Чем отличается импульсный блок питания от обычного
Большинство современных бытовых приборов работает за счет того, что получает питание от импульсных источников (ИБП). Аналоговые устройства (их еще называют "трансформаторными") практически не используются, поскольку уступают импульсным по целому ряду показателей.
Прежде чем покупать тот или иной образец питающего прибора желательно внимательно разобраться с тем, в чем состоит отличие этих двух исполнений (фото ниже).
Также потребуется рассмотреть вопрос: почему трансформаторные БП встречаются только в старой аппаратуре.
Обычные блоки питания (трансформаторного типа)
Трансформаторные блоки питания – одни из первых устройств для преобразования электричества. Они относятся к аналоговому типу, отличаются конструкционной простотой и сравнительно высокой надёжностью. Впрочем, и существенные недостатки вроде слишком крупных габаритов у них также имеются.
Основной функциональный элемент таких БП – трансформатор. Он состоит из двух индукционных катушек. На первую подаётся электричество из бытовой 220-вольтовой сети и создаёт электромагнитное поле. Оно, в свою очередь, наводит индукцию и создаёт электродвижущую силу на второй. Таким образом достигается понижение напряжения.
В дальнейшем электрический ток, созданный на понижающей катушке, передаётся на выпрямляющее устройство. Как правило, оно состоит из нескольких силовых диодов, включённых по схеме моста. Для сглаживания пульсирующего напряжения используется конденсатор, подключённый параллельно диодному мосту, а затем силовые транзисторы его стабилизируют.
В итоге на выходе формируется постоянный ток заданного напряжения и силы. Для регулирования параметров его работы используются специальные резисторы подстройки, включаемые в схему стабилизации.
Обычные БП (трансформаторного типа) характеризуются максимальной конструкционной простотой. В принципиальной схеме элементарного устройства – всего три детали: система катушек, диодный мост и конденсатор.
Ключевые достоинства обычных блоков питания:
Простота сборки и конструирования. БП необходимой мощности можно собрать самостоятельно – достаточно лишь понимать принцип работы и точно осознавать, для каких целей планируется использовать аппарат;
Высокая надёжность и долговечность. При правильной эксплуатации срок работы аппаратов практически не ограничен. Так, сегодня ещё можно найти функционирующие модели, выпущенные более нескольких десятилетий назад;
Доступность комплектующих. Все необходимые детали можно приобрести на радиорынках, у радиолюбителей и в специальных магазинах, заказывать какие-то определённые микросхемы из-за рубежа не требуется;
Не создают паразитные радиоволновые токи. Благодаря этому помехи в питающей сети или в конечных потребителях практически не наблюдаются.
Ключевые недостатки обычных блоков питания:
Низкий КПД. При передаче электричества трансформаторным способом огромная часть мощности просто теряется. Кроме того, из-за использования стабилизатора на выходе для получения стабильных параметров работы часть КПД дополнительно теряется;
Крупногабаритные. Причём чем мощнее БП – тем больше его вес и размеры. Как следствие, высокомощные и вовсе могут быть маломобильными;
Создают значительное электромагнитное поле. Тем самым они могут образовывать наводки в других линиях передачи сигнала – например, коаксиальных кабелях или «витой паре».
Все эти недостатки оказываются настолько критическими, что сегодня обычные БП в быту практически не используются. Вместо этого применяются импульсные.
Ремонт блоков питания от персональных компьютеров
Пример ремонта импульсного блока питания для компьютера. В этом случае, пациентом оказался не дешевый БП мощностью 800 Вт. При попытке его включить срабатывал автомат защиты.
В процессе поиска неисправности, обнаружилось, что виновником поломки оказался транзистор с пробитом переходом, установлен он был в цепи первичного напряжения. Ремонт данного блока питания обошелся владельцу в 3000 руб.
Кстати, намного выгоднее выполнять ремонты именно дорогих компьютерных БП, так как их ремонт иногда может превысить стоимость нового блока.
Примерная стоимость ремонта импульсных блоков питания
Конечно стоимость ремонта различных импульсных блоков питания сильно разнятся. Ведь сейчас в сети Интернет можно найти большое количество принципиальных схем импульсных блоков питания. Но в них много отличий друг от друга, в особенности это проявляется в схемах с PFC, то есть с коэффициентом коррекции мощности.
Но главное в этом деле, является наличие принципиальной схемы на вышедший из строя БП либо свободный доступ к ней в интернете. Следовательно, есть такая схема, то можно считать, что уже пол дела сделано. Так как это кардинально облегчает поиск неисправности и последующий ремонт.
Конечно цена ремонта везде может быть разная, но в основном для стандартных БП находится в размере от 1000 руб. Однако, может доходить и до 10000 рублей для навороченных импульсных блоков питания. Цена выводится сложностью схемотехники устройства. А, также количеством сгоревших компонентов в схеме. Если считать, что все новые блоки питания идентичны, то все поломки могут быть разными.
Вот был один момент: в принесенном на ремонт импульсном блоке питания сгорело 10 компонентов, и три дорожки на плате. Но несмотря на это, ремонт был выполнен успешно, при этом стоимость восстановления устройства обошлась клиенту 9000 рублей. Хотя цена такого импульсника в магазине колеблется в пределах около миллиона рублей. Нужно заметить, что подобные блоки питания ни России ни страны ближнего зарубежья не продают.
Импульсный блок питание, схема которого представлена в этой статье, собран на хорошо известной микросхеме IR2153 и предназначен для использования в усилителе мощности от 300 Вт до 500 Вт.
Благодаря исключительной энергоэффективности и отличной общей производительности таких устройств они в настоящее время очень востребованы на рынке. Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение посредством процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
Процесс ШИМ может генерировать некоторый высокочастотный шум, однако позволяет создавать импульсные источники питания с очень высоким КПД и малым форм-фактором. Благодаря хорошей конструкции импульсный источник питание, схема которого может иметь отличную регулировку нагрузки.
Представленный здесь источник питания имеет следующие особенности:
- В первичной обмотке данного трансформатора, а также в силовом тракте выходного напряжения установлена эффективная система защита от КЗ.
- Мягкий старт ИБП.
- Защита входной цепи, с помощью варистора предотвращает схему от бросков сетевого напряжения превышающего максимальное значение, а также от случайного подключения 380v.
- Особенность данной схемы заключается в ее простоте и доступности деталей.
Принцип работы импульсного блока питания
На приведенной выше схеме тракт первичного напряжения находится до трансформатора, выполненного на ферритовом сердечнике, а во входной силовой цепи 220 В, установлен плавкий предохранитель. Далее по цепи установлен сглаживающий фильтр по питанию, который выполняет функцию снижения пульсаций выпрямленного напряжения.
За сглаживающим фильтром в цепи расположен выпрямитель переменного напряжения, собранного на четырех быстровосстанавливающихся диодах FR207, рассчитанного на максимальное постоянное обратное напряжение 1000 В и электролитического конденсатора. Данный импульсный блок питания, для исключения высоковольтных импульсов, имеет в своей схеме варистор VDR0, который установлен параллельно с входным конденсатором.
Защита, выполненная на варисторе работает таким образом: при возникновении предельного напряжения, сопротивление варистора моментально снижается. Следовательно, весь излишний ток проходит через варистор на предохранитель и сжигает его, тем самым разрывая силовую цепь.
Включенный параллельно выпрямительному мосту диод D0, также выполняет роль защитного элемента схемы в случае сгорания диодного моста. При возникновении не штатной ситуации, этот блокирующий диод закроет проход обратному напряжению в основной тракт схемы, так как в этом случае опять же сработает предохранитель.
Далее в цепи предусмотрен еще один варистор VDR1 с сопротивлением 4,3 Ом, который также выполняет функцию выравнивания бросков тока во время включения. Кроме этого он обеспечивает корректный заряд электролитического конденсатора С1.
Роль активных компонентов в первичном тракте ИИП выполняют следующие элементы. Полевой транзистор Q1 и ШИМ-контроллер. Транзистор 10N60 MOSFET конвертирует DC-напряжение 310v в переменное. Преобразование в переменное выполняется вторичной обмоткой трансформатора Т1, тем самым на выходе мы уже получаем пониженное напряжение.
Кроме этого, для подачи питания на ШИМ-контроллер берется выпрямленное напряжение, которое снимается с добавочного отвода обмотки трансформатора.
Принцип работы ИБП
Принцип действия ИБП не так прост и состоит в следующем:
- Сначала входное напряжение также выпрямляется, после чего оно преобразуется в импульсы относительно высокой частоты.
- Одновременно на выходе цепи формируется сигнал обратной связи, позволяющий стабилизировать их амплитуду.
Затем они вновь выпрямляются, что позволяет получать на выходе всего устройства нужное напряжение (фото ниже).
Описанное двухступенчатое преобразование вызывает у многих недоумение. Зачем переменный ток превращать в постоянный, а затем снова делать из него импульсный сигнал (по сути – тоже переменный)? Ответ на него не так очевиден, но вполне понятен с технической точки зрения.
За счет используемой схемы удается:
- во-первых, упростить процедуру управления параметрами сигнала;
- а во-вторых – снизить размеры и вес всего устройства.
Из этого объяснения проще понять, на чем основаны преимущества использования ИБП.
Помимо снижения размеров и веса, они состоят в следующем:
- Низкое энергопотребление и малые нерабочие потери.
- Простота сборки.
- Высокий КПД и возможность защиты от перегрузок.
К минусам использования ИБП относят необходимость защиты от электромагнитных помех, возникающих при работе импульсной части схемы.
Импульсный блок питания сегодня можно встретить в подавляющем большинстве электронного оборудования, как в бытовой так и в промышленной технике. Однако, в случае выхода из строя импульсного блока питания, есть два варианта решения этой проблемы — отдать в руки специалистам или отремонтировать импульсник своими руками.
Плюсы и минусы импульсных блоков питания
По сравнению с трансформаторными аналогами импульсные блоки питания аналогичной мощности имеют довольно скромные габариты, а вследствие этого и довольно малый вес устройства.
У импульсных БП КПД достигает 98% (потери в устройстве обусловлены лишь с переходными процессами во время открывания ключей).
По причине очень широкого распространения комплектующих, готовые изделия имеют относительно низкую стоимость.
- Высокочастотные помехи. Так как сам принцип работы подобных устройств построен на преобразовании высокочастотных импульсов, то неизбежна выработка паразитных составляющих.
Принципы работы простого БП и ИБП
Аналоговый БП со встроенным в него трансформатором работает по классическому принципу преобразования напряжения, сводящегося к его понижению и выпрямлению.
То есть для получения на выходе постоянных 12 Вольт, например, в приборе совершается следующая последовательность преобразований:
- Сначала сетевые 220 Вольт понижаются в трансформаторе до 15-17 Вольт переменного тока.
- Затем с помощью диодного мостика они выпрямляются и превращаются в пульсирующее напряжение амплитудой порядка 14-16 Вольт (недостающие вольты теряются на диодных переходах).
- После этого пульсации сглаживаются электролитическим конденсатором большой емкости и поступают на стабилизатор 12 Вольт.
Важно! Для нормальной работы типового стабилизатора поступающее на его вход напряжение должно быть на 2-4 Вольта больше номинального выходного значения.
Один из вариантов схемы выпрямительной части БП приведен на фото ниже.
В представленной схеме дополнительно введены элементы защиты (предохранитель), а также индикация включения прибора и наличия выпрямленного напряжения.
Как ремонтировать импульсный блок питания
Согласно представленной выше принципиальной схеме импульсного блока питания, далее начнем рассматривать непосредственно сам ремонт.
Часто возникающие неисправности:
- Когда сгорает один из двух варисторов либо оба с предохранителем, то копаем дальше. Так как в основном они без причины не выйдут из строя.
- Полетел диодный мост или диодная сборка. Если в схему включен диод для защиты, то и он как правило вылетает. В этом случае его нужно менять.
- Проблема с конденсатором C1 с напряжением 400В. Хотя не очень часто, но иногда случается. В некоторых случаях его повреждение можно определить визуально. Хотя, это не всегда удается.
- Бывает, что проблемный конденсатор имеет внутренний обрыв, или наоборот коротко замкнутый, либо от времени высох электролит.
- Когда есть подозрение на транзистор переключения, тогда нужно его выпаивать и прозванивать. При большой утечки переходов, его следует заменить.
- Если не регулируется напряжение на стабилизаторе, то также меняем его.
- Коротко замкнутые витки или обрыв в обмотках трансформатора ведет к его замене на новый. Либо дорогостоящая перемотка.
- Повреждение оптрона — случается очень редко.
Заключение
Итак, мы рассмотрели алгоритмы работы импульсных и трансформаторных блоков питания. Как вы видите, несмотря на очень широкое распространение импульсных блоков питания, трансформаторные БП все так же находят свое применение в аппаратуре, чувствительной к высокочастотным помехам.
Статья оказалась вам полезна и интересна, тогда оцените ее пальцем вверх. Спасибо за ваше внимание!
Сравнение импульсного и обычного блоков питания
Сравним эти два типа устройств, определив, какие лучше использовать в той или иной ситуации.
Тип блока питания
Обычный (трансформаторный)
Напряжение сначала понижается, а затем выравнивается
Напряжение сначала преобразуется, а затем понижается
Некоторые высокоточные и чувствительные к ВЧ-помехам устройства
Коэффициент полезного действия
Небольшой, особенно с учётом потерь на стабилизаторе
Как правило, крупные
Как правило, малые
Высокочастотные помехи в выходном токе
Требование максимальной и минимальной мощностей нагрузки
При прочих равных предпочтительнее использовать импульсные БП. Они обеспечивают больший КПД, а ещё весят от нескольких десятков граммов. Но в некоторых высокоточных, прецизионных устройствах лучше применять обычные (трансформаторные) модели, поскольку они не засоряют выходной сигнал помехами.
Практически все современные электронные устройства уже используют для своей работы импульсные блоки питания и простые (аналоговые) блоки питания становятся довольно редкими. Для понимания того, по какой причине так случилось, давайте изучим алгоритмы их функционирования, а также сильные и слабые стороны.
Недостатки и достоинства блоков питания с трансформатором
- Главным слабым элементом, а, следовательно, недостатком подобных блоков питания является трансформатор. Его размеры просто физически не позволяют создать компактные зарядные устройства, а его стоимость зачастую в несколько раз больше стоимости всех остальных комплектующих изделия.
- Также у подобных блоков питания низкий КПД (по сравнению с импульсным блоком питания).
- Для стабилизации выходного напряжения необходимо дополнительно использовать стабилизатор, который еще сильнее уменьшает КПД (за счет дополнительных потерь).
Помимо слабых сторон у таких изделий есть и неоспоримые плюсы, а именно:
- Высокая надежность изделия.
- Подобные блоки питания не генерируют паразитных радиоволновых помех (в отличие от импульсных блоков питания).
- Довольно простая конструкция.
Импульсный блок питания — основные характеристики и ремонт
Есть много книг и статей о том, как разработать импульсный блок питания, но не так много написано о том, как их починить в случае поломки. По мере того, как ИИП сегодня становятся повсеместным явлением в электронных устройствах, возникает необходимость четко понимать, как они работают, и, что не менее важно, как они выходят из строя.
Блок питания с силовым трансформатором
Для простоты понимания давайте изучим упрощенную схему подобного блока питания (БП)
Из выше представленного рисунка видно, что на входе расположен понижающий трансформатор. Благодаря ему выполняется трансформация входящего напряжения, например 230 вольт, на выходное напряжение, например 12 Вольт. Так же трансформатор служит гальванической развязкой высокой и низкой стороны.
Далее идет блок выпрямителя, в котором происходит преобразование синусоидального тока в импульсный. Для этого в рассматриваемом блоке применяются диоды, соединенные мостом.
В третьем блоке совмещены сразу две функции, а именно: сглаживание напряжения (для этого применяется конденсатор с подобранной емкостью) и его стабилизация (чтобы избежать провалов при возрастании нагрузки).
Еще раз скажу, что представленная схема довольно сильно упрощена, так как не указаны входной фильтр и цепи защиты, но для понимания принципа работы эти опущения допустимы.
Технические характеристики импульсный блок питание (данные приводятся именно для этой модели):
- Номинальная мощность на выходе — 300W
- Предельная мощность на выходе — 500W
- Номинальная рабочая частота — 50кГц
- Напряжение в выходной цепи — 2х35v (выходное напряжение можно создать любое, исходя из числа витков на трансформаторе).
- КПД — составляет 86%, опять же в зависимости от сердечника трансформатора.
Примечание: в этом устройстве задействован стандартный модуль управления импульсным блоком питания, схема которого скопирована из даташита на IR2153.
Схема импульсного блока питания имеет функцию защиты от возможной перегрузки БП и короткого замыкания в цепях питания. При этом, узел защиты обеспечивает подстройку требуемого порога срабатывания, путем установки необходимого значения тока на резисторе R10. Встроенный светодиод HL1 сигнализирует о включении защиты в момент появления нештатной ситуации. В том случае, когда сработала защита, указывая на неполадки в устройстве, то силовые цепи ИИП отключаются.
Сам же блок питания может прибывать в таком состоянии бесконечно долго, так как в этот момент ток потребляемый устройством, практически равен току холостого хода прибора. В представленном здесь источнике питания порог защиты установлен на отключение силовой цепи при превышении мощности более 310 Вт в нагрузке.
Такая технология построения защитной функции дает гарантию, что БП не пострадает в следствии перегрузки, которая влечет за собой перегрев устройства. В данной модели ИБП, функцию токового датчика выполняют постоянные резисторы, последовательно включенные в цепь первичной обмотки импульсного трансформатора. Такой вариант использования гасящих резисторов позволил обойтись без установки дополнительного трансформатора по току.
Принцип работы схемы защиты такой: в случае короткого замыкания или чрезмерной нагрузки, напряжение на базе транзистора VT1, поступающее через сопротивление R11, может составлять от 0,5v до 0,8v, в следствии чего сработает защита. При этом питающее напряжение микросхемы IR2153 за счет шунтирования будет переключено на «землю». Тем самым, автоматически будет отключен драйвер и сам блок питания. После устранения проблемы в схеме БП, повлекшая за собой отключение устройства, подача напряжения питания на драйвер, также автоматически включится. То есть, блок питания начнет работать в прежнем режиме.
Схема импульсного блока питания обладает функцией мягкого старта, а именно, при включении устройства в сеть, встроенная цепочка защиты созданная на резисторе R6, лимитирует пусковой ток. Это существенно оберегает силовые ключи от пробоя и продлевает срок их службы.
Далее, этим урезанным током происходит зарядка электролитического конденсатора C10 и остальных емкостей во вторичной цепи. Данный процесс выполняется за несколько долей секунд, после того как все емкости будут полностью заряжены и ток потребления станет минимальным, включается реле К1 и замыкает гасящий резистор R6. Таким образом полный ток начнет поступать в схему устройства, обеспечивая его работу на заданную мощность.
Драйвер, через цепочку, собранную на диоде и гасящим сопротивлении, получает питающее напряжение прямо от сети 220v. Отличие этой схемы заключается в том, что в стандартных схемах запитка драйвера выполняется от цепи +310v, из точки после выпрямителя, а здесь непосредственно от 220v. Тем самым мы получаем несколько положительных моментов:
- Мощность гасящего резистора будет значительно снижена, тем самым уменьшается выделение общего количества тепла на печатной плате у увеличивается суммарный КПД устройства.
- Питающее напряжение на драйвер поступает с незначительным уровнем пульсаций, что не скажешь о подачи напряжения по тракту +310v.
Во входной цепи блока питания расположен варистор, который предназначен для контроля скачков сетевого напряжения, превышающего максимальное значение. В случае возникновения нештатной ситуации в силовой цепи БП, на варисторе моментально уменьшается его собственное сопротивление, что приводит к короткому замыканию и сгоранию плавкого предохранителя F1.
Ниже предлагается описание как я испытывал на максимальной мощности собранный мной импульсный блок питание, схема которого представлена выше.
В процессе тестирования БП я использовал эквивалент нагрузки собранный на четырех керамических резисторах проволочного типа, с мощностью рассеивания 25 Вт. При этом эти сопротивления я размещал в коробке с чистой водой для более интенсивного охлаждения. Через 1 час работы устройства на максимальном режиме, вся эта чистая вода приобретает ржавый цвет, в следствии подъема наверх различных примесей. В виду прохождения большого тока через резисторы, вода в емкости интенсивно испарялась, так как ее температура доходила почти до 100 градусов.
В представленном здесь импульсном блоке питания я задействовал трансформатор, который собственноручно изготовил на магнитопроводе EPCOS ETD29. Первичная обмотка трансформатора выполнена из 47 витков намотанных в два прохода эмаль-проводом сечением 0,8 мм². Четыре вторичные обмотки содержат по 12 витков каждая и намотанные в один ряд проводом такого же сечения. С первого взгляда можно усомнится в правильности выбора сечения провода, но это ошибочное мнение.
Чтобы гарантировать корректную работу для этого источника питания обеспечивающий питающим напряжением усилитель мощности низкой частоты, такого сечения провода в обмотках трансформатора вполне хватает. Так как мощность, которую потребляет усилитель существенно ниже предельной. Испытание блока питания при длительной его работе на нагрузку составленной из резисторов и выходной мощностью 210W показало, что нагрев трансформатора составил всего около 43 градусов.
Примечание: если потребуется поднять выходное напряжение выше 45v, то тогда нужно будет поменять сдвоенные диоды Шотки VD5 — VD6, установленные в выходном тракте на более высоковольтные.
Кроме этого, чтобы поднять выходную мощность нужно использовать трансформатор с большим по площади сечения магнитопроводом и усиленными обмотками.
Здесь показана готовая к монтажу печатная плата выполненная ЛУТом:
Печатная плата имеет следующие размеры: 188 х 88 мм. Был использован стеклотекстолит с усиленной медью, составляющей 50 мкм, обычно используется 35 мкм, хотя можно применять и стандартную толщину, только при этом необходимо хорошо облудить токопроводящие дорожки и контактные площадки.
Подавляющее большинство современной электроники работает на постоянном токе с малыми значениями силы и напряжения. Например, роутеры потребляют 12 вольт и 5 ампер, а смартфоны в большинстве случаев – 5 вольт и 2 ампера. Вот только в бытовой сети распространяется совершенно другой ток – переменный, с частотой 60 Гц, напряжением 220 вольт и (обычно) силой до 6 ампер.
Соответственно, для использования электронных приборов в бытовой сети этот ток надо как-то преобразовать. Для этих целей и используются блоки питания. Их задача – трансформация тока для придания ему определённых параметров напряжения, силы, а также частоты (превращения переменного в постоянный).
И если требуется выбрать подходящий блок питания либо соорудить самостоятельно, то чаще всего можно встретить два варианта – обычный, он же трансформаторный, и импульсный. И в чём разница, кроме конструкционной сложности, не всегда понятно. Поэтому в этой статье мы разберёмся, чем отличается импульсный блок питания от обычного, рассмотрим их особенности и отличия.
Существуют ограничения по мощности
Особенность импульсных блоков питания заключена в том, что их нельзя не только перегружать, но и недогружать. В случае того, если потребление тока в цепи упадет ниже критического предела, то схема запуска может просто отказаться работать либо выходное напряжение будет иметь характеристики далекие от рабочего диапазона.
Импульсный блок питания — наглядные примеры по ремонту
Ремонт импульсного блока питания с несколькими напряжениями
Поломка представляла собой отсутствие в выходном тракте ИИП необходимых напряжений. Например, один блок питания имел сразу две вышедших из строя емкости в первичной цепи, но эти конденсаторы оказались «беременны» )).
Во втором отказывался работать ШИМ-контроллер
При первом визуальном осмотре все конденсаторы выглядели вполне нормальными, но как выяснилось позже, их сопротивление между выводами оказалось очень велико. Кроме этого, внутреннее сопротивление ESR емкости (на снимке под номером 2, обведенное красным кружком) составляло во много раз больше номинального.
Данный конденсатор был установлен в дополнительной обвязки ШИМ-регулятора, следовательно регулятор не подавал признаков жизни. Оживить импульсный блок питания удалось только после установки нового конденсатора.
Импульсные блоки питания
Импульсные блоки питания имеют сложную конструкцию и являются устройствами инверторного типа. Их ключевое отличие от обычных заключается в том, что входное напряжение подаётся сразу на выпрямитель. Затем оно формирует импульсы определённой частоты. За это отвечает отдельная подсистема управления, так что импульсные БП являются полноценными цифровыми устройствами.
Поскольку импульсные БП отличаются конструкционной и принципиальной сложностью, рассматривать схему их работы в рамках этой статьи не целесообразно. и
Ток из сети поступает на сетевой фильтр, минимизирующий входящие и исходящие искажения;
Преобразователь трансформирует синусоиду переменного тока в импульсный постоянный ток;
Инвертор, контролируемый через модуль управления, формирует из импульсного постоянного тока прямоугольные высокочастотные сигналы;
Ток поступает на импульсный трансформатор, который подаёт напряжение на различные элементы самого БП, а также на нагрузку;
После этого ток поступает на выходной выпрямитель, а затем сглаживается на выходном фильтре.
Такая система обеспечивает не только высокий коэффициент полезного действия, но и малые размеры устройства. Причём чем выше частота импульсов – тем компактнее БП за счёт уменьшения габаритов трансформатора.
Ключевые достоинства импульсных блоков питания:
Высокий КПД, составляющий, как правило, около 98%. Небольшие потери создаются их-за переходных процессов, возникающих при переключении ключа. Но они слишком незначительны, чтобы брать их в расчёт;
Компактные размеры и малый вес. Это достигается за счёт того, что импульсным БП не требуется массивный трансформатор.
Ключевые недостатки импульсных блоков питания:
Конструкционная сложность. Собрать такое устройство в домашних условиях без знаний в области электроники или электротехники практически невозможно;
Заметный нагрев при работе. Поэтому высокомощные импульсные БП оснащаются дополнительными системами охлаждения, которые приводят к увеличению размера и массы устройства;
Наличие высокочастотных помех. Как следствие, для использования в чувствительной аппаратуре такие блоки питания оснащаются фильтром помех, но и он не даёт 100% защиты от такого «мусорного сигнала»;
Мощность нагрузки должна входить в номинальный диапазон. При превышении или понижении её будут наблюдаться изменения выходного напряжения. Как правило, производители предусматривают это явление и устанавливают защиту от подобных нештатных ситуаций.
Компактные размеры и высокое значение КПД помогли импульсным БП распространиться максимально широко. Сегодня они применяются в зарядных устройствах мобильной электроники, компьютерной и бытовой техники, а также в системах электронного балласта осветительных приборов.
Импульсные блоки питания
Давайте теперь рассмотрим упрощенную структурную схему импульсного блока питания:
Принцип работы подобных блоков питания имеет существенную разницу от трансформаторных блоков питания и в первую очередь она обусловлена тем, что здесь отсутствует сам трансформатор. А теперь давайте познакомимся с алгоритмом подробнее:
- Сетевое напряжение поступает на сетевой фильтр. Главная функция представленного элемента - снижение сетевых помех, которые возникают непосредственно в самом блоке питания и присутствуют в приходящем из сети напряжении.
- Затем подключается к работе преобразовательный блок, который трансформирует напряжение синусоидальной формы в постоянное напряжение импульсного характера. Затем подключается сглаживающий фильтр.
- Далее инвертор формирует прямоугольный высокочастотный сигнал. При этом обратная связь с инвертором выполняется через блок управления.
- Дальнейшим элементом, вступающим в работу, является блок ИТ (силовой трансформатор). Данный блок выполняет гальваническую развязку. Так же ИТ нужен для автоматического генераторного режима и для запитывания цепей защиты, управления и нагрузки. Сердечник элемента производится из ферромагнитных материалов, которые гарантируют передачу высокочастотных сигналов, находящиеся в пределе от 20 кГц до 100 кГц.
- Следующим элементом, вступающим в процесс преобразования, является выходной выпрямитель. Так как здесь происходит работа с напряжением высокой частоты, то в этом блоке применяются диоды Шоттки.
- И на завершающем этапе на выходном фильтре происходит сглаживание напряжения и выдача преобразованного напряжения на нагрузку.
Вот мы и рассмотрели алгоритм работы импульсного блока питания, давайте теперь узнаем, какие у них есть преимущества и недостатки
Импульсный блока питания — принцип работы вторичной цепи
В выходном тракте трансформатора обычно устанавливается или диодный мост, или один выпрямительный диод и сглаживающее пульсации устройство в виде CLC фильтра. Фильтр выполнен на электролитических конденсаторах и дросселе.
Чтобы обеспечить корректную стабилизацию напряжения на выходе, для этого применяется оптическая обратная связь. С ее помощью удается сделать гальваническое разделение входного и выходного напряжение. Для функции реализации обратной связи задействован оптоэлектронный прибор OC1 и микросхема регулируемого стабилизатора напряжения TL431.
В случае, когда напряжение на выходе, после того как оно уже выпрямлено, будет больше напряжения микросхемы TL431, то в этот момент включается фотодиод. В свою очередь фотодиод включает фототранзистор, который управляется драйвером ШИМ-контроллера. Регулятор напряжения TL431 уменьшает безразмерную величину импульсов либо совсем останавливается. До тех пор пока напряжение не уменьшится до номинального.
Читайте также: