Простой регулируемый стабилизированный блок питания

Стабильная работа в любых условиях: источники питания SITOP Power

SITOP Power – обширная линейка стабилизированных источников питания от Siemens, предназначенная для работы в самых разных областях промышленности – в химической, машиностроительной, робототехнической и других. Данные источники питания подойдут практически для любых задач благодаря мощному функционалу, широкому диапазону рабочих температур, работе с нестандартными напряжениями и многим другим преимуществам.

Ни для кого не секрет, что оборудование компании Siemens широко применяется на промышленных предприятиях России и ближнего зарубежья и по количеству установок занимает первое место. И это естественно, ведь промышленное оборудование производства Siemens отличается высочайшим качеством, и это доказано временем. Если «мозгом» любой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) является программируемый логический контроллер (ПЛК), то «сердцем» будет источник питания.

Чтобы правильно подобрать источники питания, необходимо понимать принципы работы блоков питания.

Как устроен стабилизированный блок питания

Стабилизированный источник питания – это источник питания, который содержит аналоговую, импульсную или цифровую схему регулирования, благодаря которой поддерживаются постоянные выходные параметры – ток и напряжение при скачках входного напряжения. Также схема обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрузок.

В нестабилизированном источнике питания такая схема отсутствует. Он состоит из входного и выходного фильтров, входного и выходного выпрямителей, генератора импульсов и трансформатора, защищающего нагрузку только от перенапряжений (рисунок 1). Как видно из этого рисунка, выходное напряжение получается неустойчивым. Его параметры очень сильно зависят от качества питающей электросети. Но при этом КПД выше, чем у стабилизированного источника питания, а нагрев ниже, так как нет контура регулирования, который требует дополнительной энергии.

Серия SITOP Power относится к стабилизированным импульсным блокам питания (рисунок 2).

Рис. 1. Структурная схема простейшего блока питания

Рис. 1. Структурная схема простейшего блока питания

Рис. 2. Структурная схема стабилизированного блока питания

Рис. 2. Структурная схема стабилизированного блока питания

В таких блоках входное переменное или постоянное напряжение (Uвх) выпрямляется и преобразуется в импульсы высокой частоты. Эти импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора. Соответственно, на вторичной обмотке появляются импульсы такой же частоты, но другого напряжения. Это напряжение снова выпрямляется и подается на блок стабилизации, и уже потом – на выход блока питания. Автоматическое регулирование заключается в коррекции номинального (Uвых.ном) и реального (Uвых) выходных напряжений.

Диапазон входных напряжений. Чем больше данный диапазон – тем надежней работа блока питания, например, при повышенном или пониженном напряжении. Линейка SITOP Power имеет очень широкий диапазон – 85…264 В постоянного тока и 400…500 В переменного тока. При этом, номинальное напряжение у однофазных блоков питания выбирается с помощью перемычки – 120 или 220 В.

Допустимое перенапряжение – кратковременный всплеск напряжения, при котором выходной ток (Iвых) все еще равен номинальному току (Iвых.ном). У семейства SITOP Power эта величина равна Uвх*2,3 в течение 1,3 мс.

Допустимый перерыв в питании – исчезновение входного тока (Iвх) до 3 мс, при которой Iвых = Iвых.ном.

Предельный импульсный ток включения. В момент включения блока питания происходит зарядка емкостей входного фильтра. Величина входного тока при этом может превышать номинальный в 3…4 раза. Если ток при запуске установки превышает значение импульсного тока включения, рассчитанный для конкретной модели – необходимо применять ограничитель пускового тока. Его отсутствие в таких случаях может привести к периодическому срабатыванию автоматического выключателя из-за больших пусковых токов.

Ограничитель пускового тока. Он необходим для уменьшения импульсных токов включения емкостей во входных цепях до безопасного уровня. Ограничитель устанавливается в разрыв цепи после автомата и перед одним или несколькими блоками питания и ограничивает их пусковые токи.

Корректор коэффициента мощности (PFC) или компенсатор реактивной мощности предназначен для снижения реактивной мощности, потребляемой блоком питания. Классическая схема выпрямления переменного тока состоит из диодного моста и конденсатора. Проблема в том, что ток заряда конденсатора представляет собой импульс и имеет очень большое значение. Например, сетевой ток импульсного источника питания при 300 Вт и 220 В будет примерно 1 А, импульсный – 4 А. А если источников будет несколько и большей мощности – скорее всего, начнутся проблемы с проводкой, розетками, поступят огромные счета за электричество. Для решения данной проблемы применяют специальный электрический модуль – корректор коэффициента мощности, который уменьшает импульсы. Он располагается между конденсатором и выпрямителем и обрезает амплитуду тока.

Коэффициент мощности – отношение активной мощности (потребляемой источником питания безвозвратно и уходящей в тепло) к полной. То есть, коэффициент мощности – отношение полезной к полученной мощности. Чем он ближе к единице – тем лучше.

Выходной номинальный ток. Величина номинального выходного тока является важнейшей характеристикой при подборе источника питания. Следует очень внимательно подсчитать потребляемый ток всех элементов, запитываемых от этого блока. Также необходимо обратить внимание на температуру, при которой будет работать блок питания. Линейка SITOP Power выдает номинальные параметры при температурах -25…70°С, в отличие от остальных производителей, когда ухудшение характеристик начинается уже с 40°С.

КПД. Величина КПД влияет на тепловыделение. Чем выше КПД – тем лучше, так как блок питания выделяет меньше тепла.

Диапазон настройки уровня выходного напряжения. Большинство моделей блоков питания SITOP Power позволяет регулировать величину номинального выходного напряжения. Это позволяет обеспечить электричеством оборудование с нестандартным питанием или компенсировать падение напряжения в распределенных линиях.

Возможность параллельного включения. Параллельное включение блоков питания дает возможность использования «горячего» резервирования или сложения мощностей. Серия SITOP Power поддерживает до двух параллельно включенных источников питания.

Диапазон рабочих температур. При выборе модели блока питания необходимо учитывать, при какой температуре он будет эксплуатироваться. Одно дело, если они находятся в обогреваемых помещениях, другое – если в шкафах наружной установки. Большая часть серии SITOP Power обеспечивает нормальную работу при температурах -20…70°С. Соответственно, если температура выходит за эти рамки – в шкаф необходимо будет поставить или охлаждающий вентилятор, или нагреватель.

Индикация и сигнализация. В основном, используются транзисторные нормально открытые выходы для дистанционного наблюдения за работой блока питания и светодиоды состояния, расположенные непосредственно на приборе.

11 схем питания различной сложности

В полной мере сказанное относится не только к ламповым проектам, поэтому все, что будет описано ниже, пригодится и для цифровых, и для аналоговых трактов на полупроводниках.

«А в чем, собственно, проблема? Для накала существуют трехвыводные сильноточные стабилизаторы, а анодные делаются либо на тех же лампах, либо на высоковольтных MOSFET’ах», — такова была первая реакция большинства конструкторов аудио, с кем я пытался завести разговор на эту тему. А жизнь, между прочим, не так проста, как кажется на первый взгляд. Любимые всеми интегральные стабилизаторы серий LM78, LM79, LM317 и LM337 очень удобны и стоят копейки, но в технике класса High End применяются крайне редко из-за широкого спектра ВЧ-шумов, которые у них вообще не нормируются. Эти шумы не слышны, но, взаимодействуя с полезным сигналом, становятся причиной интермодуляции. А вот она уже ведет к излишней жесткости на верхних частотах и частичной потере разрешения. Если от такого стабилизатора питаются катоды прямонакальных ламп, особенно входных, вы можете вообще потерять интерес к проекту — вся грязь из сети, изрядно приправленная собственным шумом микросхемы, будет усилена и попадет на выход усилителя. Поэтому серьезные разработчики в последнее время все чаще предпочитают более сложную схемотехнику, но гарантирующую защиту от ВЧ-неприятностей. Что же касается высоковольтных стабилизаторов, то там ситуация еще хуже. Во-первых, в качестве источников эталонного напряжения используются либо кремниевые, либо газоразрядные стабилитроны, и включаются они, как правило, в катод управляющей лампы (или эмиттер транзистора, что существа дела не меняет). Во-вторых, в ламповых усилителях, особенно однотактных, проходной элемент стабилизатора находится в цепи звукового сигнала и вносит в него свой неповторимый акцент. Так что, кроме конденсаторов, усилительных ламп и трансформаторов, вы будете еще слушать какой-нибудь MOSFET или 6С33С. У меня есть подозрение, что аналогичная ситуация наблюдается и в транзисторных усилителях, но сам не экспериментировал, врать не стану.

Начнем с питания низковольтных цепей — накала, смещения и т.д. В каталоге любого крупного производителя полупроводников обязательно есть малошумящие источники опорного напряжения, и некоторые с регулируемым напряжением выхода. У этих стабилитронов только один минус — ток через переход ограничен несколькими миллиамперами, поэтому для сколько-нибудь серьезной нагрузки их придется дополнить внешним проходным транзистором. Наиболее широко распространен чип TL431, выпускаемый фирмой Texas Instruments. Напряжение шумов на его выходе около 7 мкВ на частоте 10 Гц, стоит около 16 руб. и выглядит, как обычный маломощный транзистор в пластмассовом корпусе ТО-92. Очень удачная схема его применения выложена на сайте www.klausmobile.narod.ru (рис.1).

Читайте также  Лазанья на все случаи жизни

Здесь IC1 служит источником опорного напряжения, а IC2 является датчиком схемы защиты от КЗ выхода. Достоинство схемы в том, что в качестве проходного элемента работает МДП-транзистор с изолированным затвором, поэтому при любой нагрузке (схема нормирована до 5 А) ток через стабилитрон остается в пределах нормы. R3 задает выходное напряжение, а R2 — ток срабатывания защиты. MOSFET может быть любым из серий IRF400 — 600 и устанавливается на теплоотводе. Рассеиваемая на нем мощность подсчитывается по формуле P = (Uвх — Uвых) x Iнагр. Если стабилизатор должен обеспечивать фиксированное напряжение, то его тоже легко рассчитать: Uвых = (1+R1/R2) x Uref, где Uref — опорное напряжение TL431, т.е 2,5 В. Из этого легко видеть, что для получения Uвых = 5 В, например, питания цифровой части ЦАПа, сопротивления R1 и R2 должны быть одного номинала (примерно 3,3 — 6,8 К).

Для слаботочных цепей, например, сеточного смещения или питания ОУ в тракте CD-проигрывателя, очень хороши параллельные стабилизаторы. В них регулирующий элемент включен параллельно нагрузке, что имеет неоспоримые преимущества — по переменному току его сопротивление очень мало, а по постоянному — очень велико. Вам это ничего не напоминает? Правильно, конденсатор, причем без какой-либо абсорбции, утечки, с мизерным ESR и индуктивностью. Короче, почти идеальный. Пример такого стабилизатора показан на рис. 2. Источник опорного напряжения здесь тот же — TL431, и выходное напряжение рассчитывается по той же самой формуле и подстраивается триммером R1. Стабилизация (если кто не знает) происходит за счет падения напряжения на резисторе R0. Номинал R3 выбирается с тем расчетом, чтобы ток через TL431 был в пределах 1 — 3 мА. Еще более очевидны выгоды такой схемы для построения высоковольтных стабилизаторов, но об этом ниже.

На той же TL431 легко собрать схему задержки включения анодного питания (рис. 3). Время задержки задается параметрами цепочки R1/С1 и при указанных номиналах составляет около 25 секунд. Оптрон — 293КП9В или ему подобный.

В схемах дифференциальных каскадов с т.н. long tail отрицательное напряжение для лучшей симметрии следует подавать через источник тока. Часто для этого используют лампы. А если нет места, или трансформатор питания работает на пределе и уже не потянет еще один накал?

Пригодится простенькая схемка на полевом транзисторе (рис. 4). Единственный элемент, на качество которого стоит обратить внимание — электролитический конденсатор в делителе затвора. Он должен быть либо Black Gate, либо Elna Cerafine. Собирается источник тока на крошечной печатной плате и может быть встроен в любой усилитель при апгрейде. Отрицательное напряжение на «хвост» можно получить выпрямлением напряжения накала.

Еще один возможный путь апгрейда — снижение шумов стандартных источников питания. Способ примерно тот же, т.е. шунтирование шины питания активным фильтром с определенными параметрами (рис. 5). Без какой-либо настройки он подавляет ВЧ-составляющую на 20 дБ, а если подобрать резистор в цепи эмиттера, то можно додавить их и до 40 дБ. Потребление тока самим шунтом около 10 мА, так что он вряд ли перегрузит стабилизатор. Если ток в нагрузке более 300 мА, то шунт придется умощнить (рис. 6). Для этого понадобится составной транзистор (КТ825/827 в зависимости от полярности источника), который будет забирать на себя уже около 40 мА. Зато им можно «чистить» сильноточные шины, например накальные. Если в предварительном усилителе или фонокорректоре выносной блок питания, то к сетевым помехам и шумам стабилизатора добавятся ВЧ и СВЧ-наводки на соединительные провода. Частично эта проблема решается с помощью ферритовых колец, надеваемых на жгут или отдельные проводники, но гораздо более заметный эффект дает схема, показанная на рис. 7. Она ставится на приемном конце, т.е. в самом усилителе, и питается от той же шины, которую чистит. ОУ должен быть по возможности малошумящим и широкополосным, к качеству остальных деталей особых требований не предъявляется. На рис. 8 видно, что эффективность подавления шумов на частоте 100 Гц достигает 24 дБ без точного подбора номиналов. Более подробное описание этих шумоподавителей можно найти по адресу www.wenzel.com/documents/finesse.html .

Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Рис. 8

Теперь об анодном питании. В 1998 г. компания Technics начала выпускать усилители DVD Audio Ready, т.е. с расширенным динамическим диапазоном. Для них пришлось разрабатывать новые источники питания, поскольку при имеющихся невозможно было снизить шумы усилителя до нужной величины. Была запатентована схема т.н. виртуальной батареи или, как ее еще называют, схема с умножением емкости. Высоковольтный вариант такой батареи показан на рис. 9 (верхняя часть схемы). Как видите, здесь вообще нет стабилитрона, поэтому, строго говоря, это не стабилизатор, а фильтр с составным проходным элементом. Суть идеи в том, что входное сопротивление МДП-транзистора — несколько сотен мегаом, что позволяет подключить его затвор к RC-цепочке с такой огромной постоянной времени (4,7 мОм и 47 мкФ соответственно), что никакие помехи через нее не проходят. Минусы схемы — уже упомянутое отсутствие стабилизации и очень долгий заряд, время которого составляет примерно 20 мин. Аппарат с таким источником питания вообще выключать не рекомендуется.

Блок питания на 10 А с регулируемым током и термометром

Решил сделать простой блок питания на ток более 10 Ампер (заодно с функцией заряда и разряда любых аккумуляторов, в том числе от авто). Чтобы не усложнять дело, использовал пару транзисторов плюс LM317. Блок питания работал, но нужно было его усилить, поэтому добавил ещё пару транзисторов. Блок питания после 30 минут работы с 10 А и принудительном охлаждении достиг вполне терпимой температуры. Единственно мост немного грелся, но по документации он может выдерживать температуру до 150 C, поэтому все равно.

Схема БП на 10 Ампер

Чтобы нагрузить источник питания 12 амперами, добавил к нагрузке мотор-редуктор, который во время блокировки тянет около 2 А и ничего — держит.

Схема принципиальная Блока питания на ток 10А

Далее пришла в голову мысль, чтобы добавить светодиодный термометр в этот блок питания, так как были все необходимые компоненты. И вот после сборки получилось такое полезное дело: Блок питания 10 А с ограничением тока, искусственной нагрузкой и термометром.

В качестве вольтметра обычный цифровой модуль, который купил для предыдущего источника питания, но, к сожалению, оказалось, что у него должно быть гальванически развязанное напряжение.

Параметры блока питания

  • Источник питания даст на выходе 1.2…19 В
  • Кратковременная мощность (ток) 10 A
  • Постоянная мощность 8 А транзисторы TIP122 4 шт.
  • Трансформатор ТС 170

Искусственная нагрузка регулирование 0..8 A. Входное напряжение 10 … 24 В

Схема и параметры термометра

Схема термометра на ICL7107

  • Светодиодный термометр с напряжением питания + 5 В.
  • Потребляемый ток термометром 200 мА.
  • Работа и измерение датчика температуры: -25 C до + 125 C.
  • Чтение датчика 3 раза в секунду.
  • Размеры: 65 x 60 x 15 мм
  • Индикация на дисплее : 2.5 + 1

Основным преимуществом этого решения является очень простая схема и представление результатов на легко читаемом светодиодном дисплее — отлично видном на расстоянии или в темноте.

Важнейшим компонентом решения является чип ICL 7107. Калибровка проста: сначала датчик помещают в ледяную воду, т.е. температура составляет около 0 С, устанавливаем потенциометры на дисплее 0, затем помещаем датчик в кипящую воду — температура приближается к 100 С и устанавливается на дисплее 100. Для точной калибровки между крайними значениями лучше всего подойдет обычный термометр.

Список элементов схемы

  • R1 — 100K
  • R2 — 1M
  • R3 — 220K
  • R4 — 47K
  • R5 — 22K
  • R6 — 330R
  • R7 — 10K
  • R8 — 220R
  • P1, P2 — 100K
  • C1 — 120 пФ
  • C2, C6 — 100 нФ
  • C3 — 10 нФ
  • C4 — 470 нФ
  • C5 — 220 нФ
  • C7 — 22 мкФ
  • D1 — 1N4148
  • D2 — BAT 42
  • T1 — BC547B
  • IO1 — ICL7107
  • T — любой кремниевый транзистор
  • Q1, Q2 — светодиодные дисплеи
Читайте также  Сварочный аппарат из четырех микроволновок

Вот такая получилась универсальная штука для радиолюбительской лаборатории. Работает и как мощное зарядно-разрядное устройство, и как электронная нагрузка, и как обычный регулируемый блок питания.

Схема регулируемого блока питания

В процессе разработки и ремонта всевозможных электронных устройств используется различное оборудование. Среди них достаточно востребованной является схема регулируемого блока питания, применяемая во многих вариантах. Эти регулируемые блоки известны как лабораторные источники питания, имеющие большое количество модификаций.

Источники питания линейного типа

Самыми первыми появились линейные блоки питания, которые используются до сих пор и относятся к устройствам с традиционными принципами работы.

Схема регулируемого блока питания

Основными конструктивными элементами этих приборов являются понижающий трансформатор и автотрансформатор. Преобразование переменного напряжения в постоянное осуществляется с помощью выпрямителя. В большинстве известных моделей используются выпрямители с одним или четырьмя диодами, соединенными между собой в виде диодного моста.

Некоторые модели могут иметь индивидуальные конструктивные особенности, однако такие схемы используются гораздо реже и предназначены для конкретных ситуаций. В отдельных устройствах цепь дополняется специальным фильтром, установленным сразу за выпрямителем. Сам фильтр представляет собой конденсатор с высокой емкостью. Иногда линейные БП дополняются стабилизаторами тока и напряжения, фильтрами высокочастотных помех и другими элементами.

Среди специалистов, занимающихся ремонтом и обслуживанием электроники и радиотехники, наиболее популярны линейные блоки питания с возможной регулировкой напряжения в пределах от 0 до 30 вольт и силы тока – от 0 до 5 ампер. Как правило, это высокоточные устройства с легкими и тонкими настройками в рамках установленных номиналов. Большинство из них отличается двойным режимом функционирования, когда цифровым индикатором одновременно отображаются значения выходного тока и напряжения. Многие модели обеспечены защитой от токовых перегрузок и коротких замыканий.

Схема и принцип работы импульсных БП

Сегодня все большее предпочтение отдается источникам питания импульсного типа. Принцип действия этих устройств совершенно не такой, как у линейной аппаратуры. В данном случае переменное напряжение сети частотой 50 Гц, преобразуется в напряжение высокой частоты. Оно трансформируется до необходимых параметров, после чего осуществляется его выпрямление и фильтрация.

Непосредственное преобразование выполняется с помощью мощного транзистора, функционирующего в режиме ключа. Совместно с импульсным трансформатором они образуют схему преобразователя высокой частоты. Данное устройство позволяет создавать частоту в диапазоне 20-50 кГц, что в свою очередь дает возможность значительно уменьшить габариты импульсного трансформатора. В результате и сам блок питания становится легким и компактным.

Принцип действия импульсного блока можно рассмотреть на представленной схеме:

  • Вначале напряжение поступает на сетевой фильтр, после чего попадает в выпрямитель. Здесь происходит выпрямление напряжения и фильтрация с помощью конденсатора.
  • Далее через первичную обмотку W1 напряжение поступает в коллектор транзистора VT1, на который воздействует прямоугольный импульс. В результате, транзистор принимает открытое положение и пропускает сквозь себя нарастающий ток.
  • Одновременно такой же самый ток проходит и через первичную обмотку трансформатора, вызывая тем самым возрастание магнитного потока и наведение во вторичной обмотке ЭДС самоиндукции.

Путем изменения продолжительности импульса в сторону увеличения, во вторичной цепи напряжение также будет увеличиваться за счет большего количества отдаваемой энергии. И, наоборот, с уменьшением длительности импульса, наступит снижение напряжения. Подобные манипуляции позволяют отрегулировать и стабилизировать выходное напряжение до нужного уровня. Формирование импульсов и управление ими осуществляется с помощью ШИМ-контроллера.

Регулировка и стабилизация

Для того чтобы стабилизировать выходное напряжение, на ШИМ-контроллер должна поступать информация о необходимых параметрах. Это мероприятие выполняется с использованием цепи обратной связи или слежения.

Данная логическая схема работает следующим образом: при снижении напряжения она увеличивает продолжительность импульса до того момента, пока выходное напряжение не наберет заданные параметры. В случае увеличения напряжения происходит обратный процесс. Таким образом, представленную схему можно считать регулирующим и стабилизирующим элементом.

В импульсных блоках питания цепи слежения могут быть организованы двумя способами – непосредственным и косвенным. Рассмотренный выше способ как раз и относится к первому варианту, поскольку для снятия напряжения обратной связи непосредственно используется вторичный выпрямитель. Для снятия того же самого напряжения, в косвенном варианте слежения, используется дополнительная обмотка импульсного трансформатора.

Плюсы и минусы различных типов устройств

В настоящее время все более широкую популярность завоевывают импульсные устройства, активно вытесняющие с электронного рынка неудобные и громоздкие линейные устройства. Несмотря на это, каждый из данных приборов обладает собственными достоинствами и недостатками.

Импульсные блоки обладают высоким стабилизирующим коэффициентом и КПД. Они отличаются более широким диапазоном входных напряжений и высокой мощностью, сравнительно с линейными приборами. Импульсные устройства совершенно не реагируют на качество подаваемого напряжения и его частоту. Они обладают незначительными габаритами и весом, что делает их очень удобными в транспортировке и эксплуатации. Стоимость таких приборов доступна практически всем потребителям.

Тем не менее, схема регулируемого блока питания импульсного типа имеет ряд заметных недостатков. В первую очередь это импульсные помехи, негативно влияющие на электронную аппаратуру. Сложные схемы делают устройство менее надежным. Из-за этого приборы не всегда удается отремонтировать собственными силами.

Линейные или трансформаторные блоки до сих пор используются благодаря простой и надежной конструкции всех моделей. Они легко поддаются ремонту с помощью недорогих запасных частей, не создают помех в окружающем пространстве.

Падение спроса на эти изделия прежде всего связано с большой массой и габаритными размерами, создающими неудобства при переносе и транспортировке. Сама конструкция отличается высокой металлоемкостью. Стабильность выходного напряжения находится в обратной зависимости с коэффициентом полезного действия устройства.

Благодаря широкому ассортименту, имеется возможность выбора того или иного прибора для конкретных целей. Для использования в определенных условиях специалисты могут самостоятельно изготовить блок питания по заданной схеме со всеми необходимыми параметрами.

Регулируемый источник питания: как сделать самому

Перед сборкой нужно учесть все факторы, которые могут помочь или, наоборот, помешать работе. Любой блок питания состоит из трансформатора, преобразователя, индикатора с амперметром и вольтметром, транзистора и других деталей, без которых прибор не сможет работать. Нужно заранее продумать защиту от сильных и слабых токов во избежание нештатных ситуаций. В случае неправильного подключения, пайки или монтажа аппаратура может просто перегореть.

Типовая схема, приведенная на рисунке, рассчитана для универсального типа сборки и может быть собрана даже начинающим специалистом. Все детали доступны, собираются просто и быстро, дальнейшая настройка несложная.

Готовый прибор должен отвечать определенным требованиям, которые нужно знать заранее. Регулировка и стабилизация на выходе обеспечивается в диапазоне от 3 до 24 вольт, при минимальной токовой нагрузке 2 ампера. Кроме того, предусматривается устройство нерегулируемого выхода на 12 или 24 В с большой нагрузкой по току. Первый выход оборудуется с помощью интегрального стабилизатора, а второй – за диодным мостом, в обход стабилизирующего элемента.

Типовая конструкция состоит из мощного трансформатора, конденсатора, микросхемы стабилизатора, обвязки и других элементов конкретной схемы. Блок питания собирается в установленной последовательности, все действия выполняются в определенном порядке.

БЛОКИ ПИТАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Для работы бытовой и промышленной техники, от компьютеров и холодильников до станков и автоматизированных узлов сборки, необходима электрическая энергия с подходящими параметрами: напряжением, частотой и силой тока.

Чтобы обеспечить нормальное функционирование — или хотя бы правильное отключение — приборов при выходе из строя сети, к которой они подключены, используются источники вторичного электропитания, или блоки питания. Как они устроены и каких видов бывают, будет рассказано ниже.

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ

Блок питания постоянного тока — это прибор, преобразующий исходные параметры электросети в требуемые для работы подключённых к ней технически сложных устройств. Чаще всего речь идёт о снижении и выпрямлении напряжения — именно оно имеет критическое значение для сохранности оборудования.

Второе назначение блоков питания — обеспечения работы устройств при временном отключении основной сети. Такое оборудование исполняет одновременно функции трансформатора и аккумулятора и при возобновлении электрического питания автоматически подзаряжается от сети.

Читайте также  Снеговик – елочная игрушка

Наконец, трансформаторные блоки питания могут использоваться и для соединения двух цепей в «опасных» точках — например, в местах с повышенной влажностью, наличием в воздухе проводящих или химически активных частиц и так далее.

Устройство в этом случае необязательно должно быть понижающим — часто коэффициент преобразования равен единице: и на входе, и на выходе вольтметр сохраняется среднее значение в 220 вольт.

Обычно один прибор выполняет сразу несколько функций: это и трансформатор, и аккумулятор, и изолированный «посредник»; чтобы дать пользователю возможность проверять и регулировать выходные параметры электричества, производителя снабжают устройства индикаторами напряжения, силы тока и (или) мощности, тумблерами и плавными переключателями.

Универсального сетевого блока питания не существует: такое устройство было бы крайне сложным в исполнении и ремонте, а кроме того, отличалось бы большой массой и высокой стоимостью.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРИБОРОВ

  • линейные;
  • импульсные.

В состав устройств первого типа непременно входят трансформатор, конвертирующий исходное напряжение в более низкое, и выпрямитель, преобразующий переменный ток стандартной частоты (в России — около 50 герц) в постоянный, требуемый для работы бытовой или промышленной техники.

Дополнительными составляющими являются фильтр, предназначенный для нивелирования всплесков и провалов напряжения, стабилизатор, высокочастотный фильтр и защита от коротких замыканий.

Все эти компоненты позволяют получить на выходе идеально ровный сигнал, что особенно важно для чувствительных электроприборов: чем «чище» подаваемый на них ток, тем дольше они могут прослужить.

  • простота устройства и ремонта;
  • повышенная надёжность;
  • минимальный, вплоть до нулевого, процент помех и колебаний в выходном сигнале;
  • доступность — трансформаторные устройства стоят сравнительно недорого.
  • габаритность — занимают как минимум в два раза больше места, чем импульсные;
  • массивность — характеристики используемых составляющих не позволяют сделать трансформаторные блоки лёгкими;
  • невысокий КПД — потери энергии в сети с подключённым устройством составляют не менее 15%.

В импульсных, или инверторных блоках питания происходят более сложные преобразования: сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем формируются импульсы высокой частоты, подаваемые, через малогабаритный высокочастотный трансформатор, на выпрямитель и фильтр ВЧ, затем выход.

  • малогабаритные первичные преобразователи переменного напряжения в постоянное;
  • стабилизаторы, работающие по принципу отрицательной обратной связи и гарантирующие «ровный» результирующий сигнал;
  • низкочастотные фильтры, обеспечивающие отсутствие помех на выходе.

К дополнительным компонентам относятся иные или дублирующие фильтры, защита от короткого замыкания и нулевой нагрузки, а также трансформаторы выходного переменного сигнала в постоянный.

  • небольшие габариты — такие устройства как минимум в два раза меньше линейных;
  • небольшая масса — весят инверторные блоки сравнительно немного;
  • высокий КПД — потери при включении оборудования в сеть лежат в диапазоне 2…10%.
  • сложность устройства и ремонта;
  • большая, по сравнению с линейными блоками, стоимость;
  • высокочастотные помехи, отрицательно сказывающиеся на работе чувствительных приборов.

В настоящее время и линейное, и импульсное оборудование оснащено стабилизаторами, позволяющими получить на выходе ровный, без резких скачков, сигнал. Стабилизированный блок питания продлевает срок службы бытовой и промышленной техники, а также, даже без использования дополнительной защиты, снижает риск короткого замыкания в сети.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

  • мощность;
  • выходное напряжение;
  • сила тока на выходе;
  • коэффициент полезного действия;
  • наличие дополнительных опций;
  • габариты и масса;
  • стоимость.

Мощность измеряется в ваттах или, по сохранившейся традиции, в вольт-амперах. Максимальное значение, которое может выдать устройство на выходе, обязательно указывается в его характеристиках; в идеале оно должно на 15–30% превышать суммарную потребляемую мощность всех подключённых к сети через блок питания приборов.

Например, если для работы первого изделия требуется 15 Вт, второго — 6 Вт, а третьего — 9 Вт, мощность стабилизированного блока питания должна составлять: (15 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть от 34,5 до 39 ватт. Устройства, выдающие большие значения, использовать можно; меньшие — нет.

У холодильников, насосов и ряда других устройств она может превышать постоянную более чем в пять раз, что необходимо закладывать в расчёты.

Если для запуска первого из перечисленных в примере выше приборов требуется мощность, в три раза превышающая потребляемую в ходе функционирования, расчёты будут выглядеть следующим образом: (15×3 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть требуемая мощность оборудования должна составлять от 69 до 78 ватт.

Устройство, выдающее только номинальные 60 Вт, может оказаться недостаточно эффективным — или владельцу придётся на время пуска отключать другие два электроприбора.

Выходное напряжение.

Поскольку значение напряжения на входе не зависит от воли пользователя и в бытовой сети составляет приблизительно 220 В, с существенными колебаниями в меньшую или большую сторону, значение имеет лишь выходной параметр. Он может быть единственным (например, 12 В) или переключаемым — от 6 до 20 вольт или в любом другом предусмотренном производителем диапазоне.

В отличие от мощности, подбирать выходное напряжение нужно по ближайшему значению, не обязательно в большую сторону. Если для функционирования техники нужно 12,3 В, а в наличии имеются устройства с показателями 12 и 16 вольт, отдать предпочтение следует первому.

Хотя не все приборы требуют стабилизации напряжения, выбирать нужно устройства с этой функцией; они универсальны и подходят для любой техники, в то время как использование блока без стабилизатора может привести к выходу дорогостоящего оборудования из строя.

Выходная сила тока.

Этот параметр прямо связан с мощностью и напряжением, а потому зачастую не указывается. При подборе оборудования по силе тока нужно, как и в случае с мощностью, просуммировать потребляемые подключённой аппаратурой значения и прибавить к результату 15–30%

Например, если для работы первого прибора требуется 2 А, второго — 0,5 А, а третьего — 6 А, блок питания должен выдавать как минимум: (2 + 0,5 + 6)×(1,15…1,30), то есть от 9,8 до 11,1 ампера. По аналогии с ранее приведёнными расчётами нужно учитывать и пусковые значения, часто превышающие рабочие.

С целью упростить подбор оборудования можно руководствоваться эмпирическим правилом: если требуемое значение силы тока менее 5 А, нужно выбирать трансформаторный блок; если более — импульсный.

Коэффициент полезного действия.

Тут всё просто: чем выше КПД, тем эффективнее прибор и тем меньше потери электроэнергии в сети. Высокая стоимость блоков питания с КПД 95…98% со временем окупится экономией на потребляемом токе — а значит, приобретение устройства с максимальным параметром имеет смысл.

Дополнительная защита.

Наличие в устройстве блока защиты от перегрузок, полной разрядки, короткого замыкания, перегревания в ходе работы, резких скачков напряжения и повышения силы тока увеличивает стоимость изделия, зато даёт владельцу почти стопроцентную гарантию безопасности.

При выборе устройства следует обращать внимание на наличие регуляторов выходных параметров (плавных или ступенчатых), индикаторов, показывающих входных и выходные параметры тока (шкальных или цифровых), а также работу от сети или в автономном режиме (светодиодных), и возможности ручного разрыва сигнала (обычно реализуется в виде тумблера).

Чем больше информации сможет владелец получить о состоянии блока питания, тем безопаснее будет его работа и тем меньше риск преждевременного выхода из строя, «вылета» сети или короткого замыкания с последующим возгоранием.

Габариты и масса.

Здесь, как и в случае с КПД, всё прозрачно: чем компактнее и легче блок питания, тем он удобнее в эксплуатации — но, как правило, тем больше за него придётся заплатить.

Указанные параметры не являются краеугольными: если условиями работы являются большая мощность и высокий КПД, устройство просто не может быть слишком маленьким, тем более если подразумевается наличие в нём дополнительных функций.

Наиболее дорогими и качественными в отношении выходного сигнала являются промышленные блоки питания; но если пользователю необходимо обеспечить работу компьютера, телевизора и видеопроигрывателя, никакой необходимости в излишних тратах нет. Достаточно найти подходящий по перечисленным выше параметрам прибор — и, сравнив цены, выбрать идеальную модель.

© 2014-2021 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: