Импульсный блок питания

Существует множество различных устройств, которые подключаются к сети и не задумываются о том, какие питание нужно. Большинство бытовых приборов являются импульсный блок питания Даже светодиодные или люминесцентные лампы являются встроенными источниками импульсного питания (ИИП).

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

Напряжение в сети имеет синусоидальную форму. Для некоторых устройств это правильная тенденция, но другие нуждаются в корректировке или импульсное Тенденция. Это то, что делает источник питания. питания — Преобразует синусоидальное напряжение в нужную форму напряжения, в большинстве случаев постоянного тока. независимо от формы выходного напряжения. питания называют импульсным Это происходит потому, что одним из этапов преобразования является создание импульса, на который затем наводится напряжение.

Примеры импульсных блоков питания :

• Зарядные устройства для телефонов или смартфонов,
• Внешний блок питания ноутбука;
• Блок питания компьютера;
• Блок питания Для светодиодных фильмов.

Импульсный блок питания Robiton EN5000S. предназначен для. для питания 6. 0 / 7. 5 / 9. 0 / 12. 0 / 13. 5 / 16В / 16В от источника переменного тока 100-240В, максимальный входной ток 5000 мА.

Есть импульсные источники питания Блоки, обеспечивающие постоянное напряжение одного и того же номинального значения. Наиболее распространенными являются 5 В, 12 В или 24 В. Существуют также устройства, которые выдают много уровней одновременно. Например, такие встречаются в компьютерах. На выходах формируется как 5 В, так и 12 В. Существует также регулируемый источник питания с переключателем, позволяющий регулировать выходные параметры (в определенных пределах). Генераторы импульсов. питания Могут быть автономным устройством или частью более сложного прибора.

Тракт преобразования синусоидальной волны преобразует тракт в непрерывное напряжение через источник. импульсного питания

Что касается отдельных ИБП, то наиболее распространенными, вероятно, являются зарядные устройства для телефонов и ноутбуков. Они потребляют мало энергии и имеют компактные размеры. Встраиваемые. импульсный блок питания Их можно найти в телевизорах, компьютерах, других сложных электронных устройствах и некоторых бытовых приборах. Блоки. питания Выпускаются в виде линейных блоков (с трансформаторами). или импульсные (инверторные).

Инверторы — это устройства, преобразующие постоянный ток в переменный путем изменения величины напряжения. Как правило, генераторы циклических напряжений, приближающихся к синусоидально-вафической форме волны или различным сигналам.

Оба типа блоков питания Как правило, импульсные преобразуют синусоидальные напряжения в непрерывные токи, но с разными методами преобразования и немного разными результатами. Импульсные устройства. питания Они характеризуются высокой стабильностью работы. Тем не менее, трансформаторные источники питания продолжают использоваться. Почему это произошло, стоит узнать.

Чем отличается от трансформаторного блока питания

И трансформаторы (линейные) и импульсный Источники питания (инверторы) генерируют постоянное напряжение на выходе. Последние имеют меньшие габариты, более стабильны в работе, часто дешевле, а также обеспечивают более высокое качество напряжения и не зависят от исходных параметров синусоиды (а это далеко не идеальный вариант в наших сетях). Так зачем же использовать еще и трансформаторные блоки ? и импульсные ? Чтобы понять это, необходимо знать разницу между трансформаторными блоками. питания от импульсного ? А для этого нужно понимать устройства и принципы их работы. Исходя из этого, можно распознать основные характеристики.

Блок-схема трансформаторного блока и импульсного блоков питания

Принцип работы трансформаторного блока питания

В линейном блоке питания Основные преобразования осуществляются с помощью трансформатора. Его первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, а вторичная обмотка обычно является понижающей; в случае классического трансформатора переменного тока, предложенного П. Яблочковым, входное синусоидальное напряжение преобразуется в такое же синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки.

Следующим блоком является выпрямитель, в котором синусоидальная волна сглаживается до пульсирующего напряжения. Этот блок основан на выпрямительном диоде. Диоды могут быть простыми диодами или диодными мостами (мостовыми схемами). Разница между ними заключается в частоте импульсов, получаемых на выходе. Далее идут стабилизаторы и фильтры, которые придают выходному напряжению необходимый уровень и форму. На выходе получается постоянное напряжение.

Простейшие линейные устройства. питания С полуцикловым выпрямителем, без стабилизации

Основные недостатки линейных источников питания. питания — Большие габариты. Они зависят от размера трансформатора — чем больше требуемая мощность, тем больше размер устройства питания . Также необходимы стабилизаторы для компенсации выходного напряжения, но они увеличивают размеры и снижают эффективность. Однако эти устройства вряд ли повлияют на соседнее оборудование.

Устройство импульсного блока питания и принцип его работы

В импульсном блоке питания преобразование является более сложным. Вход состоит из сетевого фильтра, который предотвращает попадание в сеть высокочастотных колебаний, генерируемых устройством. Это может повлиять на работу соседних устройств. Недорогие модели не всегда оснащены устройствами защиты от перенапряжений, что часто вызывает проблемы с нестабильной работой некоторых устройств, часто из-за «падения напряжения в сети».

Далее следует сглаживающий фильтр, который модифицирует синусоидальную волну. Полученное пилящее напряжение подается на инвертор, который преобразует его в положительную и отрицательную полярность. Их параметры (частота и рабочий цикл) регулируются блоком управления. Частота обычно выбирается от 10 кГц до 50 кГц. Наличие этого этапа преобразования — выработки импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема источника питания с формой напряжения в базовой точке.

Для получения высокочастотного импульса используется трансформатор, изолированный от сети цинком. С увеличением частоты эти трансформаторы становятся меньше, так как сердечников становится все меньше. Сердечники могут быть изготовлены из ферромагнитных плит (в линейных источниках питания они должны быть из более дорогой электромагнитной стали).

В выходном выпрямителе двухполярные импульсы преобразуются в положительные, на их основе выходной фильтр формирует непрерывное напряжение Главное преимущество ИБП — наличие обратной связи: выходное напряжение подается обратно на выпрямитель. Это позволяет устройству регулировать выходное напряжение так, чтобы оно приближалось к идеальному. Это позволяет получить фиксированные параметры на выходе, независимо от того, что на входе.

Плюсы и минусы. импульсных блоков питания

Для новых пользователей не сразу понятно, как лучше использовать импульсные выпрямители, а не линейные выпрямители. Не только размер и прочность материала. Не только размер и требования к материалу. импульсные Приборы. Качество выходного напряжения не зависит от качества напряжения сети. Для наших сетей это важно. Но дело не только в этом. Это свойство позволяет использовать импульсный блок питания в сетях разных стран. Кроме того, параметры сетевого напряжения в России, Великобритании и некоторых европейских странах отличаются. Хотя и не активно, но напряжение и частота отличаются. А зарядное устройство будет работать с любым из них — они практичны и удобны.

Размер тоже имеет значение.

Кроме того импульсники У них высокий КПД — до 98%, но это не радует. Потери минимальны, но трансформаторы тратят много энергии на непродуктивный нагрев. Кроме того, ИБП стоят дешевле, но являются более надежными. Небольшие размеры позволяют им иметь широкий диапазон мощности.

Но импульсный блок питания Есть и серьезные недостатки: во-первых, они создают высокочастотные помехи. Это вынуждает ставить на входе протекторы от передозировки. И даже они не всегда оказываются на высоте. Поэтому некоторые устройства требуют особо высокого качества питания и работают только от линейного источника питания.2 Второй недостаток. — импульсный блок питания Существует минимальный предел нагрузки. Если подключенное устройство включено ниже этого предела, схема просто не будет функционировать.

Схемы импульсных блоков питания

Чтобы понять, как она работает импульсный блок питания необходимо понять, что происходит в каждой части схемы. Сделать это проще, чем с помощью схем. Существует множество вариантов, и мы приводим лишь некоторые из них. Форма. импульсного блока питания Содержит пять основных блоков и обратную связь. Каждый элемент описывается отдельно в этом разделе. В то же время, здесь приводится полная форма ИБП с различными основаниями.

Вариант импульсного источника питания Выходные напряжения 5 В и 12 В с разной полярностью.

Входные фильтры.

Как уже говорилось, входной фильтр призван предотвратить попадание в сеть высокочастотных помех, создаваемых источником питания . В своей простейшей форме это устройство состоит из дроссельной катушки, подавляющей электромагнитные помехи, и двух конденсаторов, установленных параллельно входу и нагрузке.

Схема простейшего входного фильтра.

Используемый конденсатор относится к типу X. Конденсаторы X специально разработаны для этой цели. Они выдерживают мгновенное превышение киловольт (до 2,5 кВ) и таким образом устраняют фазовые помехи на нейтраль (антифазные помехи).Душитель представляет собой гипертрофированный сердечник с намотанной вокруг него бронзовой проволокой лакового цвета. Он вызывает ток, который нейтрализует помеху.

Схема входного фильтра как выше. для импульсного источника питания Не устраняет помехи, возникающие между фазой и землей (корпусом) или между нейтральной точкой и корпусом. В цепь добавляются два конденсатора (способные выдерживать точки напряжения до 5 кВ). Специальная конструкция конденсатора Y гарантирует обрыв цепи вместо короткого замыкания в случае повреждения.

Оба типа конденсаторов (X и Y), используемых во входном фильтре, изготовлены из специальных невоспламеняющихся материалов, поскольку они сильно нагреваются и могут стать причиной пожара. Это, в сочетании с особенностями конструкции, является причиной их высокой стоимости (по сравнению с обычными фильтрами).

Системы компенсации всех видов помех.

Тем не менее, эта схема необходима, но с функциональным заземлением. Оно должно быть подключено к раме устройства. питания . Без заземления, корпус блока. питания Напряжение будет составлять примерно 110 В. Ток будет очень мал, но прикосновение будет ощущаться.

Выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как и выше, выпрямитель имеет синусоидальную форму; если расположен только один проход, он отрезает нижнюю (отрицательную) полуволну.

Сравнение выпрямителей с одним и двумя полупроходами. При использовании только одного прохода производительность ниже, а напряжение выпрямителя выше. По этим причинам предпочтительнее схема с четырьмя диодными мостами.

В простейшем случае выпрямитель представляет собой переход Шоттки, но диодные мосты могут также использоваться с параллельно подключенными конденсаторами. В качестве диодов часто используются обычные диоды, например 1N4007, но еще лучше поставить диоды Шоттки. Они «быстрее» и поэтому дают лучшие результаты на выходе.

Некоторые схемы с фильтрами разной степени сложности

Диоды используются питания в недорогом оборудовании. Их выход, как правило, имеет форму положительного полузазора с некоторыми зазорами. На выходе диодного моста парафин гораздо меньше, поэтому такие выпрямители используются для более требовательных к питанию приборах. Пульсирующее напряжение с выхода диода/диодного моста питает конденсатор (номинальное напряжение которого должно составлять 270-400 В) и создает «зубцы» синусоидальной волны. Здесь она получает более или менее стабильную непрерывную тенденцию.

Инвертор или ключевой блок

Следующий блок преобразует поднятое напряжение в импульсы. Частота импульсов варьируется от 10 до 50 кГц. Эти блоки могут быть реализованы двумя способами. С помощью микросхемы, которая является самодостаточной (блок-генератор).

Другая блок-схема источника питания.

Второй способ использует пары поочередно включенных транзисторов для формирования последовательности импульсов на выходе. Частота переключения регулируется генератором. Такие схемы можно встретить и сегодня, но большинство из них реализованы на микросхемах.

Пример схемы инвертирующий транзистор

Если микросхемы доступны, зачем иметь дело с большим количеством комплектующих? Это гораздо вернее, поскольку необходимый тип микросхем широко доступен. Они называются ШИМ-контроллерами (TL494, UC384X, DH321, TL431, IR2151, IR2153 и т.д.). Чтобы получить нужный вам инвертор, достаточно добавить полевые транзисторы и еще несколько мелких деталей.

ШИМ-преобразователи для flyback-инверторов и полуинверторов ШИМ

ШИМ-контроллеры отлично подходят для всех типов схем. Они совместимы с обратными выпрямителями, полумостами и мостами. Все они просты и доступны, хотя, конечно, количество данных варьируется. В инверторной схеме flyback транзистор должен быть рассчитан на более высокое напряжение, чем то, которое подается на вход.

Устройство импульсного Источники напряжения с ШИМ и выпрямители и мосты push-pull

Полупроводниковые схемы используются в конструкции импульсные блоки питания светильников, в энергосберегающих лампах и светодиодах, а также электронных ламелей (EBS) для люминесцентных ламп. Мостовые схемы используются в мощных устройствах. Например, в сварочных преобразователях.

Существуют и «серьезные» контроллеры, которые наряду с работой контролируют параметры входного и выходного напряжения и просто блокируют работу в случае неисправностей. Так как. в импульсном блоке питания Этот аксессуар, как правило, самый дорогой, это неплохая идея. Неисправный компонент (обычно резистор или конденсатор) заменяется для получения работоспособного устройства.

Силовые трансформаторы.

Комплекс трансформаторов в блоке. питания Является одним из самых стабильных. Помимо самого трансформатора, этот блок содержит небольшую группу элементов, которые нейтрализуют увеличение тока, возникающее в обмотке трансформатора при смене полярности. Эта группа называется ‘Snubber’.

Этот блок имеет красный цвет и обведен зеленым разделителем.

Трансформатор — один из самых надежных элементов. С ним очень редко возникают проблемы. Он может быть поврежден из-за повреждения инвертора. В этом случае очень высокие токи могут вызвать притирку и повреждение трансформатора.

Принципиальная схема блока силового трансформатора для силового трансформатора.

Это работает следующим образом

• В первом цикле работы. импульсного источника питания В первом цикле работы открывается переключатель BT1 (индуктивный канальный транзистор типа N). Течет ток, и основная обмотка трансформатора и ядро создают нагрузку.
• Во втором цикле работы переключатель закрывается и ток течет через диод VD2 во вторичную обмотку.
• Вращение основной обмотки создает перегрузку, вызванную нераспознанной принадлежностью. В этот момент срабатывает регулятор стирания; задача снаббера — поглотить этот перебор, поскольку напряжение становится настолько высоким, что может повредить основной транзистор и привести к неработоспособности схемы. Ток высокого напряжения проходит через переход VD1, который представляет собой первичный трансформатор, проходящий через резистор R1 и емкость C2.
• Затем полярность снова меняется на противоположную, и активируется переключатель VT1.

Номинальное значение выбирается на основе параметров трансформатора. Выбор сложный, поэтому описывать его не имеет смысла. И еще: не во всех схемах есть снабберы, но их наличие повышает надежность и стабильность! импульсного источника питания .

Несколько слов о диодах, используемых в снабберах. Это может быть проходной вариант, но схемы со стабилизаторами более надежны. Также могут быть варианты без резисторов и конденсаторов, но в них снаббер работает в обратном направлении (на схеме ниже).

Другой вариант блока силового трансформатора с использованием супрессора (защитного диода) D1

Подавитель — это защитный диод, по принципу действия схожий с устойчивостью, за исключением того, что он равен импульсный Мощность и поглощаемая мощность. Асимметричный и симметричный.

Выпрямители, выходные фильтры и стабилизаторы.

На данном этапе схему можно считать импульсного блока питания поскольку выпрямитель и фильтр на выходе основаны на том же принципе. Элементы могут отличаться, но схема одна и та же. Единственное, что еще стоит рассмотреть — это выходной стабилизатор. Это необязательная деталь, но один из импульсный блок питания более надежен.

самых простых и дешевых методов стабилизации, используемых в недорогих устройствах. питания — Пассивный элемент обратной связи. На схеме ниже это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Из-за влияния между обмотками он менее надежен, но зато более прост и дешев.

Простой метод стабилизации

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения выполнен с использованием регулятора VD9 и пистолета HL1. Выходное напряжение представляет собой сумму напряжения регулятора и напряжения пистолета. Это несколько более надежная схема для источников питания среднего размера.

Стабилизация выходного напряжения источника питания через регулятор и пистолет

Наиболее стабильным является выход регулятора TL431.

TL431 — это интегрированный 3-контактный параллельный регулятор напряжения с улучшенной температурной стабильностью. Используя внешний делитель, TL431 может стабилизировать напряжение тока до 100 мА.

ИБП, использующие микросхему TL431, более сложные, но надежные. Такие схемы могут иметь переменные резисторы, которые позволяют изменять напряжение на выходе в небольших пределах. Как правило, регулировка не должна превышать 20%. В противном случае схема может работать нестабильно.

Схемы со стабильным выходным напряжением.

Если выходное напряжение не требует регулировки, переменный резистор ненадежен и должен быть заменен обычным резистором.

Несколько слов о сопротивлении R20 (см. схему выше) в розетке. Это означает, что имеется сопротивление нагрузки. Как вы знаете, источник питания не может работать без нагрузки. Поэтому против выхода ставится резистор, в результате чего получается минимальная рабочая нагрузка. Однако это решение не является идеальным. Это связано с тем, что резисторы могут сильно греться. Размещение конденсаторов рядом друг с другом крайне нежелательно. В противном случае они тоже будут нагреваться. Напротив, в качестве выходных резисторов следует использовать высокоточные резисторы, поскольку они не меняют своих параметров при нагреве (устройство извлекает постоянное напряжение даже при длительной работе).