Википедия импульсный блок питания: Схема импульсного блока питания — четыре версии на чипе IR2153

Схема импульсного блока питания — четыре версии на чипе IR2153

Схема импульсного блока питания — 4 рабочие схемы

Схема импульсного блока питания, но не одна, а сразу четыре. В этом материале будет представлено вам несколько схем импульсных источников питания, выполненных на популярной и надежной микросхеме IR2153. Все эти проекты были разработаны известным пользователем Nem0. Поэтому я здесь буду писать от его имени. Показанные здесь все схематические решения были пару лет назад лично автором собраны и протестированы.

Но вот сейчас, в середине 2018 года, автор решил вновь предложить их вам для повторения, схемы абсолютно рабочие. В данной статье к сожалению не каждая схема имеет для наглядности фото уже готового прибора, но это пока все, что есть.

В общем начнем пока с так называемого «высоковольтного» блока питания:

Схема традиционная, которую использует Nem0 в большинстве своих конструкций импульсников. Драйвер получает питание напрямую от электросети через сопротивление. Это в свою очередь способствует уменьшению рассеиваемой на этом сопротивлении мощности, сравнительно с подачей напряжения от цепи 310v. Схема импульсного блока питания располагает функцией плавного включения напряжения, что существенно ограничивает пусковой ток. Модуль плавного пуска запитывается через конденсатор С2 понижающий сетевое напряжение 230v.

В блоке питания предусмотрена эффективная защита предотвращения короткого замыкания и пиковой нагрузки во вторичном силовом тракте. Роль датчика тока выполняет постоянный резистор R11, а регулировку тока срабатывания защиты выполняется с помощью подстроечника R10. Во время отсечки тока защитой, начинает светится светодиод, сигнализирующий о том, что защита сработала. Выходное двух полярное выпрямленное напряжение составляет +/-70v.

Трансформатор выполнен с одной первичной обмоткой, состоящей из пятидесяти витков, а 4 вторичные обмотки, содержат по двадцать три витка. Диаметр медной жилы и магнитопровод трансформатора расчитываются в зависимости от заданной мощности определенного блока питания.

Теперь рассмотрим следующий блок питания:

Эта версия блока питания во много схожа с описанной выше схемой, хотя в ней имеется существенное отличие. Дело в том, что здесь напряжение питания на драйвер поступает от специальной обмотки трансформатора, через балластный резистор. Все остальные компоненты в конструкции практически одинаковы.

Мощность на выходе этого источника питания обусловлено как характеристикой трансформатора и параметрами микросхемы IR2153, но и ресурсом диодов в выпрямителе. В данной схеме были задействованы диоды КД213А, у которых обратное максимальное напряжение 200v и прямой максимальный ток 10А. Для обеспечения корректной работы диодов при больших токах, их нужно устанавливать на радиатор.

Отдельного внимания заслуживает дроссель Т2. Наматывают его на совместном кольцевом магнитопроводе, в случае необходимости можно использовать другой сердечник. Намотка делается эмаль-проводом с сечением рассчитанным согласно току в нагрузке. Также и мощность импульсного трансформатора определяется в зависимости от того, какую выходную мощность вы хотите получить. Очень удобно делать расчеты трансформаторов с помощью специальных компьютерных калькуляторов.

Теперь третья схема импульсного блока питания на мощных полевых транзисторах IRFP460:

Этот вариант схемы уже имеет конкретную разницу относительно предыдущих моделей. Главные отличия, это система защиты от КЗ и перегруза здесь собрана с использованием трансформатора по току. И есть еще одна разница, это наличие в схеме пары предвыходных транзисторов BD140. Именно эти транзисторы дают возможность отрезать большую входную емкость мощных полевых ключей, относительно выхода драйвера.

Есть еще маленькое отличие, это гасящий напряжение резистор, относящейся к модулю плавного включения, установлен он в цепи 230v. В предыдущей схеме он расположен в силовом тракте +310v. Кроме этого в схеме имеется ограничитель перенапряжения, служащий для гашения остаточного импульса трансформатора. Во всем остальном никаких различий между приведенными выше схемами у этой больше нет.

Четвертая схема импульсника:

В этой схеме все упрощено до придела, здесь нет защиты от короткого замыкания, но собственно она не особо и нужна. В этом варианте блока питания, ток на выходе вторичной цепи 260v уменьшается на сопротивлении R6. Резистор R1 обрезает пиковый ток при пуске, а также сглаживает сетевые искажения.

Скачать: Дополнительные файлы

Из чего состоит импульсный блок питания часть 2

Я уже выкладывал видео по отдельным частям блока питания, но подумав решил, что делал это неправильно, а точнее, не совсем последовательно и решил исправиться.
Этой статьей я начинаю небольшой цикл из серии — «как это работает», где попробую показать поочередно все узлы типового импульсного блока питания, а также рассказать их предназначение и возможные места отказа компонентов.

Как я уже рассказывал, типовой блок питания состоит из следующих узлов:
1. Входной фильтр и выпрямитель с фильтрующими конденсаторами.
2. ШИМ контроллер и транзисторы инвертора.
3. Силовой трансформатор и цепи гашения выбросов.
4. Выходной выпрямитель, конденсаторы выходного фильтра и цепь обратной связи.

Если нарисовать упрощенную блок схему, то выглядеть это будет так. Бывают конечно некоторые исключения, но в целом картина будет очень похожа.
В качестве исключения скажу, что еще существуют блоки питания с переключаемыми конденсаторами, но это уже экслюзив.

Почти все узлы в свою очередь можно также разделить на составляющие части, потому возможно я буду описывать это отдельно, но сегодня я расскажу о том, с чего начинается импульсный блок питания. Например в планах выделить отдельное видео для описания корректоров коэффициента мощности.
А начинается блок питания со входного помехоподавляющего фильтра, выпрямителя и фильтрующих конденсаторов.

Первой идет защита, включающая в себя предохранитель, варистор, термистор и резистор для разряда входного помехоподавляющего конденсатора

Вторым идет фильтр от помех, попадающих от блока питания в сеть.
Он включает в себя конденсаторы Х и Y классов, а также синфазный дроссель.

Ну а последним будет выпрямитель и фильтрующие конденсаторы.

Хотя я уже рассказывал о входном фильтре и элементах защиты, но все таки немного отвлекусь на них и здесь.
Нормальный входной фильтр выглядит примерно так.

Как вариант так. Здесь также виден дроссель, конденсаторы, предохранитель и варистор.

Или вот фильтр блока питания Менвелл.

Вообще как я говорил, фильтр импульсного блока питания вещь не только важная, а часто и довольно сложная. иногда сложность и количество элементов фильтра становится сопоставимой с простеньким блоком питания. Например вот схема более сложного фильтра.

Кстати, подобные фильтры продаются как отдельные устройства, например от того же Менвела.

Мало того, сверху производитель даже указал схему, что весьма непривычно.
Вообще подобные фильтры попадались в отечественной компьютерной технике, до сих пор дома один такой лежит.

Но в любом случае ключевым элементом фильтра является двухобмоточный дроссель, благо определить его наличие весьма несложно.

Но попадаются весьма экономичные производители (которым не мешало бы по рукам надавать), которые вместо него ставят перемычки, понятно что они ничего не фильтруют.
Чаще всего они попадаются в самых дешевых блоках питания. Хотя у меня были исключения, в дорогом блоке были, а в дешевом стоял дроссель.

Не менее важным элементом является предохранитель. Для начала они бывают разные, а то и вообще заменяются резистором.
Нет, конечно есть специальные резисторы, но в итоге ставят обычные.
Для начала предохранители бывают разных типов и размеров. Такой маленький как на фото я бы не назвал хорошим.

А вот правильный вариант, он мало того что больше, так еще и защищен термоусадкой. И дело не в том, что больше — лучше, мы ведь не по Фрейду определяем размер предохранителя. Просто у большего предохранителя больше расстояние между выводами, потому разрыв цепи более надежен.

Обычно принято считать, что предохранитель должен защищать технику. Это так, но лишь наполовину. Если в схеме стоит варистор, то в случае превышения напряжения он начнет его ограничивать и в итоге спалит предохранитель, защитив тем самым технику. Мне попадалась фирменная техника, на которую подавали более 300 Вольт после отгорания нуля, после замены варистора и предохранителя все работало как и раньше.
Если варистора нет, то предохранитель выполняет только функцию защиты вашей электропроводки.

Маркировка варисторов очень проста. Три цифры, первые две значение, третья — множитель. Например в блоках питания ставят варисторы на 470 Вольт, маркировка 471.

Ну и конечно же конденсаторы. Я рассказывал о них в отдельном видеоролике, потому коротко.
Во первых конденсаторы Y типа легко спутать с варисторами, так как они имеют похожую маркировку, цвет и размеры. но у варисторов обычно маркировка проще, а Y конденсаторы толще и меньше. потому просто внимательно читайте маркировку.
С конденсаторами X типа, на фото он справа, все гораздо проще, ищем маркировку X1 или X2, а также указание рабочего напряжения.

Безопасные конденсаторы обычно имеют больше количество маркировки, потому отличить их можно даже по внешнему виду.

И соответственно X типа. Они бывают еще в корпусе голубого цвета, их можно увидеть в начале видео.

Следующим после всех фильтров идет выпрямитель. Его задача проста, получить из переменного тока постоянный, но и здесь могут ждать сюрпризы.
Обычно для выпрямления в импульсных блоках питания применяют диодный мост, это как бы понятно и естественно.

Но некоторые производители умудряются экономить даже на этом. У меня где-то валяются копеечные блоки питания в которых применен однополупериодный выпрямитель, а по сути только один диод.
В таком варианте уровень пульсаций на выходе выпрямителя будет существенно больше при той же емкости. Его конечно можно доработать, установив недостающие три диода, но если на нем так сэкономили, то дешевле его выкинуть.

Диодный мост может быть выполнен из отдельных диодов, либо на базе диодной сборки, что конечно куда удобнее.

Кстати меня как-то спрашивали, а надо ли устанавливать диодную сборку на радиатор. Скажем так, это зависит от многих факторов, но если блок питания имеет пассивное охлаждение, то лучше привинтить к ней небольшой радиатор, например как сделано в блоках питания Менвелл.
Причем на фото блок питания мощностью всего 150 Ватт.

У блоков питания небольшой мощности чаще всего стоит только один конденсатор, хотя мне встречались и исключения.
Чаще всего эти блоки питания рассчитаны на широкий диапазон питающего напряжения.

У более мощных блоков питания вы скорее всего увидите вот такой переключатель. Он позволяет переключать диапазон входного напряжения в режим 110 или 220 Вольт.

При этом рядом будут находиться два конденсатора. Это все конечно необязательно, бывают мощные блоки питания с одним конденсатором и об этом я обязательно расскажу, Также встречаются маломощные с двумя конденсаторами, просто чаще всего сделано так, как видно на фото.

В сети я встречал заблуждения и некоторое непонимание процессов, происходящих при переключении напряжения, попробую объяснить.
В обычном для нас режиме выключатель разомкнут и к выходу диодного моста подключены два последовательно включенных конденсатора.
Резисторы нужны для разряда конденсаторов и небольшого выравнивания напряжения на них.

Так как не у всех в розетке 220 Вольт, а иногда бывает и в два раза меньше, то придумали простой вариант переключения.
Если замкнуть выключатель, то средняя точка соединения конденсаторов подключается к одному из входных контактов, диодный мост при этом начинает работать как два диода.

Если диоды поставить немного по другому, то схема становится более понятной.

И превращается в два однополупериодных выпрямителя, но включенных так, что один заряжает первый конденсатор от положительной полуволны, а второй делает то же самое со своим конденсатором, но от отрицательной. В итоге два меньших напряжения складываются и получаются полные 300-310 Вольт. Называется эта схема — выпрямитель с удвоением напряжения. Такой финт возможен только на переменном токе, благо много лет назад он выиграл в соревновании с постоянным.

Но у такого решения есть и небольшой минус. Так как схема работает в режиме удвоения, то если замкнуть выключатель при наших 220 Вольт, можно получить печальный результат. Выпрямитель попытается зарядить конденсаторы до напряжения в 310 Вольт каждый, а они обычно рассчитаны всего на 200.
В лучшем случае у них вздуются крышки и вся комната будет напоминать банку с молоком.

Но у меня были случаи и похуже, когда конденсатор просто разрывало и на плате оставалось только резиновое донышко.

Главное в такой ситуации, чтобы отлетевшая крышка не попала куда нибудь в важный орган, например глаз.

Следующий важный вопрос, который мне задают очень часто, это как определить необходимую емкость входного конденсатора.
Обычно рекомендуется емкость в микрофарадах равная мощности блока питания в Ваттах, но здесь также есть свои нюансы, попробую рассказать и показать на графиках.
В первом примере сетевое напряжение нормальное и емкость с запасом, видны небольшие пульсации.

Вот входное напряжение немного просело, все в порядке, за исключением того, что пульсации приблизились к желтой зоне, но пока это не критично.

Вернем напряжение в норму, но увеличим нагрузку. сразу видно что растет размах пульсаций, такой режим уже может быть вреден для входного конденсатора, в итоге у него снижается срок службы.

Оставим ту же мощность, но снизим входное напряжение. Амплитуда пульсаций немного возрастает, так как недостаток напряжения инвертор пытается компенсировать большим временем, в течение которого отбирается энергия от конденсатора. Вредно, но все работает.

Опустим напряжение еще ниже, ведь бывают такие ситуации, причем не обязательно на длительное время, например запуск компрессора холодильника или кондиционера при слабой сети может дать заметную просадку.
Напряжение на конденсаторе падает ниже красной зоны, т.е. на выходе блока питания мы увидим пульсации с частотой 100 Герц, это уже плохо.

Еще один эксперимент, поднимем немного напряжение, но уменьшим емкость конденсатора, результат такой же как и был, только размах пульсация стал больше, теперь это еще и очень вредно для конденсатора.

В приличных блоках питания

Чем отличается импульсный блок питания от обычного: особенности и отличия

Во многих современных электрических приборах используется принцип вторичной мощности благодаря возможности применения устройств, обеспечивающих особенности используемых схем электрической энергии. При этом схемы могут нуждаться в питании определенного напряжения, тока, частоты. Для успешной реализации поставленных задач принято использовать блоки питания, которые позволяют преобразовывать напряжение.

Какими могут быть современные блоки питания?

1. Встроенными конструкциями в корпус потребителя, словно реализовываются микропроцессорные приборы.
2. Присутствует возможность использования отдельных модулей и соединительных проводов. Такие блоки создаются на основе обычного зарядного устройства, которое применяется для мобильной техники.

Блоки питания могут по-разному преобразовывать энергию для последующего использования. Какие технологии нужно отметить?

1. Аналоговые модели.
2. ИБП.

В настоящее время оборудование, которое предлагается, обладает определенной спецификой, оказывающей серьезное влияние на эксплуатацию.

Что представляют собой трансформаторные блоки питания?

Изначально производители предлагали только такие конструкции. Предполагается, что для изменения напряжения требуется силовой трансформатор, который может питаться от бытовой сети с электрическим напряжением в 220 вольт. В сети и оборудовании происходит уменьшение амплитуды синусоидальной гармоники, которая должна воздействовать на выпрямительное устройство, включающее в себя силовые диоды, основанные на классической схеме моста.

Впоследствии пульсирующее напряжение может быть сглажено емкостью, которая включается параллельно. Емкость должна быть правильно подобрана по величине разрешенной мощности. Для стабилизации используется полупроводниковая схема, которая дополнительно обладает силовыми транзисторами.

Нужно отметить, что положение резисторов в схеме стабилизации может быть изменено, в результате чего удается настраивать напряжение на клеммах, являющихся выходными.

Что представляют собой импульсные блоки питания (ИБП)?

В последнее время импульсные блоки питания становятся все более распространенными. При этом их популярность оказывается полностью оправданной. Среди преимуществ ИБП нужно отметить:

1. Доступность комплектации, благодаря чему при необходимости можно провести ремонтные мероприятия.
2. Высокий уровень надежности исполнения техники.
3. Оптимальная функциональность, благодаря чему можно использовать оборудование во многих сферах, вне зависимости от существующих требований к параметрам блока питания.

В большинстве случаев ИБП обладают высоким уровнем функциональности, причем предполагается соблюдение общих принципов. Несмотря на это, присутствует возможность выбрать подходящую модель оборудования, ориентируясь на ее технические параметры.

Особенности ИБП

Импульсный блок питания должен предоставлять стабилизированное питающее напряжение благодаря тому, что использует правильное взаимодействие всех составляющих инверторной схемы.

Для получения напряжения двести двадцать вольт необходимо использовать подключенные провода, основанные на выпрямители. Для сглаживания амплитуды требуется емкостный фильтр, который может использовать специальные конденсаторы. При этом установленные конденсаторы готовы выдерживать около трехсот вольт.

Импульсный блок питания

Импульсные блоки питания всегда обладают определенной схемой, которая позволяет разделять оборудование на две категории:

1. С гальваническим отделением сети электрического питания от используемых выходных цепей.
2. Без гальванической развязки.

Какими особенностями обладают оба вида блоков питания? По какой схеме происходит их работа?

ИБП с гальванической развязкой

Высокочастотные сигналы могут направляться на импульсный трансформатор, который требуется для гальванической развязки цепей. Повышенная частота работы оборудования приводит к эффективной эксплуатации и одновременному уменьшению габаритов, веса. В большинстве случаев устройства работают на основе 3 цепочек, которые должны обладать взаимной связью:

1. ШИМ контролер. Данное устройство должно управлять технологическим процессом. В большинстве случаев предполагается процесс преобразования модуляции широтно-импульсного вида.
2. Каскад, состоящий из силовых ключей. Данная часть оборудования включает в себя мощные транзисторы, которые могут быть основаны на биполярных, IGBT, а также полевых моделях.
3. Импульсный трансформатор. Данный вид оборудования требуется для успешной передачи высокочастотных импульсов, которые могут обладать частотой до ста кГц.

Работа ИБП с гальванической развязкой дополнительно обладают цепочками, которые основаны на стабилизаторах, фильтрах, диодах.

ИБП без гальванической развязки

В этом случае предполагается отсутствие разделительного трансформатора. Сигнал может сразу же поступать на фильтр нижних частот.

Преимущества импульсных блоков питания над обычными.

1. Компактные габариты.
2. Уменьшенный вес.
3. Высокий КПД.
4. Доступная цена.
5. Высокий уровень функциональности.
6. Наличие специальной защиты.

Нужно отметить, что к недостаткам можно относить помехи, ведь ИБП работают на основе преобразования высокочастотных импульсов, а также ограничения по мощности. Несмотря на это, современные технологии активно развиваются  и постепенно недостатки устраняются.

определение импульсного источника питания и синонимы импульсного источника питания (на английском языке)

Из Википедии, бесплатная энциклопедия

(перенаправлено с импульсного источника питания)

Внутренний вид ATX SMPS:
Ниже A — вход EMI фильтрация
A — Мостовой выпрямитель
B — Конденсаторы входного фильтра
Между B и C — Радиатор первичной стороны
C — Трансформатор
Между C и D — Радиатор вторичной стороны
D — Катушка выходного фильтра
E — Конденсаторы выходного фильтра
Катушка и большой желтый конденсатор под E являются дополнительными входными фильтрующими компонентами, которые устанавливаются непосредственно на входной разъем питания и не являются частью основной печатной платы.

Регулируемый импульсный источник питания для лабораторного использования

A Импульсный источник питания (также Импульсный источник питания , SMPS или просто Switcher ) представляет собой электронный блок питания (PSU) который включает импульсный стабилизатор для обеспечения необходимого выходного напряжения. SMPS фактически представляет собой преобразователь энергии, который передает мощность от источника (например, батареи или электросети) на нагрузку (например, персональный компьютер) без потерь в идеале.Функция преобразователя заключается в обеспечении надежного выходного напряжения, часто на уровне, отличном от входного.

Когда механические валы вращаются, простая зубчатая передача может передавать мощность на вал с одной скоростью от вала с другой скоростью. Однако гидравлическую энергию можно преобразовать из источника с одним соотношением давления и расхода на другой уровень давления и расхода без вращения с помощью переключающего действия гидроцилиндра. Аналогично, когда мощность переменного тока подается от источника переменного тока, можно использовать простой трансформатор для преобразования мощности на одном уровне напряжения в мощность на другом уровне напряжения с небольшими потерями.Точно так же переключаемое действие SMPS может преобразовывать мощность постоянного тока с небольшими потерями.

Пояснение

Линейный регулятор поддерживает желаемое выходное напряжение за счет рассеивания избыточной мощности в омических потерях (например, в резисторе или в области коллектор-эмиттер проходного транзистора в его активном режиме). Линейный регулятор регулирует либо выходное напряжение, либо ток, рассеивая избыточную электрическую мощность в виде тепла, и, следовательно, его максимальная энергоэффективность равна выходному напряжению / входному напряжению, поскольку разница в напряжении тратится впустую.Напротив, импульсный источник питания регулирует либо выходное напряжение, либо ток путем переключения идеальных накопительных элементов, таких как индукторы и конденсаторы, в различные электрические конфигурации и из них. Идеальные переключающие элементы (например, транзисторы, работающие вне своего активного режима) не имеют сопротивления в закрытом состоянии и не пропускают ток в открытом состоянии, поэтому преобразователи теоретически могут работать со 100% -ным КПД (т. Е. Вся входная мощность поступает на нагрузки; мощность не расходуется в виде рассеиваемого тепла).

Например, составляющая постоянного тока (т. Е. Среднее по времени) на одном выводе катушки индуктивности будет соответствовать составляющей постоянного тока на другом выводе. Если источник постоянного тока, катушка индуктивности, переключатель и соответствующее электрическое заземление расположены последовательно, а переключатель приводится в действие прямоугольной волной, форма волны напряжения, измеренная на переключателе, также будет прямоугольной. Поскольку катушка индуктивности обеспечивает соответствие среднего значения выходного сигнала напряжению источника постоянного тока, пиковая амплитуда напряжения на переключателе будет в два раза больше напряжения на входе. Если комбинация диод-конденсатор размещается параллельно переключателю, пиковое напряжение может сохраняться в конденсаторе, и конденсатор может использоваться как источник постоянного тока с напряжением выше, чем напряжение постоянного тока, управляющее схемой. Этот так называемый повышающий преобразователь действует как повышающий трансформатор для сигналов постоянного тока.

В SMPS поток выходного тока зависит от входного сигнала мощности, используемых элементов хранения и топологии схемы, а также от используемого шаблона (например, ШИМ с регулируемым рабочим циклом) для управления переключающими элементами.Обычно спектральная плотность этих сигналов переключения имеет энергию, сконцентрированную на относительно высоких частотах. Таким образом, переходные процессы переключения, такие как пульсации, вносимые в выходные сигналы, могут быть отфильтрованы с помощью небольших LC-фильтров.

Гидравлическая аналогия объясняет основной принцип. ^[1]

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом этого метода является большая эффективность, поскольку переключающий транзистор рассеивает небольшую мощность, когда он находится за пределами своей активной области (т. е.е., когда транзистор действует как переключатель и имеет либо незначительное падение напряжения на нем, либо пренебрежимо малый ток через него). Другие преимущества включают меньший размер и меньший вес (за счет отказа от низкочастотных трансформаторов, которые имеют большой вес) и меньшее тепловыделение благодаря более высокому КПД. К недостаткам относятся большая сложность, генерация высокой амплитуды и высокочастотной энергии, которую фильтр нижних частот должен блокировать, чтобы избежать электромагнитных помех (EMI), а также пульсации напряжения на частоте переключения и частотах гармоник.

Очень дешевый SMPS может возвращать электрические коммутационные помехи в линию электропитания, создавая помехи для аудио / видео оборудования, подключенного к той же фазе. Источники питания без коррекции коэффициента мощности также вызывают гармонические искажения.

Классификация

SMPS можно разделить на четыре типа в соответствии с формами входных и выходных сигналов:

SMPS и сравнение линейных источников питания

Доступны два основных типа регулируемых источников питания: SMPS и линейные. Причины выбора того или иного типа можно резюмировать следующим образом:

Сравнение линейного источника питания и импульсного источника питания

Линейный источник питания	Импульсный источник питания	Примечания
Размер и вес	Если используется трансформатор, большой из-за низкой рабочей частоты (частота сети 50 или 60 Гц). Маленький, если бестрансформаторный.	Меньше из-за более высокой рабочей частоты (обычно 50 кГц — 1 МГц)	Допустимая мощность трансформатора данного размера и веса увеличивается с увеличением частоты при условии, что потери на гистерезис могут быть снижены.Следовательно, более высокая рабочая частота означает либо большую мощность, либо меньший трансформатор.
Выходное напряжение	При использовании трансформатора любые напряжения; если бестрансформаторный, не превышающий ввод. В нерегулируемом состоянии напряжение значительно зависит от нагрузки.	Доступны любые напряжения. Напряжение мало меняется в зависимости от нагрузки.	SMPS обычно может справиться с более широким изменением входного сигнала до изменения выходного напряжения.
КПД, тепловыделение и рассеивание мощности	В случае регулирования выходное напряжение регулируется путем рассеивания избыточной мощности в виде тепла, что приводит к типичному КПД 30-40% [2] ; в нерегулируемом трансформаторе потери в железе и меди значительны.	Выход регулируется с помощью управления рабочим циклом, которое потребляет только мощность, необходимую для нагрузки. Во всех топологиях SMPS транзисторы всегда полностью включены или полностью выключены.	Тепло выделяется только в неидеальных частях компонентов. Коммутационные потери в транзисторах, сопротивление переключающих транзисторов во включенном состоянии, эквивалентное последовательное сопротивление в катушке индуктивности и конденсаторах, потери в сердечнике в катушке индуктивности и падение напряжения выпрямителя способствуют типичному КПД 60-70%. Однако за счет оптимизации конструкции SMPS можно минимизировать потери мощности и тепло; хорошая конструкция может иметь КПД 95%.
Сложность	Нерегулируемые могут быть диод и конденсатор; Регулируемый имеет микросхему регулирования напряжения или дискретную схему и конденсатор фильтрации шума.	Состоит из интегральной схемы контроллера, одного или нескольких силовых транзисторов и диодов, а также силового трансформатора, катушек индуктивности и конденсаторов фильтра.	Один сердечник трансформатора может генерировать несколько напряжений.Для этого SMPS должны использовать контроль рабочего цикла. Один из выходов должен быть выбран для питания контура обратной связи регулирования напряжения (обычно нагрузки 3,3 В или 5 В более требовательны к своим напряжениям питания, чем нагрузки 12 В, поэтому это определяет решение о том, какой источник питает контур обратной связи. остальные выходы обычно неплохо отслеживают регулируемый). Оба нуждаются в тщательном выборе трансформаторов. Из-за высоких рабочих частот в ИИП важными становятся паразитная индуктивность и емкость дорожек печатной платы.
Радиочастотные помехи	Слабые высокочастотные помехи могут создаваться выпрямительными диодами переменного тока при большой токовой нагрузке, в то время как большинство других типов источников питания не создают высокочастотных помех. Введение небольшого сетевого шума в неэкранированные кабели, что проблематично для звука со слабым сигналом.	EMI / RFI возникают из-за резкого включения и выключения тока. Следовательно, необходимы фильтры электромагнитных помех и радиочастотное экранирование, чтобы уменьшить мешающие помехи.	Длинные провода между компонентами могут снизить эффективность высокочастотного фильтра, обеспечиваемого конденсаторами на входе и выходе.
Электронный шум на выходных клеммах	Нерегулируемые блоки питания могут иметь небольшие колебания переменного тока, накладываемые на составляющую постоянного тока при удвоенной частоте сети (100–120 Гц). Может вызывать слышимый гул в сети в аудиооборудовании, колебания яркости или полосовые искажения в аналоговых камерах наблюдения.	Более шумный из-за частоты переключения ИИП. Нефильтрованный выход может вызвать сбои в цифровых схемах или шум в аудиосхемах.	Это можно подавить с помощью конденсаторов и других схем фильтрации в выходном каскаде.С импульсным блоком питания частота переключения может быть выбрана так, чтобы шум не попадал в рабочую полосу частот цепей (например, для аудиосистем, превышающих диапазон человеческого слуха). входной переменный ток, но относительно небольшой или нулевой высокочастотный шум.	Очень дешевый SMPS может возвращать электрические коммутационные помехи в линию электропитания, создавая помехи для аудио / видео оборудования, подключенного к той же фазе.Источники питания без коррекции коэффициента мощности также вызывают гармонические искажения.	Этого можно избежать, если подключить (правильно заземленный) фильтр EMI / RFI между входными клеммами и мостовым выпрямителем.
Акустический шум	Слабый, обычно неслышимый сетевой гул, обычно из-за вибрации обмоток в трансформаторе и / или магнитострикции.	Не слышно для людей, если у них нет вентилятора или они не загружены / работают неправильно.	Рабочая частота ненагруженного ИИП иногда находится в слышимом человеческом диапазоне.
Коэффициент мощности	Низкий для регулируемого источника питания, потому что ток берется из сети на пиках синусоиды напряжения.	В диапазоне от низкого до среднего, поскольку простой импульсный источник питания без коррекции коэффициента мощности потребляет всплески тока на пиках синусоиды переменного тока.	Активная / пассивная коррекция коэффициента мощности в SMPS может решить эту проблему и даже требуется некоторыми органами регулирования электроэнергетики, особенно в Европе.
Опасность поражения электрическим током	Поставки с трансформаторами позволяют безопасно заземлять металлоконструкции. Опасно при выходе из строя первичной / вторичной изоляции, что маловероятно при разумной конструкции. Бестрансформаторное питание от сети опасно. И в линейном, и в SM сетевое напряжение и, возможно, выходное напряжение опасны и должны быть хорошо изолированы.	Общая шина оборудования (включая корпус) находится под напряжением, равным половине сетевого напряжения, но с высоким импедансом, если только оборудование не заземлено или не содержит фильтрацию электромагнитных / радиопомех на входных клеммах.	В соответствии с правилами, касающимися излучения EMI / RFI, многие SMPS содержат фильтрацию EMI / RFI на входном каскаде перед мостовым выпрямителем, состоящим из конденсаторов и катушек индуктивности.Два конденсатора подключены последовательно к шинам под напряжением и нейтралью с заземлением между двумя конденсаторами. Это образует емкостной делитель, запитывающий общую шину при половинном сетевом напряжении. Его источник тока с высоким импедансом может вызвать у оператора покалывание или укус, либо его можно использовать для включения светодиода замыкания на землю. Однако этот ток может вызвать ложное отключение наиболее чувствительных устройств дифференциального тока.
Риск повреждения оборудования	Очень низкий, кроме случаев короткого замыкания между первичной и вторичной обмотками или выхода регулятора из строя из-за внутреннего короткого замыкания.	Может выйти из строя, что приведет к очень высокому выходному напряжению. В некоторых случаях может разрушить входные каскады в усилителях, если плавающее напряжение превышает напряжение пробоя база-эмиттер транзистора, что приводит к падению усиления транзистора и увеличению уровня шума. [3] Снижены хорошей отказоустойчивой конструкцией. Отказ компонента в самом SMPS может вызвать дальнейшее повреждение других компонентов блока питания; может быть сложно устранить неполадки.	Плавающее напряжение вызвано конденсаторами, соединяющими первичную и вторичную стороны источника питания.Подключение к заземленному оборудованию вызовет мгновенный (и потенциально разрушительный) всплеск тока на разъеме, поскольку напряжение на вторичной стороне конденсатора выравнивается с потенциалом земли.

Теория работы

Блок-схема ИИП постоянного и переменного тока с регулируемым выходным напряжением

Входной выпрямительный каскад

Сигналы переменного, полуволнового и двухполупериодного выпрямления.

Если SMPS имеет вход переменного тока, то первым этапом является преобразование входа в постоянный ток.Это называется исправлением . Схема выпрямителя может быть сконфигурирована как удвоитель напряжения путем добавления переключателя, управляемого вручную или автоматически. Это особенность более крупных источников питания, позволяющая работать от источников номинального напряжения 120 или 240 В. Выпрямитель вырабатывает нерегулируемое постоянное напряжение, которое затем отправляется на большой конденсатор фильтра. Ток, потребляемый этой схемой выпрямителя из сети, возникает короткими импульсами вокруг пиков переменного напряжения. Эти импульсы имеют значительную высокочастотную энергию, что снижает коэффициент мощности.Следующие SMPS могут использовать специальные методы управления, чтобы заставить средний входной ток следовать синусоидальной форме входного переменного напряжения, поэтому разработчик должен попытаться скорректировать коэффициент мощности. SMPS с входом постоянного тока не требует этого этапа. SMPS, предназначенный для входа переменного тока, часто может работать от источника постоянного тока (для 230 В переменного тока это будет 330 В постоянного тока), поскольку постоянный ток проходит через ступень выпрямителя без изменений. Тем не менее, рекомендуется ознакомиться с руководством, прежде чем пытаться это сделать, хотя большинство расходных материалов вполне способны выполнять такую ​​операцию, хотя в документации ничего не упоминается.Однако такой тип использования может быть вредным для выпрямительного каскада, поскольку при полной нагрузке будет использоваться только половина диодов выпрямителя. Это может привести к перегреву этих компонентов и их преждевременному выходу из строя. ^[4]

Если используется переключатель входного диапазона, выпрямительный каскад обычно конфигурируется для работы как удвоитель напряжения при работе в диапазоне низкого напряжения (~ 120 В переменного тока) и как прямой выпрямитель при работе на высоком уровне. диапазон напряжения (~ 240 В переменного тока). Если переключатель входного диапазона не используется, то обычно используется двухполупериодный выпрямитель, а нижний инверторный каскад просто спроектирован так, чтобы быть достаточно гибким, чтобы принимать широкий диапазон напряжений постоянного тока, которые будут создаваться каскадом выпрямителя.В более мощных ИИП может использоваться автоматическое переключение диапазонов.

Инверторный каскад

Инверторный каскад преобразует постоянный ток, будь то непосредственно со входа или из выпрямительного каскада, описанного выше, в переменный ток, пропуская его через генератор мощности, выходной трансформатор которого очень мал с небольшим количеством обмоток с частотой в десятки или сотни килогерц (кГц). Частота обычно выбирается выше 20 кГц, чтобы люди не слышали ее. Выходное напряжение оптически связано со входом и поэтому очень жестко контролируется.Коммутация реализована в виде многокаскадного (для достижения высокого усиления) усилителя MOSFET. МОП-транзисторы — это тип транзисторов с низким сопротивлением в открытом состоянии и высокой пропускной способностью по току. Поскольку только последняя ступень имеет большой рабочий цикл, предыдущие ступени могут быть реализованы с помощью биполярных транзисторов, что дает примерно такой же КПД. Вторая последняя ступень должна иметь дополнительную конструкцию, где один транзистор заряжает последний полевой МОП-транзистор, а другой — разряжает полевой МОП-транзистор. Конструкция, в которой используется резистор, большую часть времени будет работать в режиме ожидания и снизить эффективность.Все более ранние стадии не учитываются в эффективности, потому что мощность уменьшается в 10 раз на каждой стадии (в обратном направлении), и, таким образом, более ранние стадии отвечают за максимум 1% эффективности. Этот раздел относится к блоку, обозначенному на блок-схеме Chopper .

Преобразователь напряжения и выходной выпрямитель

Если требуется изолировать выход от входа, как это обычно бывает в сетевых источниках питания, инвертированный переменный ток используется для управления первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Это преобразует напряжение на вторичной обмотке вверх или вниз до требуемого уровня на выходе. Этой цели служит выходной трансформатор на блок-схеме.

Если требуется выход постоянного тока, выход переменного тока от трансформатора выпрямляется. Для выходных напряжений выше десяти вольт или около того обычно используются обычные кремниевые диоды. Для более низких напряжений в качестве выпрямительных элементов обычно используются диоды Шоттки; они обладают преимуществами более быстрого восстановления, чем кремниевые диоды (что позволяет работать с низкими потерями на более высоких частотах), и меньшего падения напряжения при проводимости.Для еще более низких выходных напряжений МОП-транзисторы могут использоваться в качестве синхронных выпрямителей; По сравнению с диодами Шоттки, они имеют даже меньшее падение напряжения в проводящем состоянии.

Затем выпрямленный выход сглаживается фильтром, состоящим из катушек индуктивности и конденсаторов. Для более высоких частот переключения необходимы компоненты с более низкой емкостью и индуктивностью.

Более простые неизолированные блоки питания содержат индуктор вместо трансформатора. Этот тип включает повышающие преобразователи , понижающие преобразователи и так называемые повышающие преобразователи .Они относятся к простейшему классу преобразователей с одним входом и одним выходом, в которых используется один индуктор и один активный переключатель. Понижающий преобразователь снижает входное напряжение прямо пропорционально отношению времени проводимости к общему периоду переключения, называемому рабочим циклом. Например, идеальный понижающий преобразователь со входом 10 В, работающий при рабочем цикле 50%, будет производить среднее выходное напряжение 5 В. Контур управления с обратной связью используется для регулирования выходного напряжения путем изменения рабочего цикла для компенсации колебаний входного сигнала. вольтаж.Выходное напряжение повышающего преобразователя всегда больше входного напряжения, а выходное напряжение повышающего-понижающего преобразователя инвертируется, но может быть больше, равно или меньше величины его входного напряжения. Существует множество вариаций и расширений этого класса преобразователей, но эти три составляют основу почти всех изолированных и неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный. Добавляя второй индуктор, можно реализовать преобразователи Ćuk и SEPIC, или, добавив дополнительные активные переключатели, можно реализовать различные мостовые преобразователи.

В других типах ИИП вместо катушек индуктивности и трансформаторов используется конденсаторно-диодный умножитель напряжения. В основном они используются для генерации высокого напряжения при малых токах (генератор Кокрофта-Уолтона ). Вариант с низким напряжением называется зарядовым насосом.

Регламент

Схема обратной связи контролирует выходное напряжение и сравнивает его с опорным напряжением, которое показано на блок-схеме. В зависимости от конструкции / требований безопасности, контроллер может содержать или не содержать изолирующий механизм (например, оптопары), чтобы изолировать его от выхода постоянного тока.Коммутационные источники в компьютерах, телевизорах и видеомагнитофонах имеют эти оптопары для жесткого контроля выходного напряжения.

Регуляторы разомкнутого контура не имеют цепи обратной связи. Вместо этого они полагаются на подачу постоянного напряжения на вход трансформатора или катушки индуктивности и предполагают, что выход будет правильным. Регулируемые конструкции компенсируют паразитную емкость трансформатора или катушки. Монополярные конструкции также компенсируют магнитный гистерезис сердечника.

Цепи обратной связи требуется питание для работы, прежде чем она сможет генерировать мощность, поэтому добавляется дополнительный не переключающийся источник питания для режима ожидания.

Конструкция трансформатора

Трансформаторы SMPS работают на высокой частоте. Большая часть экономии (и экономии места) в автономных источниках питания происходит из-за того, что высокочастотный трансформатор намного меньше, чем трансформаторы 50/60 Гц, которые использовались ранее.

Есть несколько отличий в конструкции трансформаторов для 50 Гц и 500 кГц. Во-первых, низкочастотный трансформатор обычно передает энергию через свой сердечник (мягкое железо), в то время как (обычно ферритовый) сердечник высокочастотного трансформатора ограничивает утечку.Поскольку формы сигналов в SMPS обычно являются высокоскоростными (прямоугольные волны ШИМ), проводка должна быть способна поддерживать высокие гармоники базовой частоты из-за скин-эффекта, который является основным источником потерь мощности.

Коэффициент мощности

Основная статья: коэффициент мощности

Простые автономные импульсные источники питания включают в себя простой двухполупериодный выпрямитель, подключенный к большому накопительному конденсатору. Такие ИИП потребляют ток из линии переменного тока короткими импульсами, когда мгновенное напряжение сети превышает напряжение на этом конденсаторе.В течение оставшейся части цикла переменного тока конденсатор обеспечивает источник питания энергией.

В результате входной ток таких базовых импульсных источников питания имеет высокое содержание гармоник и относительно низкий коэффициент мощности. Это создает дополнительную нагрузку на линии электроснабжения, увеличивает нагрев сетевых трансформаторов и стандартных электродвигателей переменного тока и может вызвать проблемы со стабильностью в некоторых приложениях, таких как системы аварийных генераторов или генераторы самолетов. Гармоники можно удалить с помощью блоков фильтров, но фильтрация стоит дорого, и энергосистеме может потребоваться компания с очень низким коэффициентом мощности для покупки и установки фильтра на месте.

В 2001 году Европейский Союз ввел в действие стандарт IEC / EN61000-3-2, чтобы установить пределы гармоник входного переменного тока до 40-й гармоники для оборудования мощностью более 75 Вт. Стандарт определяет четыре класса оборудования в зависимости от его тип и форма тока. Наиболее строгие ограничения (класс D) установлены для персональных компьютеров, компьютерных мониторов и ТВ-приемников. Чтобы соответствовать этим требованиям, современные импульсные источники питания обычно включают в себя дополнительный каскад коррекции коэффициента мощности (PFC).

Установка каскада повышающего прерывателя с регулируемым током после автономного выпрямителя (для зарядки накопительного конденсатора) может помочь скорректировать коэффициент мощности, но увеличивает сложность (и любые затраты).

Типы

Импульсные источники питания можно классифицировать по топологии схемы. Наиболее важное различие между изолированными преобразователями и неизолированными.

Неизолированные топологии

Неизолированные преобразователи являются простейшими, в трех основных типах используется один индуктор для хранения энергии.В столбце «Соотношение напряжений» D — это рабочий цикл преобразователя, который может варьироваться от 0 до 1. Предполагается, что Vin больше нуля; если он отрицательный, отрицайте Vout для соответствия.

Когда оборудование доступно для людей, ограничения по напряжению и мощности <42,5 В и 8,0 А применяются для утверждения UL, CSA, VDE.

Топологии понижающего, повышающего и понижательно-повышающего уровней тесно связаны. Вход, выход и земля соединяются в одной точке. Один из трех проходит через индуктор по пути, а два других проходят через переключатели. Один из двух переключателей должен быть активным (например, транзистор), а другой может быть диодом.Иногда топологию можно изменить, просто перемаркировав соединения. Понижающий преобразователь на входе 12 В и выходе 5 В может быть преобразован в повышающий-повышающий преобразователь на входе 7 В и –5 В на выходе путем заземления «выхода» и получения выходного сигнала с контакта «земли».

Точно так же конвертеры SEPIC и Zeta являются незначительными переделками конвертера Cuk.

Коммутаторы становятся менее эффективными, поскольку рабочие циклы становятся чрезвычайно короткими. Для больших изменений напряжения лучше использовать трансформаторную (изолированную) топологию.

Изолированные топологии

Все изолированные топологии включают в себя трансформатор и, таким образом, могут выдавать выходное напряжение с более высоким или более низким напряжением, чем входное, путем регулировки коэффициента передачи. ^{[6] [7]} Для некоторых топологий на трансформаторе может быть размещено несколько обмоток для создания нескольких выходных напряжений. ^[8] В некоторых преобразователях для хранения энергии используется трансформатор, в других — отдельный индуктор.

Прямой преобразователь имеет несколько вариантов, в зависимости от того, как трансформатор «перезагружается» к нулю магнитного потока каждый цикл.

Квазирезонансное переключение ZCS / ZVS

Квазирезонансное переключение, когда напряжение минимально и обнаружена впадина

Квазирезонансный переключатель ZCS / ZVS (нулевой ток / нулевое напряжение), где «каждый цикл переключения обеспечивает квантованный «пакет» энергии поступает на выход преобразователя, а включение и выключение происходит при нулевом токе и напряжении, что приводит к переключению без потерь.» ^[11] Квазирезонансное переключение, также известное как« переключение впадины », снижает электромагнитные помехи в источнике питания двумя способами:

1. путем переключения биполярного переключателя при минимальном напряжении (в долине) на свести к минимуму эффект жесткого переключения, который вызывает электромагнитные помехи.
2. Переключение при обнаружении впадины, а не на фиксированной частоте, вносит дрожание собственной частоты, которое расширяет спектр РЧ-излучения и снижает общие электромагнитные помехи.

Эффективность и электромагнитные помехи

Более высокое входное напряжение и режим синхронного выпрямления делают процесс преобразования более эффективным; также необходимо учитывать энергопотребление контроллера.Более высокая частота переключения позволяет уменьшить размеры компонентов, но, с другой стороны, страдает от влияния радиочастотных (RF) свойств. Резонансный прямой преобразователь производит наименьшие электромагнитные помехи из всех подходов SMPS, поскольку он использует резонансную форму волны с мягким переключением по сравнению с традиционными топологиями жесткого переключения.

Приложения

Зарядное устройство для мобильных телефонов с переключением режимов

Импульсные блоки питания в бытовых продуктах, таких как персональные компьютеры, часто имеют универсальные входы, что означает, что они могут принимать питание от большинства сетевых источников питания по всему миру с номинальными частотами от 50 Гц до 60 Гц. Гц и напряжения от 100 В до 240 В (хотя может потребоваться ручной переключатель диапазона напряжения).На практике они будут работать в гораздо более широком частотном диапазоне и часто также от источника постоянного тока. В 2006 году на форуме разработчиков Intel инженеры Google предложили использовать один источник питания 12 В внутри ПК из-за высокой эффективности коммутатора. режим питания напрямую на печатной плате. ^[12]

Большинство современных настольных и портативных компьютеров также имеют модуль регулятора напряжения — преобразователь постоянного тока в постоянный ток на материнской плате для понижения напряжения от источника питания или аккумулятора до напряжения ядра процессора, которое равно низкий как 0.8 В для ЦП с низким напряжением до 1,2–1,5 В для ЦП для настольных ПК с 2007 года. На некоторых материнских платах есть настройка в BIOS, которая позволяет оверклокерам устанавливать новое напряжение ядра ЦП; другие материнские платы поддерживают динамическое масштабирование напряжения, которое постоянно регулирует напряжение ядра процессора. Большинство портативных компьютеров также имеют преобразователь постоянного тока в переменный, повышающий напряжение от батареи для включения подсветки монитора с плоским экраном, для чего обычно требуется около 1000 В среднеквадратического значения. ^[13]

Зарядные устройства для мобильных телефонов из-за их большого объема всегда были особенно чувствительны к затратам.Первые зарядные устройства были линейными источниками питания, но они быстро перешли на экономичную топологию SMPS с преобразователем с кольцевым дросселем (RCC), когда требовались новые уровни эффективности. В последнее время потребность в еще более низких требованиях к мощности без нагрузки в приложении привела к более широкому использованию обратноходовой топологии; Контроллеры обратного хода с датчиком первичной стороны также помогают сократить перечень материалов (BOM), удаляя компоненты датчика вторичной стороны, такие как оптопары.

В тех случаях, когда необходимо избегать интеграции конденсаторов для стабилизации и аккумуляторов в качестве накопителя энергии или гудения и помех при распределении мощности, SMPS может быть необходим для эффективного преобразования электрической энергии постоянного тока.Для приложений переменного тока, где частота и напряжение не могут быть созданы первичным источником, также может быть необходим SMPS. Применения можно найти в автомобильной промышленности, где обычные грузовики используют номинальное напряжение 24 В постоянного тока, но может потребоваться 12 В постоянного тока. Обычные автомобили используют номинальное напряжение 12 В постоянного тока, и может потребоваться его преобразование в приводное оборудование. В промышленных установках иногда выбирают источник постоянного тока, чтобы избежать шума и помех и упростить интеграцию конденсаторов и батарей, используемых для буферизации напряжения, которое делает SMPS незаменимым.Большинство небольших самолетов используют 28 В постоянного тока, более крупные самолеты, такие как Боинг-747, часто используют 3-фазные 200 В переменного тока, 400 Гц при мощности до 90 кВА, ^[14] , хотя они часто также имеют шину постоянного тока. Истребители, такие как F-16, используют мощность 400 Гц. ^[15] Самолет MD-81 имеет систему питания 115/200 В, 400 Гц переменного тока и 28 В постоянного тока, генерируемую тремя генераторами переменного тока мощностью 40 кВА. ^[16] Вертолеты также используют систему 28 В постоянного тока. ^[17] Некоторые подводные лодки, такие как советская подводная лодка класса «Альфа», используют два синхронных генератора, обеспечивающих переменный трехфазный ток, 2 × 1500 кВт, 400 В, 400 Гц. ^[18] Космический челнок использует три топливных элемента, вырабатывающих 30-36 В постоянного тока. Некоторые преобразованы в мощность переменного тока 400 Гц и мощность 28 В постоянного тока. ^{[15] [19]} Международная космическая станция использует питание 120 В постоянного тока. ^[20] Более крупные грузовики используют 24 В постоянного тока. ^[21]

Подробнее об электроснабжении самолетов: авионика, наземная поддержка самолетов

В случае телевизоров, например, отличное регулирование источника питания можно продемонстрировать с помощью вариакета. Например, в некоторых моделях телевизоров Philips подача питания включается при напряжении около 90 В.Оттуда можно изменить напряжение с помощью вариакума, от 40 В до 260 В (пиковое напряжение 260 × sqrt (2) ≈ 360 В размах), и на изображении не будет абсолютно никаких изменений. .

В компактных люминесцентных лампах в качестве простой формы используется повышающий преобразователь для создания необходимого напряжения зажигания 1200 В и 600 В для продолжительной работы от сети.

Терминология

Термин «режим переключения» широко использовался до тех пор, пока Motorola не заявила о праве собственности на (но не зарегистрировала ^[22] ) товарный знак SWITCHMODE для продуктов, предназначенных для рынка импульсных источников питания, и не начала применять свой товарный знак. ^[23] Импульсный источник питания , импульсный источник питания и импульсный стабилизатор относятся к этому типу источника питания. ^[23]

См. Также

Внешние ссылки

Ссылки на книги

• AN19, Примечания по применению, Руководство по проектированию LT1070, подробное введение в Buck, Boost, CUK, применение инвертора с интегральной схемой. Карл Нельсон (загрузить в формате PDF с http://www.linear.com/designtools/app_notes.jsp)
• Абрахам И. Прессман, Кейт Биллингс, Тейлор Мори (2009). Импульсный источник питания, третье издание . Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-148272-5.
• Нед Мохан, Тор М. Унделэнд, Уильям П. Роббинс (2002). Силовая электроника: преобразователи, применение и проектирование . Вайли. ISBN 0-471-22693-9.
• Мухаммад Х. Рашид (2003). Силовая электроника: схемы, устройства и приложения . Прентис Холл. ISBN 0-13-122815-3.
• Фанг Линь Ло, Хун Е (2004). Преобразователи постоянного тока в постоянный с расширенными возможностями . CRC Press. ISBN 0-8493-1956-0.
• Минлян Лю (2006). Демистификация схем переключаемых конденсаторов . Эльзевир. ISBN 0-7506-7907-7.
• Фанг Линь Ло, Хун Е, Мухаммад Х. Рашид (2005). Силовая цифровая силовая электроника и приложения . Эльзевир. ISBN 0-12-088757-6.
• Роберт Эриксон и Драган Максимович (2001). Основы силовой электроники . Второе издание. ISBN 0-7923-7270-0.
• Марти Браун, Поваренная книга по источникам питания .Newnes. 2-е изд. 2001 г. ISBN 0-7506-7329-X.
• Кристоф Бассо (2008), Импульсные источники питания: моделирование и практические разработки SPICE . Макгроу-Хилл. ISBN 0071508589.
• Санджая Маниктала (2004), Проектирование и оптимизация импульсных источников питания . Макгроу-Хилл. ISBN 0071434836.
• Sanjaya Maniktala (2006), Импульсные источники питания от A до Z . Newnes / Elsevier. ISBN 0750679700.
• Санджая Маниктала (2007), Устранение неисправностей импульсных преобразователей мощности: практическое руководство . «Модельный синтез для проектирования коммутируемых систем с использованием формулировки системы с переменной структурой», Хавьер А. Кипурос и Рауль Г. Лонгория, J. Dyn. Sys., Meas., Control 125, 618 (2003), DOI: 10.1115 / 1.1636774, [2]

В чем разница между линейными и импульсными источниками питания?

Есть два основных исполнения источников питания постоянного тока: линейные источники питания постоянного тока и импульсные источники питания постоянного тока. Традиционные линейные источники питания обычно тяжелые, долговечные и имеют низкий уровень шума на низких и высоких частотах.По этой причине они в основном подходят для применений с низким энергопотреблением, где вес не представляет проблемы. Импульсные источники питания намного легче, эффективнее, долговечнее и имеют ограниченный высокочастотный шум благодаря конструкции. По этой причине импульсные источники питания не подходят для высокочастотных аудиоприложений, но отлично подходят для приложений с высокой мощностью. Помимо этого, эти два типа в значительной степени взаимозаменяемы для различных приложений, и их изготовление примерно одинаково.Импульсные источники питания в настоящее время используются более широко, чем линейные источники питания. Мы видели, как некоторые онлайн-продавцы говорили, что импульсные источники питания не подходят для гальваники (гальваники) или ионизации, это вводит в заблуждение и не соответствует действительности.

Если вы хотите узнать больше о линейных источниках питания постоянного тока и импульсных источниках питания постоянного тока, прочтите более подробное введение ниже.

Линейный источник питания постоянного тока

Линейные источники питания постоянного тока были основой преобразования энергии до конца 1970-х годов.С развитием технологии импульсных источников питания линейные источники питания сегодня менее популярны, но по-прежнему незаменимы в приложениях, требующих очень низких пульсаций и шума. Линейный источник питания использует большой трансформатор для понижения напряжения от сети переменного тока до гораздо более низкого переменного напряжения, а затем использует ряд выпрямительных схем и процесс фильтрации для получения очень чистого постоянного напряжения. Это низкое постоянное напряжение затем регулируется до желаемого уровня путем уменьшения разницы напряжений на транзисторе или IC (шунтирующем регуляторе).Типичные области применения линейных источников питания постоянного тока включают, но не ограничиваются:

• студийный микшер / усилитель звука

• малошумящие усилители

• обработка сигналов

• сбор данных — включая датчики, мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи и схемы выборки и хранения.

• автоматическое испытательное оборудование

• лабораторное испытательное оборудование

• цепи управления

• везде, где требуется отличное регулирование и / или низкая пульсация

В течение трех десятилетий Mastech производила регулируемые линейные источники питания с исключительно низкой пульсацией и шумом за небольшую плату от известных брендов.Наш успех привлек множество подражателей с похожими продуктами. За последние три года мы внедрили новые конструкции, которые выводят надежность и отказоустойчивость линейных источников питания постоянного тока на новый уровень. После трех лет испытаний мы рады подтвердить, что новая линейка линейных источников питания постоянного тока Volteq оправдала все наши ожидания в отношении регулирования напряжения и тока, шума и надежности и является предпочтительным линейным источником питания постоянного тока для большинство наших клиентов.

Если у вас есть аудиоприложение, вам следует придерживаться оригинальной конструкции линейных источников питания постоянного тока Mastech для работы без вентилятора.

Для всех других применений мы рекомендуем линейные блоки питания постоянного тока Volteq из-за повышенной надежности благодаря защите от перенапряжения и обратного напряжения.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

Импульсный источник питания постоянного тока

Импульсные источники питания постоянного тока были впервые представлены в конце 1970-х годов, сегодня они являются самой популярной формой источников питания постоянного тока на рынке благодаря своей исключительной энергоэффективности и отличным общим характеристикам.Импульсный источник питания постоянного тока (также известный как импульсный источник питания) регулирует выходное напряжение с помощью процесса, называемого широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Процесс ШИМ генерирует некоторый высокочастотный шум, но позволяет создавать импульсные источники питания с очень высокой энергоэффективностью и малым форм-фактором. Импульсный источник питания с хорошей конструкцией может иметь отличное регулирование нагрузки и линии. Типичные области применения импульсных источников питания постоянного тока:

• универсальное использование, включая НИОКР, производство и испытания
• приложения с высокой мощностью / высоким током
• системы связи, мобильные станции, сетевое оборудование и т. д.
• гальваника, анодирование, гальванопластика, электрофорез и др.
• Зарядка и выравнивание литий-ионных аккумуляторов, авиационных, морских и автомобильных аккумуляторов
• электролиз, обработка отходов, водородный генератор, топливные элементы и т. д.
• Двигатели постоянного тока, игровые автоматы, авиационные и морские приложения и т. Д.

В течение трех десятилетий Mastech создавал регулируемые импульсные источники питания с наименьшим шумом и пульсациями в отрасли.Наши импульсные источники питания широко используются в исследованиях и разработках и в лабораторных условиях из-за их исключительных шумовых характеристик. Выбор конструкции для минимизации шума имеет некоторые недостатки: более медленный отклик и более высокая чувствительность к обратной ЭДС от нагрузки. В результате импульсные источники питания Mastech не подходят для зарядки аккумуляторов, анодирования, светодиодных приложений, гальваники (использование в качестве выпрямителей для гальванических покрытий) и анодирования, электролиза, гальванопластики, производства водорода и любых электрохимических применений.

Признавая недостатки, мы запустили в 2012 году новую линейку импульсных источников питания под брендом Volteq , чтобы удовлетворить растущие потребности клиентов в зарядке аккумуляторов, светодиодных приложениях, двигателях постоянного тока, гальванике и анодировании, электролизе и производстве водорода, слот-машинах. , автомобильные, авиационные и морские приложения. Импульсные источники питания Volteq , , со встроенной защитой от перенапряжения и обратного напряжения, прочны как скала, но при этом обеспечивают отличные характеристики шума и пульсаций благодаря использованию самых современных технологий.

Есть технический вопрос? посетите наш форум поддержки .

Нужна помощь в поиске подходящего продукта? Ознакомьтесь с нашим Руководством по выбору .

Проектирование импульсных источников питания SMPS; Принципиальные схемы

<------------------------------------------------- -------------------------------------------------- ------------------------>

Очевидно, что электрическая энергия не используется в том виде, в каком она была произведена или распределена.Все электронные системы требуют некоторого преобразования энергии, которое может быть выполнено разными способами. Блок питания (БП) относится к устройству, которое передает электрическую энергию от источника к нагрузке с помощью электронных схем. Конечно, блок питания на самом деле не подает питание на , он просто преобразует его из одной формы в другую, поэтому «преобразователь» был бы более точным термином для такого устройства.

Типичное применение источника питания — преобразование напряжения переменного тока сети в набор регулируемых напряжений постоянного тока, необходимых для электронного оборудования.В зависимости от режима работы существуют разные типы блоков питания. Еще в 70-х годах большинство PSE были линейными, КПД составлял около 50%, удельная мощность была менее одного ватта на кубический дюйм, а коэффициент мощности составлял 0,5-0,7. В настоящее время большинство блоков питания относятся к типу SMPS с КПД более 90%, удельной мощностью в десятки ватт на кубический дюйм и коэффициентом мощности до 0,99. Этот тип является основной темой этого сайта.

ЧТО ЭТО?

SMPS — импульсный источник питания. Это электронное устройство, в котором преобразование и регулирование энергии обеспечивается силовыми полупроводниками, которые непрерывно с высокой частотой переключаются между состояниями «включено» и «выключено».Выходной параметр (обычно выходное напряжение) регулируется путем изменения рабочего цикла, частоты или фазового сдвига этих переходов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?

. Поток энергии в любом БП контролируется силовыми полупроводниками. Однако в разных системах они работают в разных режимах. В устаревших системах они работали в линейном режиме , , , , и избыточная мощность рассеивалась в последовательном транзисторе. Когда полупроводник работает в режиме , переключая режим , он может управлять потоком энергии с низкими потерями: когда переключатель включен, он имеет низкое падение напряжения и пропускает любой ток, наложенный на него; когда он выключен, он блокирует ток.В результате в таком электронном устройстве рассеиваемая мощность, которая является продуктом напряжения и тока, может быть относительно низкой в ​​обоих состояниях. Вот почему импульсные блоки питания обладают большей эффективностью по сравнению с линейными. Такие блоки также меньше по размеру и легче по весу из-за меньшего размера пассивных компонентов и меньшего тепловыделения. Более высокая эффективность и меньший размер в сочетании с достижениями в полупроводниковой технологии и различными нормативными актами по энергоэффективности сделали «коммутатор» доминирующим типом блоков питания практически во всем спектре приложений.Большинство блоков питания, производимых сегодня для систем ввода переменного тока, также включают в себя другой каскад преобразования — интерфейс коррекции коэффициента мощности (PFC). На рынке представлено огромное количество готовых готовых блоков питания и модулей DC-DC, отвечающих большинству практических требований и стандартов безопасности.

Тем не менее, нестандартные конструкции все еще создаются, когда есть необходимость в особых характеристиках или необычном форм-факторе, особенно для военных приложений в суровых условиях или авионики.

В общем, преобразователи мощности можно разделить на четыре типа в зависимости от формы входного и выходного напряжения: переменный ток в постоянный (также называемый автономным источником постоянного тока), постоянный ток в постоянный (преобразователь напряжения или тока), переменный ток в переменный ( преобразователь частоты или циклоконвертер), а также преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор).В дополнение к основному преобразователю постоянного тока в постоянный, большинство блоков питания, производимых сегодня для приложений ввода переменного тока, также включают в себя другой интерфейсный модуль для импульсного регулятора с коррекцией коэффициента мощности (PFC) и могут включать дополнительные регуляторы на печатной плате для вспомогательных выходов.