Чем импульсный блок питания отличается от трансформаторного: Отличия импульсных источников питания от трансформаторных

Чем отличается импульсный блок питания от обычного: особенности и отличия

Обновлено: 12.07.2020 18:18:04

Эксперт: Лев Сагалович

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.

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:

1. 
   Простота сборки и конструирования. БП необходимой мощности можно собрать самостоятельно – достаточно лишь понимать принцип работы и точно осознавать, для каких целей планируется использовать аппарат;

2. 
   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;

3. 
   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;

4. 
   Не создают паразитные радиоволновые токи. Благодаря этому помехи в питающей сети или в конечных потребителях практически не наблюдаются.

Ключевые недостатки обычных блоков питания:

1. 
   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;

2. 
   Крупногабаритные. Причём чем мощнее БП – тем больше его вес и размеры. Как следствие, высокомощные и вовсе могут быть маломобильными;

3. 
   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.

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

1. 
   Ток из сети поступает на сетевой фильтр, минимизирующий входящие и исходящие искажения;

2. 
   Преобразователь трансформирует синусоиду переменного тока в импульсный постоянный ток;

3. 
   Инвертор, контролируемый через модуль управления, формирует из импульсного постоянного тока прямоугольные высокочастотные сигналы;

4. 
   Ток поступает на импульсный трансформатор, который подаёт напряжение на различные элементы самого БП, а также на нагрузку;

5. 
   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:

1. 
   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;

2. 
   Компактные размеры и малый вес. Это достигается за счёт того, что импульсным БП не требуется массивный трансформатор.

Ключевые недостатки импульсных блоков питания:

1. 
   Конструкционная сложность. Собрать такое устройство в домашних условиях без знаний в области электроники или электротехники практически невозможно;

2. 
   Заметный нагрев при работе. Поэтому высокомощные импульсные БП оснащаются дополнительными системами охлаждения, которые приводят к увеличению размера и массы устройства;

3. 
   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»;

4. 
   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.

Сравнение импульсного и обычного блоков питания

Сравним эти два типа устройств, определив, какие лучше использовать в той или иной ситуации.

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.

принцип работы, виды и расчёт

Импульсные трансформаторы (ИТ) являются востребованным прибором в хозяйственной деятельности. Часто  устанавливают в блоки питания бытовой, компьютерной, специальной техники. Импульсный трансформатор своими руками создают мастера с минимальным опытом работы в области радиотехники. Что это за устройство, а также принцип работы будут рассмотрены далее.

Область применения

Задача импульсного трансформатора заключается в защите электрического прибора от короткого замыкания, чрезмерного увеличения значения напряжения, нагрева корпуса. Стабильность блоков питания обеспечена импульсными трансформаторами. Подобные схемы применяются в триодных генераторах, магнетронах. Импульсник применяется при работе инвертора, газового лазера. Данные приборы устанавливают в схемах в качестве дифференцирующего трансформатора.

Радиоэлектронная аппаратура основана на трансформаторной способности импульсных преобразователей. При использовании импульсного блока питания организовывается работа цветного телевизора, обычного компьютерного монитора и т. д. Помимо обеспечения потребителя током требуемой мощности и частоты, трансформатором выполняется стабилизация значения напряжения при работе оборудования.

Видео: Как работает импульсный трансформатор?

Требования к приборам

Преобразователи в блоках питания обладают рядом характеристик. Это функциональные устройства, имеющие определенную габаритную мощность. Они обеспечивают правильное функционирование элементов в схеме.

Импульсный бытовой трансформатор обладает надежностью и высоким перегрузочным порогом. Преобразователь отличается стойкостью к механическим, климатическим воздействиям. Поэтому схема импульсного блока питания телевизоров, компьютеров, планшетов. отличается повышенной электрической устойчивостью.

Приборы обладают небольшой габаритной характеристикой. Стоимость представленных агрегатов зависит от области применения, трудозатрат на изготовление. Отличие представленных трансформаторов от иных подобных приборов заключается в их высокой надежности.

Принцип работы

Рассматривая, как работает агрегат представленного типа, нужно понять отличия между обычными силовыми установками и устройствами ИТ. Намотка трансформатора имеет разную конфигурацию. Это две катушки, связанные магнитоприводом. В зависимости от количества витков первичной и вторичной намотки, на выходе создается электричество с заданной мощностью. Например, в трансформаторе преобразовывается напряжение 12 в 220 В.

На первичный контур подаются однополярные импульсы. Сердечник остается в состоянии постоянного намагничивания. На первичной намотке определяются импульсные сигналы прямоугольной формы. Интервал между ними во времени короткий. При этом появляются перепады индуктивности. Они отражаются импульсами на вторичной катушке. Эта особенность является основой принципов функционирования подобного оборудования.

Разновидности

Выделяют разные типы импульсной схемы силового оборудования. Агрегаты отличаются в первую очередь формой конструкции. От этого зависят эксплуатационные характеристики. По виду обмотки различают агрегаты:

• Тороидальный.
• Броневой.
• Стержневой.
• Бронестержневой.

Поперечное сечение сердечника бывает прямоугольное, круглое. Маркировка обязательно содержит информацию об этом факте. Также различают тип обмоток. Катушки бывают:

• Спиральные.
• Цилиндрические.
• Конические.

В первом случае индуктивность рассеивания будет минимальной. Представленный тип преобразователя применяется для автотрансформаторов. Намотка при этом выполняется из фольги или тенты из специального материала.

Цилиндрический тип обмотки характеризуется низким показателем рассеивания индуктивности. Это простая , технологичная конструкция.

Конические разновидности значительно уменьшают рассеивание индуктивности. Емкость обмоток при этом мало увеличивается. Изоляция между двумя слоями обмоток пропорциональна напряжению между первичными витками. Толщина контуров увеличивается от начала к концу.

Представленное оборудование отличается различными эксплуатационными характеристиками. В их число входят габаритная мощность, напряжение на первичной, вторичной обмотке, масса и размер. При указании маркировки учитываются перечисленные характеристики.

Преимущества

Блоки питания с импульсным устройством обладают массой достоинств перед аналоговыми приборами. Именно по этой причине их подавляющее большинство изготавливается по представленной схеме.

Трансформаторы импульсного типа отличаются следующими преимуществами:

1. Малый вес.
2. Низкая цена.
3. Повышенный уровень КПД.
4. Расширенный диапазон напряжения.
5. Возможность встроить защиту.

Меньшим весом конструкция обладает из-за увеличения частоты сигнала. Конденсаторы уменьшаются в объеме. Схема их выпрямления наиболее простая.

Сравнивая обычные и импульсные блоки питания, видно, что в последних потери энергии сокращаются. Они наблюдаются при переходных процессах. КПД при этом может составлять 90-98%.

Меньшие габариты агрегатов позволяют снизить затраты на производство. Материалоемкость конечного продукта значительно уменьшается. Запитывать представленные аппараты можно от тока с различными характеристиками. Цифровые технологии, которые применяются при создании малогабаритных моделей, позволяют применять в конструкции специальные защитные блоки. Они предотвращают появление короткого замыкания, прочие аварийные ситуации.

Единственным недостатком импульсных разновидностей устройств является появление высокочастотных помех. Их приходится подавлять различными методами. Поэтому в некоторых разновидностях точных цифровых приборов подобные схемы не используются.

Разновидности материалов

Представленное оборудование изготавливается из различных материалов. Создавая блоки питания представленного типа, потребуется рассмотреть все возможные варианты. Применяются следующие материалы:

1. Электротехническая сталь.
2. Пермаллой.
3. Феррит.

Одним из лучших вариантов является альсифер. Однако его практически не найти в свободной продаже. Поэтому, желая создать оборудование самостоятельно, его не рассматривают в качестве возможного варианта.

Чаще всего для создания сердечника применяется электротехническая сталь марок 3421-3425, 3405-3408. Магнитно-мягкими характеристиками известен пермаллой. Это сплав, который состоит из никеля и железа. Его легируют в процессе обработки.

Для импульсов, интервал которых находится в пределах наносекунды, используется феррит. Этот материал имеет высокое удельное сопротивление.

Расчет

Чтобы создать и намотать трансформаторные контуры самостоятельно, потребуется произвести расчет импульсного трансформатора. Применяется специальная методика. Сначала определяют ряд исходных характеристик оборудования.

Например, на первичной обмотке установлено напряжение 300 В. Частота преобразования равняется 25 кГц. Сердечник выполнен из ферритового кольца типоразмером 31 (40х25х11). Сначала потребуется определить площадь сердечника в поперечном сечении:

П = (40-25)/2*11 = 82,5 мм².

Далее можно просчитать минимальное количество витков:

На основе полученных данных можно найти диаметр сечения провода, который потребуется для создания контуров:

Д = 78/181 = 0,43 мм.

Площадь сечения в этом случае равняется 0,12 м². Максимально допустимый ток на первичной катушке при таких параметрах не должен превышать 0,6 А. Габаритную мощность можно определить по следующей формуле:

ГМ = 300 * 0,6 = 180 Вт.

На основе полученных показателей можно самостоятельно рассчитать параметры всех составляющих будущего прибора. Создать трансформатор этого типа станет увлекательным занятием для радиолюбителя.

Подобный аппарат является надежным и качественным при правильной последовательности всех действий. Расчет проводится для каждой схемы индивидуально. При изготовлении подобного оборудования вторичная обмотка должна замыкаться на нагрузку потребителя. В противном случае прибор не будет считаться безопасным.

От типа сборки, материалов и прочих параметров зависит работа трансформатора. Качество схемы напрямую зависит от импульсного блока. Поэтом расчетам, выбору материалов уделяется высокое значение.

Интересное видео: Импульсный трансформатор своими руками

Рассмотрев особенности импульсных трансформаторов, можно понять их важность для многих радиоэлектронных схем. Создать подобное устройство самостоятельно можно только после соответствующего расчета.

Импульсный трансформатор принцип работы

Принцип работы импульсного трансформатора

Современные электронные и электрические приборы имеют достаточно сложное устройство.

Их эффективную и бесперебойную работу обеспечивает большое количество составляющих.

Одной из них является импульсный трансформатор, принцип работы которого основывается на активном преобразовании электрического тока.

Основная функция

Устройства, работа которых зависит от электрического тока, оснащаются импульсными трансформаторами.

Делается это для того, чтобы обеспечить защиту от короткого замыкания, слишком высокого напряжения, исходящего от сети, и перегревания корпуса электроприборов.

Он присутствует как в технике, используемой в быту (цветных телевизорах, компьютерных мониторах), так и в специальном оборудовании, в основе которого заложено действие импульса (газовых лазерах, магнетронах, триодных генераторах, дифференцирующих трансформаторах).

Механизм действия и виды устройств

Работа импульсного трансформатора обеспечивается за счёт пары катушек, соединённых магнитоводом и имеющих обмотку различной конфигурации.

Количество витков на обмотке определяет мощность электрической энергии, получаемой на выходе.

Первичный контур обмотки принимает на себя однополярные импульсные сигналы. На ней же определяются импульсы с коротким временным интервалом, имеющие прямоугольную форму. Затем эти же импульсы находят отражение на вторичной обмотке. Принцип отражения является основным в работе всех ИТ.

Трансформаторы могут иметь различное устройство.

В зависимости от типа обмотки выделяют следующие разновидности прибора:

• тороидальный,
• стержневой,
• броневой,
• бронестержневой.

Импульсный трансформатор: принцип действия и функциональные особенности

Трансформатор представляет собой достаточно сложное техническое устройство, основной функцией которого служит преобразование определенных свойств и качеств электрической энергии, таких, как напряжение или крутящий момент. Также современный трансформатор способен превращать переменный ток в постоянный и наоборот.

Среди огромного разнообразия используемых в настоящее времяприборов особо следует выделить их импульсные разновидности.

Импульсный трансформатор широко используется в системах связи, ВТ, устройствах автоматики, для внесения изменений амплитуды импульсов, а также их полярности. Главное условие для успешной работы данного вида прибора состоит в том, что искажение сигнала, который передается с его помощью, должно быть минимальным.

Импульсный трансформатор основывается в своей деятельности на следующем принципе: в то время как на его вход поступают прямоугольные импульсы определенного напряжения, в первичной обмотке постепенно появляется электрический ток, сила которого постепенно начинает увеличиваться. Это, в свою очередь, повлечет за собой изменение магнитного поля и появление электродвижущей силы во вторичной обмотке. В этом случае искажения сигнала практически не происходит, а возможные потери тока настолько малы, что ими можно пренебречь.

Что касается отрицательной части импульса, появление которой неизбежно в то время, как импульсный трансформатор выходит на проектную мощность, то его влияние можно свести к минимуму, установив простой диод во вторичную обмотку. Тем самым и здесь импульс станет максимально близким к прямоугольному.

Импульсный трансформатор отличается от других разновидностей данной технической системы тем, что работает исключительно в ненасыщенном режиме. Его магнитопровод изготавливается из специального сплава, который в обязательном порядке обладает значительной пропускной способностью магнитного поля.

Помимо импульсных, в современной энергетической и электронной промышленности используют следующие основные виды трансформаторов:

1. Деятельность ни одного современного радиоприбора невозможна без силовых трансформаторов. Их деятельность многогранна: с одной стороны, они необходимы для того, чтобы приемники можно было запитывать от обычной сети с переменным током, а с другой, для того, чтобы повышать или понижать напряжение той или иной частоты в усилителях. С этой функцией связана и важная конструктивная особенность силовых трансформаторов – вместо стальных сердечников здесь используют вставки из магнетита или карбонильного железа.
2. Еще одной разновидностью прибора, применяемого преимущественно в современных системах слежения и бортовых компьютерах самолетов, является вращающийся трансформатор. Его принцип действия заключается в том, что угол поворота рамки преобразуется в напряжение электрического тока. Внешне вращающийся трансформатор представляет собой небольшую электрическую машину, работающую исключительно от переменного тока. Кроме того, в зависимости от того, где эти трансформаторы применяются, они могут быть как двухполюсными, так и многополюсными.
3. В зависимости от того, какой ток поступает на первичную обмотку, выделяют трансформаторы переменного и постоянного тока. Основной вид первого типа – автотрансформатор, который состоит исключительно из одной катушки, которая непосредственно включается в электрическую цепь. Данный вид приборов предназначен исключительно для понижения напряжения и только для очень маленьких токов. Трансформатор постоянного тока – это более сложный прибор, состоящий из динамомашины и двигателя. В этом случае первичный ток вырабатывается двигатель, а вторичный – динамомашиной, которая приводится в движение тем же электродвигателем. Нередко встречается ситуация, когда трансформатор постоянного тока представляет собой двигатель и динамомомашину, соединенные между собой одним металлическим каркасом. Делается это для экономии материала, а также для повышение качества работы прибора.

Преимущества импульсного трансформатора

Он имеет небольшие габариты, более стабилен в работе, дает качественное напряжение и независящее от параметров исходной синусоиды.

Устройство импульсного блока питания и его принцип работы

В импульсном блоке питания на входе стоит сетевой фильтр, задача которого не допустить в сеть высокочастотные колебания, вырабатываемые этим устройством. Они могут повлиять на работу рядом расположенных приборов. 

Далее стоит сглаживающий фильтр, который выпрямляет синусоиду. Полученное на его выходе пилообразное напряжение подается на инвертор, преобразуется в импульсы, имеющие положительную и отрицательную полярность. Их параметры (частота и скважность) задаются при помощи блока управления. Частота обычно выбирается высокой — от 10 кГц до 50 кГц. Именно наличие этой ступени преобразования — генерации импульсов — и дало название этому типу преобразователей.

Блок-схема ИИП с формами напряжения в ключевых точках

Высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, который является гальванической развязкой от сети. Трансформаторы эти небольшие, так как с возрастанием частоты сердечники нужны все меньше. Причем сердечник может быть набран из ферромагнитных пластин (в линейных БП должен быть из более дорогой электромагнитной стали).

На выходном выпрямителе биполярные импульсы превращаются в положительные, а выходной фильтр на их основе формирует постоянное напряжение. Основное достоинство ИБП в том, что существует обратная связь, которая позволяет регулировать работу устройства таким образом, чтобы напряжение на выходе было близко к идеалу. Это дает возможность получать стабильные параметры на выходе, независимо от того, что имеем на входе.

Схемы импульсных блоков питания

Схема импульсного блока питания содержит пять обязательных блоков плюс обратная связь.

Вариант импульсного источника питания с выходным напряжением 5 В и 12 В и разной полярности

Входной фильтр

Схема простейшего входного фильтра

Конденсаторы используются специальные — X-типа. Икс-конденсаторы были разработаны специально для этих целей. Они выдерживают мгновенные киловольтные всплески напряжения (до 2,5 кВ), гася тем самым помехи между фазой и нейтралью (противофазные помехи). Дроссель — это ферритовый сердечник с намотанными лакированными медными проводами. В нем наводятся токи, нейтрализующие токи помех.

Приведенная выше схема входного фильтра для импульсного источника питания не устраняет помехи, которые возникают между фазой и землей (корпусом) или между нейтралью и корпусом. Для их нейтрализации в схему добавляют два конденсатора Y-типа (которые выдерживают скачки напряжения до 5 кВ). Специальная конструкция Y-конденсатора гарантирует обрыв цепи, а не короткое замыкание, в случае выхода его из строя.

Оба типа конденсаторов (X и Y), который ставят во входных фильтрах, выполняют из специальных негорючих материалов, так как они могут греться до очень высоких температур и могут стать причиной пожара. Именно в этом, да еще в конструктивных особенностях кроется причина их высокой стоимости (по сравнению с обычными).

Схема для компенсации всех типов помех

Но для корректной работы этой схемы необходимо рабочее заземление. Его надо подключить к корпусу блока питания. Без заземления, корпус блока питания будет находиться под напряжением около 110 В. Ток будет очень маленьким, но прикосновения будут ощутимы.

Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр

Как уже сказано выше, выпрямитель проводит предварительное выпрямление синусоиды. Если установлен один диод, он отсекает нижние (отрицательные) полуволны.

Сравнение однополупериодного и двухполупериодного выпрямителя. 

В самом простом случае выпрямитель — диод Шоттки, но может использоваться и диодный мост с параллельно подключенным конденсатором. Для диодных мостов часто применяют обычные диоды типа 1N4007, но лучше все-таки устанавливать все те же диоды Шоттки. Они «быстрее», так что можно получить лучше результаты на выходе.

Несколько схем фильтров разной степени сложности

Один диод ставят в блоках питания к недорогой технике. На его выходе напряжение имеет вид идущих с некоторыми промежутками положительных полуволн. На выходе диодного моста пульсации намного ниже, так что такой выпрямитель ставят для более требовательных к питанию приборов. Пульсирующее напряжение с выхода диода/диодного моста подается на конденсатор (он должен быть рассчитан на напряжение 270-400 В), который из полуволн делает «зубчики». Тут уже получаем более-менее стабильное постоянное напряжение.

Инвертор или блок ключей

На следующем блоке выпрямленное напряжение преобразуется в импульсы. Частота импульсов высокая — от 10 до 50 кГц. Есть два способа реализации этих блоков: при помощи микросхем, на основе автогенератора (блокинг-генератора).

Еще одна блок-схема ИИП

Во втором случае используется пара транзисторов, которые включаются попеременно, формируя на выходе последовательность импульсов. Частота переключений задается генератором. Такие схемы встречаются и сейчас, но большинство реализуется на микросхемах.

Пример схемы инвертора на транзисторах

Если есть микросхема, зачем городить огород из нескольких десятков деталей. Тем более, что требуемый тип микросхем широко распространен и стоит немного. Это так называемые ШИМ-контроллеры ( TL494, UC384х, Dh421,  TL431, IR2151, IR2153 и др).  К этим микросхемам надо добавить всего-лишь пару полевых транзисторов и несколько мелких деталей и получим требуемый инвертор.

Схема ИИП с ШИМ контроллером для обратноходового и полумостового преобразователей

ШИМ-контроллер отлично встраивается в любой тип схем. Он совместим с обратноходовыми, полумостовыми и мостовыми схемами выпрямителей. Естественно, отличается количество элементов, но все они простые и доступные.В обратноходовых схемах транзисторы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, чем подается на вход.

Устройство импульсного источника напряжения с ШИМ контроллером и двухтактным и мостовым выпрямителем

По полумостовым схемам построены импульсные блоки питания в осветительных приборах, в энергосберегающих и светодиодных лампах, электронный балласт для люминисцентных ламп (ЭПРА). Мостовые схемы применяют в более мощных блоках. Например, в сварочных инверторах.

Есть и более «серьезные» контроллеры, которые параллельно с работой, проверяют параметры входного и выходного напряжения и, при неисправностях, просто блокируют свою работу. Так как в импульсном блоке питания этот компонент, обычно, самый дорогой, это очень неплохо. Заменив неисправные детали (обычно резисторы или конденсаторы), получаем рабочий агрегат.

Силовой трансформатор

Узел трансформатора на блоке питания является одним из самых стабильных. В этом блоке содержится небольшая группа элементов которая нейтрализует выброс тока, который возникает на обмотках трансформатора при смене полярностей.

Эта группа называется «снаббер».

Рассматриваемый блок обведен красным, а снаббер — зеленым

Трансформатор — один из самых надежных элементов. В нем очень редко возникают проблемы. Он может повредиться при пробое инвертора. В этом случае через обмотку течет слишком высокий ток, который и выводит из строя трансформатор.

Схема блока силового трансформатора для ИИП

Работает все это следующим образом:

• На первом такте работы импульсного источника питания открыт ключ ВТ1 (полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа). Ток течет через первичную обмотку трансформатора, заряд накапливается в сердечнике.
• На втором такте ключ закрывается, ток течет во вторичной обмотке через диод VD2.
• При переключении на первичной обмотке возникает выброс, который вызван неидеальностью деталей. Тут в работу вступает снаббер. Его задача поглотить этот выброс, так как напряжение может быть достаточно большим и может повредить ключевой транзистор, что приведет к неработоспособности схемы. Ток выброса течет через первичную обмотку трансформатора, диод VD1, через сопротивление R1 и емкость C2.
• Далее полярность снова меняется, вступает в работу ключ ВТ1.

Номиналы выбираются исходя из параметров трансформатора. Подбор сложный, так что описывать его не имеет смысла. И еще: не во всех схемах есть снаббер, но его наличие увеличивает надежность и стабильность работы импульсного источника питания.

Несколько слов о диодах, которые используют в снабберах. Это может быть обычный диод, подобранный по параметрам, но более надежны схемы со стабилитроном. Еще может быть вариант без резистора и емкости, но с включенным навстречу супрессором (на схеме ниже).

Супрессор — это защитный диод, принцип работы похож на стабилитрон, вот только выравнивается импульсный ток и рассеиваемая мощность. Может быть несимметричный и симметричным.

Выходной выпрямитель и фильтр, стабилизатор

Наиболее простой и дешевый способ стабилизации используется в дешевых блоках питания — обратная связь на пассивных элементах. На схеме ниже, это два резистора R6 и R7, подключенные к вспомогательной обмотке силового трансформатора. Не слишком надежно, потому что есть влияние между обмотками, но просто и недорого.

Простой способ стабилизации

Второй вариант стабилизатора выходного напряжения сделан на стабилизаторе VD9 и оптроне HL1. Выходное напряжение складывается из падения на стабилитроне и напряжения на оптроне. Это чуть более надежная схема для ИИП средней мощности.

Стабилизация выхода ИИП при помощи стабилитрона и оптрона

Наиболее стабильные выходные показатели имеют схемы ИИП со стабилизатором  TL431.

TL431 — интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью. С внешним делителем TL431 способна стабилизировать напряжения от 2,5 до 36 В при токах до 100 мА.

ИБП с использованием микросхемы TL431 более сложные, но надежные. В таких схемах может быть подстроечный переменный резистор, который позволяет изменять выходное напряжение в небольших пределах. Обычно подстройка составляет не более 20%, так как в противном случае схема может быть нестабильной.

Схема со стабильным напряжением на выходе

Если подстройка выходного напряжения не нужна, лучше подстроечный резистор заменить обычным, так как переменные менее надежны.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 3 чел.
Средний рейтинг: 3.7 из 5.

О трансформаторных блоках питания для самых маленьких

Делал тут намедни презентацию на тему «Однополярные и двуполярные трансформаторные блоки питания», решил заодно и здесь продублировать. Наверное, будет полезно для начинающих.

Блок питания радиоэлектронной аппаратуры является вторичным источником питания, то есть он служит для преобразования электроэнергии (первичные — для ее производства). Как правило, происходит преобразование переменного тока напряжением 220 В в постоянный с напряжением, необходимым для нормальной работы устройства. Из этих функций вытекает структурная схема трансформаторного блока питания: трансформатор, выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор.

Последние две части могут отсутствовать, как, например, в трансформаторных зарядных устройствах ACP-7E телефонов Nokia.

В последнее время трансформаторные блоки активно вытесняются импульсными (легкими, компактными, способными переварить любую дрянь из розетки: 110-240 вольт, 50-60 Гц — трансформатор такого не потерпит), однако все еще есть ниши, где они актуальны: например, устройства высококачественного воспроизведения звука или радиоприемники, которые подвержены действию помех, излучаемых импульсными БП (да-да, некоторые экземпляры можно использовать как маленькие глушилки длинных, средних и коротких волн).

Рассмотрим наиболее простой и наиболее часто встречающийся подвид: однополярный трансформаторный блок питания

Сразу оговорюсь, что однополупериодная схема выпрямителя (один диод, как в детекторном приемнике) в трансформаторной схемотехнике не снискала популярности ввиду низкого КПД и высокого уровня пульсаций.

В разрывы первичной и вторичной обмотки включены предохранители (у современных трансформаторов по первичной обмотке включен термопредохранитель, срабатывающий при перегреве магнитопровода). По «вторичке» предохранителя может и не быть, но по «первичке» он обязателен — это электро- и пожаробезопасность.

Вторичных обмоток может быть несколько (на разные напряжения), у одной обмотки могут быть несколько отводов от разных витков… Все это можно узнать из паспорта на трансформатор.

Диодный мост выпрямляет напряжение, а конденсаторный фильтр сглаживает его пульсации (минимально рекомендуемая емкость — 100 мкФ, максимальная ограничивается экономическими соображениями, размерами корпуса устройства, максимально возможным током через диоды и здравым смыслом). Не стоит забывать о физике: на диодном мосту неизбежно потеряется 1 — 2 вольта, но после конденсатора то, что останется, увеличится в корень из двух (1,41) раз (конденсатор заряжается до амплитудного значения напряжения). Например, с трансформатора идут 12 вольт «переменки» (действующее значение). 1,4 вольта отдадим диодам — итого уже 10,6. А на конденсаторе будет 14,94 вольта (амплитудное значение). Поэтому рабочее напряжение конденсатора должно быть с запасом — 25 вольт вполне хватит, а вот 16 — это уже пороховая бочка. Может, и не долбанет, но ресурс быстрее выработается.

 Выходное напряжение снимается с конденсатора и может питать устройство как напрямую, так и через стабилизатор: в этом случае рекомендуется, чтобы выходное напряжение БП было на 3 — 5 вольт выше номинального выходного напряжения стабилизатора. Используя интегральные стабилизаторы серии L78XX и компоненты из примера выше, можно сделать шикарный блок питания на девять вольт. Или на двенадцать, если падение напряжения на самом стабилизаторе 2-3 вольта (эта информация находится в даташите микросхемы). Или на пять, но 14,94 — 5 = 9,94 вольта, которые надо куда-то девать. А куда? Только в тепло. Поэтому стабилизаторы на малое напряжение, подключенные к большому входному, очень сильно греются.

Это слайд-шоу требует JavaScript.

Примеры устройств с таким БП: радиоприемник VEF 216 (встроенный), радиотелефоны (внешний), магнитофон «Весна 306» (встроенный).

Это слайд-шоу требует JavaScript.

Принцип работы мостового выпрямителя незатейлив: в течение каждого полупериода ток идет через два диода, включенные в прямом направлении (на одном кремниевом диоде в среднем падает 0,7 вольт — отсюда и берется число потерь 1,4). Таким образом, на конденсатор будет приходить напряжение, пульсирующее с удвоенной частотой питающей сети. Если за эти полпериода конденсатор не будет успевать разрядиться, то можно рассчитывать на то, что уровень пульсаций выходного напряжения будет низок (здесь, например, это хорошо показано: красное напряжение — с конденсатора, серое — с моста).

Следующие схемотехнические решения можно заметить в звуковоспроизводящей аппаратуре высокого класса: это пленочные конденсаторы, шунтирующие первичную и вторичную обмотки трансформатора (высоковольтный C1, C2), керамические конденсаторы, шунтирующие диоды моста (C3—C6), и керамический или пленочный конденсатор емкостью 10 — 100 нФ, шунтирующий выходной электролитический (C7).

Конденсаторы на обмотках трансформатора предназначены для гашения высокочастотных помех от близких грозовых разрядов, щеточно-коллекторных узлов работающих электродвигателей и пр.

Шунтирование диодов помогает бороться с мультипликативной помехой радиоприему: она проявляется как фон в приемнике с частотой 100 Гц при настройке на мощную станцию в АМ-диапазоне.

Шунтирование выходного электролитического конденсатора помогает продлить срок его службы, так как «электролиты» склонны быстрее деградировать под действием высокочастотных помех. При наличии керамического или пленочного шунта малой емкости эти помехи через него закорачиваются на «землю».

Преимущества однополярных трансформаторных БП:

-Просты в изготовлении.
-Относительно легкие и маленькие.
-Легко обеспечить батарейное питание, что актуально для переносной техники (нужно всего лишь напыжевать достаточно батареек «в послед»).

К недостаткам можно отнести:

-Повышенное падение напряжение на выпрямителе (полтора вольта теряются, и при выпрямлении малого напряжения, например, трех вольт, это уже будет ощутимо — после конденсатора останется только 2,1 В).
-Мощные диоды в металлическом корпусе должны устанавливаться на радиатор через электроизолирующие прокладки, что в ряде случаев может быть затруднительно.

Следующий на очереди — двуполярный трансформаторный блок питания

Здесь используется трансформатор с двумя одинаковыми вторичными обмотками, соединенными последовательно (или это может быть одна обмотка со средней точкой). В этом случае средняя точка объявляется «землей», а с фильтров снимается напряжение как положительной, так и отрицательной полярности (измерения, разумеется, относительно «земли». И логично, что между «плюсом» и «минусом» 2Uвых).

Это слайд-шоу требует JavaScript.

Примеры устройств с таким БП: магнитофон «Вильма М-212С», усилитель «Радиотехника У-101», осциллограф «С1-94».

Это слайд-шоу требует JavaScript.

Диодный мост работает точно так же, как и в случае однополярного блока питания. Попеременно открываясь, то одна, то другая пара диодов пропускает переменное напряжение к конденсаторам фильтра.

К достоинствам двуполярного БП можно отнести:

-Значительное упрощение схем с операционными усилителями (исключаются цепочки, создающие «искусственный ноль» на входе — достаточно сравнить первую и вторую схемы отсюда).
-Уменьшение количества межкаскадных емкостей, так как в большинстве случаев постоянная составляющая сигнала отсутствует. А все мы знаем, что «электролиты» имеют свойство пересыхать.
-Акустика, подключенная к выходу исправного и настроенного усилителя с двуполярным питанием, не будет хлопать при включении, так как на выходе нет постоянной составляющей и конденсатора, блокирующего ее.

Однако есть и определенные недостатки:

-Снова повышенное падение напряжение на выпрямителе.
-Трансформатор со средней точкой сложен в изготовлении; он большой, тяжелый и совсем не портативный.
-Устройство чувствительно к перекосу плеч питания — например, если в звуковоспроизводящей технике при номинальных +/-14 вольт де-факто будут +12 и -16, форма выходного сигнала может сильно исказиться относительно нуля.
-«Исправный и настроенный усилитель», став вдруг неисправным, может выжечь акустику постоянным напряжением на выходе: нужна схема ее защиты при аварии.

Как следствие, такие блоки питания прижились в стационарной аппаратуре, где нет нужды в батарейном питании.

Необычная схема: однополярный БП с выпрямителем Миткевича

Этот блок питания также основывается на трансформаторе со средней точкой, но в качестве выпрямителя применяются два четвертьмоста, соединенные параллельно (выпрямитель Миткевича). Это двухполупериодный выпрямитель, и ток на фильтрующий конденсатор течет то с одной половины обмотки, то с другой через диод, находящийся в этот момент в прямом включении. Это было достаточно типичное решение для тех времен, когда диоды стоили дороже меди.

Пример устройства с таким БП: радиоприемник «Ишим».

Это слайд-шоу требует JavaScript.

Первым делом в глаза бросается то, что выпрямитель и фильтр включены по схеме с общим «плюсом», и с конденсатора снимается напряжение отрицательной полярности. Это обычная схемотехника 60-70-х гг.: тогда применялись германиевые транзисторы в основном p-n-p-структуры (ограничение технологии), у которых эмиттер подключается к «плюсу», а база и коллектор — к «минусу» питания.

В течение каждого полупериода ток протекает через один диод.

Положительными сторонами таких блоков питания можно считать:

-Экономию на диодах.
-Потери в выпрямители в два раза меньше, чем в мостовой схеме (ток в каждом полупериоде течет только через один диод).

Однако недостатки загнали этот вид блока питания в «Красную книгу РЭА»:

-Трансформатор со средней точкой сложен в изготовлении; он большой, тяжелый и совсем не портативный.
-В каждом полупериоде одна половина обмотки простаивает. Меди много, но работает она не вся.

Как быстро отличить импульсный блок питания от трансформаторного (имеются в виду те, что вставляются в розетку)?

Ипульсный: компактный, почти невесомый, часто бывает вытянут в осевом направлении. Жрет что угодно: чудовищный разброс по напряжению 110-240 вольт и частоте сети его не пугает (обычно эти параметры написаны на наклейке). Выходной ток при высоких напряжениях как правило, тоже достаточно большой — до 2 ампер. На секундочку: 2 А * 12 В = 24 Вт!

Трансформаторный: тяжелый, сбитый «кубик«. На наклейке обычно указано входное напряжение 230 вольт, иногда с маленькими зазорами (плюс-минус десять вольт). Частота — строго 50 Гц для постсоветского пространства. Ток обычно скромный: тот, что на картинке — девятивольтовый с полуамперным выходом (0,5 А * 9 В = 4,5 Вт). А ведь уже и такой блок достаточно громоздкий.

Для питания радиоприемников и другой старой техники, конечно, лучше выбрать трансформаторный.

Как работает импульсный источник питания

Как работает импульсный источник питания

В этом разделе мы дадим очень краткое объяснение того, что происходит внутри импульсного источника питания. Опять же, мы настоятельно рекомендуем вам прочитать нашу статью о PSU 101, если вы хотите получить более подробный анализ.

Что внутри и как оно работает?

Импульсный источник питания состоит из нескольких ступеней. Фильтр для сетевого питания расположен сразу за входом, отфильтровывая скачки, гармоники и различные другие нежелательные явления, обнаруживаемые в электросети.Это также предотвращает воздействие электромагнитных помех, создаваемых блоком питания, на расположенные рядом устройства. На втором этапе поток мощности переменного тока выпрямляется и экранируется одним или несколькими мостовыми выпрямителями. На данный момент мы имеем дело примерно с 325 В (при входном 230 В), которые поступают на преобразователь APFC. Полевые транзисторы APFC (обычно два) разделяют промежуточное напряжение постоянного тока на постоянные последовательности импульсов. Эти импульсы сглаживаются конденсатором (-ами) большой емкости и подаются на главные переключатели. Последний прерывает сигнал постоянного тока, поступающий от сглаживающего конденсатора, на импульсы, амплитуда которых является величиной входного напряжения, а рабочий цикл регулируется контроллером импульсного регулятора.Таким образом, сигнал постоянного тока преобразуется в прямоугольный сигнал переменного тока, который подается на главный трансформатор. Чем выше частота переключения первичных переключателей, тем меньше размер основного трансформатора, и мы также получаем выигрыш в отношении шума EMI, подавления пульсаций и переходной характеристики. С другой стороны, более низкие скорости переключения повышают эффективность, хотя требуется трансформатор большего размера и увеличивается шум электромагнитных помех, влияет на подавление пульсаций и переходная характеристика становится медленнее.

Внутреннее устройство Corsair AX1500i.Это, наверное, самый продвинутый коммерческий блок питания на сегодняшний день.

В конечном итоге потребуются различные напряжения: 3,3, 5 и 12 В, а это означает, что простые импульсные блоки питания ПК имеют либо одну выходную шину с разными ответвлениями для каждого напряжения, либо отдельные шины для каждого напряжения. Топовые блоки питания даже имеют отдельные катушки для напряжений (если они не используют резонансный преобразователь LLC, поскольку блоки питания с ними не нуждаются в катушках; даже если они существуют, они просто играют роль в процессе фильтрации), что затем корректируются и сглаживаются второй раз после преобразования.Самое главное, чтобы эти напряжения оставались постоянными. Независимо от того, находится ли компьютер в режиме ожидания или при полной нагрузке, напряжения не могут отклоняться от своих характеристик более чем на пять процентов в соответствии со спецификацией ATX. Схема регулятора гарантирует, что это так.

Это подводит нас к нашей следующей теме: эффективность. Если вы ищете новую машину, вы спросите своего местного дилера: «Итак, сколько миль на галлон у этой машины?» Блоки питания могут не сжигать бензин, но вам все равно нужно следить за их эффективностью.Действительно, это одна из областей, где большинство строителей неосознанно тратят больше энергии, увеличивая стоимость ПК в течение срока его службы. Хотите убедиться, что вы не совершили этой ошибки? Взгляните на следующую страницу!

.

Шокирующая правда о бестрансформаторных источниках питания

Бестрансформаторные блоки питания

часто появляются на Hackaday, особенно в недорогих продуктах, где стоимость трансформатора значительно увеличила бы стоимость спецификации. Но бестрансформаторные блоки питания — палка о двух концах. Это название? Не кликбейт. Если вы ковыряетесь в устройстве с бестрансформаторным питанием, ваш осциллограф может превратиться в дымящуюся кучу или ударить током, если вы не понимаете их и не принимаете надлежащие меры безопасности.

Но это не пугает. Бестрансформаторные конструкции хороши на своем месте, и вы, вероятно, когда-нибудь столкнетесь с такой, потому что они есть во всем, от светодиодных лампочек до коммутаторов IoT WiFi. Мы собираемся посмотреть, как они работают, и как безопасно их проектировать и работать с ними, потому что никогда не знаешь, когда стоит взломать один из них.

Вот изюминка: бестрансформаторные источники питания можно безопасно использовать только в тех случаях, когда все устройство может быть закрыто, и никто не может случайно коснуться какой-либо его части.Это означает, что нет никаких физических электрических соединений внутри или снаружи — RF и IR — это честная игра. И когда вы работаете с одним, вы должны знать, что любая часть цепи может находиться под напряжением сети. А теперь читайте, чтобы понять почему!

Принцип

Бестрансформаторный источник питания (TPS) — это просто делитель напряжения, который снимает 115 или 220 В переменного тока с вашей стены и делит его до нужного вам напряжения. Если это напряжение должно быть постоянным, оно выпрямляется через несколько диодов и, возможно, регулируется до максимального напряжения, но мы доберемся до этого через минуту.

Обычно делители напряжения постоянного тока изготавливаются с парой резисторов. В совокупности они определяют ток, протекающий по пути, и затем можно выбрать верхний резистор, чтобы уменьшить разницу между входным напряжением и желаемым выходом. Если в нашем случае эта разница составляет около одной или двухсот вольт, даже если она должна пройти всего несколько десятков миллиампер, этот резистор быстро нагреется.

Лучшим компонентом для использования в верхней части делителя является конденсатор, реактивное сопротивление которого выбрано таким образом, чтобы обеспечить желаемое «сопротивление» при любой частоте сети, в которой вы живете.Например, вы хотите получить 25 миллиампер при 5 В, и вы находитесь в Америке, и вам нужно сбросить 110 В. R = V / I = 4400 Ом. Используя реактивное сопротивление конденсатора, C = 1 / (2 * pi * 60 Гц * 4400) = 0,6 мкФ. Если вам нужен больший ток, используйте конденсатор большего размера, и наоборот. Это так просто!

Для полностью продуманной конструкции TPS требуется еще несколько деталей. В целях безопасности и ограничения пускового тока рекомендуется установить на входе предохранитель и ограничивающий ток резистор мощностью 1 Вт. Разрядный резистор большого номинала, подключенный параллельно реактивному конденсатору, не позволит ему удерживать высокое напряжение и шокировать вас, когда цепь отключена.

И если говорить об этом конденсаторе, это критически важная для безопасности часть схемы. Он подвергается постоянному воздействию высокого переменного напряжения, и в случае короткого замыкания на выходе «5 В» будет напряжение сети, и детали могут загореться. Это работа для конденсатора класса X. Вы увидите, что они в основном отмечены X1 или X2, причем X1 способен выдерживать более высокие скачки напряжения. Любой из них подойдет, просто убедитесь, что он имеет рейтинг X и соответствует уровню вашего сетевого напряжения.

После конденсатора переменный ток, который проходит через него, необходимо выпрямить в постоянный ток.Здесь подойдет обычный полуволновой или двухполупериодный выпрямитель: несколько диодов и большой сглаживающий конденсатор. Если нагрузка непостоянна, вы, вероятно, захотите ограничить максимальное напряжение, воспринимаемое конденсатором, с помощью стабилитрона, чтобы избыточный ток шунтировался на землю, когда нагрузка потребляет менее 25 миллиампер, на которые мы рассчитывали. Эти детали воспринимают только низкое напряжение, поэтому здесь нет особых требований.

Наконец, обратите внимание, что существует множество возможных конфигураций этой схемы.Вместо того, чтобы сбрасывать большую часть напряжения между живым и нашим устройством, также можно подключить наше устройство прямо к токоведущему проводу с конденсатором в нижней части делителя напряжения — та же схема в перевернутом виде. Разумеется, предохранители и предохранительные резисторы могут быть расположены в любом месте цепи. Но основы те же: конденсатор действует как одна ножка в делителе напряжения, за которой следует некоторое выпрямление и регулирование, а нагрузка — как другая ножка.

Закон Мафри

Большой недостаток схемы TPS заключается в том, что она должна быть изолирована .Это совершенно нормально для автономного переключателя IoT или самодельного диммера. TPS хорошо подходит для радио или ИК-управления. Внутри всех светодиодных ламп используются TPS, потому что они дешевы и полностью герметичны. Но если вы думаете о прикосновении к какой-либо части этой цепи или о подключении к ней сигнальной линии, вам следует вместо этого смотреть на трансформатор.

Почему полная изоляция? Обратите внимание, что провод, служащий опорным заземлением цепи, совпадает с нейтральной линией вашего дома (в отличие от «горячей» линии).А теперь представьте, что вы по ошибке вставили вилку задом наперед. Земля горячая, и хотя устройство работает нормально, поскольку переменный ток симметричен, возникает опасность поражения электрическим током, если вы можете коснуться «земли». Подключите USB-последовательный разъем к этому устройству, и вы только что зажгли свой ноутбук через линию «земли». Итак, первая линия защиты — использовать поляризованные вилки, которые нельзя вставить неправильно. Если вы живете в Европе, это может быть не вариант.

Но даже поляризованных вилок недостаточно.В некоторых старых домах (включая квартиру, в которой мы жили в Вашингтоне, округ Колумбия) нейтральная линия и горячая линия переставлены. Опять же, вы никогда не заметите, пока не коснетесь «нейтральной» и реальной земли одновременно, но когда вы это сделаете, это может быть фатальным. Вы можете и, вероятно, должны проверить это с помощью мультиметра прямо сейчас. При подключении к земле нейтральная линия должна находиться под напряжением переменного тока, а горячая линия будет показывать 115 или 220 В переменного тока. Сравните их с типами ваших местных вилок.

В любом случае, даже если вы правильно настроили поляризацию вилки, между нейтралью розетки и линиями заземления будет разница.Коды в США и ЕС говорят, что нейтраль — это токоведущая линия, а земля при нормальных условиях не должна проводить ее. Прерыватели цепи замыкания на землю (GFCI) обеспечивают это на практике. Тем не менее, высокие нагрузки где-либо в вашем доме в сочетании с немаловажным сопротивлением в проводке могут привести к напряжению около В = IR на нейтральной линии. Дисбаланс на служебном трансформаторе, который разделяет «фазы» мощности, поступающей в ваш дом, также может отвести нейтральное напряжение от земли, в зависимости от того, где он заземлен.Короче говоря, нейтральный должен находиться около земли, но это не гарантируется.

Единственный способ быть абсолютно безопасным с этой схемой — никогда не прикасаться к ней. Поместите его в непроводящую коробку или в металлическую коробку, подключенную к заземлению. Если он вставлен в обратном направлении или нейтральный провод перегревается, никто не пострадает. Это то, что делают профессионалы.

Что еще может пойти не так с этой схемой? Мы выбрали реактивный конденсатор, чтобы он имел правильное сопротивление при 50 или 60 Гц, но он менее резистивный на более высоких частотах.Если у вас дома есть высокочастотные коммутационные устройства, они могут протолкнуть ваш TPS неожиданным током. Например, быстрые скачки напряжения в линии питания проходят сквозь них, и их гашение является одной из причин использования входного резистора. Удар молнии? Бламмо! Что-нибудь еще может пойти не так? Оставьте нам комментарий! (Но не упоминайте Муфри.)

Блок питания на базе трансформатора будет немного дороже и немного больше, чем эквивалентный TPS. Но если вы не можете полностью закрыть устройство или не можете полностью гарантировать полярность входящего питания, вы не сможете безопасно использовать TPS.Для личного повседневного использования я всегда выбираю импульсный блок питания или настенный блок питания. Разве гальваническая изоляция от стены не стоит пары долларов?

Разберемся на части

С другой стороны, TPS есть во всех типах устройств, которые мы любим взламывать, поэтому вам нужно распознавать их в реальной жизни. Ищите предохранитель или большой конденсатор с номиналом X1 или X2, и вы будете на правильном пути. (Есть ли у него параллельный спускной резистор? В противном случае он может быть горячим.) Токоограничивающий резистор — это большая керамическая штука, едва заметная за крышкой X2.Взрыватель одет для ночевки в городе с цельным черным номером на термоусадочной пленке.

Затем найдите секцию выпрямления — двухполупериодный выпрямитель с четырьмя диодами и конденсатор емкостью 100 мкФ в этом дешевом настенном высокочастотном переключателе. Диоды указывают на положительную шину постоянного тока и от отрицательной.

Теперь поищите стабилитроны. В случае этого переключателя с ВЧ-управлением их два: стабилитрон на 25 В, используемый для активации реле, и стабилитрон на 5 В, который питает ИС и радиосхемы.Это удобная функция схемы TPS. Поскольку конденсатор пропускает некоторый ток до тех пор, пока напряжение постоянного тока не превышает пиков переменного тока, вы можете получить практически любое или несколько напряжений из одной и той же цепи, просто выбрав правильные стабилитроны.

Играя с огнем

По возможности старайтесь избегать работы с включенным TPS, но существует способов сделать это безопасно. Это лучший вариант для изолирующего трансформатора, который, по сути, включает трансформатор в схему, которой он не хватает.В вашей цепи все еще есть пара проводов с напряжением 115 или 220 В между ними, но, по крайней мере, с трансформатором вы можете прикрепить свой прицел к устройству.

Джекпот!

Без изолирующего трансформатора вы можете многое сделать с мультиметром с батарейным питанием (незаземленным). Подключите устройство TPS к удлинителю с переключателем и держите этот переключатель выключенным как можно чаще. Для снятия показаний: отсоедините TPS, припаяйте провода в том месте, где вы хотите провести измерение, подключите их к мультиметру, отойдите назад и включите удлинитель.Как только вы закончите считывание, выключите его и подождите, прежде чем касаться чего-либо.

Одна часть TPS, которая может удерживать заряд, — это реактивный конденсатор, и поэтому на нем должен быть защитный резистор. В нашей примерной схеме 0,6 мкФ * 1 МОм = 0,6 секунды, и вам, вероятно, хорошо подождать хотя бы пять из этих постоянных времени, прежде чем касаться чего-либо, поэтому сосчитайте до трех. Переключатель RF не использует конденсатор емкостью 0,33 мкФ с сопротивлением 220 кОм, поэтому он безопаснее и быстрее. (Он также использует два последовательно подключенных резистора SMT, предположительно потому, что номинальное напряжение одного из них было недостаточным.Умный дизайн.)

Вы можете определить, какие части схемы находятся под каким напряжением, измерив их относительно заземляющего контакта розетки. Например, с предохранительным резистором 560 Ом в ответвлении «земля» ВЧ-переключателя фактически плавает на 12 В переменного тока над землей. Это стоит знать, когда ковыряется. Снова подключите датчики, отойдите, включите, прочтите, выключите, подождите.

Вот и все. Теперь вы можете выяснить, какое напряжение находится в устройстве, и использовать его для своих целей.Просто убедитесь, что все, что вы делаете, помещается обратно в красивый футляр. Потому что, хотя TPS распространены повсеместно, маленькие и дешевые, они потенциально (хи-хи!) Слишком горячие, чтобы дотронуться до них.

.

Анатомия блока питания (БП)

Каждый настольный ПК, консоль или ноутбук имеет один из них. Он не увеличивает частоту кадров и не приводит к выбросу криптовалюты; в нем нет миллиардов транзисторов, и он сделан без использования новейших полупроводниковых технологических узлов. Звучит скучно, правда? Не за что! Это очень важно, потому что без него наши компьютеры ничего бы не сделали.

Блоки питания

не бросаются в заголовки, как новейшие процессоры, но они представляют собой потрясающие технологии.Итак, давайте наденем халаты, маски и перчатки и откроем скромный блок питания, разбив его различные части и посмотрим, что делает каждый из них.

Анатомия компьютерного оборудования TechSpot, серия

У вас может быть настольный компьютер на работе, в школе или дома. Вы можете использовать его для составления налоговых деклараций или для игры в новейшие игры; вы даже можете собирать и настраивать компьютеры. Но насколько хорошо вы знаете компоненты, из которых состоит ПК?

Как называется игра?

У многих компонентов компьютера есть названия, требующие некоторых технических знаний, чтобы понять, что именно он делает (например,г. твердотельный накопитель), но в случае с блоком питания это довольно очевидно. Это единица. Он подает питание!

Поскольку мы не можем просто отряхнуть руки и гордо сказать «статья сделана» с таким заявлением, нам лучше начать с одного. Мы используем Cooler Master G650M — это довольно общий дизайн со спецификациями, которые можно найти в десятках подобных, но он обладает одной особенностью, которая есть не у каждого блока питания.

Этот блок питания стандартного размера и соответствует требованиям стандарта ATX 12V v2.31, поэтому он помещается во многие компьютерные корпуса.

Но есть и другие форм-факторы: для небольших корпусов или уникальные для конкретных производителей. Не каждый блок соответствует точным размерам, установленным стандартными форм-факторами, они могут быть одинаковой ширины и высоты, но могут быть длиннее или короче.

Блок питания модели Cisco — специально разработан для серверов в стойке

Они также обычно обозначаются максимальной мощностью, которую они могут выдать; в случае Cooler Master он может обеспечить до 650 Вт электроэнергии.Мы увидим, что это на самом деле означает, в этой статье, но вы можете получить блоки питания, которые выдают лишь небольшое количество ватт, так как не все, что связано с компьютером, требует сотни ватт для работы. Однако большинство настольных ПК нормально работают в диапазоне от 400 до 600 Вт.

блоков питания, подобных этому, помещаются в металлический корпус, обычно черный или металлический, поэтому они могут быть тяжелыми. У ноутбуков почти всегда есть блок питания, который находится снаружи компьютера и почти всегда пластиковый, но внутренняя часть очень похожа на то, что мы увидим в этом.

Большинство блоков питания для настольных ПК поставляются с переключателем для отключения источника питания и вентилятором, чтобы все было красиво и прохладно, но не все (или должны). Не у всех из них будет металлический корпус с дырками — они редко бывают у серверов.

Но, как вы можете видеть на картинке выше, мы уже использовали отвертку для нашего примера, поэтому давайте снимем крышку и прыгнем внутрь.

Я снова в черном

Прежде чем мы начнем копаться во внутренностях блока питания, давайте задумаемся, зачем он вообще нужен.Почему мы не можем подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что современные компьютерные компоненты ожидают, что электрическая энергия будет подаваться в совершенно иной форме, чем та, что предоставляется розеткой.

На приведенном ниже графике показано, каким должно быть электричество в сети (США = синяя и зеленая линии; Великобритания = красная линия). Ось x показывает время в миллисекундах, а ось y показывает напряжение , , вольт, . Лучший способ представить себе напряжение — это мера разницы в энергии между двумя точками.

Если напряжение приложено к проводящему материалу (например, к отрезку металлической проволоки), разница в энергии заставит электроны в материале перетекать с более высокого уровня энергии на более низкий. Это один из строительных блоков атомов, из которых состоит материал, а у металлов есть лотов и электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током и измеряется в ампер .

Хорошая аналогия для техно-говорящих: электричество можно сравнить с водой в шланге: напряжение сродни давлению, которое вы используете, скорость потока воды — это ток, а также любые ограничения в трубе. действует так же, как электрическое сопротивление.

Мы видим, что электрическая сеть меняется со временем, и это известно как источник переменного тока , напряжение или просто переменного тока для краткости. В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пика в 340 или 170 В, в зависимости от местоположения и источника питания. Великобритания достигает немного более низкого пика и тоже меняется немного медленнее. Почти во всех странах мира есть такие напряжения в розетках, и лишь в некоторых из них пиковое напряжение ниже или выше.

Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и оно также должно быть на намного ниже уровня. При тех же масштабах графика это выглядит примерно так:

Он настолько ниже, что его почти не видно, но требования современного компьютера не к одному постоянному напряжению, а к и четырем , а именно +12 В, -12 В, +5 В и +3,3 В. И поскольку эти значения постоянны, они называются постоянного тока или для краткости DC.Итак, большая часть того, что делает блок питания, — это преобразование переменного тока в постоянный (например, гитары …). Пора открыть прибор и посмотреть, как он это делает!

… большая часть того, что делает блок питания, преобразует переменный ток в постоянный (подскажите гитары …). Пора открыть прибор и посмотреть, как он это делает!

На этом этапе мы должны предупредить вас о том, что , а не , попробуйте это, если вы не знаете, что делаете. Возиться с внутренностями блока питания может быть очень опасно. Внутри каждого блока есть компоненты, которые хранят электрическую энергию, а некоторые хранят и .

Компоновка этого блока питания похожа на многие другие, и хотя производитель и модель различных деталей, используемых внутри, будут отличаться, в основном они делают то же самое.

Подключение сетевой розетки к блоку питания находится в верхнем левом углу рисунка, а источник питания, по существу, движется по часовой стрелке по изображению, пока не достигнет выхода блока питания (большой пучок цветных проводов, нижний левый угол).

Если мы перевернем печатную плату, мы увидим, что по сравнению с соединениями на материнской плате они широкие и глубокие — они предназначены для протекания через них большого тока.Что-то еще, что сразу бросается в глаза, — это большая пропасть, идущая посередине, как река, пересекающая путь в поле.

Это подчеркивает тот факт, что все блоки питания имеют две четко определенные секции: первичный и вторичный . Первый заключается в настройке входного напряжения так, чтобы его можно было эффективно изменить с уровня сетевого питания; во втором — все об этом изменении и последующих процессах.

Он плавный оператор

Самое первое, что блок питания делает с электросетью, заключается не в изменении его с переменного на постоянный или падении напряжения — вместо этого все дело в сглаживании входного напряжения.Поскольку у нас есть много электрических устройств в наших домах, офисах и на работе, которые включаются и выключаются, а также излучают электромагнитные сигналы, переменный переменный ток часто бывает неровным и со случайными всплесками (длина колебаний также не является постоянной. ). Это не только затрудняет настройку блока питания в сети, но также может повредить некоторые компоненты внутри него.

Этот блок питания имеет два каскада так называемых переходных фильтров , первый из которых подключается непосредственно к входному разъему с использованием 3 компонентов, называемых конденсаторами , для выполнения этой работы.Думайте об этом как о «лежачем полицейском» при резких изменениях входного напряжения.

Второй этап фильтрации в этом БП более сложен, но по сути делает то же самое.

Желтые блоки — это скорее конденсаторы, а зеленые кольца, обернутые медным проводом, — это катушки индуктивности , (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями и ). Катушки индуктивности хранят электрическую энергию в магнитном поле, но это поле также «отталкивает» напряжение, поставляющее энергию, поэтому внезапный всплеск напряжения приводит к внезапному откату от магнитного поля, чтобы подавить его.

Два маленьких синих диска — это еще больше конденсаторов, а прямо под ними (спрятанный под черной пластиковой крышкой) находится металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для противодействия скачкам и скачкам входного напряжения; вы можете прочитать больше о различных типах схем переходных фильтров здесь.

Эта секция блока питания часто является первым признаком того, где были сокращены расходы, чтобы обеспечить соответствие модели определенному бюджету. Более дешевые будут иметь меньшую фильтрацию, а самые дешевые вообще не будут иметь никакой фильтрации (а это не то, что вам нужно!).

Теперь, когда мы все расслабились и расслабились, давайте приступим к повседневной работе блока питания: изменению напряжения.

Рок вниз к электрическому проспекту

Помните, что блоку питания необходимо изменить напряжение переменного тока, которое может составлять в среднем 120 вольт (технически это среднеквадратическое значение 120 вольт, но это не совсем так) и взломать его до постоянного напряжения 12, 5, и 3,3 вольт.

Первое, что делается, — это преобразование переменного тока в постоянный, и в этом блоке питания используется компонент, называемый мостовым выпрямителем .На картинке ниже это плоский черный объект, приклеенный к куску металла (который действует как радиатор).

Еще раз, это еще одна область, в которой производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые компоненты хуже справляются с преобразованием переменного тока в постоянный (например, выделяют больше тепла). Теперь, если входное напряжение достигает пика 170 вольт (что имеет место для сети 120 В), то мостовой выпрямитель будет выдавать 170 вольт постоянного тока.

Он передается на следующий этап блока питания, и в том, который мы рассматриваем, он называется активной коррекцией коэффициента мощности преобразователем (APFC).Эта схема регулирует ток в устройстве с учетом того, что он заполнен компонентами, которые накапливают и выделяют энергию сложным образом; это может привести к тому, что фактическая выходная мощность устройства будет меньше той, которую вы должны получить.

В других блоках питания используются пассивные преобразователи , которые по сути выполняют ту же работу. Они менее эффективны, но подходят для блоков с низким энергопотреблением — они также дешевле, поэтому вы можете догадаться, в каких блоках питания они есть, а в действительности их не должно быть!

APFC можно увидеть на изображении выше — эти большие цилиндры слева являются конденсаторами и хранят отрегулированный ток перед отправкой их на следующий этап в цепочке процессов блока питания.

Эта секция, спрятанная за APFC, называется схемой с широтно-импульсной модуляцией (сокращенно ШИМ). Его работа состоит в том, чтобы принимать постоянное напряжение и использовать несколько полевых транзисторов для включения и выключения напряжения с очень высокой скоростью — по сути, он преобразует постоянное напряжение обратно в переменное. Это происходит потому, что часть блока питания, которая понижает сетевое напряжение до 12 вольт, является трансформатором . В этих устройствах используется электромагнитная индукция и набор из двух катушек проводов (одна имеет больше витков в катушке, чем другая) для снижения на напряжения; однако трансформаторы работают только с переменным напряжением.

Частота переменного напряжения (скорость, с которой оно изменяется, измеряется в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора — чем выше, тем лучше — вот почему питание от сети 50/60 Гц меняется на тот, который меняется примерно на 50/60 тысяч Гц. Чем эффективнее трансформатор, тем он может быть меньше. Это сверхбыстрое переключение постоянного напряжения является источником названия для этого типа устройств: импульсный источник питания (SMPS).

На картинке ниже вы можете увидеть 3 трансформатора — самый большой генерирует только 12 вольт; в других блоках питания большой трансформатор может обеспечивать все напряжения. Следующий, более крупный, создает единственный выход 5 В, о котором мы поговорим немного, а самый маленький действует как изолятор для схемы ШИМ, предохраняя его от повреждений, а также не позволяя создавать помехи другим напряжениям. в БП.

Различные блоки питания имеют разные способы создания необходимых напряжений, изоляции цепи ШИМ и т. Д.Все будет зависеть от бюджетных ограничений и от того, сколько мощности должно предложить устройство. Однако всем им нужно будет снять выходной сигнал с трансформатора и снова включить его в постоянный ток.

На изображении ниже большой кусок металла — это радиатор для мостовых выпрямителей, выполняющих это преобразование. Мы также можем видеть в этом конкретном блоке питания, печатная плата в середине изображения соответствует кластеру модулей регулирования напряжения (VRM), которые образуют 5 и 3.Выходы 3 вольта.

На данном этапе стоит поговорить о том, что называется пульсации .

В идеальном мире с идеальными блоками питания переменное напряжение переменного тока преобразуется в постоянное, никогда не колеблющееся напряжение постоянного тока. На самом деле, это не на 100% точно, и напряжения постоянного тока действительно немного различаются.

Этот вариант называется пульсации напряжения , и для блока питания вы хотите, чтобы оно было как можно меньшим. Cooler Master не указывает размер пульсаций напряжения в спецификациях для этой модели блока питания, поэтому мы обратились к подробному обзору, чтобы найти их.Один из таких анализов был проведен JonnyGuru.com, и они обнаружили, что линия +12 В в их тестах имела пик напряжения пульсаций на уровне 0,042 вольт (42 милливольта).

На изображении ниже показано, как это соотносится с тем, что требуется. Красная линия — это заданная постоянная +12 В постоянного тока, переменная синяя линия — это то, что мы на самом деле получаем (хотя сама пульсация не постоянна).

Качество конденсаторов, используемых в блоке питания, играет важную роль. Чем меньше и дешевле, тем больше будет пульсация, чего мы не хотим.Если он слишком большой, тогда сложная электронная схема в остальной части компьютера может работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт — это нормально: неплохо, но неплохо.

Независимо от того, что используется для создания выходных напряжений и обеспечения их формы постоянного тока, необходимо еще несколько элементов схемы, прежде чем мы начнем размахивать кабелями. Все это связано с управлением выходами блока питания, гарантируя, что, если на одном конкретном напряжении наблюдается высокий спрос на мощность, то другие не будут преувеличены в процессе.

Чип, который вы видите здесь, называется супервизором и контролирует выходы, проверяя, не выдают ли они слишком много или слишком мало напряжения и тока. Однако это не очень сложно, поскольку все, что он делает, отключает блок питания, если возникает какая-либо из этих проблем.

Более дорогие блоки питания используют цифровые сигнальные процессоры (DSP) для отслеживания происходящего, и они также могут регулировать напряжения, если это необходимо, а также отправлять сведения о состоянии блока питания на компьютер, используя его.Не очень полезно для обычного пользователя ПК, но для компьютеров, используемых в качестве серверов, вычислительных машин и т. Д., Это часто желательная функция.

Розетка для младенцев

Все блоки питания идут с длинными пучками проводов, выходящими из их спины. Количество комплектов и то, как они подключаются к основному блоку, будут различаться в широком спектре доступных моделей, но все они будут обеспечивать некоторые стандартные подключения.

Поскольку напряжение является мерой разницы , для данного выхода должно быть два провода: один для указанного напряжения (например.г. положительный 12 В или +12 В для краткости) и эталонный провод, по которому измеряется разница. Этот провод известен как земля , или , общая линия , и два образуют петлю: от источника питания к устройству, нуждающемуся в питании, а затем обратно в устройство.

Поток тока проходит по этим проводам контура, но поскольку в некоторых контурах будет протекать только небольшой ток, несколько проводов заземления могут использоваться разными контурами.

Первый из них — обязательный 24-контактный ATX12V версии 2.4 подключения — он предлагает несколько проводов для разных напряжений, а также несколько конкретных.

Важным является провод + 5V standby — пока блок питания включен и подключен, этот провод всегда под напряжением. Это потому, что компьютер на самом деле не выключается, когда вы приказываете операционной системе выключиться. Материнская плата потребляет энергию, необходимую для работы в режиме ожидания.

Также будет еще один 8-контактный разъем для материнской платы, который обеспечивает два набора проводов +12 В и заземления, и большинство блоков питания также будут иметь как минимум один 6- или 8-контактный разъем питания PCI Express.

Видеокарты

могут потреблять максимум 75 Вт от слота PCI Express материнской платы, поэтому этот разъем обеспечивает дополнительную мощность для сегодняшних чудовищных графических процессоров.

Этот конкретный блок питания фактически имеет два разъема питания PCI Express, подключенных к одним и тем же проводам, из соображений стоимости, поэтому, если у вас есть действительно мощная видеокарта в компьютере, было бы лучше использовать отдельный пучок проводов.

Разница между 6- и 8-контактным разъемом PCI Express заключается в двух дополнительных проводах заземления.Это позволяет более высокому уровню тока течь по проводам +12 В, помогая питать более голодные графические процессоры.

За последние несколько лет мы стали свидетелями увеличения числа блоков питания, которые в своем описании гордо носят пометку «модульные». Все это означает, что некоторые разъемы питания подключены к другому разъему, который вставляется непосредственно в блок питания. Таким образом, вместо того, чтобы иметь массу кабелей и разъемов, забивающих внутреннюю часть корпуса компьютера, вы можете удалить то, что не нужно для экономии места.

В этой модели Cooler Master, как и во многих других, используется довольно простая система подключения модульных кабелей.

Каждый разъем обеспечивает по одному проводу + 12В, + 5В и + 3,3В, а также два провода заземления, и в зависимости от того, к какому устройству будет подключен кабель, разъем на другом конце кабеля будет либо используйте ту же схему подключения или что-нибудь попроще.

Разъем Serial ATA (SATA), указанный выше, используется для питания жестких дисков, твердотельных накопителей и периферийных устройств, таких как записывающие устройства DVD.

Эта знакомая форма носит яркое название разъема питания AMP MATE-N-LOK 1-480424-0. Что ж, большинство людей называют его разъемом Molex , но на самом деле это название компании, которая его разработала. Он обеспечивает один + 12В, один + 5В и два провода заземления.

Кабельная разводка выходного питания блока питания — еще одна область, где можно сэкономить или уложить более высокий бюджет, чтобы улучшить внешний вид или гибкость проводов. Толщина (или калибр ) металлической проволоки, используемой в кабелях, также играет роль, поскольку более толстые провода имеют меньшее электрическое сопротивление, чем более тонкие, что приводит к меньшему тепловыделению при протекании через них тока.

(Что-то внутри) Такой сильный

В начале этой статьи мы сказали, что большинство блоков питания названы в честь максимальной мощности, которую они могут предложить. На простейшем уровне электрическая мощность — это просто напряжение, умноженное на ток (например, 12 вольт x 20 ампер = 240 ватт), и хотя такое утверждение заставит многих инженеров попытаться исправить это замечание, оно работает достаточно хорошо для наших целей.

Как и большинство фирменных или универсальных моделей, наш блок питания поставляется с этикеткой, на которой представлены различные фрагменты информации о том, сколько мощности может обеспечить каждая линия напряжения.

Здесь мы видим, что общая мощность, доступная по всем линиям +12 В, вместе взятые, достигает пика в 624 Вт; Добавьте все остальные, указанные на этикетке, и мы получим в сумме 760 Вт, что же дает? Ну, это связано с тем, что нормальные линии + 5В и + 3,3 В создаются с использованием VRM на выходе +12 В блока питания.

И, конечно же, все выходные напряжения поступают из одного источника: сетевой розетки. Таким образом, мощность 650 Вт — это максимум, который блок питания может обеспечить в сумме по всем линиям.Так что, если вы использовали 600 Вт на выходе +12 В, на все остальное у вас останется только 50 Вт. К счастью, большая часть оборудования в современном ПК в любом случае потребляет большую часть своего питания от линий 12 В, поэтому это редко проблема, если вы выбрали правильную модель блока питания для своих нужд.

Рядом со спецификациями питания есть этикетка с надписью « 80 Plus Bronze. ». Это рейтинг эффективности, который используется в отрасли на добровольной основе (т. Е. Существуют законодательные требования к производителям блоков питания по соблюдению системы рейтингов).Эффективность также зависит от того, какой размер нагрузки пытается обслуживать блок питания (т. Е. Сколько тока проходит по различным линиям).

Если мы возьмем наш Cooler Master, работающий так, что он обеспечивает мощность 325 Вт (50% от его максимальной мощности), то мы можем ожидать, что он будет иметь КПД от 80 до 85%, в зависимости от напряжения сети.

Это приведет к тому, что устройство потребляет от 382 до 406 Вт из стенной розетки. Более высокий рейтинг 80 PLUS не означает, что блок питания дает вам больше энергии, он просто меньше расходует впустую на всех этапах фильтрации, выпрямления, переключения и преобразования.

Также обратите внимание, что пиковая эффективность находится где-то между 50 и 100% нагрузкой; некоторые производители предоставляют диаграммы, показывающие, как можно ожидать, что устройство будет работать при различных нагрузках и напряжениях питания.

Диаграмма эффективности от Cooler Master для их блока питания V1300 Platinum

Иногда стоит обращать внимание на эту информацию, особенно если у вас возникло соблазн выложить стопку баксов на БП мощностью 1000 Вт. Если ваш компьютер будет использовать мощность, близкую к такому уровню, то его эффективность будет немного ниже.

Вы можете увидеть, что некоторые блоки питания утверждают, что они одинарные или многорельсовые (или предлагают переключатель для переключения между ними). Термин «шина» — это просто другое слово для обозначения определенного напряжения, которое генерирует блок питания. В нашем примере Cooler Master есть одна шина 12 В и все различные разъемы питания, которые обеспечивают отвод тока +12 В от этой шины, если они используются. Многорельсовый блок питания будет иметь две или более систем, обеспечивающих 12 вольт, однако есть большая разница в том, как это реализовано.

Блоки питания

для приложений центра обработки данных или вычислительных серверов будут иметь несколько направляющих для обеспечения отказоустойчивости, поэтому отказ одного из них не повлияет на другие.Настольный компьютер с многорельсовым блоком питания может иметь такую ​​настройку, но они, скорее всего, просто возьмут основной выход 12 В и разделят его на две или три части. Например, наш пример обеспечивает до 52 ампер тока на линии +12 В, что соответствует 624 ваттам электроэнергии. В дешевой многорельсовой версии того же устройства может быть две линии +12 В, указанные в спецификации, но каждая из них будет обеспечивать ток только 26 ампер (или 312 Вт).

Хорошо спроектированный блок питания для настольного компьютера с использованием качественных компонентов не требует многорельсовой системы +12 В, так что не беспокойтесь об этом!

Деньги даром?

Блоки питания

бывают разных ценников.Быстрый просмотр объявлений на Amazon для того же формата размера дает их всего от 15 долларов за стандартный блок мощностью 400 Вт и вплоть до 180-240 долларов за полностью модульную атомную электростанцию ​​мощностью 1000 Вт от EVGA или Seasonic. . Что вы получаете за свои деньги? Какие вещи стоят больше 200 долларов?

Способность обеспечивать большую мощность очевидна, но как эта мощность передается. Ультра дешевая модель допускает ток до 25 А по линиям +12 В, тогда как сокрушитель кошелька обеспечивает более чем в 3 раза больше — 83 А.Сегодняшние процессоры и видеокарты используют линии +12 В почти для всех своих требований к питанию, но, конечно же, 25 А достаточно?

Учитывая, что теперь вы можете купить «настольный» процессор с 32 ядрами и соединить его с такой же титанической видеокартой, оба с аппетитом на 300 Вт при полной нагрузке, дешевый блок питания совершенно не будет соответствовать спросу; с другой стороны, у самого дорогого будет достаточно места, чтобы справиться. А поскольку совокупная цена такого процессора и графического процессора может легко превысить 3500 долларов или больше, возможно, выделение нескольких дополнительных сотен не будет большим шоком для некоторых клиентов.

Но на самом деле вы платите за качество компонентов, используемых внутри блока питания. Вернитесь к началу этой статьи и посмотрите на внутренности блока Cooler Master, который мы разбирали. Здесь нет большого количества деталей, и, поскольку практически каждый бит имеет решающее значение для работы устройства, нетрудно понять, почему дополнительные расходы не всегда являются деньгами напрасно.

И на этом мы завершаем рассмотрение блока питания (и оставляем след битов по всему полу).Это увлекательная часть набора, и уровень инженерии, задействованный в разработке и производстве хорошего, на удивление сложен. Если у вас есть какие-либо вопросы о блоках питания или блоках питания, которые в настоящее время находятся в вашем компьютере и спокойно выполняют свою работу, как обычно, задайте их нам в разделе комментариев ниже. Следите за новостями, чтобы узнать больше об анатомических сериях.

Ярлыки покупок
(Выбор от сотрудников TechSpot, от наименее к более дорогим):

• Thermaltake Smart 600 Вт на Amazon
• EVGA 600 BR на Amazon
• Cooler Master MasterWatt 750 Вт на Amazon
• Corsair RM750 750 Вт на Amazon
• SilverStone Strider ST80F 800 Вт на Amazon
• Seasonic Prime PX-1000 W на Amazon

.

Выбор подходящего источника питания: что нужно знать — Tom’s Hardware

доставлено вам по бабушкиному радио

Эта статья предназначена для тех, кто хотел бы больше узнать о фактах, технологиях и терминологии, лежащих в основе блоков питания для ПК. Если вы действительно хотите покопаться, мы предлагаем также ознакомиться с нашей статьей о PSU 101.

Сохраняя простоту объяснения

Не волнуйтесь, это не будет сложно или скучно. Мы просто быстро объясним, как работает импульсный блок питания, а затем воспользуемся примерами, чтобы проиллюстрировать некоторые из наиболее распространенных технических проблем.Мы объясним, что означают эффективность, потери и реактивная мощность, и почему эти слова имеют отношение к вам. Затем мы рассмотрим возможные и (что более важно) необходимые защитные меры, прежде чем применять теоретические знания к практическим примерам.

Практические примеры

Большой против малого, эффективный против высокопроизводительного; мы собираемся изучить три разных ПК на основе трех различных моделей использования, рассчитать блоки питания, которые им действительно нужны, а затем объяснить, какой класс блоков питания будет использоваться в них, исходя из качества и долгосрочного воздействия на окружающую среду.

Уловка частоты

Помните те древние радиоприемники с электронными лампами? Они были массивными и имели тенденцию быть неуклюжими и тяжелыми. Однако на их вес повлияла не только деревянная рама. Массивные трансформаторы внутри также были важным фактором.

Уже тогда умные инженеры использовали изящный физический прием, который позже стал использоваться в каждом современном импульсном блоке питания. Чтобы преобразовать высокий переменный ток в низкий и добиться гальванической развязки токов, использовали обычные, хотя и мощные трансформаторы с сердечником из железных пластин.

В то время как частота сети 60 Гц требовала сравнительно большого трансформатора, так называемые выходные трансформаторы, которые доставляли гораздо более высокие низкочастотные сигналы в диапазоне от 100 Гц до 16 кГц, могли быть построены намного меньшего размера при той же мощности. Агрессивно ограничивая частоты в нижнем конце спектра, можно было увеличить мощность, с которой мог справиться трансформатор того же размера. С изобретением и последующим внедрением новых компонентов, таких как мощные переключающие лампы, а затем и полупроводники, использующие тот же основной физический принцип, это преимущество было перенесено в другие области.

И как это применимо к моему ПК?

Из-за требований современных компьютеров, обычный трансформаторный блок питания больше не может преобразовывать сетевое питание в низкое напряжение, необходимое для компонентов ПК. Трансформатор, необходимый для работы, будет слишком большим и, следовательно, слишком тяжелым. Вместо этого мы используем импульсные блоки питания, которые используют тот же частотный трюк, что и старые добрые ламповые радиоприемники. Их задача — максимально эффективно обеспечивать требуемые напряжения и токи, а также надежно поддерживать эти уровни.Аналоговые (линейные) решения больше не жизнеспособны. Вместо этого мы теперь полагаемся на транзисторы в качестве переключателей для преобразования мощности сети в более высокие частоты, что позволяет нам использовать трансформаторы меньшего размера для передачи высоких уровней мощности. Действительно, отсюда и появился термин «импульсный источник питания». Не волнуйтесь, это проще, чем кажется.

.