Принцип работы импульсного блока питания для чайников: Принцип работы у импульсного блока питания

Импульсный блок питания: схемы, сборка, принцип действия

Современные электронные устройства рассчитаны на работу от слабых токов от 1-2 до 6-12 вольт. Ранее такое напряжение достигалось путем использования аналоговых или трансформаторных блоков питания, которые сегодня почти не используются. В первую очередь это связано с большими габаритами, нередко превышающими размеры подключенного прибора. На смену этим источникам пришел импульсный блок питания, схема которого обеспечивает стабильную работу электронных приборов.

Содержание

Работа аналоговых блоков питания

Предшественниками импульсных устройств долгое время были аналоговые блоки питания, оборудованные понижающим трансформатором. На рисунке упрощенной структурной схемы хорошо видно, что этот прибор установлен на самом входе. С помощью понижающего трансформатора амплитуда питающего напряжения преобразуется из сетевых 220 В до нужного значения.

После этого синусоидальный ток попадает в выпрямитель, где преобразуется в импульсный. Данная процедура осуществляется с помощью полупроводниковых выпрямительных элементов – диодов, подключенных по схеме диодного моста.

Следующим элементом является блок, состоящий из сглаживающего фильтра и стабилизатора. Сглаживание напряжения осуществляется конденсатором, имеющим соответствующую расчетную емкость. После выполняется стабилизация, чтобы избежать провалов напряжения в случае увеличения нагрузки. Данная схема приведена в очень упрощенном виде, поскольку в блоках питания 12В этого типа существуют дополнительные элементы в виде входного фильтра и защитных цепей, не оказывающих существенного влияния на общую функциональность устройства.

Основным ограничением использования трансформаторных блоков является их чрезмерная масса и габаритные размеры. Например, понижающий трансформатор 220/12 с номинальной мощностью 250 Вт весит примерно 4 кг, а его длина, ширина и высота составляют 125х124х89 мм. Данный фактор делает невозможным использование таких приборов в современных миниатюрных устройствах.

Принцип действия импульсных устройств

Импульсные устройства – ИИП работают совершенно по другому принципу, существенно отличающемуся от аналоговых блоков питания. Это подтверждают и структурные схемы, в которой отсутствует входной понижающий трансформатор.

Принцип работы такого источника питания осуществляется на практике в следующей последовательности:

• Изначально питание попадает в сетевой фильтр, сводящий до минимума входящие и исходящие сетевые помехи, образующиеся в результате рабочих процессов.
• Далее начинает действовать блок, в котором синусоидальное напряжение преобразуется в импульсное. Вместе с ним начинается работа сглаживающего фильтра.
• После этого в рабочий процесс включается инвертор, формирующий высокочастотные прямоугольные сигналы. Для обратной связи с инвертором используется блок управления.
• Импульсный трансформатор – ИТ обеспечивает автоматический генераторный режим, подачу напряжения на отдельные участки цепей, защиту, управление контроллером и нагрузку. Кроме того, ИТ обеспечивает гальваническую развязку между цепями с высоким и низким напряжением. Для его сердечника использованы ферримагнитные материалы, обеспечивающие надежную передачу высокочастотных сигналов в диапазоне от 20 до 100 кГц.
• На следующем этапе начинается работа выходного выпрямителя, работающего с напряжением высокой частоты. Его конструкция выполнена на основе быстродействующих полупроводниковых элементов – диодов Шотке.
• По завершении процесса напряжение сглаживается на выходном фильтре, после чего оно уже поступает на нагрузку.

Работа инвертора в блоке питания

Инвертор является основным элементом импульсного блока. Его основная функция заключается в высокочастотной модуляции, которая может быть выполнена частотно-импульсным, фазоимпульсным и широтно-импульсным (ШИМ) способами.

В практической работе схема импульсного блока питания чаще всего использует последний вариант, отличающийся простым исполнением и постоянной коммуникационной частотой.

Работа этого контроллера выполняется по следующей схеме, приведенной на рисунке выше:

• С помощью генератора, задающего частоты, происходит формирование прямоугольных сигналов с частотой, соответствующей опорному значению. Эти сигналы служат базой для формирования U_п, имеющего пилообразную форму и поступающего на К_шим, то есть, на вход компаратора.
• Ко второму входу компаратора выполняется подводка сигнала U_ус, приходящего с регулирующего усилителя. В результате, сигнал, сформированный усилителем будет представлять собой пропорциональную разность опорного напряжения (U_п) и регулирующего сигнала от цепи обратной связи (U_рс).
• С помощью этого способа образуется замкнутая цепь, обеспечивающая управление напряжением на выходе, образуя тем самым своеобразный линейно-дискретный функциональный узел. На выходе происходит формирование импульсов, продолжительность которых зависит от разницы между опорным и управляющим сигналами. На основе данного узла возникает напряжение, позволяющее управлять ключевым транзистором инвертора.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется путем контроля над его уровнем. Если оно изменяется, то соответственно происходит и пропорциональное изменение напряжения U_рс – регулирующего сигнала. За счет этого уменьшается или увеличивается продолжительность временного промежутка между импульсами. В результате мощность вторичной цепи изменяется и выходное напряжение стабилизируется. Гальваническая развязка, которой оборудуются все импульсные блоки питания, обеспечивает безопасность между питающей сетью и обратной связью и выполняется с помощью оптронов.

Плюсы и минусы импульсных блоков

По сравнению с аналоговыми преобразователями такой же мощности, импульсные блоки обладают несомненными преимуществами:

• Незначительная масса и габариты, поскольку в конструкции отсутствует понижающий трансформатор низкой частоты и управляющие элементы, требующие больших радиаторов для отвода тепла. Преобразование высокочастотных сигналов привело к снижению емкости конденсаторов, установленных в фильтрах и их габаритных размеров.
• У них значительно выше коэффициент полезного действия, так как большинство потерь связано лишь с переходными процессами. В аналоговых же системах большое количество энергии постоянно теряется из-за электромагнитных преобразований.
• Благодаря полупроводниковым элементам, значительно снижается стоимость изделия.
• Входное напряжение обладает более широким диапазоном. Импульсные блоки можно подключать к любым сетям, поскольку для них не имеет значения частота и амплитуда.
• Все устройства надежно защищены от коротких замыканий, перегрузок и прочих нестандартных ситуаций.

Однако, даже такие совершенные устройства имеют определенные недостатки. В первую очередь, это помехи, вызванные высокочастотным преобразователем. Из-за этого требуется установка фильтра для подавления этих помех. Он не всегда достаточно эффективен, поэтому применение импульсных блоков ограничено для совместной эксплуатации с высокоточной аппаратурой.

Использование этих устройств предъявляет особые требования к подключаемой нагрузке, которая не должна быть слишком высокой или слишком низкой. В случае превышения током уровня нижнего или верхнего порога, выходное напряжение по своим характеристикам будет значительно отличаться от номинального.

Самостоятельная сборка импульсного блока питания

Довольно часто возникают ситуации, когда требуется собрать импульсный блок питания своими руками для конкретного электронного оборудования. За основу можно взять импульсный трансформатор, имеющийся в компьютерном блоке и сделать достаточно мощный ИБП. Схема довольно простая, не требующая отдельных настроек.

Основой полумостового драйвера служит микросхема IR2151. Усиление сигнала генератора осуществляется с помощью мощного полевого транзистора, закрепляемого на теплоотводе.

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров.

Один из самых важных блоков персонального компьютера – это, конечно, импульсный блок питания. Для более удобного изучения работы блока есть смысл рассматривать каждый его узел по отдельности, особенно, если учесть, что все узлы импульсных блоков питания различных фирм практически одинаковые и выполняют одни и те же функции. Все блоки питания рассчитаны на подключение к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 – 60 герц. Импортные блоки  на частоту 60 герц прекрасно работают и в отечественных сетях.

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

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

• Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное напряжение электросети (110/230 вольт).

• Высокочастотный преобразователь (Инвертор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.

• Узел управления. Является “мозгом” блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).

• Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).

• Выходные выпрямители. С помощью выпрямителя происходит выпрямление – преобразование переменного низковольного напряжения в постоянное. Здесь же происходит стабилизация и фильтрация выпрямленного напряжения.

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

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

О всех этих частях схемы будет рассказано в дальнейшем.

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

Сетевой фильтр и выпрямитель.

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

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

Как говорится: “No comment “.

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

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

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

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

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

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

Можно повысить надёжность блока питания небольшой модернизацией. Достаточно подключить варисторы параллельно резисторам R4 и R5. Варисторы стоит подобрать на классификационное напряжение 180…220 вольт. Такое решение сможет уберечь блок питания при случайном замыкании выключателя S1 и включении блока в сеть 220 вольт. Дополнительные варисторы ограничат напряжение, а плакий предохранитель FU1 перегорит. При этом после несложного ремонта блок питания можно вернуть в строй.

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

Возможные неисправности сетевого выпрямителя и фильтра.

Характерные неисправности выпрямителя, это выход из строя одного из диодов “моста” (редко), хотя бывают случаи, когда выгорает весь диодный мост, или утечка электролитических конденсаторов (гораздо чаще). Внешне это характеризуется вздутием корпуса и утечкой электролита. Подтёки очень хорошо заметны. При пробое хотя бы одного из диодов выпрямительного моста, как правило, перегорает плавкий предохранитель FU1.

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

Далее

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

– Utmel

Импульсный источник питания (SMPS), также известный как импульсный преобразователь, представляет собой высокочастотное устройство преобразования электрической энергии и тип источника питания. Его функция заключается в преобразовании уровня напряжения в напряжение или ток, необходимые пользователю, посредством различных форм архитектуры.

Каталог

Ⅰ Введение

Импульсный источник питания (SMPS) отличается от линейных источников питания. Большинство переключающих транзисторов, используемых в импульсных источниках питания, переключаются между полностью открытым режимом (зона насыщения) и полностью закрытым режимом (зона отсечки). Оба режима имеют низкое рассеивание. Переключение между преобразованием будет иметь более высокое рассеивание, но время очень короткое, поэтому оно экономит энергию и генерирует меньше отработанного тепла. В идеале импульсный блок питания сам по себе не потребляет энергию. Регулировка напряжения достигается регулировкой времени включения и выключения транзистора. Наоборот, в процессе формирования выходного напряжения линейного источника питания транзистор работает в усилительной области, и он потребляет мощность. Высокая эффективность преобразования импульсного источника питания является одним из его основных преимуществ, а поскольку он имеет высокую рабочую частоту, можно использовать небольшой размер и легкий трансформатор, поэтому импульсный источник питания будет меньше по размеру и легче. чем линейный блок питания.

Импульсный источник питания

Если ключевыми факторами являются высокая эффективность, объем и вес источника питания, импульсный источник питания лучше, чем линейный источник питания. Однако импульсный источник питания более сложен, и внутренние транзисторы будут часто переключаться. Если ток переключения не был обработан, могут возникать шумы и электромагнитные помехи, влияющие на другое оборудование, а если источник питания с режимом переключения не разработан специально, его коэффициент мощности может быть невысоким.

Ⅱ Основные компоненты

Импульсный источник питания состоит из четырех частей: основной цепи, цепи управления, цепи обнаружения и вспомогательного источника питания.

Внутренняя структура импульсного источника питания

Ограничение пускового тока включен.

Входной фильтр : Его функция состоит в том, чтобы фильтровать помехи, существующие в сетке, и предотвращать попадание помех, создаваемых машиной, обратно в сетку.

Выпрямление и фильтрация : Прямое преобразование переменного тока сети в более плавный постоянный ток.

Инвертор : Преобразование выпрямленной мощности постоянного тока в высокочастотную мощность переменного тока, которая является основной частью высокочастотного импульсного источника питания.

Выпрямление и фильтрация на выходе : Обеспечение стабильного и надежного источника питания постоянного тока в соответствии с потребностями нагрузки.

2. Схема управления

С одной стороны, выборки берутся с выходной клеммы и сравниваются с установленным значением, а затем инвертор управляется для изменения ширины импульса или частоты импульса для стабилизации выходного сигнала. С другой стороны, согласно данным, предоставленным тестовой схемой, схема управления выполняет различные меры защиты для источника питания.

3. Цепь обнаружения

Предоставляет различные рабочие параметры и различные данные прибора в цепи защиты.

4. Вспомогательный источник питания

Реализовать программный (дистанционный) запуск источника питания, а также подавать питание для схемы защиты и схемы управления (микросхемы типа ШИМ).

Ⅲ Основная классификация

В области технологии импульсных источников питания люди разрабатывают соответствующие силовые электронные устройства и технологию преобразования частоты переключения. Эти двое продвигают друг друга, продвигая импульсный источник питания в направлении защиты от помех, легкости, компактности, тонкости, малошумности, высокой надежности, с темпом роста более двух цифр каждый год. Импульсные источники питания можно разделить на две категории: AC/DC и DC/DC.

1. Миниатюрный импульсный блок питания малой мощности

Импульсные блоки питания становятся популярными и миниатюрными. Они постепенно заменят все сферы применения трансформаторов в жизни. Применение маломощных источников питания с микропереключателем должно быть сначала отражено в счетчиках с цифровым дисплеем, интеллектуальных счетчиках, зарядных устройствах для мобильных телефонов и т. д. На данном этапе страна активно продвигает строительство интеллектуальных сетей, а требования к электрическим счетчики энергии значительно увеличились. Импульсные источники питания постепенно заменят применение трансформаторов в счетчиках электроэнергии.

2. Реверсивный последовательный импульсный источник питания

Разница между реверсивным последовательным импульсным источником питания и обычным последовательным импульсным источником питания заключается в том, что выходное напряжение этого реверсивного последовательного импульсного источника питания составляет отрицательное напряжение, которое прямо противоположно положительному напряжению на выходе обычного последовательного импульсного источника питания; и из-за накопления энергии индуктора L подает ток на нагрузку только тогда, когда переключатель K выключен. Следовательно, при тех же условиях выходной ток последовательного импульсного источника питания в два раза меньше, чем выходной ток последовательного импульсного источника питания.

Ⅳ Принцип работы

Процесс работы импульсного источника питания понятен. В линейном источнике питания силовой транзистор работает в линейном режиме. Отличие от линейного источника питания заключается в том, что импульсный источник питания с ШИМ позволяет силовому транзистору работать во включенном и выключенном состоянии. В состоянии добавленное к силовому транзистору вольт-амперное произведение очень мало (при его включении напряжение низкое, а ток большой; при выключенном – напряжение высокое, а ток маленький) / произведение вольт-ампер на силовом устройстве – это потери, генерируемые на силовом полупроводниковом устройстве.

Диаграмма Берта импульсного источника питания

По сравнению с линейным источником питания более эффективный рабочий процесс импульсного источника питания с ШИМ достигается за счет «отсечения», то есть отключения входного постоянного напряжения в импульсное напряжение, амплитуда которого равна амплитуде входного напряжения. Скважность импульса регулируется контроллером импульсного источника питания. Как только входное напряжение превращается в прямоугольную волну переменного тока, ее амплитуда может быть увеличена или уменьшена трансформатором. Величину выходного напряжения можно увеличить, увеличив количество вторичных обмоток трансформатора. Наконец, эти формы сигналов переменного тока выпрямляются и фильтруются для получения выходного напряжения постоянного тока.

Основной задачей контроллера является поддержание стабильного выходного напряжения, и его рабочий процесс очень похож на линейный контроллер. Другими словами, функциональные блоки, опорное напряжение и усилитель ошибки контроллера могут быть спроектированы так, чтобы они были такими же, как у линейного регулятора. Разница между ними заключается в том, что выходной сигнал усилителя ошибки (напряжение ошибки) проходит через блок преобразования напряжения/длительности импульса перед возбуждением силовой лампы.

Импульсные источники питания имеют два основных режима работы: прямое преобразование и повышающее преобразование. Хотя расположение их частей очень разное, рабочий процесс очень разный, и у каждого есть свои преимущества в конкретных приложениях.

Ⅴ Направление развития

Высокочастотный импульсный источник питания – это направление развития. Высокая частота делает импульсный источник питания миниатюрным и позволяет использовать его в более широком спектре приложений, особенно в высокотехнологичных областях, что способствует развитию импульсного источника питания. Скорость роста более двух цифр развивается в направлении легкости, компактности, тонкости, низкого уровня шума, высокой надежности и защиты от помех. Импульсные источники питания можно разделить на две основные категории: AC/DC и DC/DC. Преобразователи постоянного тока в постоянный имеют модульную структуру, а технология проектирования и производственный процесс отработаны и стандартизированы и получили признание пользователей. Модульность AC/DC, в силу своих особенностей, заставляет сталкиваться с более сложными техническими и технологическими производственными проблемами в процессе модульности. Кроме того, разработка и применение импульсных источников питания имеет большое значение для экономии энергии, экономии ресурсов и защиты окружающей среды.

Силовые электронные устройства, используемые в импульсных источниках питания, в основном представляют собой диоды, IGBT и MOSFET, а также трансформаторы. SCR имеет небольшое количество применений во входных выпрямительных цепях импульсных источников питания и цепях плавного пуска. GTR сложен в управлении и имеет низкую частоту переключений. Его постепенно заменяют IGBT и MOSFET.

Направление развития импульсного источника питания — высокая частота, высокая надежность, низкое энергопотребление, низкий уровень шума, защита от помех и модульность. Поскольку ключевой технологией легких, небольших и тонких импульсных источников питания является высокая частота, основные производители импульсных источников питания стремятся к одновременной разработке новых и высокоинтеллектуальных компонентов, особенно для уменьшения потерь во вторичных выпрямительных устройствах, и улучшить Увеличивающиеся технологические инновации в ферритовых материалах для улучшения высоких магнитных свойств, полученных на высоких частотах и ​​большой плотности магнитного потока (Bs). Применение технологии SMT значительно продвинулось в импульсных источниках питания. Компоненты расположены по обеим сторонам печатной платы, чтобы импульсный блок питания был легким, маленьким и тонким. Высокая частота импульсного источника питания неизбежно изменит традиционную технологию переключения ШИМ. Реализация технологии мягкого переключения ZVS и ZCS стала основной технологией импульсного источника питания и значительно повысила эффективность работы. Для высоких показателей надежности американские производители импульсных блоков питания снижают нагрузку устройства за счет уменьшения рабочего тока и снижения температуры перехода, что значительно повышает надежность изделия.

Модуль импульсного источника питания

Модульность — общая тенденция развития импульсных источников питания. Модульные источники питания могут использоваться для формирования распределенной системы электропитания, которая может быть спроектирована как система резервирования N+1 и реализовать расширение мощности в параллельном режиме. Ввиду недостатка высокого рабочего шума импульсного источника питания, если гнаться только за высокой частотой, шум неизбежно возрастет. Однако использование технологии схемы частично-резонансного преобразования теоретически может обеспечить высокую частоту и снизить уровень шума. В практическом применении технологии резонансного преобразования все еще существуют технические проблемы, поэтому в этой области еще предстоит проделать большую работу, чтобы сделать эту технологию практичной.

Разница между линейными и импульсными источниками питания | tech

Выпуск: 11 марта 2022 г., Обновление: 19 сентября 2022 г., I.R.

Как линейные, так и импульсные источники питания обеспечивают стабильный постоянный ток (также сокращенно «постоянный ток» или «DC»).
DC используется в цепях большинства электронных устройств, таких как смартфоны, компьютеры, кондиционеры и заводские роботы. Поскольку для каждого типа устройства и внутренней схемы такого электронного оборудования требуются разные напряжения, необходим источник постоянного тока, подходящий для каждого напряжения.
Первым был изобретен линейный источник питания. Линейные источники питания также известны как последовательные источники питания. В линейном источнике питания трансформатор, состоящий из железного сердечника и катушки, используется для уменьшения напряжения до входящего переменного тока (AC). Затем напряжение выпрямляется диодом в цепи выпрямителя и сглаживается конденсатором в цепи сглаживания для обеспечения стабильного напряжения.

Выходное напряжение схемы выпрямителя представляет собой серию положительных пиков синусоиды, что не является подходящим стабильным током. Поэтому напряжение выравнивается с помощью сглаживающей цепи, состоящей из конденсатора, и стабилизирующей цепи (схемы управления). Существует два типа цепей управления: шунты и последовательные цепи. Оба метода контролируют и контролируют выходное напряжение постоянного тока, чтобы поддерживать постоянное значение. Разница между входным и выходным напряжениями приводит к выделению тепла; поэтому требуется большой радиатор.
Для линейного источника питания требуется специальный трансформатор переменного тока в зависимости от входного напряжения, выходного напряжения и мощности. Таким образом, каждое устройство имело фиксированную мощность и требовало источника питания с отдельным трансформатором для каждого приложения.

Импульсные источники питания, напротив, перед регулировкой напряжения имеют функцию выпрямления и сглаживания. Прерыватель используется для преобразования поступающего напряжения в последовательность высокочастотных импульсов. При включении и выключении выключателя с высокой скоростью выпрямленный ток трактуется как псевдопеременный ток (AC) с пульсирующей волной, а напряжение регулируется с помощью высокочастотного трансформатора.

Типичная разница между линейным блоком питания и импульсным блоком питания заключается в уровне шума и размере блока питания. Как упоминалось выше, импульсный источник питания многократно включает и выключает переключатель с высокой скоростью.

Это вызывает шум из-за переключения. Линейные источники питания производят меньше шума, чем импульсные источники питания.
Как упоминалось выше, импульсный источник питания многократно включает и выключает коммутатор с высокой скоростью. Это вызывает шум из-за переключения. Что касается шума, линейные блоки питания производят меньше шума, чем импульсные блоки питания.
Если мы сравним линейный источник питания и импульсный источник питания с одинаковым выходным сигналом, шум линейного источника питания (R4G18-2) составит 0,5 мВ (среднеквадратичное значение) и 1 мА (среднеквадратичное значение), как указано в технических характеристиках. Однако импульсный источник питания (R4K18-2) составляет около 5 мВ (среднеквадратичное значение) и 5 ​​мА (среднеквадратичное значение).
Другими словами, шум напряжения импульсного источника питания в десять раз больше, а шум тока в пять раз больше, чем у линейного источника питания.

Следующим шагом было определение размера блока питания. Линейный источник питания был небольшим; однако импульсный источник питания был меньше. Это связано с размером трансформатора. Если напряжение изменяется на ту же величину, трансформатор будет меньше на более высоких частотах.
В линейном источнике питания входная частота от розетки или другого источника подается непосредственно на трансформатор, тогда как в импульсном источнике питания ток после выпрямления направляется на трансформатор в виде высокочастотного импульса. Поэтому трансформатор маленький.
Например, блок питания с выходным напряжением постоянного тока 18 В, линейный блок питания (R4G18-2) имеет размеры 124 × 84 × 325 мм (В × Ш × Г) и весит примерно 3 кг. Для сравнения, импульсный блок питания (R4K18-2) имеет размеры 124 × 35 × 128 мм (В × Ш × Г) и весит примерно 500 г.

Они оба одинаковой высоты, но линейный блок питания в 2,4 раза шире, в 2,5 раза глубже и весит в шесть раз больше, чем импульсный блок питания. Это связано с тем, что в трансформаторах используется железный сердечник, а размер трансформатора влияет на его вес.
Импульсные источники питания стали широко использоваться примерно в 1990 году, намного позже линейных источников питания. Старые адаптеры переменного тока очень большие и тяжелые, потому что в них используются линейные источники питания.
В последние годы источники питания на основе нитрида галлия (GaN) с низкими потерями энергии стали коммерчески доступными. 9Источники питания 0133 GaN представляют собой полупроводники из нитрида галлия, которые аналогичны обычным полупроводникам на основе кремния. Транзисторы, использующие GaN, имеют меньшие потери мощности, чем обычные транзисторы.
Развитие этих новых технологий привело к созданию более компактных и мощных импульсных источников питания.

Существуют и другие различия между линейными и импульсными источниками питания, помимо шума и амплитуды, которые объясняются ниже.

● Импульсные источники питания имеют меньшие потери при преобразовании энергии.

Первоначально НАСА разработало импульсные источники питания для космических приложений. Поэтому они были разработаны для обеспечения высокой энергоэффективности. Импульсные источники питания более эффективны, поскольку линейные источники питания теряют больше энергии в виде тепла.

● Линейный источник питания быстрее реагирует на колебания нагрузки

Выход импульсного источника питания управлялся схемой управления. Напротив, линейные источники питания управляются реакцией схемы регулятора. Поэтому линейный источник питания быстрее реагирует на колебания нагрузки.

● Если выходная мощность мала, линейный блок питания может быть изготовлен с меньшими затратами, а если она велика, импульсный источник питания становится менее дорогим вариантом.

Линейные источники питания дешевле из-за их более простой конструкции. Однако, как было сказано выше, линейные блоки питания имеют меньший КПД и выделяют больше тепла, чем импульсные блоки питания; поэтому при увеличении потребляемой мощности необходимо принимать меры по мощности, потребляемой самим линейным источником питания, и выделяемому им теплу.