искать, убедитесь, что у вас есть все необходимые детали. Если по какой-то причине вы не можете найти то, что вам нужно, просто напишите нам, и мы сделаем все возможное, чтобы найти это для вас.

Есть еще вопросы? Напишите нам на [адрес электронной почты защищен]

---

Jameco полагается на своих клиентов. Мы знаем, что у вас есть весь опыт, советы и рекомендации.Мы хотели бы услышать от вас истории о возможностях, идеях о покупке или даже информацию о продуктах. В свою очередь, мы поделимся этим с миром. Отправляйте свои мысли по адресу: [адрес электронной почты защищен]

Вернуться в центр энергоресурсов

В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

Номинальная температура окружающей среды относится к соотношению между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды и фактической мощностью после требуемого снижения номинальных характеристик, если это необходимо.Многие производители указывают номинальные характеристики блоков питания для температуры окружающей среды 40 ° C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (т. Е. 60 Вт), применима только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с окружающей температурой не выше 40 ° C. Если блок работает при температуре выше 40 ° C, мощность блока должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50 ° C. В этом примере конструкция 60 Вт при 40 ° C будет переоценена на 30 Вт при температуре окружающей среды 45 ° C и будет неработоспособной при 50 ° C. Однако блоки питания Micron рассчитаны на работу при температуре до 60 ° C и имеют паспортную табличку.Конструкция Micron все еще может работать при температуре выше 60 ° C, но ее необходимо постепенно снижать по мере приближения к 70 ° C. Это важно в двух отношениях. Во-первых, технический специалист должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с соответствующей конструкцией источника питания, чтобы избежать его перегрузки. Во-вторых, покупатель источника питания должен обращать внимание на различия в номинальных рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку различия в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительны, следовательно, более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.

Также важно понимать разницу между «рабочим диапазоном» и «рабочим диапазоном мощности». Многие производители указывают «рабочий диапазон» для своих источников питания от -20 до 70 ° C, хотя конструкция с 40 ° C не обеспечивает мощность выше 49 ° C. Если возникают какие-либо вопросы относительно пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график кривой зависимости температуры / мощности, который должен отображать точку и диапазон необходимого снижения мощности для устройства.

Конструкция источника питания

: импульсный и линейный

Источники питания постоянного тока

доступны как в импульсном (также называемом импульсным), так и в линейном исполнении. Хотя оба типа обеспечивают питание постоянного тока, методы, используемые для производства этой мощности, различаются. В зависимости от области применения каждый тип источника питания имеет преимущества перед другим. Давайте посмотрим на различия между этими двумя технологиями, а также на соответствующие преимущества и недостатки каждой конструкции.

Импульсный источник питания преобразует мощность сети переменного тока напрямую в напряжение постоянного тока без трансформатора, и это исходное напряжение постоянного тока затем преобразуется в сигнал переменного тока более высокой частоты, который используется в цепи регулятора для получения желаемого напряжения и тока. .В результате получается гораздо более компактный и легкий трансформатор для повышения или понижения напряжения, чем то, что было бы необходимо при частоте сети переменного тока 60 Гц. Эти трансформаторы меньшего размера также значительно более эффективны, чем трансформаторы на 60 Гц, поэтому коэффициент преобразования мощности выше.

Линейный источник питания подает напряжение сети переменного тока на силовой трансформатор для повышения или понижения напряжения перед подачей на схему регулятора. Поскольку размер трансформатора косвенно пропорционален рабочей частоте, это приводит к увеличению и увеличению мощности блока питания.

У каждого типа работы блока питания есть свои достоинства и недостатки. Импульсный источник питания на 80% меньше и легче соответствующего линейного источника питания, но он генерирует высокочастотный шум, который может мешать работе чувствительного электронного оборудования. В отличие от линейных источников питания, импульсные источники питания способны выдерживать небольшие потери переменного тока в диапазоне 10-20 мс, не влияя на выходы.

Линейный источник питания требует более крупных полупроводниковых устройств для регулирования выходного напряжения и, следовательно, выделяет больше тепла, что приводит к снижению энергоэффективности.Линейный источник питания обычно работает с КПД около 60% для выходов 24 В, тогда как импульсный источник питания работает с 80% или более. Линейные источники питания имеют время отклика до 100 раз быстрее, чем их аналоги в импульсном режиме, что важно в некоторых специализированных областях.

В общем, импульсный источник питания лучше всего подходит для портативного оборудования, поскольку он легче и компактнее. Поскольку электрический шум ниже и его легче сдерживать, линейный источник питания лучше подходит для питания чувствительных аналоговых цепей.

Импульсные источники питания

Начиная с 27,95 $

Компактный, легкий и эффективный. Купить сейчас>

Линейные блоки питания

Начиная с 49,00 $

Низкая пульсация и шум, высокая надежность. Купить сейчас>

Использование импульсных источников питания

Правильное использование импульсных источников питания повышает надежность вашего электронного оборудования.

ВНИМАНИЕ

Неправильно подключенные сенсорные клеммы вызовут внутреннее перенапряжение.
Компенсация более высокого значения, чем максимально допустимое напряжение источника питания, может повредить защиту от перенапряжения на выходе или вызвать неисправность.
Использование многоступенчатых / одноступенчатых источников питания за пределами параметров, определенных в их техническом описании, не рекомендуется, потому что в этом случае может возникнуть перегрев внутренних компонентов и / или выходное перенапряжение.

1. ВХОД

Входное напряжение

Применение входного напряжения, отличного от номинального значения источника питания, может привести к повреждению устройства! Блок питания требует постоянного или переменного напряжения питания в определенном диапазоне. Даже входное напряжение с правильной амплитудой, но с искаженной волной может помешать правильной работе блока питания. Поэтому внимательно прочтите техническое описание, рабочую книгу и этикетку продукта.Если ваша система питания не соответствует требуемым характеристикам, обратитесь к производителю или дистрибьютору блока питания.

Входной ток

Амплитуда и форма входного тока зависят от конфигурации устройства и характеристик системы питания. В системе постоянного тока для данной выходной мощности амплитуда тока зависит от амплитуды входного напряжения и КПД устройства. Для систем переменного тока большинство блоков питания ведут себя как емкостная нагрузка, имея входной каскад с мостовым выпрямителем и сглаживающими конденсаторами.Поэтому они потребляют от сети реактивный ток, увеличивая ток, необходимый для той же выходной мощности. Мы учитываем этот избыток, вводя коэффициент мощности.

Пусковой ток

Как указано выше, входное сопротивление блока питания в основном емкостное. Даже блоки ввода постоянного тока нуждаются в конденсаторах большой емкости для правильной работы и выполнения требований по времени задержки. Поэтому, когда устройство включено, из-за заряда конденсаторов возникает сильный пик тока, потребляемого от источника питания.Этот начальный ток называется «пусковым током». Наихудший случай возникает, когда входное напряжение максимально. При питании от сети переменного тока это происходит на пике синусоиды входного напряжения. Пусковой ток в несколько раз превышает пиковый ток в установившемся режиме. Схема защиты ослабляет этот эффект, позволяя более подходящий выбор предохранителей, главных выключателей и других частей, добавленных к входной линии.

Входной предохранитель

Если встроенные предохранители импульсного источника питания перегорят, что-то может быть повреждено во внутренних цепях.В этом случае импульсный источник питания не восстановится даже после замены предохранителей. Обратитесь к производителю или дистрибьютору.

2. УСТАНОВКА, ПОДКЛЮЧЕНИЕ И ПОДКЛЮЧЕНИЕ

Даже самый эффективный импульсный источник питания не будет работать должным образом, если установка, проводка и подключение выполнены неправильно. Перед использованием импульсных источников питания следуйте инструкциям производителя.

Установка

1 – Рассеивание тепла

• Установите блок питания в правильное положение
• При установке двух или более блоков оставьте между ними достаточно места
• Убедитесь, что устройство имеет надлежащую теплопроводность.
• Убедитесь, что устройство правильно вентилируется.Принудительный воздух намного улучшает отвод тепла.

2 – Снижение выходной мощности

• Выходная мощность зависит от рабочей температуры. Уменьшите мощность устройства в соответствии с коэффициентом снижения мощности, указанным в каталоге.

Электропроводка и подключения

1- Входная и выходная проводка

• Разделите входные и выходные провода друг от друга, чтобы избежать перекрестных явлений
• Используйте короткие, толстые провода для выходных линий, размеры для соответствующей обработки тока
• Если возможно, скрутите провода дистанционного зондирования, чтобы избежать помех

2 – Заземление

• Подключите клемму заземления блока питания к корпусу оборудования с помощью короткого толстого провода для обеспечения безопасности и предотвращения шума.

Регулировка выходного напряжения и O.V.P.

Выходное напряжение может быть увеличено или уменьшено в определенных пределах с помощью регулировочного триммера («Vadj»). При чрезмерном повышении выходного напряжения может сработать схема защиты от перенапряжения. В этом случае следуйте процедуре, указанной ниже:
-a) Выключите питание -b) поверните Vadj. триммер по убыванию -c) включить питание (не менее 20 секунд после выключения) -d) повернуть Vadj.пока не будет установлен нужный уровень напряжения

3. БЕЗОПАСНОСТЬ

Блоки питания должны быть встроены в конечное оборудование или размещены на рабочем месте перед включением питания.

Заземление

Все блоки, оснащенные клеммой защитного заземления (P.E.), должны быть подключены к системе заземления напрямую или через заземление оборудования.При несоблюдении этого правила могут возникнуть опасности. Соединение должно быть зафиксировано таким образом, чтобы вибрации или старение не нарушили его целостность.

Ток утечки

Внутренний фильтр радиочастотных помех создает ток утечки в пути заземления. Он должен находиться в пределах, установленных соответствующими стандартами безопасности. Надежное соединение с защитным заземлением (PE) должно быть гарантировано во избежание поражения электрическим током.

Электромонтажные материалы

Для безопасной прокладки линий опасного напряжения используйте только провода с подходящей степенью изоляции.
Чтобы предотвратить нагрев или возгорание материалов проводки, используйте провода, которые могут выдерживать номинальный ток плюс дополнительный запас, чтобы выдерживать определенные условия, такие как перегрузки и короткие замыкания. Когда ток распределяется между несколькими нагрузками, каждая ветвь должна быть рассчитана на общий ток.Каждая нагрузка, подключенная более тонким проводом, должна быть защищена отдельно предохранителем, в противном случае ее короткое замыкание может не сработать эффективно основной защитой от сверхтока.

4. EMI

Импульсные источники питания производятся в соответствии со стандартами EMC. Они сохраняют уровень излучения ниже установленных пределов и не подвержены влиянию внешних помех ниже указанных уровней. Каждый блок питания предназначен для работы в определенной операционной среде.Использование в другой среде может снизить его эффективность. В случае неправильной установки могут возникнуть другие проблемы. Чтобы обеспечить оптимальное использование источников питания, помните о следующих моментах:

• Соединения входных и выходных линий должны располагаться как можно дальше друг от друга, а также от внутренних источников шума, таких как цифровые процессоры и импульсные трансформаторы. Улавливаемый шум может распространяться в виде кондуктивных или излучаемых излучений, мешающих оборудованию, размещенному по соседству.
• По другой причине избегайте петель с соединительными кабелями, так как они могут эффективно улавливать шум от внешней среды и мешать работе оборудования, даже если блок питания имеет хорошую помехоустойчивость. Хорошая практика – скручивать каждую линию с ее обратной связью и применять экранированные кабели.
• Основным элементом является техника заземления. Идеального решения не существует, особенно для автономных устройств, которые не имеют защитного кожуха всего оборудования.Короткие, толстые и широкие заземляющие соединения эффективны на низких частотах, но на более высоких частотах следует проявлять особую осторожность, прежде всего, чтобы закрепить и ограничить экраны.

5. НАДЕЖНОСТЬ

На следующем рисунке показана кривая интенсивности отказов (кривая ванны) в течение типичного жизненного цикла продукта. (1) Период раннего отказа
Чтобы предотвратить преждевременный выход из строя, каждый производитель проверяет все детали или проводит испытания на старение готового продукта.Следовательно, когда импульсные блоки питания доставляются пользователям, блоки питания уже вошли в период случайного отказа.
(2) Период случайного отказа
Стабильность каждого импульсного источника питания зависит от его собственной надежности (среднее время наработки на отказ: MTBF). В основном частота отказов очень низкая. Однако частота отказов в период случайных отказов различается в зависимости от условий установки и эксплуатации (температура окружающей среды, метод установки, снижение характеристик, вентиляция, вибрация и удары), которые определяются пользователем
(3) Период усталостного разрушения
В какой-то момент импульсный источник питания войдет в период усталостного отказа.

Температура окружающей среды и срок службы

– Каждая часть импульсного источника питания отличается по сроку службы в зависимости от температуры окружающей среды. Электролитический конденсатор, используемый в качестве сглаживающего фильтра, чувствителен к изменениям температуры окружающей среды из-за химических реакций, которые происходят внутри него. Обычно служебный файл электролитических конденсаторов уменьшается вдвое, если температура окружающей среды увеличивается на 10 ° C.Эта характеристика определяет срок службы импульсного блока питания.
– если импульсный источник питания используется при высокой температуре, электролитический конденсатор может войти в период усталостного разрушения, в то время как другие части все еще будут находиться в периоде случайного отказа. Для увеличения срока службы импульсного источника питания может потребоваться замена и капитальный ремонт электролитического конденсатора.
– Требуются периодические капитальные ремонты для обеспечения надежности электроснабжения.Частота проведения капитального ремонта зависит от условий эксплуатации и температуры. Срок службы наиболее сильно снижается, когда источник питания работает непрерывно. Как правило, периодичность капитальных ремонтов источника питания должна быть следующей:
– раз в три года при температуре 40 ÷ 45 ° C
– один раз в четыре года при температуре от 35 до 40 ° C
– один раз в пять лет при температуре от 30 до 35 ° C
Вышеуказанное значение температуры различается в зависимости от импульсного источника питания.

6. КОРРЕКТОР МОЩНОСТИ

Введение коррекции коэффициента мощности направлено на устранение импульсов тока в линии, обычно потребляемых обычными импульсными источниками питания AC-DC. Нелинейный входной каскад вызывает типичный коэффициент мощности 0,5 ÷ 0,6. Стандарт EN61000-3-2 устанавливает точные пределы излучения гармоник в зависимости от входной мощности и области применения продукта. Введение активного предварительного регулятора между мостовым выпрямителем и преобразователем позволяет получать входной ток в виде почти идеальной выпрямленной синусоидальной волны, синхронизированной по фазе с входным напряжением.Преимущества:

Коэффициент мощности
• лучше, чем 0,90
• универсальный диапазон входов 90 ÷ 264 В перем. Тока
• – регулируемое входное напряжение постоянного тока для выходного преобразователя

Более дешевое, надежное и простое решение – пассивный корректор. Это последовательный индуктивный элемент, расположенный между мостом и сглаживающими конденсаторами. Он дает только ослабление гармоник, поэтому фильтруемая мощность ограничена.

7. ДАТЧИКИ

Входы датчиков S + и S- предназначены для компенсации падения напряжения в выходных кабелях, подключенных к мощным нагрузкам. Сенсорные провода должны быть экранированы или скручены, чтобы уменьшить шум, который может быть уловлен по пути. Примечание: измерительные провода необходимо подключить до включения питания и после подключения нагрузки. Схема считывания абсолютно не может выдерживать ток нагрузки даже в течение нескольких секунд.

8. БЛОКИРОВКА ВХОДА

Этот вход вызывает отключение преобразователя. Выходное напряжение соответствует кривой, показанной на рисунке. Он работает по-разному в зависимости от модели блока питания.
Для получения дополнительных сведений см. Соответствующий лист данных.

9. СИГНАЛЫ

Сбой питания

Этот сигнал обеспечивает контроль выходного напряжения и выполняется схемой, показанной на рисунке.Этот сигнал доступен с опцией PF вместе с сигналом RESET.

СБРОС

Этот сигнал указывает на состояние Vout и получается с помощью схемы, показанной на рисунке.

ТРЕВОГА

Этот сигнал получается с помощью реле, как показано на рисунке.

SYS-RESET / AC-FAIL

Необязательно поставляются с источниками питания для приложений VME-BUS.

10. ВХОД ПРОГРАММИРОВАНИЯ VOUT

Эта опция (см. PROG) доступна для устройств с одним выходом, где требуется регулировка выходного напряжения в заданном диапазоне. Диапазон входного напряжения программирования обычно составляет от 0 до 10 В. Помимо Vmin и Vmax, должны быть указаны значения Vout при неподключенном Vprog.
Максимальное отношение Vmax / Vmin составляет 10.
Это недоступно для блоков питания с несколькими выходами.

5 советов по созданию хорошего импульсного источника питания

Это редкий случай, когда отдельное изобретение настолько важно, что оно может прямо или косвенно изменить почти все стороны жизни. Возможно, последний такой случай произошел, когда Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн из Bell Laboratories изобрели транзистор в 1947 году. Это единственное устройство способствовало распространению печатных плат и электроники, которые сегодня являются частью практически всех устройств, систем, и оборудование, которое мы используем дома, на работе и везде.Хотя было много вариантов и улучшений первоначального дизайна, основные функции остались прежними; то есть, чтобы контролировать, когда (и как) входному сигналу разрешено подключаться к выходной цепи или переключению.

Переключение используется в подавляющем большинстве электронных схем и абсолютно необходимо для источников питания. В линейных источниках питания обычно используются диоды, которые также являются переключателями; однако в импульсных источниках питания или импульсных источниках питания (SMPS) обычно используются транзисторы, поскольку требуется более точное и эффективное управление выходом.Давайте посмотрим на SMPS; включая их использование и приложения, а затем составьте набор советов, чтобы обеспечить наилучшее производство для вашей конструкции импульсного источника питания.

Применение импульсных источников питания

В целом, SMPS, в отличие от линейного источника питания, более гибкий, точный и эффективный. Эта модель источника питания обычно использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления временем переключения (ВКЛ и ВЫКЛ) транзисторов, тем самым точно генерируя выходные сигналы.SMPS используются в широком спектре приложений. Области, в которых они наиболее часто используются: цифровые продукты, такие как компьютеры и зарядные устройства для мобильных устройств; автомобильные зарядные устройства; медицинское испытательное оборудование; аудиооборудование; сварщики дуговой сварки; телекоммуникационные устройства; и другие системы. SMPS могут быть одного из нескольких типов. Общие типы:

ВИДЫ КОНСТРУКЦИЙ КОММУТАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Тип	Преобразование	Выходное напряжение (Vout)	Элемент накопления энергии	Уровень мощности * (Ш)
Бак	DC / DC		Катушка индуктивности	0–1 тыс.
Повышение	DC / DC	> Вин	Индуктор	0–5 тыс.
Buck-Boost	DC / DC	Vout ≤ 0	Индуктор	0–150
Нападающий	DC / DC	Вин < Vin>	Индуктор	100–200
Обратный ход	AC / DC постоянного / постоянного тока	Вин < Vin>	Дроссели взаимной индукции	0–250
Толкай-толкай	DC / DC		Индуктор	100–1 тыс.
Полумост	DC / DC		Индуктор	0–2 тыс.
Полный мост	DC / DC	> Вин	Катушка индуктивности	400–5 тыс.

* Диапазоны мощности являются приблизительными и не относятся к какому-либо конкретному блоку SMPS.

В дополнение к гибкости, SMPS очень эффективны с коэффициентами выше 90%. Однако за эти положительные качества приходится платить, поскольку использование устройств, таких как транзисторы, для переключения создает высокочастотный шум. Теперь давайте обсудим, как уменьшить этот недостаток и убедиться, что конструкция импульсного источника питания также способствует лучшему производству печатных плат.

Требования к проектированию импульсных источников питания

При проектировании ИИП, особенно для использования в цифровом оборудовании, схема управления может быть сложной и содержаться в небольшом корпусе ИС переключателя.В этом случае основной задачей проектирования является обеспечение использования правильного диапазона входного сигнала и соответствие конструкции фильтра источника питания предполагаемой нагрузке (нагрузкам). В других случаях может возникнуть необходимость в непосредственном проектировании схемы переключения. Независимо от вашей ситуации, следование приведенному ниже набору советов, если это применимо, гарантирует, что ваш дизайн не только пригоден для сборки, но и поможет вашему контрактному производителю (CM) оптимизировать эффективность процесса производства вашей печатной платы.

Производство эффективных импульсных источников питания

СОВЕТЫ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ С ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬНЫМ РЕЖИМОМ
Наконечник 1	Минимизируйте занимаемые компоненты. Обычно желательно, чтобы ваш SMPS занимал как можно меньше места, особенно при использовании в цифровой системе. Это означает минимизацию интервалов и зазоров между посадочными местами.
Наконечник 2	Минимизируйте длину трассы трассировки. Ограничение длины трассы помогает сохранить компактность конструкции, но также минимизирует потери и улучшает целостность сигнала.
Наконечник 3	Убедитесь, что вес меди достаточен. Поскольку ваш SMPS может работать в диапазоне напряжений и мощностей, крайне важно, чтобы ваши дорожки могли переносить токи в любом случае в этих диапазонах.
Наконечник № 4	Выполните термический анализ для производства. Разработайте свою плату так, чтобы обеспечить хорошее распределение тепла, чтобы обеспечить хорошее качество паяных соединений, при этом убедитесь, что температурные коэффициенты материалов намного выше, чем температуры, которым ваши платы будут подвергаться во время сборки.
Наконечник 5	Убедитесь, что ваш выбор находится в пределах допусков CM DFM. Все характеристики вашей платы должны соответствовать правилам и рекомендациям вашего CM DFM. Больше новостей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт