Принцип работы импульсных блоков питания. Схема импульсного блока питания. Импульсный источник питания принцип работы

назначение, особенности, принцип работы устройства

Блоки питания для персональных компьютеров строятся на бестрансформаторных схемах подключения к сети (по сути, это импульсное питающее устройство). Они характеризуются высоким значением КПД, небольшими габаритными размерами и малым весом. Однако бестрансформаторный блок питания имеет существенный недостаток - импульсные помехи, которые оказывают негативное влияние на другие схемы ПК и прочие бытовые электронные устройства. Поэтому каждое такое изделие проходит серьезную проверку на электромагнитную совместимость с другим оборудованием. Кроме того, бестрансформаторный блок питания не имеет гальванической развязки в части электрической схемы от напряжения питающей сети. Это, в свою очередь, требует применения специальных мер безопасности во время ремонта такого изделия.

Бестрансформаторный блок питания: основные функциональные части

Устройство состоит из следующих компонентов:

- сетевой выпрямитель;

- помехоподавляющий фильтр;

- схема пуска;

- емкостной фильтр;

- преобразователь напряжения на базе импульсного силового инвертора;

- цепь формирования выходного напряжения;

- схема управления;

- цепь формирования и передачи сигналов обратной связи на управляющую схему.

Дополнительные элементы

В зависимости от модели и функционального назначения, бестрансформаторный блок питания может содержать дополнительные схемы, такие как линейный стабилизатор в дискретном или интегральном исполнении, защита от перегрузок входного и выходного напряжения и тока, а также помехоподавляющие цепи. Кроме того, в такие БП могут входить схемы для формирования специальных сигналов управления, которые обеспечивают согласование работы устройства с питаемой схемой.

Принцип работы

Импульсные универсальные блоки питания для получения напряжения постоянного тока осуществляют тройное преобразование входного напряжения. Сначала оно выпрямляется и сглаживается. В результате получается напряжение постоянного тока, после чего происходит формирование прямоугольных импульсов с частотой, составляющей десятки килогерц. После этого полученные импульсы трансформируются на вторичную сторону с соответствующим коэффициентом, и снова происходит выпрямление и сглаживание. Главным узлом бестрансформаторных блоков питания являются ключевые преобразователи напряжения, и в первую очередь их силовая часть (выходной каскад большой мощности). Данные каскады принято делить на однотактные и двухтактные.

Регулируемые блоки питания

Для регулировки значений выходного напряжения в бестрансформаторных устройствах чаще всего используют методику широтно-импульсной модуляции, которая заключается в изменении длительности импульсов, а также пауз между ними. При этом частота преобразования остается неизменной. Соотношение между такими величинами, как длительность паузы и импульс, зависит от значения выходного напряжения. Оно автоматически изменяется, чтобы поддержать выходное напряжение в рамках номинального значения.

fb.ru

Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Для нормального функционирования бытовой техники требуется стабильное напряжение. Как правило, в сети могут происходить различные сбои. Напряжение от 220 В может отклоняться, и в устройстве происходят сбои. В первую очередь под удар попадают лампы. Если рассматривать бытовую технику в доме, то могут пострадать телевизоры, аудиоаппаратура и прочие приборы, которые работают от электросети.

В данной ситуации на помощь людям приходит импульсный стабилизатор напряжения. Он в полной мере способен справиться со скачками, которые возникают ежедневно. Многих при этом волнует вопрос о том, как появляются перепады напряжения, и с чем они связаны. Зависят они главным образом от загруженности трансформатора. На сегодняшний день количество электроприборов в жилых домах все время увеличивается. Как результат, потребности в электричестве непременно растут.

Также следует учитывать, что к жилому дому могут быть проложены кабели, которые уже давно устарели. В свою очередь, квартирная проводка в большинстве случаев не рассчитана на большие нагрузки. Чтобы обезопасить свою технику в доме, следует более подробно ознакомиться с устройством стабилизаторов напряжения, а также принципом их работы.

Какие функции выполняет стабилизатор?

Главным образом импульсный стабилизатор напряжения служит контролером сети. Все скачки при этом отслеживаются им и устраняются. В результате техника получает стабильное напряжение. Электромагнитные помехи стабилизатором также учитываются, и на работу устройств не способны повлиять. Таким образом, сеть избавляется от перегрузок, и случаи коротких замыканий практически исключаются.

Устройство простого стабилизатора

Если рассматривать стандартный импульсный стабилизатор тока напряжения, то в нем устанавливается только один транзистор. Как правило, их используют исключительно коммутирующего типа, поскольку на сегодняшний день они считаются более эффективными. В результате коэффициент полезного действия устройства можно сильно поднять.

Вторым важным элементом импульсного стабилизатора напряжения следует назвать диоды. В обычной схеме их можно встретить не больше трех единиц. Соединяются они друг с другом с помощью дросселя. Для нормальной работы транзисторов важными являются фильтры. Устанавливаются они в начале, а также конце цепочки. При этом блок регулирования отвечает за работу конденсатора. Его неотъемлемой частью принято считать резисторный делитель.

Как это работает?

В зависимости от типа устройства, принцип действия импульсного стабилизатора напряжения может отличаться. Рассматривая стандартную модель, можно сказать, что сначала ток подается на транзистор. На данном этапе происходит его преобразование. Далее в работу включаются диоды, в обязанности которых входит передача сигнала на конденсатор. При помощи фильтров, электромагнитные помехи отсеиваются. Конденсатор в этот момент сглаживает колебания напряжения и по дросселю ток через резистивный делитель вновь возвращается к транзисторам для преобразования.

Самодельные устройства

Сделать импульсный стабилизатор напряжения своими руками можно, но они будут иметь малую мощность. При этом резисторы устанавливаются самые обычные. Если использовать в приборе более одного транзистора, можно добиться высокого коэффициента полезного действия. Важным заданием в этом плане является установка фильтров. Именно они влияют на чувствительность прибора. В свою очередь, габариты устройства совсем не важны.

Стабилизаторы с одним транзистором

Импульсный стабилизатор постоянного напряжения данного типа способен похвастаться коэффициентом полезного действия на уровне 80 %. Как правило, он функционируют только в одном режиме и может справляться только с малыми помехами в сети.

Обратная связь в данном случае полностью отсутствует. Транзистор в стандартной схеме импульсного стабилизатора напряжения функционирует без коллектора. В результате на конденсатор сразу подается большое напряжение. Еще одной отличительной чертой приборов данного типа можно назвать слабый сигнал. Решить эту проблему смогут различные усилители.

В результате можно добиться лучшей работоспособности транзисторов. Резистор устройства в цепи в обязательном порядке должен находиться за делителем напряжения. В данном случае можно будет добиться более качественной работы устройства. В качестве регулировщика в цепи импульсный стабилизатор постоянного напряжения имеет блок контроля. Данный элемент способен ослаблять, а также повышать мощность транзистора. Происходит это явление при помощи дросселей, которые соединены с диодами в системе. Нагрузка на регулятор контролируется через фильтры.

Стабилизаторы напряжения ключевого типа

Такого рода импульсный стабилизатор напряжения 12В коэффициент полезного действия имеет на уровне 60 %. Основной проблемой является то, что он не способен справляться с электромагнитными помехами. В данном случае приборы с мощностью более 10 Вт находятся в зоне риска. Современные модели данных стабилизаторов способны похвастаться предельным напряжением в 12 В. Нагрузка на резисторы при этом значительно ослабевает. Таким образом, на пути к конденсатору напряжение удается полностью преобразовать. Непосредственно генерация частоты тока происходит на выходе. Износ конденсатора в данном случае минимален.

Еще одна проблема связна с использованием простых конденсаторов. На деле они показали себя довольно плохо. Вся проблема заключается именно в высокочастотных выбросах, которые происходят в сети. Чтобы решить эту задачу, производители начали устанавливать на импульсный стабилизатор напряжения (12 вольт) конденсаторы электролитического типа. В результате качество работы удалось улучшить за счет увеличения емкости устройства.

Как работают фильтры?

Принцип работы стандартного фильтра построен на генерации сигнала, который поступает на преобразователь. При этом дополнительно задействуется устройство сравнения. Для того чтобы справиться с большими колебаниями в сети, фильтру необходимы блоки контроля. При этом выходное напряжение можно будет сгладить.

Чтобы решить проблемы с мелкими колебаниями, в фильтре имеется специальный разностный элемент. С его помощью напряжение проходит с предельной частотой не более 5 Гц. В данном случае это положительно влияет на сигнал, который имеется на выходе в системе.

Модифицированные модели устройств

Максимальный ток нагрузки у данного типа воспринимается до 4 А. Входное напряжение конденсатором способно обрабатываться до отметки не более 15 В. Параметр входного тока у них обычно не превышает 5 А. Пульсация в данном случае допускается минимальная с амплитудой в сети не более 50 мВ. Частоту при этом можно поддерживать на уровне 4 Гц. Все это в конечном счете благоприятно отразится на общем коэффициенте полезного действия.

Современные модели стабилизаторов вышеуказанного типа справляются с нагрузкой в районе 3 А. Еще одной отличительной чертой данной модификации можно назвать быстрый процесс преобразования. Во многом это связано с использованием мощных транзисторов, которые работают со сквозным током. В результате открывается возможность стабилизировать выходной сигнал. На выходе дополнительно задействуется диод коммутирующего типа. Устанавливается он в системе вблизи узла напряжения. Потери при нагревании значительно уменьшаются, и это является явным преимуществом стабилизаторов данного типа.

Широтно-импульсные модели

Импульсный регулируемый стабилизатор напряжения данного типа коэффициент полезного действия имеет на уровне 80 %. Номинальный ток он способен выдержать на уровне 2 А. Параметр входного напряжения в среднем составляет 15 В. Таким образом, пульсация выходного тока довольно низкая. Отличительной особенностью данных приборов можно назвать способность работы в режиме замыкания. В результате есть возможность выдерживать нагрузки до 4 А. В данном случае короткие замыкания происходят крайне редко.

Из недостатков следует отметить дроссели, которым приходится справляться с напряжением от конденсаторов. В конечном счете это приводит к быстрому износу резисторов. Чтобы справиться с этой проблемой, ученые предлагают использовать их большое количество. Конденсаторы в сети при этом обязаны контролировать рабочую частоту прибора. В таком случае открывается возможность исключить колебательный процесс, в результате которого эффективность стабилизатора резко снижается.

Сопротивление в цепи также должно быть учтено. С этой целью ученые устанавливают специальные резисторы. В свою очередь, диоды способны помочь с резкими переходами в цепи. Режим стабилизации включается только при предельном токе устройства. Чтобы решить проблему с транзисторами, некоторые используют механизмы теплоотвода. В таком случае размеры прибора значительно увеличатся. Дроссели для системы следует использовать многоканальные. Провода с этой целью обычно берут серии "ПЭВ". Помещаются они первоначально в магнитопривод, который изготовлен чашечного типа. Дополнительно в нем имеется такой элемент, как феррит. Между ними должен в конечном счете образоваться зазор не более 0.5 мм.

Стабилизаторы для бытового использования больше всего подходят серии "ВД4". Ток нагрузки они способны выдерживать значительный за счет пропорционального изменения сопротивления. В это время резистор будет справляться с малым переменным током. Входное напряжение устройства целесообразно пропускать через фильтры серии ЛС.

Как стабилизатор справляется с малыми пульсациями?

В первую очередь импульсный стабилизатор напряжения 5В задействуется узел запуска, который соединен с конденсатором. Источник опорного тока при этом должен посылать сигнал на устройство сравнения. Чтобы решить проблему с преобразованием, в работу включается усилитель постоянного тока. Таким образом, можно сразу вычислить максимальную амплитуду скачков.

Далее через индуктивный накопитель ток проходит до коммутирующего диода. Чтобы входное напряжение было стабильным, имеется фильтр на выходе. Предельная частота при этом может значительно изменяться. Нагрузка транзистором максимум способна выдерживаться до 14 кГц. Катушка индуктивности отвечает за напряжение в обмотке. Благодаря ферриту ток можно стабилизировать на первоначальном этапе.

Отличие стабилизаторов повышающего типа

Импульсный повышающий стабилизатор напряжения отличается мощными конденсаторами. Во время обратной связи они принимают всю нагрузку на себя. В сети при этом должна быть расположена гальваническая развязка. Отвечает она только за повышение предельной частоты в системе.

Дополнительно важным элементом можно назвать затвор, который находится за транзистором. Ток он получает от источника питания. На выходе процесс преобразования происходит от дросселя. На данном этапе в конденсаторе образуется электромагнитное поле. В транзисторе, таким образом, получается опирающее напряжение. Процесс самоиндукции начинается последовательно.

Диоды на этом этапе не задействуются. Первым делом дроссель отдает напряжение на конденсатор, и далее транзистор направляет его на фильтр и также снова на дроссель. В результате образуется обратная связь. Происходит она до тех пор, пока не стабилизируется напряжение на блоке контроля. В этом ему помогут установленные диоды, которые получают сигнал от транзисторов, а также конденсатора стабилизатора.

Принцип действия инвертирующих приборов

Весь процесс инвертирования связан с активацией преобразователя. Импульсный стабилизатор переменного напряжения транзисторы имеет закрытого типа серии "ВТ". Еще одним элементом системы можно назвать резистор, который следит за колебательным процессом. Непосредственно индукция заключается в снижении предельной частоты. На входе она имеется на уровне 3 Гц. После преобразовательных процессов транзистор посылает сигнал на конденсатор. В конечно счете предельная частота способна увеличиться вдвое. Для того чтобы скачки стали менее заметны, необходим мощный преобразователь.

Сопротивление в колебательном процессе также учитывается. Данный параметр максимум допускается на уровне 10 Ом. В противном случае диоды на транзистор сигнал будут не способны передавать. Еще одна проблема кроется в магнитных помехах, которые имеются на выходе. Для того чтобы установить множество фильтров, применяют дроссели серии "НМ". Нагрузка на транзисторы напрямую зависит от загруженности конденсатора. На выходе задействуется магнитопривод, который помогает стабилизатору понизить сопротивление до нужной отметки.

Как устроены понижающие стабилизаторы?

Импульсный понижающий стабилизатор напряжения обычно оснащается конденсаторами серии "КЛ". В этом случае они способны значительно помочь с внутренним сопротивлением устройства. Источники питания при этом воспринимаются самые разнообразные. В среднем параметр сопротивления колеблется в районе 2 Ом. За показателем рабочей частоты следят резисторы, которые соединяются с блоком контроля, посылающим сигнал на преобразователь.

Частично нагрузка при этом уходит за счет процесса самоиндукции. Возникает она первоначально в конденсаторе. Благодаря процессу обратной связи предельная частота в некоторых моделях способна достигнуть 3 Гц. В данном случае электромагнитное поле на электрическую цепь никакого влияния не оказывает.

Источники питания

Как правило, в сети используются источники питания 220 В. В таком случае от импульсного стабилизатора напряжения можно ждать высокого коэффициента полезного действия. Для преобразования постоянного тока учитывается количество транзисторов в системе. Сетевые трансформаторы в источниках питания используются редко. Во многом это связано с большими скачками. Однако вместо них часто устанавливают выпрямители. В источнике питания он имеет свою систему фильтрации, которая стабилизирует предельное напряжение.

Зачем устанавливать компенсаторы?

Компенсаторы в большинстве случаев играют в стабилизаторе второстепенную роль. Связана она с регулировкой импульсов. Главным образом с этим справляются транзисторы. Однако свои преимущества у компенсаторов все же имеются. В данном случае многое зависит от того, какие приборы подключены к источнику питания.

Если говорить о радиооборудовании, то тут необходим особый подход. Связан он с различными колебаниями, которые воспринимаются таким прибором иначе. В этом случае компенсаторы способны помочь транзисторам в стабилизации напряжения. Установка дополнительных фильтров в цепи, как правило, ситуацию не улучшает. При этом они сильно влияют на коэффициент полезного действия.

Недостатки гальванических развязок

Гальванические развязки устанавливаются для передачи сигнала между важными элементами системы. Основной их проблемой можно назвать неверную оценку входного напряжения. Происходит это чаще всего с устаревшими моделями стабилизаторов. Контроллеры в них не способны быстро обрабатывать информацию и подключать в работу конденсаторы. В результаты диоды страдают в первую очередь. Если система фильтрации устанавливается за резисторами в электрической цепи, то они просто сгорают.

fb.ru

Импульсный блок питания – надежный защитник электронных устройств

Практически любая радиоэлектронная аппаратура нуждается в использовании блоков питания. Дело в том, что напряжение сети очень часто не совпадает с тем, что необходимо большинству устройств, тем более, что им нужно обеспечить постоянное и бесперебойное питание. Слишком низкое напряжение или высокие скачки в сети быстро выводят из строя любую технику. Решение этого вопроса было найдено уже давно – это использование блока питания, регулирующего напряжение и защищающего устройства.

Сегодня используется линейный и импульсный блок питания. Первый получил распространение из-за своей простоты, быстрой реакции на любые изменения нагрузок и стабильность. Но присутствуют и недостатки: низкий КПД, громоздкость трансформатора, чувствительность к входному напряжению, а также тепловыделение. По этим причинам линейные блоки питания потихоньку вытесняются импульсными, которые обладают сравнительно лучшими характеристиками.

В наше время наблюдается миниатюризация аппаратуры, поэтому трансформаторные схемы БП уже неактуальны. Импульсный блок питания имеет огромное число преимуществ, среди которых стоит выделить экономию намоточного материала, а это и снижение себестоимости самого устройства, аккуратные габариты, надежность, широкий рабочий диапазон. Эти качества не могли остаться незамеченными радиолюбителями и профессионалами. Правда, есть и недостаток: даже простой импульсный блок питания имеет сложную схему в сборке и настройке, но этот факт не останавливает настоящих мастеров.

ИБП хоть и дороже обычных блоков, но они не только получают и передают устройствам питающее напряжение, но и стабилизируют его, защищая себя и каскады от разных неприятностей. Сегодня широко используется импульсный блок питания для усилителя звуковой частоты, устройств на базе микроконтроллеров, средств автоматики и для другой различной аппаратуры. Изначально они использовались в телевизионных приемниках и различной видеоаппаратуре.

Импульсный блок питания уже зарекомендовал себя как экономичное, надежное и простое в использовании устройство. Теперь производители занимаются лишь усовершенствованием имеющихся моделей в плане миниатюризации элементной базы, а также повышения надежности самого устройства.

Существует огромное количество схем ИБП, но работают они практически по одинаковому принципу. Однотактный генератор питается уже выпрямленным напряжением сети, импульсный трансформатор с вторичными выпрямителями является нагрузкой, а от них питаются потребители. В зависимости от модели, генератор может быть с внешним запуском или с самовозбуждением. В ключевом режиме работает транзистор генератора. Когда он закрыт, вся энергия уходит в нагрузку, а когда открыт – в импульсном трансформаторе накапливается энергия.

Импульсный блок питания преобразовывает и стабилизирует электрическую энергию из сети переменного тока в энергию, необходимую для питания различной аппаратуры. Напряжение в сети переменное, что совсем не подходит для многих устройств и сокращает их срок использования. Блок питания защищает аппаратуру, пропуская лишь приемлемое напряжение, не выходящее за установленные пределы.

fb.ru

1.2 Импульсные источники питания

1.2.1 Принцип построения и работыимпульсного бп

Импульсные источник питания(ИИП) на сегодняшний день получили самое широкое распространение и с успехом используются во всех современных радиоэлектронных устройствах.

На рисунке3 представлена структурная схема импульсного источника питания, выполненного по традиционной схеме.вторичные выпрямители, выполняются по однополупериодной схеме. Названия этих узлов раскрывает их назначение и не нуждается в пояснении. Основными узлами первичной цепи являются: входной фильтр, выпрямитель сетевого напряжения и ВЧ Преобразователь выпрямленного питающего напряжения с трансформатором.

Необходимость использования входного фильтра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр должен устранять резкие кратковременные скачки питающего напряжения и импульсные помехи, вызванные работой расположенных поблизости импульсных устройств или возникающие в момент подключения или отключения от сети смежных нагрузок. Во-вторых, фильтр должен эффективно устранять помехи, проникающие в сеть непосредственно от используемого источника питания.ВЧ трансформаторы, применяемые в ИИП, являются преобразователями импульсных колебаний с частотой до нескольких килогерц. Передача энергии трансформатором имеет двухсторонний характер. В направлении сеть-нагрузка происходит передача колебаний ВЧ преобразователя. В обратном же направлении, то есть нагрузка - преобразователь - сеть, могут передаваться помехи, возникающие при работе нагрузочных цепей. Если, например, ИИП установлен в вычислительной системе, то эти помехи могут содержать элементы информационных составляющих обрабатываемых данных. Причем, как правило, трансформатор действует как понижающий, и. следовательно, в обратном направлении он работает как повышающий. Если входной фильтр не установлен, то помехи, возникающие непосредственно в устройстве, будут эффективно транслироваться в сеть с частью информационной составляющей. Таким образом, входной фильтр применяется не только для устранения паразитного эффекта обратной трансформации, но и для защиты от утечки информации.

Сетевой выпрямительный фильтр

Трансформатор

ВЧ преобразователь

Вторичные выпрямители

Входной фильтр

Rнагр

Рисунок 3 - Структурная схема импульсного БП

Основной принцип, положенный в основу работы ИИП заключается в преобразовании сетевого переменного напряжения 220 вольт и частотой 50 Гц в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое трансформируется до требуемых значений, выпрямляется и фильтруется.

Преобразование осуществляется с помощью мощного транзистора, работающего в режиме ключа и импульсного трансформатора, вместе образующих схему ВЧ преобразователя. Что касается схемного решения, то здесь возможны два варианта преобразователей: первый выполняется по схеме импульсного автогенератора (например, такой использовался в ИБП телевизоров) и второй с внешним управлением (используется в большинстве современных радиоэлектронных устройств).

Поскольку частота преобразователя обычно выбирается от 18 до 50 кГц, то размеры импульсного трансформатора, а, следовательно, и всего блока питания достаточно компактны, что является немаловажным параметром для современной аппаратуры.Упрощенная схема импульсного преобразователя с внешним управлением приведена на рисунке 4.

 

Рисунок 4 - Принципиальная схема импульсного БП с ВУ.

 

Преобразователь выполнен на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Сетевое напряжение через сетевой фильтр (СФ) подается на сетевой выпрямитель (СВ), где оно выпрямляется, фильтруется конденсатором фильтра (Сф) и через обмотку W1 трансформатора Т1 подается на коллектор транзистора VT1. При подаче в цепь базы транзистора прямоугольного импульса, транзистор открывается и через него протекает нарастающий ток Iк. Этот же ток будет протекать и через обмотку W1 трансформатора Т1, что приведет к тому, что в сердечнике трансформатора увеличивается магнитный поток, при этом во вторичной обмотке W2 трансформатора наводится ЭДС самоиндукции. В конечном итоге на выходе диода VD появиться положительное напряжение. При этом если мы будем увеличивать длительность импульса приложенного к базе транзистора VT1, во вторичной цепи будет увеличиваться напряжение, т.к. энергии будет отдаваться больше, а если уменьшать длительность, соответственно напряжение будет уменьшаться. Таким образом, изменяя длительность импульса в цепи базы транзистора, мы можем изменять выходные напряжения вторичной обмотки Т1, а следовательно осуществлять стабилизацию выходных напряжений БП. Единственное что для этого необходимо -схема, которая будет формировать импульсы запуска и управлять их длительность (широтой). В качестве такой схемы используется ШИМ контроллер. ШИМ – широтно – импульсная модуляция.

Для стабилизации выходных напряжений ИБП, схема ШИМ контроллера «должна знать» величину выходных напряжений. Для этих целей используется цепь слежения (или цепь обратной связи), выполненная на оптопаре U1 и резистореR2. Увеличение напряжения во вторичной цепи трансформатора Т1 приведет к увеличению интенсивности излучения светодиода, а следовательно уменьшению сопротивления перехода фототранзистора (входящих в состав оптопары U1). Что в свою очередь, приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R2, который включен последовательно фототранзистору и уменьшению напряжения на выводе 1 ШИМ контроллера. Уменьшение напряжения заставляет логическую схему, входящую в состав ШИМ контроллера, увеличивать длительность импульса до тех пор, пока напряжение на 1-м выводе не будет соответствовать заданным параметрам. При уменьшении напряжения – процесс обратный.

В ИБП используются два принципа реализации цепей слежения – «непосредственный» и «косвенный». Выше описанный метод называется «непосредственный», так как напряжение обратной связи снимается непосредственно с вторичного выпрямителя. При «косвенном» слежении напряжение обратной связи снимается с дополнительной обмотки импульсного трансформатора рисунок 5.

Рисунок 5 - Принципиальная схема импульсного БП с ВУ.

 

Уменьшение или увеличение напряжения на обмотке W2, приведет к изменению напряжения и на обмотке W3, которое через резистор R2 также приложено к выводу 1 ШИМ контроллера.

Защита ИИП от короткого замыкания.

Короткое замыкание (КЗ) в нагрузке ИБП. В этом случае вся энергия, отдаваемая во вторичную цепь ИБП, будет теряться и напряжение на выходе будет практически равно нулю. Соответственно схема ШИМ контроллера будет пытаться увеличить длительность импульса для того, что бы поднять уровень этого напряжения до соответствующего значения. В итоге транзистор VT1 будет все дольше и дольше находиться в открытом состоянии, и через него будет увеличиваться протекающий ток. В конце концов, это приведет к выходу из строя этого транзистора. В ИБП предусмотрена защита транзистора преобразователя от перегрузок по току в таких нештатных ситуациях. Основу ее составляет резисторRзащ, включенный последовательно в цепь, по которой протекает ток коллектораIк. Увеличение тока Iк протекающего через транзистор VT1, приведет к увеличению падения напряжения на этом резисторе, а, следовательно, напряжение, подаваемое на вывод 2 ШИМ контроллера также будет уменьшаться. Когда это напряжение снизится до определенного уровня, который соответствует максимально допустимому току транзистора, логическая схема ШИМ контроллера прекратит формирование импульсов на выводе 3 и блок питания перейдет в режим защиты или другими словами отключится.

В заключении необходимо подробно остановиться на достоинствах ИБП. Как уже упоминалось, частота импульсного преобразователя достаточно высока, в связи с чем, габаритные размеры импульсного трансформатора уменьшены, а значит, как это не парадоксальнозвучит, стоимость ИБП меньшетрадиционного БП т.к. меньше расход металла на магнитопровод и меди на обмотки, даже не смотря на то, что количество деталей в ИБП увеличивается. Еще одним из достоинств ИБП является малая, по сравнению с обычным БП, емкость конденсатора фильтра вторичного выпрямителя. Уменьшение емкости стало возможным за счет увеличения частоты. И, наконец, КПД импульсного блока питания доходит до 80%. Связано это с тем, что ИБП потребляет энергию электрической сети только во время открытого транзистора преобразователя, при его закрытии энергия в нагрузку отдается за счет разряда конденсатора фильтра вторичной цепи.

К недостаткам можно отнести усложнение схемы ИБП и увеличение импульсных помех излучаемым ИБП. Увеличение помех связано с тем, что транзистор преобразователя работает в ключевом режиме. В таком режиме транзистор является источником импульсных помех, возникающих в моменты переходных процессов транзистора. Это является недостатком любого транзистора работающего в ключевом режиме. Но если транзистор работает с малыми напряжениями (например, транзисторная логика с напряжением в 5В) это не страшно, в нашем же случае напряжение, приложенное к коллектору транзистора, составляет, примерно 315 В. Для борьбы с этими помехами в ИБП используются более сложные схемы сетевых фильтров, чем в обычном БП.

studfiles.net

Принцип работы импульсных блоков питания. Схема импульсного блока питания

Технологии 26 июня 2015

Блоки питания всегда являлись важными элементами любых электронных приборов. Задействованы данные устройства в усилителях, а также приемниках. Основной функцией блоков питания принято считать снижение предельного напряжения, которое исходит от сети. Появились первые модели только после того, как была изобретена катушка переменного тока.

Дополнительно на развитие блоков питания повлияло внедрение трансформаторов в схему устройства. Особенность импульсных моделей заключается в том, что в них применяются выпрямители. Таким образом, стабилизация напряжения в сети осуществляется несколько другим способом, чем в обычных приборах, где задействуется преобразователь.

Устройство блока питания

Если рассматривать обычный блок питания, который используется в радиоприемниках, то он состоит из частотного трансформатора, транзистора, а также нескольких диодов. Дополнительно в цепи присутствует дроссель. Конденсаторы устанавливаются разной емкости и по параметрам могут сильно отличаться. Выпрямители используются, как правило, конденсаторного типа. Они относятся к разряду высоковольтных.

Работа современных блоков

Первоначально напряжение поступает на мостовой выпрямитель. На этом этапе срабатывает ограничитель пикового тока. Необходимо это для того, чтобы в блоке питания не сгорел предохранитель. Далее ток проходит по цепи через специальные фильтры, где происходит его преобразование. Для зарядки резисторов необходимо несколько конденсаторов. Запуск узла происходит только после пробоя динистора. Затем в блоке питания осуществляется отпирание транзистора. Это дает возможность значительно снизить автоколебания.

При возникновении генерации напряжения задействуются диоды в схеме. Они соединены между собой при помощи катодов. Отрицательный потенциал в системе дает возможность запереть динистор. Облегчение запуска выпрямителя осуществляется после запирания транзистора. Дополнительно обеспечивается ограничение тока. Чтобы предотвратить насыщение транзисторов, имеется два предохранителя. Срабатывают они в цепи только после пробоя. Для запуска обратной связи необходим обязательно трансформатор. Подпитывают его в блоке питания импульсные диоды. На выходе переменный ток проходит через конденсаторы.

Видео по теме

Особенности лабораторных блоков

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа построен на активном преобразовании тока. Мостовой выпрямитель в стандартной схеме предусмотрен один. Для того чтобы убирать все помехи, используются фильтры в начале, а также в конце цепи. Конденсаторы импульсный лабораторный блок питания имеет обычные. Насыщение транзисторов происходит постепенно, и на диодах это сказывается положительно. Регулировка напряжения во многих моделях предусмотрена. Система защиты призвана спасать блоки от коротких замыканий. Кабели для них обычно используются немодульной серии. В таком случае мощность модели может доходить до 500 Вт.

Разъемы блока питания в системе чаще всего устанавливаются типа АТХ 20. Для охлаждения блока в корпусе монтируется вентилятор. Скорость вращения лопастей должна регулироваться при этом. Максимальную нагрузку блок лабораторного типа должен уметь выдерживать на уровне 23 А. При этом параметр сопротивления в среднем поддерживается на отметке 3 Ом. Предельная частота, которую имеет импульсный лабораторный блок питания, равна 5 Гц.

Как осуществлять ремонт устройств?

Чаще всего блоки питания страдают из-за сгоревших предохранителей. Находятся они рядом с конденсаторами. Начать ремонт импульсных блоков питания следует со снятия защитной крышки. Далее важно осмотреть целостность микросхемы. Если на ней дефекты не видны, ее можно проверить при помощи тестера. Чтобы снять предохранители, необходимо в первую очередь отсоединить конденсаторы. После этого их можно без проблем извлечь.

Для проверки целостности данного устройства осматривают его основание. Сгоревшие предохранители в нижней части имеют темное пятно, которое свидетельствует о повреждении модуля. Чтобы заменить данный элемент, нужно обратить внимание на его маркировку. Затем в магазине радиоэлектроники можно приобрести аналогичный товар. Установка предохранителя осуществляется только после закрепления конденсатов. Еще одной распространенной проблемой в блоках питания принято считать неисправности с трансформаторами. Представляют они собой коробки, в которых устанавливаются катушки.

Когда напряжение на устройство подается очень большое, то они не выдерживают. В результате целостность обмотки нарушается. Сделать ремонт импульсных блоков питания при такой поломке невозможно. В данном случае трансформатор, как и предохранитель, можно только заменить.

Сетевые блоки питания

Принцип работы импульсных блоков питания сетевого типа основан на низкочастотном снижении амплитуды помех. Происходит это благодаря использованию высоковольтных диодов. Таким образом, контролировать предельную частоту получается эффективнее. Дополнительно следует отметить, что транзисторы применяются средней мощности. Нагрузка на предохранители оказывается минимальная.

Резисторы в стандартной схеме используются довольно редко. Во многом это связано с тем, что конденсатор способен участвовать в преобразовании тока. Основной проблемой блока питания данного типа является электромагнитное поле. Если конденсаторы используются с малой емкостью, то трансформатор находится в зоне риска. В данном случае следует очень внимательно относиться к мощности устройства. Ограничители для пикового тока сетевой импульсный блок питания имеет, а находятся они сразу над выпрямителями. Их основной задачей является контроль рабочей частоты для стабилизации амплитуды.

Диоды в данной системе частично выполняют функции предохранителей. Для запуска выпрямителя используются только транзисторы. Процесс запирания, в свою очередь, необходим для активации фильтров. Конденсаторы также могут применяться разделительного типа в системе. В таком случае запуск трансформатора будет осуществляться намного быстрее.

Применение микросхем

Микросхемы в блоках питания применяются самые разнообразные. В данной ситуации многое зависит от количества активных элементов. Если используется более двух диодов, то плата должна быть рассчитана под входные и выходные фильтры. Трансформаторы также производятся разной мощности, да и по габаритам довольно сильно отличаются.

Заниматься пайкой микросхем самостоятельно можно. В этом случае нужно рассчитать предельное сопротивление резисторов с учетом мощности устройства. Для создания регулируемой модели используют специальные блоки. Такого типа системы делаются с двойными дорожками. Пульсации внутри платы будут происходить намного быстрее.

Преимущества регулируемых блоков питания

Принцип работы импульсных блоков питания с регуляторами заключается в применении специального контроллера. Данный элемент в цепи может изменять пропускную способность транзисторов. Таким образом, предельная частота на входе и на выходе значительно отличается. Настраивать по-разному можно импульсный блок питания. Регулировка напряжения осуществляется с учетом типа трансформатора. Для охлаждения прибора используют обычные куллеры. Проблема данных устройств, как правило, заключается в избыточном токе. Для того чтобы ее решить, применяют защитные фильтры.

Мощность приборов в среднем колеблется в районе 300 Вт. Кабели в системе используются только немодульные. Таким образом, коротких замыканий можно избежать. Разъемы блока питания для подключения устройств обычно устанавливают серии АТХ 14. В стандартной модели имеется два выхода. Выпрямители используются повышенной вольтности. Сопротивление они способны выдерживать на уровне 3 Ом. В свою очередь, максимальную нагрузку импульсный регулируемый блок питания воспринимает до 12 А.

Работа блоков на 12 вольт

Импульсный блок питания (12 вольт) включает в себя два диода. При этом фильтры устанавливаются с малой емкостью. В данном случае процесс пульсации происходит крайне медленно. Средняя частота колеблется в районе 2 Гц. Коэффициент полезного действия у многих моделей не превышает 78%. Отличаются также данные блоки своей компактностью. Связано это с тем, что трансформаторы устанавливаются малой мощности. В охлаждении при этом они не нуждаются.

Схема импульсного блока питания 12В дополнительно подразумевает использование резисторов с маркировкой Р23. Сопротивление они способны выдержать только 2 Ом, однако для прибора такой мощности достаточно. Применяется импульсный блок питания 12В чаще всего для ламп.

Как работает блок для телевизора?

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа заключается в применении пленочных фильтров. Эти устройства способны справляться с помехами различной амплитуды. Обмотка дросселя у них предусмотрена синтетическая. Таким образом, защита важных узлов обеспечивается качественная. Все прокладки в блоке питания изолируются со всех сторон.

Трансформатор, в свою очередь, имеет отдельный куллер для охлаждения. Для удобства использования он обычно устанавливается бесшумным. Предельную температуру данные устройства выдерживают до 60 градусов. Рабочую частоту импульсный блок питания телевизоров поддерживает на уровне 33 Гц. При минусовых температурах данные устройства также могут использоваться, однако многое в этой ситуации зависит от типа применяемых конденсатов и сечения магнитопровода.

Модели устройств на 24 вольта

В моделях на 24 вольта выпрямители применяются низкочастотные. С помехами успешно справляться могут всего два диода. Коэффициент полезного действия у таких устройств способен доходить до 60%. Регуляторы на блоки питания устанавливаются довольно редко. Рабочая частота моделей в среднем не превышает 23 Гц. Сопротивление резисторы могут выдерживать только 2 Ом. Транзисторы в моделях устанавливаются с маркировкой ПР2.

Для стабилизации напряжения резисторы в схеме не используются. Фильтры импульсный блок питания 24В имеет конденсаторного типа. В некоторых случаях можно встретить разделительные виды. Они необходимы для ограничения предельной частоты тока. Для быстрого запуска выпрямителя динисторы применяются довольно редко. Отрицательный потенциал устройства убирается при помощи катода. На выходе ток стабилизируется благодаря запиранию выпрямителя.

Боки питания на схеме DA1

Блоки питания данного типа от прочих устройств отличаются тем, что способны выдерживать большую нагрузку. Конденсатор в стандартной схеме предусмотрен только один. Для нормальной работы блока питания регулятор используется. Устанавливается контроллер непосредственно возле резистора. Диодов в схеме можно встретить не более трех.

Непосредственно обратный процесс преобразования начинается в динисторе. Для запуска механизма отпирания в системе предусмотрен специальный дроссель. Волны с большой амплитудой гасятся у конденсатора. Устанавливается он обычно разделительного типа. Предохранители в стандартной схеме встречаются редко. Обосновано это тем, что предельная температура в трансформаторе не превышает 50 градусов. Таким образом, балластный дроссель со своими задачами справляется самостоятельно.

Модели устройств с микросхемами DA2

Микросхемы импульсных блоков питания данного типа среди прочих устройств выделяются повышенным сопротивлением. Используют их в основном для измерительных приборов. В пример можно привести осциллограф, который показывает колебания. Стабилизация напряжения для него является очень важной. В результате показатели прибора будут более точными.

Регуляторами многие модели не оснащаются. Фильтры в основном имеются двухсторонние. На выходе цепи транзисторы устанавливаются обычные. Все это дает возможность максимальную нагрузку выдерживать на уровне 30 А. В свою очередь, показатель предельной частоты находится на отметке 23Гц.

Блоки с установленными микросхемами DA3

Данная микросхема позволяет устанавливать не только регулятор, но и котроллер, который следит за колебаниями в сети. Сопротивление транзисторы в устройстве способны выдерживать примерно 3 Ом. Мощный импульсный блок питания DA3 с нагрузкой в 4 А справляется. Подсоединять вентиляторы для охлаждения выпрямителей можно. В результате устройства можно использовать при любой температуре. Еще одно преимущество заключается в наличии трех фильтров.

Два из них устанавливаются на входе под конденсаторами. Один фильтр разделительного типа имеется на выходе и стабилизирует напряжение, которое исходит от резистора. Диодов в стандартной схеме можно встретить не более двух. Однако многое зависит от производителя, и это следует учитывать. Основной проблемой блоков питания данного типа считается то, что они не способны справляться с низкочастотными помехами. В результате устанавливать их на измерительные приборы нецелесообразно.

Как работает блок на диодах VD1?

Данные блоки рассчитаны на поддержку до трех устройств. Регуляторы в них имеются трехсторонние. Кабели для связи устанавливаются только немодульные. Таким образом, преобразование тока происходит быстро. Выпрямители во многих моделях устанавливаются серии ККТ2.

Отличаются они тем, что энергию от конденсатора способны передавать на обмотку. В результате нагрузка от фильтров частично снимается. Производительность у таких устройств довольно высокая. При температурах свыше 50 градусов они также могут использоваться.

Источник: fb.ru Домашний уют Устройство, принцип работы импульсного стабилизатора напряжения

Для нормального функционирования бытовой техники требуется стабильное напряжение. Как правило, в сети могут происходить различные сбои. Напряжение от 220 В может отклоняться, и в устройстве происходят сбои. В первую о...

Домашний уют Принцип работы инвертора сварочного: описание, схема и устройство

Традиционные сварочные аппараты с неизменными трансформаторами огромных размеров постепенно уходят в прошлое. Вместо них теперь появились компактные сварочные инверторы. Они удобны в работе, их могут использовать даже...

Автомобили Принцип работы термостата в автомобиле: схема, устройство и рекомендации

Каждый день мы сталкиваемся с необходимостью регулировки температуры воды. Для таких целей придуман смеситель с термостатом. Принцип работы его очень простой. Но сегодня мы поговорим о том, как работает термостат в ав...

Компьютеры Бестрансформаторный блок питания: назначение, особенности, принцип работы устройства

Блоки питания для персональных компьютеров строятся на бестрансформаторных схемах подключения к сети (по сути, это импульсное питающее устройство). Они характеризуются высоким значением КПД, небольшими габаритными раз...

Технологии Устройства защиты от импульсных перенапряжений УЗИП: применение, схема подключения, принцип работы

Во время грозы в сети часто возникают импульсные помехи. Также их можно наблюдать при поломке трансформатора. Для защиты электрооборудования в доме используются специальные устройства УЗИП. Устанавливаются они в щитки...

Технологии Блок питания AeroCool VX-500: технические характеристики, описание, принцип работы

Блок питания - весьма важный компонент в любом компьютере. Именно он определяет, какой мощности компоненты можно установить в компьютер. Многие производители выпускают довольно интересные модели. И блок питания AeroCo...

Домашний уют Импульсные реле для управления освещением: описание и принцип работы

Реле - это устройство для переключения электрической цепи при изменении входных воздействий. Классический вариант представляет собой электромеханическое устройство, размыкающее или замыкающее контакты при прохождении ...

Технологии Импульсное реле: принцип работы и основные разновидности

Импульсное реле наибольшее распространение получило в сфере железнодорожной автоматики. Такое устройство коммутирует своими контактами сети и цепи различной мощности при нагрузках разного характера – индуктивног...

Автомобили ВАЗ-2114, реле стартера: устройство, схема и принцип работы

Автомобильный стартер – это устройство, предназначенное для запуска двигателя путем вращения его коленчатого вала. В основе его конструкции лежит обычный электрический двигатель постоянного тока, управление кото...

Автомобили ВАЗ-2110: регулятор напряжения: принцип работы, устройство, схема и замена

Величина электрического напряжения, вырабатываемого автомобильным генератором, не постоянна и зависит от количества оборотов коленчатого вала. Для того чтобы ее стабилизировать, предназначен специальный регулятор. О н...

monateka.com

---

• 
  Автомат в щиток
• 
  Как беспроводной звонок установить
• 
  Падение напряжения от длины в кабеле
• 
  Светильники уличные мощные
• 
  Конденсаторный асинхронный двигатель
• 
  На каких опорах используются монтерские когти для работы на высоте
• 
  Тесла генератор как сделать
• 
  Подключение узо и автоматов
• 
  Фубаг инвертор
• 
  Крепление к потолку натяжной потолок
• 
  Обозначьте самую высокую вершину земли самую глубокую