Источник питания обеспечивает определенное напряжение, необходимое для конкретного устройства. Поэтому самым важным параметром является напряжение (в вольтах), подаваемое источником питания.
Блок питания что это такое и какими они бывают
Источник питания является важной частью всего электронного оборудования. От надежности этого узла зависит правильная и длительная работа всей системы. В этой статье вы узнаете, что такое блок питания, зачем он нужен и что собой представляет.
Согласно техническому определению, источник питания — это электрическое устройство, предназначенное для создания напряжения питания. БП — это вторичный источник питания.
Откройте и прочитайте техническую документацию. Вторичные источники питания преобразуют параметры электроэнергии из сети. Промышленная сеть электроснабжения с параметрами, необходимыми для работы вспомогательного оборудования.
Сделайте вывод, что назначение блока питания заключается в обеспечении устройств, работающих на электричестве, необходимыми для их работы параметрами по напряжению.
Важно: Если устройству требуется много разных напряжений (например, компьютер), блок питания будет иметь несколько выходных каналов, каждый из которых соответствует разным значениям.
Виды блоков питания и их различия
Все источники питания выпускаются в двух вариантах исполнения.
Первый тип, как можно понять из его названия, встроен в источник питания. Большинство бытовых приборов имеют так называемые встроенные источники питания. Их задача — преобразовать сетевое напряжение 220 В 50 Гц в одно или несколько напряжений, необходимых для работы устройства.
Они работают! Компьютерные блоки питания разработаны как отдельные блоки подключения, но могут также рассматриваться как внутренние источники питания.
Внешний источник питания — это отдельный блок в собственном корпусе. Питание от такого блока подается на устройство через кабель. Обычно это решение подходит для небольших устройств с низким энергопотреблением.
А теперь интересный вопрос — зарядное устройство для мобильного телефона или смартфона — это источник питания или зарядное устройство? Для многих это зарядное устройство. Тогда дополнительный вопрос — блок питания ноутбука или зарядное устройство? И здесь мнение однозначно — оба.
Так почему же у телефонов есть только зарядное устройство? Кто не работал с подключенным пустым смартфоном? Все работают, когда это действительно необходимо, а батарея разряжена. Таким образом, зарядное устройство для мобильного телефона и блок питания для ноутбука — это два в одном — и блок питания, и зарядное устройство.
С другой стороны, аккумуляторные отвертки — это совсем другая история. Поскольку драйверы батарей не могут обеспечивать питание, это зарядное устройство, а не источник питания.
То же самое относится и к зарядным устройствам для автомобильных аккумуляторов. Он может заряжать аккумулятор автомобиля, но не может обеспечить питание, необходимое для запуска двигателя от стартера.
Существует четыре типа источников питания.
- Со стабилизацией напряжения.
- При нынешней стабилизации и
- с постоянным напряжением и током; и
- без стабилизации.
Первый тип обеспечивает постоянное выходное напряжение, которое не зависит от входного напряжения, пока значение входного напряжения находится в допустимых пределах или устройство потребляет не больше энергии, чем может выдать источник питания. В противном случае простой источник питания может выйти из режима стабилизации или выйти из строя. Более умные источники питания могут отключить устройство в аварийной ситуации, чтобы выключить его и предотвратить повреждение. Большинство новых источников питания разработаны с регулировкой напряжения.
Регулируемые источники питания подключаются к устройствам, которым требуется постоянный ток. При изменении потребляемой мощности источник питания изменяет напряжение, а не ток, протекающий через него.
Как подобрать для питания конкретной нагрузки
Предположим, вам нужно подать питание на компонент или целую машину. Как выбрать подходящий источник питания? Для этого учитываются три основных критерия
- Напряжение, необходимое для работы устройства
- ток, поглощаемый устройством, и
- Наличие или отсутствие регуляторов тока или напряжения.
Предположим, вам нужно запитать низковольтный светодиодный проектор. Указанное производителем напряжение составляет 12 В, а потребляемая мощность — 7 Вт.
Сначала рассчитайте ток потребления лампы: 7:12 = 0,58 А. Как правило, лампа требует стабилизации тока. Это означает, что вам нужен блок питания с регулятором мощности 580 A. Такой блок питания можно найти в Интернете. Вот. Правда, ток стабилизации на 20 мА больше, чем должен быть, но это не важно, так как невозможно найти источник питания с точным током.
Теперь давайте включим магнитофон. Рассчитайте таким же образом, или прочитайте типовую табличку, или измерьте ток при максимальной силе. Предположим, что он составляет 8 А. Мы знаем напряжение питания автомобиля — 12-14 В. Какая стабилизация необходима? В принципе, ничего — в автомобильном радиоприемнике есть встроенный стабилизатор. Важно, чтобы источник питания обеспечивал напряжение 12-14 В и силу тока до 10 А (с резервированием). Это соответствует 140 Вт.
Во-первых, нет ничего плохого в том, чтобы приобрести 12-вольтовый источник питания с регулировкой напряжения. Однако сегодня трудно найти источник питания без стабилизатора напряжения.
Для источников питания светодиодных лент, конечно, выбирайте блок питания с регулятором напряжения 12 или 24 В (в зависимости от типа используемой ленты).
Импульс, трансформатор или демпфирующий конденсатор? От последнего лучше сразу отказаться — он очень опасен. Однако если блок питания встроен в устройство и никто не хочет его разбирать, это остается крайней мерой. Конечно, в этом случае устройство приема энергии должно быть маломощным.
А питание импульсное или трансформаторное — это каждый решает сам. Если потребляемая мощность высока, целесообразно выбрать переключающее устройство, так как трансформаторы имеют большие размеры и вес. Низкое потребление; достаточно трансформатора, особенно если он был установлен на чердаке в течение пяти лет.
Единственное, что необходимо знать при выборе импульсного источника питания, — это вызываемые им электромагнитные помехи. Если в помещении есть оборудование, чувствительное к электромагнитным помехам, то, конечно, необходимо выбрать трансформаторную конструкцию.
Теперь вы узнали, что такое источник питания и что он обеспечивает. Какие существуют виды и сорта и чем они отличаются? Теперь у нас нет проблем с выбором блока питания для наших целей.
Размеры и вес. Сборка адаптера питания мощностью 500 Вт вместе с адаптером для компьютера занимает все свободное место в корпусе компьютера. Не говоря уже о весе, который не позволяет носить его с собой. Небольшие ИБП на основе трансформаторов компактны и легки.
Виды блоков питания и их различия.
Существует два основных типа источников питания: трансформаторные источники питания и импульсные источники питания. Их конструкции и различия между их преимуществами и недостатками описаны ниже.
Этот тип источника питания является самым простым и самым классическим. Ниже приведена принципиальная схема биполярного выпрямителя.
Наиболее важным элементом этого типа источника питания является понижающий трансформатор (можно использовать однообмоточные трансформаторы). Первичный шунт этого компонента рассчитан на входное сетевое напряжение. Другой важной частью этого типа БП является выпрямитель. Это преобразует переменное напряжение в однонаправленное импульсное постоянное напряжение. В большинстве случаев используется однополупериодный или двухполупериодный выпрямитель. Первый состоит из одного диода, а второй — из двух из четырех диодов, образующих диодный мост. В некоторых случаях можно использовать другие схемы. Например, трехфазный выпрямитель или выпрямитель с двумя напряжениями. Последней важной частью адаптера питания является фильтр, который сглаживает пульсации, создаваемые выпрямителем. Эта секция обычно представлена конденсатором большой емкости.
Размеры трансформатора. Следующее уравнение вытекает из основных законов электротехники.
(1/n)~f*S*B
В этой формуле n — число оборотов на вольт, f — частота переменного тока, S — площадь поперечного сечения магнитной цепи, а B — индукция магнитного поля в магнитной цепи.
Уравнение представляет собой не мгновенное значение, а ширину B.
На практике величина индукции магнитного поля (B) ограничена ядерной задержкой. Это приводит к перегреву и потерям на намагничивание в трансформаторе.
Если частота переменного тока (f) равна 50 Гц, в конструкции трансформатора переменными остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (значение 55-70) / S (см ^ 2).
Увеличение площади поперечного сечения магнитопровода (S) увеличивает размеры и вес трансформатора. Уменьшение значения S увеличивает значение n, а для маленьких трансформаторов уменьшается площадь поперечного сечения проводов (иначе обмотки не поместились бы в сердечнике).
При увеличении значения n и уменьшении площади поперечного сечения сопротивление сердечника обмотки значительно возрастает. В трансформаторах малой мощности этим можно пренебречь, поскольку ток через обмотку мал. Однако при увеличении мощности ток через обмотки возрастает, что в сочетании с высоким сопротивлением обмоток приводит к значительным тепловым потерям электроэнергии.
Все вышесказанное приводит к тому, что типичный мощный трансформатор 50 Гц (необходимый для питания компьютера) может быть спроектирован только как устройство с большим весом и габаритами.
Современные источники питания используют другой подход: увеличение значения f. Это достигается за счет использования прерывистых источников питания. Эти источники питания намного легче и гораздо меньше по размеру, чем трансформаторные источники питания. Импульсные источники питания также менее требовательны к входному напряжению и частоте.
Преимущества трансформаторов БП
- Простота продукта,.
- надежная конструкция
- Наличие аксессуаров; и
- Отсутствие радиопомех.
Недостатки трансформаторов БП
- Большой вес и габариты, которые увеличиваются с ростом мощности
- Большое потребление металла
- необходимость компромисса между низким КПД и стабильностью выходного напряжения.
Импульсный БП и его устройство.
Ниже приведена схема оконечного импульсного источника питания (эта схема является самой простой).
На практике источники периодического питания представляют собой инверторные системы. В источниках питания этого типа входная мощность сначала выпрямляется (т.е. генерируется постоянный ток), а затем преобразуется в прямоугольные импульсы определенной частоты и рабочего цикла. Затем эти прямоугольные импульсы подаются на трансформатор (если конструкция источника питания предусматривает гальваническую развязку) или непосредственно на выходной ФНЧ (если гальваническая развязка отсутствует). КПД трансформатора увеличивается с ростом частоты, а тот факт, что требования к сечению сердечника значительно снижаются при использовании импульсных источников питания, позволяет использовать трансформаторы гораздо меньших размеров, чем при использовании традиционных решений.
В отличие от низкочастотных трансформаторов, в которых в большинстве случаев используется электротехническая сталь, сердечники импульсных трансформаторов могут быть изготовлены из ферромагнитных материалов.
Стабилизация напряжения в источниках питания с прерывистым питанием достигается с помощью отрицательной обратной связи. Это позволяет выходному напряжению оставаться относительно постоянным. Это может быть разработано несколькими способами. Если источник питания электрически изолирован, то наиболее распространенным методом является использование одной из выходных обмоток трансформатора или оптопары. Рабочий цикл на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. Если в источнике питания нет разрыва, используется обычный резистивный делитель. Это позволяет автоматическому выключателю поддерживать постоянное выходное напряжение.
Два маленьких синих диска — еще один представитель типа конденсатора, а чуть ниже них (зеленые с длинными ножками, покрытыми черной изоляцией) — металлооксидные варисторы (MOV). Они также используются для защиты от скачков входного напряжения. Подробнее о различных типах входных фильтров.
Функции и принцип работы основных узлов
Источники питания компьютеров представляют собой прерывистые цепи. Основное преимущество этих источников питания — малые габариты и вес в сочетании с высокой выходной мощностью. Недостатки также известны — сложные схемы и, следовательно, низкая надежность. В целом, эти блоки питания можно отремонтировать, но для ремонта требуются квалифицированные мастера и наличие инструментов.
Каждый производитель применяет собственное схемное решение при создании своих источников питания, но все они основаны на едином принципе работы.
- Выпрямление сетевого напряжения, выпрямление
- «измельчение» его высокочастотных импульсов (от нескольких килогерц до нескольких сотен килогерц), и
- преобразование высокого напряжения в низкое, за которым следует
- ректификация с последующей непрерывной фильтрацией под напряжением.
Несмотря на различия в схемах, большинство источников питания следуют стандартной блок-схеме и содержат одинаковые компоненты. В качестве примера можно привести схему 230-ваттного Powermaster LP-8.
Входной фильтр
Входной фильтр не является важной частью схемы коммутации — все работает и без него. Однако он не может работать без фильтрующего контура. Источник питания создает помехи в сети, что делает непредсказуемой работу других устройств, питающихся от той же сети на базе микроконтроллера. Входная цепь содержит защитные элементы от общих (несимметричных) и дифференциальных симметричных помех. Первый защищен катушкой LF1, а второй — конденсатором Cy. Для защиты от последнего установлен конденсатор Cx.
Входная цепь также содержит термистор RTH1. В холодном состоянии его высокое сопротивление ограничивает ток зарядки высоковольтного выпрямительного конденсатора. После прогрева его сопротивление уменьшается и не влияет на работу.
В цепи находится предохранитель F1, который защищает источник питания от короткого замыкания. Такое соединение блокировочных звеньев не является оптимальным. Компоненты RTH1, Cx2 и LF1 не защищены. Лучшая входная схема — обратная.
Здесь имеется дополнительный элемент — варистор. В нормальных условиях его сопротивление велико и не влияет на работу БП. Однако в случае скачка напряжения в сети он открывается, его сопротивление уменьшается, а утечка тока способствует взрыву безопасности.
Высоковольтный выпрямитель и сглаживающий фильтр
В схеме формирования непрерывного напряжения нет ничего особенного. Он состоит из полуциклового мостового выпрямителя с переходом и сглаживающего фильтра. Конденсаторы соединены последовательно. Так создается делитель частоты для получения половины напряжения питания, необходимого для работы полумостового инвертора.
Какое выходное напряжение БП компьютера: вольтаж и сила тока
Компьютер потребляет сетевое питание по трем каналам
| Канал напряжения | Цветовая маркировка изоляции проводников. |
|---|---|
| +12 | Желтый. |
| +5 | Красный |
| +3.3 | Апельсин. |
На эти три направления приходится более 90% энергопотребления компьютера. Максимальный ток обеспечивается каналом +5 вольт. Однако из-за более высокого напряжения большая часть энергии передается по шине +12 вольт. Это является преимуществом. Сечение кабеля выбирается в зависимости от силы тока; чем толще кабель, тем он дороже. Кроме того, тонкие провода более гибкие и удобные в обращении. С этой же целью напряжение каждого канала разводится по разным проводам в отдельные розетки. Нейтральный проводник GND (электрически связанный со всеми каналами) всегда черный.
В качестве примера на рисунке представлена табличка, показывающая общую мощность источника питания и ее распределение по каналам. Простой расчет показывает, что общая мощность в основном канале составляет 485 Вт, в то время как общая рекламируемая мощность составляет 450 Вт. Это указывает на наличие маркетингового элемента в технических характеристиках, поэтому к указанным параметрам следует относиться с осторожностью. Они могут быть чрезмерными.
Мощность, передаваемая по этим каналам, составляет очень небольшой процент от общей мощности источника.
Отдельно стоит упомянуть о тенденции ожидания. Его уровень составляет +5 вольт, а цвет изоляции — фиолетовый. Он необходим для питания компьютера и присутствует всякий раз, когда блок питания подключен к сети 220 вольт. По этой линии может подаваться ток около 2 А.
Источник питания также имеет два управляющих сигнала.
- PWR_ON (зеленый кабель) — используется для активации модуля питания с помощью команды материнской платы.
- PG (серый кабель) — генерируется при наличии всех напряжений питания и используется для контроля функционирования источника питания.
Энергопотребление этих сигнальных линий очень низкое.
Для наглядности рекомендуется серия тематических видеороликов.
Знание того, как работает блок питания ПК, не так важно для большинства пользователей. Однако для тех, кто хочет повысить свою квалификацию и разобраться с ремонтом и модернизацией компьютеров, эта информация ничуть не будет лишней.
Техник-электрик. Я работаю в мастерской по ремонту жилья. Мне нравятся схемы.
