Обратная полярность блок питания
При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.
Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.
Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.
Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей 5 вольт и ниже это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:
0.85В х 2А = 1.7Вт.
Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!
Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.
Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.
0.55В х 2А = 1.1Вт
Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?
Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.
Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:
При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.
Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!
При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.
Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.
Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.
Идея написать родилась после очередной непредвиденной поломки блока питания, чтобы поделиться опытом да и самому было где почитать в следующий раз, если попадётся на ремонт подобный блок питания (далее — БП) или понадобится вспомнить схему.
Сразу скажу, статья рассчитана на простого пользователя ПК, хотя можно было и углубиться в академические подробности.
Несмотря на то, что схемы не мои, я даю описание исключительно «от себя», которое не претендует не единственно правильное, а имеет целью объяснить «на пальцах» работу столь необходимого устройства, как БП компьютера.
Необходимость вникнуть в работу APFC у меня появилась в 2005 году, когда я имел проблему с произвольной перезагрузкой компьютера. Комп я купил на «мыльной» фирмочке не вникая особо в тонкости. В сервисе не помогли: на фирме работает, а у меня перезагружается. Я понял, что пришла очередь напрячься самому… Оказалось проблема в домашней сети, которая вечером просаживалась скачками до 160В! Начал искать схему, увеличивать ёмкость входных конденсаторов, слегка попустило, но проблему не решило. В процессе поиска информации увидел в прайсах непонятные буквы APFC и PPFC в названиях блоков. Позже выяснил, что у меня оказался PPFC и я решил купить себе блок с APFC, потом взял ещё и бесперебойник. Начались другие проблемы — выбивает бесперебойник при включении системника и пропадании сети, в сервисе разводят руками. Сдал его обратно, купил в 3 раза мощнее, работает по сей день без проблем.
Поделюсь с вами своим опытом и надеюсь, вам будет интересно узнать немного больше про компонент системника — БП, которому несправедливо отводят чуть ли не последнюю роль в работе компьютера.
Блоки питания FSP Epsilon 1010 представляют собой качественные и надёжные устройства, но учитывая проблемы наших сетей и другие случайности, они иногда тоже выходят из строя. Выкидывать такой блок жалко, а ремонт может приблизиться к стоимости нового. Но бывают и мелочи, устранив которые, можно вернуть его к жизни.
Как выглядит FSP Epsilon 1010:
Самое главное — понять принцип работы и разложить блок по косточкам.
Приведу пример фрагментов схем типового блока FSP Epsilon, которые мной нарыты в нете. Схемы составлены вручную очень усидчивым и грамотным человеком, который любезно вложил их для общего доступа:
Модификации блоков питания данной серии отличаются количеством элементов (впаиваются дополнительно в ту же плату), но принцип работы одинаков.
Итак, что же такое APFC?
PFC — это коррекция коэффициента мощности (англ. power factor correction) PFC) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам. Если показать это на трёх пальцах, то это выглядит так:
— запустили блок питания, конденсаторы начали заряжаться — пошёл пик потребления тока совпадающий с пиком синусоиды переменного тока 220В 50Гц (лень рисовать). Почему совпадающий? А как они будут заряжаться при «0» вольт ближе к оси времени? Никак! Пики будут в каждой полуволне синусоиды, так как перед конденсатором стоит диодный мост.
— нагрузка блока потянула ток и разрядила конденсаторы;
— конденсаторы начали заряжаться и опять появились пики потребления тока на пиках синусоиды.
И того, мы видим «ёжика», которым обросла синусоида, и который вместо постоянного потребления «дёргает» ток короткими скачками в узкие моменты времени. А чего тут страшного, нехай себе дергает, скажете вы. А вот тут и порылась собака Баскервилей: эти пики перегружают электрическую проводку и даже могут привести к пожару при номинально рассчитанном сечении проводов. А если учитывать, что блок в сети не один? Да и работающим в одной сети электронным устройствам вряд ли понравится подобная «попиленная» сеть с помехами. Мало того, при заявленной паспортной мощности БП, вы будете платить за свет больше, так как нагрузкой уже выступают ваши сетевые провода в квартире (офисе). Возникает задача сбить пики потребления тока по времени в строну провалов синусоиды, тоесть приблизиться к подобию линейности и разгрузить проводку.
PPFC — пассивная коррекция коэффициента мощности. Это значит, что перед одним сетевым проводом БП стоит массивный дроссель, задача которого сбить по времени пики потребления тока во время заряда конденсаторов, учитывая нелинейные свойства дросселя (тоесть то, что ток через него отстаёт от приложенного к нему напряжения — вспоминайте школу). Выглядит это так: на максимуме синусоиды должен заряжаться конденсатор и он этого ждёт, но вот незадача — перед ним поставили дроссель. А вот дроссель не совсем обеспокоен тем, что нужно конденсатору — к нему приложили напряжение и возникает ток самоиндукции, который направлен в обратную сторону. Таким образом дроссель препятствует заряду конденсатора на пике входной синусоиды — в сети пик, а конденсатор разряжен. Странно, правда? А не этого ли мы хотели? Теперь синусоида спадает, но дроссель и тут ведёт себя как и большинство людей: (имеем — не ценим, теряем — жалеем) опять возникает ток самоиндукции только уже совпадающий с убывающим током, что и заряжает конденсатор. Что мы имеем: на пике — ничего, на провалах — заряд! Задача выполнена!
Именно так и работает схема PPFC за счет затягивания пиков потребления тока на провалы синусоиды (восходящий и нисходящий участки) с помощью всего лишь одного дросселя. Коэффициент мощности близок к 0,6. Неплохо, но не идеально.
APFC — активная коррекция коэффициента мощности. Это значит с использованием электронных компонентов, для которых требуется питание. В этом блоке питания фактически два блока питания: первый — стабилизатор 410В, второй — обычный классический импульсный блок питания. Это мы рассмотрим ниже.
APFC и принцип работы.
Рисунок 3:
Мы только подошли к принципу работы активной коррекции коэффициента мощности, поэтому определим некоторые моменты для себя сразу. Помимо основного назначения (приближение к линейности потребления тока по времени), APFC решает триединую задачу и имеет особенности:
— блок питания с APFC состоит из двух блоков: первый — стабилизатор 410В (собственно APFC), второй — обычный классический импульсный блок питания.
— схема APFC обеспечивает коэффициент мощности около 0,9. Это то, к чему мы стремимся — к «1».
— схема APFC работает на частоте около 200KHz. Согласитесь, дёрнуть ток 200000 раз в секунду по отношению к 50 Гц — это практически в каждый момент времени, тоесть линейно.
— схема APFC обеспечивает стабильное постоянное напряжение на выходе около 410B и работает от 110 до 250В (на практике от 40В). Это значит, что промышленная сеть практически не влияет на работу внутренних стабилизаторов.
Работа схемы:
Принцип работы APFC основан на накоплении энергии в дросселе и последующей отдаче её в нагрузку.
При подаче питания через дроссель, его ток отстаёт от напряжения. При снятии напряжения возникает явление самоиндукции. Вот его и кушает блок питания, а так как напряжение самоиндукции может приближаться у двойному приложенному — вот вам и работа от 110В! Задача схемы APFC — с заданной точностью дозировать ток через дроссель, чтобы на выходе всегда было напряжение 410В независимо от нагрузки и входного напряжения.
На рисунке 3 мы видим DC — источник постоянного напряжения после моста (не стабилизированный), накопительный дроссель L1, транзисторный ключ SW1, которым управляет компаратор и ШИМ. Схема сделана довольно смело на первый взгляд, так как ключ фактически делает короткое замыкание в розетке в момент открытия, но мы его простим, учитывая что замыкание происходит на микросекунды с частотой 200000 раз в секунду. А вот при неисправностях схемы управления ключом вы обязательно услышите и даже понюхаете, а может и увидите как сгорят силовые ключи в подобной схеме.
1. Транзистор SW1 открыт, ток в нагрузку течёт как и раньше через дроссель от "+ DC" — «L1» — «SW2» — «RL» к "-DC". Но дроссель сопротивляется движению тока (самоиндукция начало), при этом идёт накопление энергии в дросселе L1 — на нём растёт напряжение практически до напряжения DC, так как это короткое замыкание (правда на долю времени (пока всё исправно). Диод SW2 предотвращает разряд конденсатора C1 в момент открытия транзистора.
2. Транзистор SW1 закрылся… напряжение на нагрузке будет равно сумме напряжений источника DC1 и дросселя L1, который только что некисло приложился к источнику и выбросил ток самоиндукции с обратной полярностью. Магнитное поле дросселя пропадая пересечёт его, индуцируя на нём ЭДС самоиндукции противоположной полярности. Теперь ток самоиндукции имеет одно направление с пропадающим током источника (самоиндукция конец). Самоиндукция — явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока.
Так вот, в момент самоиндукции после закрытия транзистора и получается наша добавочка до 410В из-за добавления энергии от дросселя. Почему добавочка? Вспоминайте школу, сколько будет на выходе моста с конденсатором, если на входе 220в? Правильно, 220В умножить на корень из двух (1,41421356) = 311В. Вот это было бы без работы схемы APFC. Оно так и есть в точке, где мы ждём 410В, пока работает только дежурка +5В и не запущен сам блок. Сейчас нет смысла гонять APFC, дежурке и так хватит её 2 Ампера.
Всё это строго контролируется схемой управления с помощью обратной связи от точки 410В. Регулируется уровень самоиндукции временем открытия транзисторов, тоесть временем накопления энергии L1 — это широтно-импульсная стабилизация. Задача APFC — стабильно держать 410В на выходе при изменении внешних факторов сети и нагрузки.
Вот и получается, что в блоке питания с APFC — два блока питания: стабилизатор 410В и сам классический блок питания.
Сбивание зависимости пиков потребления тока от пиков синусоиды обеспечивается перенесением этих пиков на частоту работы схемы APFC — 200000 раз в секунду, что приближается к линейному потреблению тока в каждый момент времени синусоиды 50Гц 220В. Что и требовалось доказать.
Достоинства APFC:
— коэффициент мощности около 0,9;
— работа от любой капризной сети 110 — 250В, в том числе нестабильной сельской;
— помехоустойчивость:
— высокий коэффициент стабилизации выходных напряжений за счёт стабильного входного 410В;
— низкий коэффициент пульсаций выходных напряжений;
— малые размеры фильтров, так как частота около 200КГц.
— высокий общий КПД блока.
— малые помехи отдаваемые в промышленную сеть;
— высокий экономический эффект в оплате за свет;
— разгружается электрическая проводка;
— на предприятиях и в организациях телекоммуникаций, имеющих станционные батареи 60В, для питания критических серверов можно обойтись вообще без UPS — просто включите блок в цепь гарантированного питания 60В ничего не меняя и не соблюдая полярность (которой нет). Это позволит уйти от тех несчастных 15 минут работы от UPS до 10 часов от станционных батарей, чтобы не легла вся система управления в случае незапуска дизеля. А на это многие не обращают внимание или об этом не думали, пока дизель не обидится как-нибудь разок… Всё оборудование будет продолжать работать, а управлять будет нечем, так как компы поотрубаются через 15 минут. Изготовителем представлен диапазон работы 90 — 265В по причине отсутствия такого стандарта питания как переменные 60В, но практический предел работы был получен на величине 40В, ниже проверять небыло смысла.
Перечитайте пункт внимательно ещё раз и оцените возможности своих бесперебойников для критических серверов!
Недостатки APFC:
— цена;
— сложность в диагностике и ремонте;
— дорогие детали (транзисторы — около 5$ за шт., а их там до 5шт. иногда), зачастую стоимость ремонта себя не оправдывает;
— проблемы совместной работы с бесперебойниками (UPS) за счёт большого пускового тока. Выбирать UPS нужно с двукратным запасом мощности.
А теперь рассмотрим схему блока питания FSP Epsilon 1010 на рис. 1, 2.
Типовые неисправности:
Симптомы:
— перегорает предохранитель с хлопком;
— блок «не дышит» вообще даже после замены предохранителя, что ещё хуже. Значит повреждения грозят обернуться более дорогим ремонтом.
Диагноз: отказ схемы APFC.
Лечение:
В диагностике отказа схемы APFC ошибиться сложно.
Принято считать, что блок с APFC можно запустить и без APFC, если он вышел из строя. И мы так посчитаем, и даже проверим это, особенно когда речь идёт об опасных экспериментах с дорогими транзисторами HGT1S20N60C3S. Выпаиваем транзисторы.
Блок удачно работает, если проблема была только в схеме APFC, но нужно понимать, что блок питания потеряет мощность до 30% и в эксплуатацию его пускать нельзя — только проверка. Ну а далее уже меняем транзисторы на новые, но включаем блок последовательно через лампу накала 220В 100Вт. Блок нагружаем например на старый HDD. Если лампа горит в пол накала и HDD запустился (трогаем пальцами), на блоке крутится вентилятор — есть вероятность, что на этом ремонт закончен. Запускаем без лампы с уменьшенной в 3 раза величиной предохранителя. И сейчас не сгорел? Ну тогда впаиваем родной F1 и вперёд на часовой тест под эквивалентом нагрузки ватт на 300-500! Горящая полным накалом лампа вам говорит об полном открытии ключевых транзисторов или их заупокойном состоянии, ищем проблему перед ними.
Если на каком-то этапе не повезло, возвращаемся к новой покупке транзисторов, не забыв при этом купить и контроллер CM6800G. Меняем детали, повторяем всё заново. Не забываем визуально осмотреть всю плату!
Симптомы:
— блок запускается через раз или когда постоит 5 минут включенным в сеть;
— у вас ниоткуда появился неисправный HDD;
— вентиляторы крутятся, но система не загружается, BIOS не пикает при запуске;
— вздулись конденсоры на материнской плате, видеокарте;
— система произвольно перезагружается, зависает.
Диагноз: высохли электролитические конденсаторы.
Лечение:
— разобрать блок и визуально найти вздутые конденсаторы;
— лучшее решение поменять все на новые, а не только вздутые;
Незапуск происходит из за высохших конденсаторов дежурки C43, C44, C45, C49;
Отказы компонентов происходят из-за повышения пульсаций в цепи +5В, +12В вследствие высыхания конденсатов фильтров.
Симптомы:
— блок свистит или пищит;
— тон свиста меняется под нагрузкой;
— блок свистит только пока холодный или пока горячий.
Диагноз: Трещины печатной платы или непропай элементов.
Лечение:
— разбираем блок;
— визуально осматриваем печатную плату в местах пайки ключевых транзисторов и дросселей фильтров на предмет овальных трещин на месте пайки;
— если ничего не нашли, то всё равно пропаиваем ножки силовых элементов.
— проверяем и наслаждаемся тишиной.
Остальных неисправностей великое множество, вплоть до внутренних обрывов или межвитковых пробоев, трещин в плате и деталях, и прочее. Особенно досаждают температурные неисправности, когда работает пока не нагреется или не остынет.
Блоки питания других производителей имеют похожий принцип работы, который позволит найти и устранить неисправность.
В конце пара советов по БП:
1. Никогда не выключайте из розетки работающий блок питания с APFC! Сначала припаркуйте систему, а потом вынимайте из розетки или выключайте не удлинителе — иначе доиграетесь…
При пропадании напряжения в момент работы блока тянется дуга и происходит искрение, что приводит к куче гармоник отличных от 50Гц — это раз, напряжение убывает и ключи APFC пытаются удержать стабильное напряжение на выходе, открываясь при этом полностью и на большее время, вызывая ещё больший ток и дугу — это два. Это приводит к пробою открытых транзисторов огромными токами и неконтролируемыми напряжениями гармоник — это три. Это легко проверить, если есть желание. Лично я уже проверил… теперь написал эту статью и потратил 25$ на ремонт. Вы можете тоже написать свою. Кстати у FSP Epsilon 1010 кнопка на корпусе отключает не провод питания, а систему управления, при этом все силовые элементы остаются под напряжением — будьте осторожны! Поэтому, если уж нужно срочно выключить комп, то делайте это кнопкой питания на блоке — тут всё продумано.
2. Если вы заранее знаете, что будете работать с бесперебойником, то покупайте блок питания с PPFC. Это избавит вас от ненужных проблем.
В рассказе я старался не приводить лишних графиков, схем, формул и технических терминов, чтобы на пятой строке не отпугнуть рядового мучителя своего ПК, более глубокое понимание основ питания которого, продлит ему время безотказной работы.
Сейчас самое время разобрать системник и определить модель вашего блока питания, заодно и пыль с него вытряхнуть. Одну неисправность вы уже предотвратили. Чистым он с благодарностью будет служить дольше. Смажьте вентилятор, это тоже приветствуется.
Кто дочитал статью до конца — всем спасибо!
Теперь ваш БП в безопасности.
В данном разделе представлены блоки питания (сетевые адаптеры) и зарядные устройства, распределенные по следующим подгруппам:
НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания - самые распространенные трансформаторные блоки питания. Обеспечивают выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор и выпрямитель. В нестабилизированных блоках питания выходное напряжение соответствует номинальному только при номинальном сетевом напряжении (220V) и номинальном токе нагрузки.
Эти блоки пригодны для питания осветительных и нагревательных приборов, электромоторов и любых устройств со встроенным стабилизатором напряжения (например, большинство радиотелефонов и автоответчиков).
Такие блоки питания как правило имеют значительный уровень пульсаций сетевого напряжения и не пригодны для питания звуковой техники (радиоприемников, плееров, музыкальных синтезаторов). Для этих устройств следует применять стабилизированные блоки питания.
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания. Обеспечивают СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ - означает, что выходное напряжение не зависит (или почти не зависит) от изменения сетевого напряжения (в разумных пределах) и от изменения тока нагрузки. В отличие от нестабилизированных блоков питания в стабилизированных выходное напряжение будет одинаковым как на холостом ходу так и при номинальной нагрузке. Кроме того, в таких блоках питания как правило достаточно малы пульсации напряжения переменного тока на выходе.
Стабилизированный блок питания практически всегда может заменить нестабилизированный (но разумеется не наоборот). Поэтому, если Вы не знаете, какой блок питания постоянного тока нужен для Вашей бытовой аппаратуры - стабилизированный или нестабилизированный, то используйте СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ или ИМПУЛЬСНЫЙ блок питания.
- Большой КПД
- Незначительный нагрев
- Малый вес и габариты
- Как правило бОльший допустимый диапазон сетевого напряжения
- Как правило имеют встроенную защиту от перегрузки и замыканий на выходе
ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания получают все большее распространение т.к. сейчас затраты на изготовление даже сложной электронной начинки ниже чем на массивный сетевой трансформатор из меди и железа. Стоимость импульсных блоков питания даже малой мощности (около 5Вт) для такой бытовой техники как, например, радиотелефоны и автоответчики, вплотную приближается к стоимости трансформаторных. Следует также учитывать экономию на транспортных расходах при доставке - импульсные блоки питания легче трансформаторных.
Некоторые люди имет предубеждение против применения импульсных блоков питания. С чем оно может быть связано?
- Импульсные блоки питания схемотехнически сложнее трансформаторных. Самостоятельный ремонт их пользователем вряд ли возможен;
- Блоки питания самодельщиков и мелких кооперативов 90-х годов прошлого века отличались малой надежностью. Сейчас это не так - по нашему опыту процент отказов (по различным причинам, в т.ч и из-за перегрузок и перепадов сетевого напряжения) у импульсных блоков питания не превышает этого показателя у трансформаторных .
Современные ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания достаточно надежны. Например, на все блоки питания Robiton® дается гарантия 1 год.
ПЕРЕМЕННЫЕ - блоки питания с выходным напряжением переменного тока. Применяются для питания осветительных и нагревательных электроприборов, а также для тех бытовых приборов, которые содержат внутренний выпрямитель напряжения (например многие радиотелефоны Siemens, Toshiba, ряд автоответчиков). Значок напряжения переменного тока указывается на корпусе приборов в виде символов: ~ или AC .
АДАПТЕРЫ 220V-110V AC (автотрансформаторные) - эти изделия хоть и похожи по выходным характеристикам на блоки питания с ПЕРЕМЕННЫМ выходным напряжением, но выполнены по автотрансформаторной схеме. Это дает возможность снизить габариты и вес устройства, и обеспечить относительную стабильность выходного напряжения 110V на холостом ходу. При этом гальваническая развязка выходной цепи от входной не обеспечивается. Данные адаптеры применяются для питания техники из США и некоторых других стран.
Таким образом, будем относить к ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВАМ, например, устройство заряда аккумуляторов для фотоаппарата, если аккумуляторы при этом вынимаются из него и вставляются в зарядное устройство. А сетевой адаптер, подключаемый к фотоаппарату (и при этом также обеспечивающий заряд аккумуляторов, но уже внутри него) отнесем к БЛОКАМ ПИТАНИЯ.
При подборе блока питания для Вашей бытовой аппаратуры (взамен поломанного или утраченного) соблюдайте несколько простых правил:
Выясните, постоянное (DC) или переменное (AC) напряжение нужно Вашему прибору. Обращайте внимание на надписи на корпусе прибора и на выходное напряжение блока питания (OUTPUT).
Выясните величину требуемого напряжения, а также, стабилизированное или нестабилизированное питание требуется Вашему прибору.
Выясните потребляемый прибором ток. Выбирайте блок питания с током не менее , чем потребляет Ваш прибор.
При подключении блоков питания с постоянным выходным напряжением (DC) и зарядных устройств всегда соблюдайте полярность! Подключение в неправильной полярности может привести к выходу из строя как Вашего бытового прибора так и самого блока питания! Внимательно изучите маркировку полярности на бытовом приборе и блоке питания или в технической документации на них. При отсутствии информации на блоке питания для определения полярности воспользуйтесь тестером.
Примечание! Во многих случаях незначительная разница (в несколько десятых долей вольта) питающего напряжения не сказывается отрицательно на работе бытовых приборов. В большей степени это касается нестабилизированных блоков питания и блоков с переменным выходным напряжением. Если Вы не можете найти блок питания с "экзотическими" параметрами, то попробуйте применить блок с несколько меньшим напряжением.
Если Вы затрудняетесь самостоятельно подобрать блок питания для Вашего бытового прибора то принесите его и(или) старый неисправный блок питания в наш магазин - продавцы-консультанты будут рады Вам помочь, а также провести проверку на месте.
Не редко даже опытные электронщики допускают ошибки при подключении источника питания к электронным устройствам, происходит это конечно же не из - за отсутствия определенных навыков и знаний, а часто из - за спешки или не внимательности. Феномен известный - переполюсовка, и для приборов питающихся постоянным напряжением частенько такое включение бывает фатальным.
Многие производители устройств питающихся от отдельного источника питания (например: автомобильные усилители, автомагнитолы, портативные телевизоры и мониторы и др.) применяют защиту от переполюсовки в своих устройствах, как правило это обычный диод включенный по входу после предохранителя рис. 1., в таких устройствах после переполюсовки сгорает предохранитель и как правило пробивает защитный диод, на исправление ошибки уже потребуется потратить время хоть и не много.
Минусов в этой схеме не мало, и зачастую "псевдо мастера" пытаются починить это все по месту и с гвоздем вместо предохранителя все же дожигают устройство. .
Другое дело если бы устройство питалось от любой полярности, то есть само коммутировало себе питание, своеобразная "защита от дураков" - если так можно сказать. Первое что приходит на ум это конечно старый добрый диодный мост на входе в устройство рис. 2.
Такое устройство будет питаться от любой полярности, ну и конечно же и от переменного и импульсного тока тоже, как видно на схеме выше, при питании от разной полярности ток просто протекает через определенный диод, и как не подключай питание - устройство будет работать, и страшного ничего не произойдет. Но конечно же в этой схеме есть и существенные недостатки: статические потери при протекании токов, от сюда и потеря напряжения и выделение существенного тепла, поэтому применять такую схему можно только для устройств с малым током потребления.
Вариант улучшенной схемы коммутатора питания показан на рис.3, здесь вместо диодов применяются MOSFET-транзисторы, два P-канальных и два N-канальных, поскольку сопротивление сток-исток в открытом состоянии (RDS(on)) ничтожно мало, а транзисторы после включения постоянно в одном состоянии, то и потери в этой схеме просто мизерные. Нагрева в режиме ключа так же по понятным причинам нет.
Рассмотрим как работает схема, при подаче питания, напряжение через резисторы R1, R2 попадает на затворы VT1, VT2, VT3, VT4, а поскольку P-канальные транзисторы открываются отрицательным напряжением, N-канальные положительным, у нас в зависимости от полярности питания откроется пара VT1, VT4 или VT2, VT3 в обоих случаях на анодах VD1, VD3 будет минус , а на катодах VD2, VD4 плюс питания. Таким образом получаем автоматический коммутатор входной полярности.
Теперь о деталях: Транзисторы VT1, VT2, VT3, VT4, выбираются в зависимости от напряжения питания и тока потребителя, собственно схему можно выполнить вообще без стабилитронов и резисторов в случае если питающее напряжение не превышает максимально допустимое напряжение на затворах. Стабилитроны VD1, VD2, VD3, VD4 - ограничивают максимальное напряжение на затворах, их значение должно быть близко к максимальному напряжению затворов, но не превышать его. Резисторы R1, R2 токоограничивающие, их сопротивление можно рассчитать по формуле
R = (Uвх-Uстаб.) / Iстаб.
Где:
R - сопротивление резисторов в кОм
Uвх. - максимальное напряжение на входе
Uстаб. - напряжение стабилизации стабилитронов
Iстаб. - макс. ток стабилизации стабилитрона
Решение об обоснованности применения той или иной цепи в своих устройствах как правило принимает конструктор, но порой достаточно простая защита может избавить от многих бед при наладке и использовании устройств.
В выходные я сел и разобрался со всем моим хламом электроники. В рамках этого процесса я взял все свои блоки питания и адаптеры и сложил их в одну коробку. Это оказалось довольно большой коробкой. Я готов поспорить, что в каждом конкретном доме имеется дюжина или более различных типов зарядных устройств для смартфонов, адаптеров переменного / постоянного тока, блоков питания, силовых кабелей и вилок зарядок.
Наличие такого количества зарядных устройств может быть довольно неприятным. Их легко отделить от телефона, ноутбука, планшета или маршрутизатора. И как только это произойдет, может быть невероятно трудно понять, что и с чем используется. Решение по умолчанию для этого заключается в том, чтобы попробовать случайные штекеры, пока не найдете тот, который подходит для Вашего устройства. Тем не менее, это опасная игра. Если вы возьмете несовместимый адаптер питания, лучший вариант - это то, что он работает, хотя и не так, как предполагал производитель. Второй наихудший сценарий - Вы сожжете гаджет, который пытаетесь включить. В худшем случае Вы сжигаете свой дом.
В этой статье я расскажу Вам, как, покопавшись в такой коробке с зарядками, находить правильный адаптер питания для Вашего устройства. Затем я расскажу Вам, почему это так важно.
Следующее может привести к повреждению Вашего устройства:
• Обратная полярность
• Адаптер с более высоким напряжением, чем номинальное для устройства
Следующие действия могут повредить Ваш шнур питания или адаптер:
• Обратная полярность
• Более низкий ток на выходе адаптера, чем требуется для работы устройства
Следующее может не привести к повреждению, но устройство не будет работать должным образом:
• Более низкое напряжение на выходе адаптера, чем номинальное для устройства
• Более высокий ток на выходе адаптера, чем номинальный для устройства
Очень краткое введение в электрическую терминологию
Каждый адаптер переменного / постоянного тока специально разработан для приема определенного входа переменного тока (обычно это стандартный выход из розетки 220В переменного тока в Вашем доме) и преобразования его в определенный выход постоянного тока. Кроме того, каждое электронное устройство специально разработано для приема определенного входа постоянного тока. Разъем должен соответствовать выходу DC адаптера к входу DC вашего устройства. Определение выходов и входов ваших адаптеров и устройств является сложной частью. Адаптеры питания немного похожи на консервы. Некоторые производители размещают много информации на этикетке. Другие помещают только несколько деталей. И если на этикетке нет информации, действуйте с особой осторожностью. Самые важные детали для Вас и Вашей электроники - это напряжение и ток. Напряжение измеряется в вольтах (В), а ток измеряется в амперах (А). (Возможно, вы также слышали о сопротивлении (Ω), но это обычно не отображается на адаптерах питания.).
Чтобы понять, что означают эти три термина, полезно думать об электричестве как о воде, протекающей по трубе. В этой аналогии напряжение будет давлением воды. Ток, как следует из термина, относится к скорости потока. И сопротивление относится к размеру трубы. Изменение любой из этих трех переменных увеличивает или уменьшает количество электроэнергии, передаваемой на Ваше устройство. Это важно, потому что слишком мало энергии означает, что Ваше устройство не будет заряжаться или работать правильно. Слишком много энергии генерирует избыточное тепло, которое является проклятием для электроники.
Другой важный термин, который нужно знать, это полярность. Для постоянного тока есть положительный полюс (+) и отрицательный полюс (-). Для работы адаптера положительный штекер должен совмещаться с отрицательной розеткой или наоборот. Постоянный ток по своей природе является улицей с односторонним движением, и все просто не получится, если Вы попытаетесь подняться по водосточной трубе.
Если Вы умножите напряжение на ток, вы получите мощность. Но количество Ватт не скажет Вам, подходит ли адаптер для вашего устройства.
Если производитель был достаточно умен (или обязан по закону) включить вывод постоянного тока на этикетке, Вам повезло. Посмотрите на этикетку адаптера (слово Выход или Output). Здесь Вы увидите Вольт, затем символ постоянного тока, а затем ток. Символ DC выглядит следующим образом:
Чтобы проверить полярность, найдите знак + или - рядом с напряжением. Или посмотрите на диаграмму, показывающую полярность. Обычно он состоит из трех кружков, с плюсом или минусом с каждой стороны и сплошным кружком или C в середине. Если знак + справа, то адаптер имеет положительную полярность:
Далее посмотрите на Ваше устройство, информацию для входа постоянного тока. Обычно Вы видите, по крайней мере, напряжение возле розетки постоянного тока. Вы можете найти как напряжение, так и ток в другом месте на устройстве, внизу или внутри крышки батарейного отсека или в руководстве. Опять же, ищите полярность, отмечая символ + или - или диаграмму полярности. Помните: вход устройства должен совпадать с выходом адаптера. Это включает в себя полярность. Если устройство имеет вход постоянного тока + 12В / 5.4 А, приобретите адаптер с выходом постоянного тока + 12 В / 5.4 А. Если у Вас есть универсальный адаптер, убедитесь, что он имеет правильный номинальный ток и что Вы выбрали правильное напряжение и полярность.
В идеале на адаптере и устройстве должно быть одинаковое напряжение, ток и полярность. Но что, если Вы случайно (или целенаправленно) используете не тот адаптер? В некоторых случаях штекер не подходит. Но есть много случаев, когда несовместимый адаптер питания подключается к Вашему устройству. Вот что Вы можете ожидать в каждом сценарии:
• Слишком низкое напряжение - если напряжение на адаптере ниже, чем на устройстве, но ток тот же, то устройство может работать, хотя и с перебоями. Если мы вспомним нашу аналогию напряжения с давлением воды, то это будет означать, что устройство имеет «низкое кровяное давление». Эффект низкого напряжения зависит от сложности устройства. Динамик, например, может быть в порядке, но он не будет таким громким. Более сложные устройства могут давать сбои и могут даже отключиться, когда обнаружат пониженное напряжение. Обычно состояние пониженного напряжения не приводит к повреждению или сокращению срока службы Вашего устройства.
• Слишком высокое напряжение - если у адаптера более высокое напряжение, но ток тот же, то устройство, вероятно, отключится при обнаружении перенапряжения. Если этого не произойдет, то он может работать и греться сильнее, чем обычно, что может сократить срок службы устройства или вызвать немедленное повреждение.
• Слишком высокий ток - если адаптер имеет правильное напряжение, но ток больше, чем требуется для входа устройства, проблем не должно быть. Например, если у Вас есть ноутбук, который требует ввода постоянного тока 19В / 5А, но Вы используете адаптер постоянного тока 19В / 8А, Ваш ноутбук все равно получит требуемое напряжение 19В, но будет потреблять только 5А тока. Это плюс длоя срока службы блока питания, так как ему придется выполнять меньше работы.
• Слишком низкий ток - если адаптер имеет правильное напряжение, но номинальный ток адаптера ниже, чем на входе устройства, то может произойти несколько вещей. Устройство может включиться и просто потреблять больше тока от адаптера, чем рассчитано. Это может привести к перегреву или выходу из строя адаптера. Или устройство может включиться, но адаптер может не выдержать, в результате чего напряжение упадет (см. Выше слишком низкое напряжение). Для ноутбуков, работающих на адаптерах с пониженным током, Вы можете увидеть заряд батареи, но ноутбук не включается или может работать от батареи, но батарея не заряжается. Итог: плохая идея использовать адаптер с более низким номинальным током, так как это может вызвать перегрев.
Все вышеперечисленное - это то, что Вы можете увидеть, основываясь на простом понимании полярности, напряжения и тока. Эти перспективы не принимают во внимание различные защиты универсальность адаптеров и устройств. Производители могут также добавить звезд в свои рейтинги. Например, Ваш ноутбук может быть рассчитан на 8А, но на самом деле он потребляет только около 5А. И наоборот, адаптер может быть рассчитан на 5А, но на самом деле может выдерживать токи до 8А. Кроме того, некоторые адаптеры и устройства будут иметь функции переключения напряжения или тока или функции обнаружения, которые будут регулировать выход / потребление в зависимости от того, что необходимо. И, как уже упоминалось выше, многие устройства будут автоматически отключаться, прежде чем это приведет к повреждению. При этом, я не рекомендую обманывать запас по мощности. Чем сложнее устройство, тем больше вероятность того, что что-то пойдет не так.
Есть какие-нибудь предостерегающие истории об использовании неправильного адаптера переменного / постоянного тока? Расскажите нам в комментариях!
Читайте также:
- Как выглядит видеокарта на компьютере
- Fable 3 требует диск
- Почему не загружается оперативное обновление в pes 2020 на ps4
- Gtx 660 какой directx поддерживает видеокарта
- Как почистить двд плеер чистящим диском