Обозначение деталей: блока питания, звонка на электрической схеме
Проблема чтения электрических схем осложняется следующими факторами:
- Чем сложнее устроен прибор или узел, тем труднее разобраться в связях между его элементами и понять принцип их работы. Нужно уметь не только правильно читать схемы, но и создавать их. И если вы получаете в руки «чужую» схему, иногда остаётся только гадать о том, чего хотел добиться автор и почему он так сделал.
- Несмотря на наличие стандартов для обозначения тех или иных элементов/блоков, не все их придерживаются. Здесь сложность даже не в том, что разработчики не знают как этот делать, а скорее в наборе ПО, в котором ведётся проектирование. Стандарты и обозначения в разных странах могут не совпадать, а разработчики софта придерживаются родных норм.
Стандарты
Чтобы свести ошибки в понимании к минимуму, следует придерживаться чётких стандартов и правил. В России, как и в любой другой стране, существуют руководящие документы.
Речь идёт о ГОСТах, таких как:
- 2.710 81 г. – о буквенных обозначениях;
- 21.614 88 г. – об условных обозначениях общего назначения;
- 21.404 85 г. – здесь прописаны обозначения элементов автоматизации;
- И т.д.
Несмотря на внушительные даты создания документов, они более чем актуальны.
Наиболее востребованные обозначения
Чтобы понять работу схемы, нужно знать условный знак элемента и принцип его работы.
К общим, и потому самым популярным, можно отнести следующие:
Рис. 1. Условные обозначения элементов на схемах
Они встречаются во многих схемах. Элементы здесь достаточно простые и понятные.
Но к более сложным деталям – иной подход. По обозначению можно понять не только общее назначение узла, но и дополнительные нюансы.
Например, конденсаторы.
Рис. 2. Условные обозначения конденсаторов на схемах
Или сопротивления.
Таблица 1. Условные обозначения сопротивлений на схемах
И это уже не говоря о переменных (подстроечных) вариантах.
Так могут выглядеть транзисторы.
Рис. 3. Условные обозначения транзисторов на схемах
А так диоды и другие ограничительные элементы.
Рис. 4. Условные обозначения диодов и других ограничительных элементов на схемах
В блоках питания
Теперь непосредственно об обозначениях, которые можно встретить на схемах БП.
В основе любого вторичного источника тока должен лежать или преобразователь (трансформатор) или ограничитель (диоды и аналогичные элементы).
Трансформаторы обозначаются на схемах так.
Рис. 5. Условные обозначения трансформаторов на схемах
Или так.
Таблица 2. Варианты обозначения трансформаторов на схемах
Количество выводов будет соответствовать имеющимся обмоткам. Здесь очень важный момент – разницы между импульсными и силовыми трансформаторами на схеме вы не увидите. А ещё более частая проблема – отсутствие буквенных обозначений моделей или каких-либо параметров.
Это связано с тем, что в большинстве случаев требуется либо подбор детали под заданные требования, или подразумевается расчёт и намотка его своими силами. Максимум, что будет обозначено на схеме – входное и выходное напряжение.
Обозначение диодов мы привели выше. Но иногда вместо отдельных диодов можно встретить готовые сборки – мосты. Они будут выглядеть так:
Рис. 6. Обозначения мостов на схемах
Для удобства понимания, слева – схема из простейших элементов.
Если блок питания работает на импульсном трансформаторе, ему понадобится генератор импульсов, его часто выполняют на базе интегральных микросхем. Их на схеме ни с чем не перепутаешь.
Рис. 7. Обозначения интегральных микросхем
Это общее обозначение. Если элемент реализует элементарную логику или другие простые функции, они могут быть обозначены непосредственно на выводах или на специальных блоках внутри.
Например, так.
Рис. 8. Обозначения интегральных микросхем
Или так.
Рис. 9. Обозначения интегральных микросхем
Измерительные приборы на схемах обозначаются так.
Рис. 10. Обозначения измерительных приборов на схемах
Но иногда можно встретить и более сложные элементы – цифровые индикаторы. Один из вариантов их обозначения.
Рис. 11. Обозначение цифровых индикаторов на схемах
Таким образом, схема простого блока питания может выглядеть таким образом.
Рис. 12. Схема простого блока питания
Автор: RadioRadar
12. Источники питания, электродвигатели, линии связи — Условные графические обозначения на электрических схемах — Компоненты — Инструкции
Для автономного питания радиоэлектронной аппаратуры широко используют электрохимические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы. Буквенный код элементов питания — G. УГО [11] напоминает символ конденсатора постоянной ёмкости — параллельные линии разной длины: короткая обозначает отрицательный полюс, длинная — положительный (рис.
12.1, G1). Знаки полярности на схемах можно не указывать.
Поскольку для питания приборов чаще всего требуется напряжение, большее того, что обеспечивает один элемент или аккумулятор, их соединяют в батарею. Буквенный код в этом случае — GB. Батарею обозначают упрощенно: изображают только крайние элементы, а наличие остальных показывают штриховой линией (см. рис. 12.1, GB1). ГОСТ допускает изображать батарею и совсем просто — символом одного элемента (GB2 на рис. 12.1). Рядом с позиционным обозначением в любом случае указывают напряжение батареи.
Отводы от части элементов показывают линиями электрической связи, продолжающими черточки, которые обозначают их положительные полюсы (см. рис. 12.1, GB3). В местах присоединения линий-отводов к символам положительных полюсов ставят точки.
На основе символа электрохимического элемента строятся УГО так называемых солнечных фотоэлементов и батарей.
Отличительные признаки УГО этих источников тока — корпус в виде кружка или овала и знак фотоэлектрического эффекта (см. рис. 12.1, G2, GB4), На месте буквы п в УГО солнечной батареи можно указывать число образующих ее элементов.
Для защиты от перегрузок по току или коротких замыканий в нагрузке в электронных устройствах часто используют плавкие предохранители. Код этих устройств — латинские буквы FU. УГО [12] напоминает постоянный резистор (и имеет те же размеры 4×10 мм), отличие заключается только в проходящей через весь прямоугольник линии, символизирующей сгорающую при перегрузке металлическую нить (рис. 12.2, FU1). Рядом с УГО предохранителя, как правило, указывают ток, на который он рассчитан, а иногда и его тип.
В аппаратуре с высоковольтным питанием для защиты некоторых элементов от опасных для них перенапряжений применяют разрядники (код — буква F). В простейшем случае — это два электрода, установленных на изоляционном основании на определенном расстоянии один от другого (иногда технологически это печатный проводник, разделенный на две части просечкой в печатной плате насквозь).
Символ искрового промежутка — две встречно направленные стрелки (см. рис. 12.2, F1). Если же такое устройство выполнено в виде самостоятельного изделия, используют УГО, показанное на рис. 12.2 под позиционным обозначением F2. УГО вакуумного разрядника получают, заключая символ искрового промежутка в символ баллона электровакуумного прибора (F3).
В устройствах автоматики и телемеханики, в бытовой радиоаппаратуре для привода различных механизмов применяют электродвигатели. В бытовых магнитофонах и проигрывателях — это чаше всего асинхронные двигатели переменного тока и коллекторные двигатели постоянного тока. Первые из них обычно имеют коротко-замкнутый ротор в виде так называемой «беличьей клетки» и статор с двумя обмотками: рабочей (или основной) и фазосдвигающей (последовательно с ней включают конденсатор, благодаря чему создается вращающееся магнитное поле). УГО такого двигателя состоит из окружности (ротор) и двух статорных обмоток (рис.
12.3, M1). Символ основной обмотки помешают над ротором, а фазосдвигающей — справа от него, под углом 90° к символу основной. Рядом с УГО обычно указывают тип двигателя [13].
Если необходимый сдвиг фазы создается короткозамкнутым витком на полюсе статора, его изображают в виде замкнутой накоротко обмотки, развернутой по отношению к символу основной на угол 45° (см. рис. 12.3, M2).
В электродвигателях постоянного тока на статоре устанавливают постоянные магниты, а обмотку размешают на роторе. Для автоматической коммутации ее секций при вращении ротора используют узел, состоящий из двух щеток и нескольких пластин. Все эти особенности конструкции отражены и в УГО коллекторного двигателя, показанном на рис. 12.3 {M3): здесь окружность, как и ранее, символизирует ротор, касающиеся его узкие прямоугольники — щетки, а светлая П-образная скобка — постоянные магниты на статоре.
Линии электрической связи (ЛЭС) символизируют на схемах реальные электрические соединения между радиокомпонентами и узлами [14].
Для удобства прослеживания этих соединений на схемах ЛЭС чертят, как правило, только в горизонтальном и вертикальном направлениях. Исключение составляют лишь схемы некоторых функциональных узлов, начертание которых давно стало традиционным (измерительные и выпрямительные мосты, мультивибраторы и т. п.).
Для удобства чтения схем символы элементов стараются расположить и сориентировать таким образом, чтобы ЛЭС имели возможно меньшее число изломов и пересечений. Если же избежать пересечения не удается, его делают под углом 90° (рис. 12.4, а), изменяя при необходимости направление одной из ЛЭС. В местах пересечений, символизирующих электрическое соединение в виде пайки, сварки, скрутки ставят жирные точки (см. рис. 12.4, б). Аналогично поступают и в тех случаях, когда необходимо показать ответвления от той или иной ЛЭС (см. рис. 12.4, в). Ответвляющиеся ЛЭС допускается проводить на чертеже под углами, кратными 15°.
Использовать в качестве точек присоединения ЛЭС элементы УГО, имеющие вид точки (например, переключателей с нейтральным средним положением), излома линий (контакты кнопок и переключателей) и их пересечений (выводы эмиттера и коллектора в местах пересечения с окружностью корпуса и т. п.), нельзя.
При изображении ЛЭС с ответвлениями в несколько параллельных идентичных цепей (рис. 12.4, г) можно использовать следующий прием: показать на схеме лишь одну цепь, а наличие остальных указать Г-образными ответвлениями, рядом с которыми указать общее число параллельных целей, включая изображенную (см. рис. 12.4, д).
Необходимость экранирования того или иного соединения показывают штриховыми линиями по обе стороны от ЛЭС (см. рис. 12.4, е, ж) или небольшим штриховым кружком (см. рис. 12.4, и). Ответвление от линии, символизирующей экранирующую оплетку, допускается изображать как с точкой, так и без нее.
Соединение с общим проводом устройства (корпусом) показывают отрезком утолщенной линии на конце ответвления (см. рис. 12.4, х, ц).
Если в общий экран помещены несколько проводов, соответствующие ЛЭС объединяют знаком, изображенным на рис. 12.4, к. Если же разместить эти ЛЭС рядом не удается, поступают, как показано на рис. 12.4, л: от символа экрана проводят линию со стрелками, указывающими на те из них, которые находятся в общем экране. Экран, в который заключены детали того или иного устройства, изображают в виде замкнутого контура, охватывающего их символы (см. рис. 12.4, м).
Аналогичные приемы используют и в случаях, если группа ЛЭС символизирует соединение многопроводным кабелем или скрученными проводами. Знак кабеля в виде овала применяют для объединения идущих рядом ЛЭС (см. рис. 12.4, н), кружок со стрелками — для объединения ЛЭС, перемежающихся другими (см. рис. 12.4, п). Точно так же применяют знак скрутки — наклонную линию с засечками на концах (см.
рис. 12.4, о,р).
Линию электрической связи, символизирующую гибкое соединение (например, гибкий провод, соединяющий измерительный прибор со щупом), изображают волнистой линией (см. рис. 12.4, с).
Для передачи сигналов на высоких частотах используют коаксиальные кабели (см. рис. 12.4, m). Поскольку знак коаксиальной структуры практически символизирует внешний проводник, от него, как и от символа экранирования, при необходимости делают ответвление (см. рис. 12.4, у). В обозначении ЛЭС, выполненной коаксиальным кабелем лишь частично, знак видоизменяют: касательную к кружку направляют только в его сторону. Пример, показанный на рис. 12.4, ф, означает, что коаксиальная структура в данном случае имеется левее знака.
Число ЛЭС на принципиальных схемах сложных электронных устройств очень часто бывает большим. Если к тому же они идут параллельно одна другой и неоднократно меняют направление, то иногда проследить связь между элементами становится очень трудно.
Для облегчения чтения схем ГОСТ рекомендует разбивать параллельно идущие ЛЭС на подгруппы из трех линий каждая (считая сверху) и отделять их увеличенными интервалами (рис. 12.5, а).
Однако и этого иногда оказывается недостаточно, если к тому же большое число параллельных ЛЭС сильно загромождает схему и увеличивают её размеры. В подобном случае можно слить параллельные ЛЭС в одну утолщенную линию групповой связи (ЛГС). При выполнении принципиальных схем автоматизированным способом допускается линию групповой связи не утолщать. У входа и выхода из ЛГС каждой ЛЭС присваивается порядковый номер (рис. 12.5, б). Чтобы не спутать эти линии с ЛЭС, просто пересекающей ЛГС, расстояние между соседними линиями, отходящими в разные стороны, должно быть не меньше 2 мм.
Для облегчения поиска отдельных ЛЭС допускается показывать их направление с помощью излома под углом 45° (рис. 12.5, в). При этом точка излома должна быть удалена от ЛГС не менее чем на 3 мм, а наклонные участки соседних ЛЭС, изображенных по одну сторону от нее, не должны иметь пересечений и общих точек.
Блок питания 1,5в, 3,3в, 5в, 12в, 24в, самому собрать из подручных деталей мощный блок. Схемы блоков питания. Сборка простого блока питания.
Как самому собрать простой блок питания и мощный источник напряжения.
Порой приходится подключать различные электронные приборы, в том числе самодельные, к источнику постоянного напряжения 12 вольт. Блок питания несложно собрать самостоятельно в течении половины выходного дня. Поэтому нет необходимости приобретать готовый блок, когда интереснее самостоятельно изготовить необходимую вещь для своей лаборатории.
Блок питания 12в
Каждый, кто захочет сможет изготовить 12 — ти вольтовый блок самостоятельно, без особых затруднений.
Кому-то необходим источник для питания усилителя, а кому запитать маленький телевизор или радиоприемник …
Шаг 1: Какие детали необходимы для сборки блока питания …
Для сборки блока, заранее подготовьте электронные компоненты, детали и принадлежности из которого будет собираться сам блок .
…
-Монтажная плата.
-Стабилизатор напряжения LM7812.
-Маломощный понижающий трансформатор на 220 в, вторичная обмотка должна иметь 14В — 35В переменного напряжения, с током нагрузки от 100 мА до 1А, в зависимости от того какую мощность необходимо получить на выходе.
-Электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ — 4700мкФ.
-Конденсатор емкостью 1uF.
-Два конденсатора емкостью 100nF.
-Обрезки монтажного провода.
-Радиатор, при необходимости.
Если необходимо получить максимальную мощность от источника питания, для этого необходимо подготовить соответствующий трансформатор, диоды и радиатор для микросхемы.
Шаг 2: Инструменты ….
Для изготовления блока необходимы инструменты для монтажа:
-Кусачки
-Монтажный пинцет
-Кусачки для зачистки проводов
-Устройство для отсоса припоя.
-Отвертка.
И другие инструменты, которые могут оказаться полезными.
Шаг 3: Схема и другие …
Для получения 5 вольтового стабилизированного питания, можно заменить стабилизатор LM7812 на LM7805.
Для увеличения нагрузочной способности более 0,5 ампер, понадобится радиатор для микросхемы, в противном случае он выйдет из строя от перегрева.
Однако, если необходимо получить несколько сотен миллиампер (менее, чем 500 мА) от источника, то можно обойтись без радиатора, нагрев будет незначительным.
Блок питания 12в 30а
Схема блока питания 12в 30А.
При применении одного стабилизатора 7812 в качестве регулятора напряжения и нескольких мощных транзисторов, данный блок питания способен обеспечить выходной ток нагрузки до 30 ампер.
Пожалуй, самой дорогой деталью этой схемы является силовой понижающий трансформатор. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть на несколько вольт больше, чем стабилизированное напряжение 12в, чтобы обеспечить работу микросхемы.
В трансформаторной схеме применяемые диоды должны быть рассчитаны на большой максимальный прямой ток, примерно 100А. Через микросхему 7812 протекающий максимальный ток в схеме не составит больше 1А.
Шесть составных транзисторов Дарлингтона типа TIP2955 включенных параллельно, обеспечивают нагрузочный ток 30А (каждый транзистор рассчитан на ток 5А), такой большой ток требует и соответствующего размера радиатора, каждый транзистор пропускает через себя одну шестую часть тока нагрузки.
Проверка блока питания
При первом включении не рекомендуется подключать нагрузку. Проверяем работоспособность схемы: подсоединяем вольтметр к выходным клеммам и измеряем величину напряжения, оно должно составлять 12 вольт, или значение очень близко к нему.
Далее подключаем нагрузочный резистор 100 Ом, мощностью рассеивания 3 Вт, или подобную нагрузку — типа лампы накаливания от автомобиля. При этом показание вольтметра не должно изменяться. Если на выходе отсутствует напряжение 12 вольт, отключите питание и проверьте правильность монтажа и исправность элементов.Блок питания 3 — 24в
Схема блока питания выдает регулируемое напряжение в диапазоне от 3 до 25 вольт, при токе максимальной нагрузки до 2А, если уменьшить токоограничительный резистор 0,3 ом, ток может быть увеличен до 3 ампер и более.
Регулировка напряжения контролируется ОУ LM1558 или 1458. При использовании ОУ 1458 необходимо заменить элементы стабилизатора, подающие напряжение с вывода 8 на 3 ОУ с делителя на резисторах номиналом 5.1 K.Максимальное постоянное напряжение для питания ОУ 1458 и 1558 36 В и 44 В соответственно. Силовой трансформатор должен выдавать напряжение, как минимум на 4 вольт больше, чем стабилизированное выходное напряжение. Силовой трансформатор в схеме имеет на выходе напряжение 25.2 вольт переменного тока с отводом посредине. При переключении обмоток выходное напряжение уменьшается до 15 вольт.
Схема блока питания на 1,5 в
Схема блока питания для получения напряжения 1,5 вольта, используется понижающий трансформатор, мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром и микросхема LM317.
Схема регулируемого блока питания от 1,5 до 12,5 в
Схема блока питания с регулировкой выходного напряжения для получения напряжения от 1,5 вольта до 12,5 вольт, в качестве регулирующего элемента применяется микросхема LM317. Ее необходимо установить на радиатор, на изолирующей прокладке для исключения замыкания на корпус.
Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением
Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением напряжением 5 вольт или 12 вольт. В качестве активного элемента применяется микросхема LM 7805, LM7812 она устанавливается на радиатор для охлаждения нагрева корпуса. Выбор трансформатора приведен слева на табличке. По аналогии можно выполнить блок питания и на другие выходные напряжения.
Схема блока питания мощностью 20 Ватт с защитой
Схема предназначена для небольшого трансивера самодельного изготовления, автор DL6GL. При разработке блока ставилась задача иметь КПД не менее 50%, напряжение питания номинальное 13,8V, максимум 15V, на ток нагрузки 2,7а.
По какой схеме: импульсный источник питания или линейный?
Несмотря на недостатки выбрана схема линейного регулирования: достаточно объемный трансформатор, не высокий КПД, необходимо охлаждение и пр.
Применены детали от самодельного блока питания 1980-х годов: радиатор с двумя 2N3055. Не хватало еще только µA723/LM723-регулятор напряжения и несколько мелких деталей.
Регулятор напряжения напряжения собран на микросхеме µA723/LM723 в стандартная включении. Выходные транзисторы Т2, Т3 типа 2N3055 для охлаждения устанавливаются на радиаторы. При помощи потенциометра R1 устанавливается выходное напряжение в пределах 12-15V. При помощи переменного резистора R2 устанавливается максимальное падение напряжение на резисторе R7, которое составляет 0,7В (между контактами 2 и 3 микросхемы).
На микросхеме MC3423 собрана схема срабатывающая при превышении напряжения (выбросах) на выходе блока питания, регулировкой R3 выставляется порог срабатывания напряжения на ножке 2 с делителя R3/R8/R9 (2,6V опорное напряжение), с выхода 8 подается напряжение открывающее тиристор BT145, вызывающее короткое замыкание приводящее к срабатыванию предохранителя 6,3а.
Для подготовки блока питания к эксплуатации (предохранитель 6,3а пока не участвует) выставить выходное напряжение например, 12.0В. Нагрузите блок нагрузкой, для этого можно подключить галогенную лампу 12В/20W. R2 настройте, что бы падение напряжение было 0,7В (ток должен быть в пределах 3,8А 0,7=0,185Ωх3,8).
Описанный блок питания можно реконструировать для более мощных нагрузок, для этого установите более мощный трансформатор, дополнительно транзисторы, элементы обвязки, выпрямитель по своему усмотрению.
Самодельный блок питания на 3.3v
Если необходим мощный блок питания, на 3,3 вольта, то его можно изготовить, переделав старый блок питания от пк или используя выше приведенные схемы. К примеру, в схема блока питания на 1,5 в заменить резистор 47 ом большего номинала, или поставить для удобства потенциометр, отрегулировав на нужное напряжение.
Трансформаторный блок питания на КТ808
У многих радиолюбителей остались старые советские радиодетали, которые валяются без дела, но которые можно с успехом применить и они верой и правдой вам долго будут служить, одна из известных схем UA1ZH, которая гуляет по просторам интернета. Много копий и стрел сломано на форумах при обсуждении, что лучше полевой транзистор или обычный кремниевый или германиевый, какую температуру нагрева кристалла они выдержат и кто из них надежнее?
У каждой стороны свои доводы, ну а вы можете достать детали и смастерить еще один несложный и надежный блок питания. Схема очень простая, защищена от перегрузки по току и при параллельном включении трех КТ808 может выдать ток 20А, у автора использовался такой блок при 7 параллельных транзисторов и отдавал в нагрузку 50А, при этом емкость конденсатора фильтра была 120 000 мкф, напряжение вторичной обмотки 19в. Необходимо учитывать, что контакты реле должны коммутировать такой большой ток.
При условии правильного монтажа, просадка выходного напряжения не превышает 0.1 вольта
Блок питания на 1000в, 2000в, 3000в
Если нам необходимо иметь источник постоянного напряжения на высокое напряжение для питания лампы выходного каскада передатчика, что для этого применить? В интернете имеется много различных схем блоков питания на 600в, 1000в, 2000в, 3000в.
Первое: на высокое напряжение используют схемы с трансформаторов как на одну фазу, так и на три фазы (если имеется в доме источник трехфазного напряжения).
Второе: для уменьшения габаритов и веса используют бестрансформаторную схему питания, непосредственно сеть 220 вольт с умножением напряжения. Самый большой недостаток этой схемы — отсутствует гальваническая развязка между сетью и нагрузкой, как выход подключают данный источник напряжения соблюдая фазу и ноль.
В схеме имеется повышающий анодный трансформатор Т1 (на нужную мощность, к примеру 2500 ВА, 2400В, ток 0,8 А ) и понижающий накальный трансформатор Т2 — ТН-46, ТН-36 и др. Для исключения бросков по току при включении и защите диодов при заряде конденсаторов, применяется включение через гасящие резисторы R21 и R22.
Диоды в высоковольтной цепи зашунтированы резисторами с целью равномерного распределения Uобр. Расчет номинала по формуле R(Ом)=PIVх500. С1-С20 для устранения белого шума и уменьшения импульсных перенапряжений. В качестве диодов можно использовать и мосты типа KBU-810 соединив их по указанной схеме и, соответственно, взяв нужное количество не забывая про шунтирование.
R23-R26 для разряда конденсаторов после отключения сети. Для выравнивания напряжения на последовательно соединенных конденсаторах параллельно ставятся выравнивающие резисторы, которые рассчитываются из соотношения на каждые 1 вольт приходится 100 ом, но при высоком напряжении резисторы получаются достаточно большой мощности и здесь приходится лавировать, учитывая при этом, что напряжение холостого хода больше на 1,41.
Еще по теме
Трансформаторный блок питания 13,8 вольта 25 а для КВ трансивера своими руками.
Трансформаторный блок питания
Ремонт и доработка китайского блока питания для питания адаптера.
Доработка блока питания
Схемы блоков питания
Схемы. Самодельный блок питания на 1,5 вольта, 3 вольта, 5 вольт, 9 вольт, 12 вольт, 24 вольта. Стабилизатор 7812, 7805
Схемы источников питания
Добавлено 14 января 2019 в 03:24
Сохранить или поделиться
Существует три основных типа источников питания: нестабилизированные источники питания, источники питания с линейными стабилизаторами и импульсные источники питания. Четвертый тип схем источников питания называется источник питания с импульсным стабилизатором, представляет собой гибрид между нестабилизированной и импульсной схемами и заслуживает отдельного подраздела сам по себе.
Нестабилизированные источники питания
Нестабилизированный источник питания – это самый простой тип, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра нижних частот. Эти источники питания обычно имеют большие пульсации напряжения (то есть быстро изменяющуюся нестабильность) и другой «шум» переменного напряжения, накладываемые на выходное постоянное напряжение питания. Если входное напряжение меняется, выходное напряжение будет меняться пропорционально. Преимущество нестабилизированного источника питания заключается в том, что он дешевый, простой и эффективный.
Источники питания с линейными стабилизаторами
Источник питания с линейным стабилизатором – это просто нестабилизированный источник питания, за которым следует транзисторная схема, работающая в своем «активном», или «линейном» режиме, отсюда и название линейный стабилизатор. Типовой линейный стабилизатор предназначен для вывода фиксированного напряжения для широкого диапазона входных напряжений, и на нем просто падает любое избыточное напряжение, чтобы обеспечить максимальное выходное напряжение на нагрузке. Это падение избыточного напряжения приводит к значительному рассеиванию мощности в виде тепла. Если входное напряжение станет слишком низким, схема утратит стабилизацию, что означает, что она не сможет поддерживать неизменное напряжение. Она может только отбрасывать избыточное напряжение, но не может восполнять недостаток напряжения в секции нестабилизированного источника. Поэтому необходимо поддерживать входное напряжение выше требуемого выходного напряжения как минимум на 1–3 вольта в зависимости от типа стабилизатора. Это означает, что мощность, эквивалентная, по крайней мере, 1–3 вольтам, умноженным на полный ток нагрузки, будет рассеиваться схемой стабилизатора, выделяя много тепла. Это делает источники питания с линейными стабилизаторами довольно неэффективными. Кроме того, чтобы избавиться от всего этого тепла, они должны использовать большие радиаторы, которые делают их большими, тяжелыми и дорогими.
Импульсные источники питания
Импульсный источник питания («импульсник») – это попытка реализовать преимущества как нестабилизированной, так и линейной стабилизированной конструкций источников питания (небольшой, эффективный и дешевый, но при этом с «чистым», стабильным выходным напряжением). Импульсные источники питания работают по принципу выпрямления входного переменного напряжения в постоянное напряжение, повторного преобразования его в высокочастотное прямоугольное переменное напряжение с помощью транзисторов, работающих как ключи (открыт/закрыт), затем понижения или повышения этого переменного напряжения с помощью небольшого трансформатора, а затем выпрямления выходного переменного напряжения трансформатора в постоянное напряжение и фильтрации до конечного выходного напряжения. Стабилизация напряжения достигается путем изменения скважности («коэффициента заполнения») преобразования постоянного напряжения в переменное на первичной обмотке трансформатора. В дополнение к меньшему весу трансформатора из-за меньшего сердечника, «ипульсники» имеют еще одно огромное преимущество по сравнению с предыдущими двумя конструкциями: этот тип источника питания может быть сделан настолько независимым от входного напряжения, что он может работать в любой системе электроснабжения в мире; эти источники питания называются «универсальными».
Недостатком импульсных источников питания является то, что они являются более сложными, и из-за своего принципа действия они имеют тенденцию генерировать много высокочастотного «шума» на линии питания. Большинство «импульсников» также имеет на выходе значительные пульсации напряжения. У более дешевых типов эти шум и пульсации могут быть такими же плохими, как и у нестабилизированного источника питания; такие низкобюджетные «импульсники» не бесполезны, потому что они по-прежнему обеспечивают стабильное среднее выходное напряжение и обладают возможностями «универсального» входа.
На выходе дорогих импульсных источников питания пульсаций нет, а шум почти такой же низкий, как у некоторых линейных стабилизаторов; эти «импульсники», как правило, стоят также дорого, как и источники питания с линейными стабилизаторами. Причиной использования дорогого «импульсника» вместо хорошего источника с линейным стабилизатором является необходимость универсальной совместимости с системами электроснабжения или высокая эффективность. Высокая эффективность, малый вес и малые размеры – вот причины, по которым импульсные источники питания практически повсеместно используются для питания цифровых компьютерных схем.
Источники питания с импульсными стабилизаторами
Источник питания с импульсным стабилизатором – это альтернатива схеме с линейным стабилизатором: нестабилизированный источник питания (трансформатор, выпрямитель, фильтр) представляет собой «начало» схемы, а транзистор, работающий строго в режимах открыт/закрыт (насыщение/отсечка), передает питание постоянным напряжением на большой конденсатор так, чтобы поддерживать выходное напряжение между верхним и нижним установленными значениями. Как и в импульсных источниках питания, транзистор в импульсном стабилизаторе никогда не пропускает ток, находясь в своем «активном», или «линейном», режиме в течение какого-либо существенного промежутка времени, что означает, что в таком стабилизаторе будет теряться очень мало энергии в виде тепла. Однако самым большим недостатком этой схемы стабилизации является вынужденное наличие некоторых пульсаций напряжения на выходе, так как постоянное напряжение изменяется между двумя контрольными значениями напряжения. Кроме того, эти пульсации напряжения изменяются по частоте в зависимости от тока нагрузки, что затрудняет окончательную фильтрацию выходного напряжения питания.
Схемы импульсных стабилизаторов, как правило, немного проще схем импульсных источников питания, и им не нужно работать с большими мощностями.
Оригинал статьи:
Теги
Импульсный источник питанияИмпульсный стабилизаторИсточник питанияЛинейный стабилизаторОбучениеЭлектроникаСохранить или поделиться
Электронные схемы, как научится их читать
Электронная схема — изделие, сочетание отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, индуктивности, диоды, транзисторы и интегральные микросхемы, соединённых между собой, для выполнения каких либо задач или схема (рисунок) с условными знаками.
Для начинающих электронщиков важно понимать, как работают детали, как их рисуют на схеме и как разобраться в схеме электрической принципиальной. Для этого нужно сперва ознакомиться с принципом работы элементов, а как читать схемы электроники я расскажу в этой статье на примерах популярных устройств для начинающих.
Схема настольной лампы и фонарика на светодиоде
Схема – это рисунок на которых с помощью определенных символов изображаются детали схемы, линиями – их соединения. При этом, если линии пересекаются – то контакта между этими проводниками нет, а если в месте пересечения присутствует точка – это узел соединения нескольких проводников.
Кроме значков и линий на схеме изображены буквенные обозначения. Все обозначения стандартизированы, в каждой стране свои стандарты, например в России придерживаются стандарта ГОСТ 2.710-81.
Начнем изучение с простейшего – схемы настольной лампы.
Схемы не всегда читают слева направо и сверху вниз, лучше идти от источника питания. Что мы можем узнать из схемы, посмотрите в правую её часть. ~ — значит питание переменным током.
Рядом написано «220» — напряжением в 220 В. X1 и X2 – предполагается подключение в розетку с помощью вилки. SW1 – так изображается ключ, тумблер или кнопка в разомкнутом состоянии. L – условное изображение лампочки накаливания.
Краткие выводы:
На схеме изображено устройство, которое подключается к сети 220 В переменного тока с помощью вилки в розетку или других разъёмных соединений. Есть возможность отключения с помощью переключателя или кнопки. Нужно для питания лампы накаливания.
С первого взгляда кажется очевидным, но специалист должен уметь сделать такие выводы глядя на схему без пояснений, это умение даст возможность выносить диагноз неисправности и устранять её или же собирать устройства с нуля.
Перейдем к следующей схеме. Это фонарик с питанием от батарейки, в качестве излучателя в нём установлен светодиод.
Взгляните на схему, возможно, вы увидите новые для себя изображения. Справа изображен источник питания, так выглядит батарейка или аккумулятор, длинный вывод это плюс другое название – Катод, короткий – минус или Анод. У светодиода к аноду (треугольная часть обозначения) подключается плюс, а к катоду (на УГО выглядит как полоска) – минус.
Это нужно запомнить, что у источников питания и потребителей названия электродов наоборот. Две исходящие от светодиода стрелки дают вам понять, что этот прибор ИЗЛУЧАЕТ свет, если бы стрелки наоборот указывали на него – это был бы фотоприемник. Диоды имеют буквенное обозначение VDx, где х- порядковый номер.
Важно:
Нумерация деталей на схемах идет столбцами сверху вниз, слева направо.
Резистор – это сопротивление. Преобразует электрический ток в тепло, препятствую его движению, выглядит как прямоугольник, обычно на схемах имеет буквенное обозначение «R».
Как читать электронные схемы: увеличиваем уровень сложности
Когда вы уже разобрались с базовым набором элементов, пора ознакомится с более сложными схемами, давайте рассмотрим схему трансформаторного блока питания.
Главным средством преобразователя на схеме является трансформатор TV1, это новый для вас элемент. Предлагаю рассмотреть ряд подобных изделий.
Трансформаторы используются повсеместно, либо в сетевом (50 гц), либо в импульсном (десятки кГц) исполнении. Катушки индуктивности используются в генераторах, радиопередающих устройствах, фильтрах частот, сглаживающих и стабилизирующих приборах. Она выглядит следующим образом.
Второй незнакомый элемент на схеме – это конденсатор, здесь используется для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Вообще основная его функция – это накапливать энергию в качестве заряда на его обкладках. Изображается следующим образом.
В центре схеме изображен мостовой диодный выпрямитель.
Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора, напряжение блока питания будет стабилизировано. При этом только от повышения питающего напряжения, при просадках ниже, чем Uстабилизации напряжение будет пульсирующем в такт с просадками. VD1 – это стабилитрон, они включаются в обратном смещении (катодом к точке с положительным потенциалом). Различаются по величине тока стабилизации (Iстаб) и напряжения стабилизации (Uстаб).
Краткие итоги:
Что мы можем понять из этой схемы? То, что блок питания состоит из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра на конденсаторе. Подключается первичной стороной (входом) к сети переменного тока с напряжением 220 Вольт. На его выходе имеет два разъёмных соединения – «+» и «-» и напряжение 12 В, нестабилизорванное.
Давайте перейдем еще более сложным схемам и познакомимся с другими элементами электрических цепей.
Как читать схемы с транзисторами?
Транзисторы – это управляемые ключи, вы можете закрыть их и открыть, а если нужно открыть не полностью. Данные свойства позволяют их применять, как в ключевом, так и линейном режимах, что позволяет их использовать в огромном спектре схемных решений.
Давайте рассмотрим популярную среди новичков схему – симметричный мультивибратор. Это по сути генератор, который на своих выходах выдаёт симметричные импульсы. Может применяться, как основа для простых мигалок, в качестве источника частоты для пищалки, в качестве генератора для импульсного преобразователя и во многих других цепях.
Пройдемся по знакомым деталям сверху вниз. Вверху мы видим 4 резистора, средние два – времязадающие, а крайние – задают ток резистора, также влияют на характер выходных импульсов.
Далее HL – это светодиоды, а ниже два электролита – это полярные конденсаторы, когда будете их монтировать оставайтесь внимательны – неправильное подключение электролитического конденсатора чревато выходом его из строя вплоть до взрыва с выделением тепла.
Интересно:
На графическом обозначении электролитического конденсатора всегда помечается «положительная» обкладка конденсатора, а на настоящих элементах – чаще всего есть пометка отрицательной ножки, не перепутайте!
VT1-VT2 – это новые для вас элементы, таким образом обознаются биполярные транзисторы обратной проводимости (NPN), ниже указана модель транзистора – «КТ315». У них обычно 3 ножки:
1. База.
2. Эмиттер.
3. Коллектор.
При этом на корпусе их назначение не указывается. Чтобы определить назначение выводов, нужно воспользоваться одним из поисковых запросов:
1. «Название элемента» — цоколевка.
2. «Название элемента» — распиновка.
3. «Название элемента» datsheet.
Это справедливо, как для радиоламп, так и для современных микросхем. Запросы имеют почти одинаковый смысл. Вот таким образом я нашел цоколевку транзистора КТ315.
На изображении с распиновкой должно быть четко видно: с какой стороны считать ножки, где находится ключ, срез или метка, чтобы вы правильно определили необходимый вывод.
Интересно:
У биполярных транзисторов стрелка на эмиттере обозначается направление протекания тока (от плюса к минусу), если стрелка ОТ базы – это транзистор обратной проводимости (NPN), а если К базе то прямой проводимости (PNP), часто вы можете заменить все NPN транзисторы на PNP, как в схеме мультивибратора, тогда нужно будет и поменять полярность источника питания (плюс и минус местами) ведь, повторюсь, стрелка на эмиттере указывает направление протекания тока.
На приведенной схеме положительный контакт источника питания подключен к верхней части схемы, а отрицательный к нижней. Так и на транзисторе стрелка указывает сверх-вниз – по направлению протекания тока!
В элементах с большим количеством ног имеет значение куда подключать, так же, как и в диодах и светодиодах, если вы перепутаете ножки – в лучшем случае схема не заработает, а в худшем – убьете детали.
Что мы смогли узнать, прочитав схему мультивибратора:
В этой схеме используются транзисторы и электролитические конденсаторы, питается она напряжением в 9 В (хотя может и больше, и меньше, например 12 В не повредят схеме, как и 5 В).
Стало ясно о способе соединения деталей и включения транзисторов. А также о том, что схема представляет собой прибор, работающий на принципе автогенератора основанного на процессе перезаряда транзисторов, которое вызвано попеременным открытием и закрытием транзисторов каждого по очереди, когда первый открыт, второй закрыт.
Проследив пути протекания тока (от плюса к минусу) и использовав знания о том, как работает биполярный транзистор мы делаем выводы о характере работы.
Тиристоры – полууправляемые ключи, учимся читать схемы
Давайте рассмотрим схему с не менее важным и распространенным элементом – тиристором. Я выбрал слово «полууправляемый» потому что, в отличие от транзистора, вы можете только открыть его, ток в нем прервется либо при прерывании питания, либо при смене полярности приложенного к нему напряжения. Открывается с помощью подачи на управляющий электрод напряжения.
Симисторы – содержат два тиристора соединённых встречно-параллельно. Таким образом, одним компонентом можно коммутировать переменный ток, при прохождении верхней части (положительной) полуволны синусоиды, при условии наличия сигнала на управляющем, электроде откроется один из внутренних тиристоров. Когда полуволна сменит свой знак на отрицательный – он закроется и в работу вступит второй тиристор.
Динисторы – разновидность тиристора, без управляющего электрода, а открываются они, подобно стабилитронам, по преодолению определенного уровня напряжения. Часто используются в импульсных блоках питания, как пороговый элемент для запуска автогенераторов и в устройствах для регулировки напряжения.
Вот так, собственно это выглядит на схеме.
Внимательно смотрим на подключение. Схема предназначена для подключения к сети переменного тока, например 220 В, в разрыв одного из питающих проводов, например фазного (L). Симистор VS1 – основной силовой элемент цепи, справа внизу дана его распиновка из даташита, 3 вывод – управляющий. На него через двунаправленный динистор VD1 модели DB3 рассчитанный на напряжение включения порядка 30 вольт, подаётся управляющий сигнал.
Так как все полупроводниковые приборы в этой конкретной схеме двунаправленные, регулировка осуществляется по обеим полуволнам синусоиды. Динистор открывается, когда на конденсаторе C1 появляется необходимой величины потенциал (напряжение), а скорость его заряда, следовательно, момент открытия ключей, задаётся RC цепью, состоящей из R1, переменного резистора (потенциометра) R2 и С1.
Эта простая схем имеет огромное значение и прикладное применение.
Выводы
Благодаря умению читать схемы электрические принципиальные, вы можете определить:
1. Что делает это устройство, для чего оно предназначено.
2. При ремонте – номинал вышедшей из строя детали.
3. Чем питать это устройство, каким напряжением и родом тока.
4. Примерную мощность электронного устройства, исходя из номиналов компонентов силовых цепей.
Важно не только знать условные графические обозначения элементов, но и принцип их работы. Дело в том, то не всегда те или иные детали могут использоваться в привычной роли. Но в пределах сегодняшней статьи рассмотреть все распространенные элементы довольно сложно, так как это займет очень большой объем.
Ранее ЭлектроВести писали, что Министерство развития экономики, торговли и сельского хозяйства передало госпредприятие, мощного производителя электрогенерирующего оборудования, завод «Электротяжмаш» на приватизацию в Фонд государственного имущества Украины.
По материалам: electrik.info.
Схемотехника современных мощных источников питания
Введение
В последние годы на российском рынке силовой электроники появилось большое количество модульных вторичных источников питания как зарубежного, так и отечественного производства, которые позиционируются для применения в высоконадежных системах, таких как телекоммуникационное оборудование и аппаратура промышленной автоматики. Однако на практике зачастую оказывается, что эти изделия не отвечают современным требованиям надежности, а уровень схемотехнических решений находится на рубеже конца 80-х годов прошлого века. Это во многом объясняется спецификой нашего рынка: потребителю часто трудно понять, почему казалось бы похожие по электрическим характеристикам изделия разных фирм отличаются по цене в 2-4 раза. Ответ на это вопрос он получает в первый год эксплуатации, когда появляется первая статистика отказов оборудования. В данной статье мы рассмотрим основные схемотехнические решения и сравним их эффективность с точки зрения минимизации потерь и увеличения надежности.
Структурная схема вторичных источников питания
Обобщенная структурная схема вторичных источников питания мощностью 500-2500 Вт, включающая в себя стандартный набор функциональных узлов, приведена на рис. 1. Каждый из этих узлов может быть реализован на основе различных схемных решений, что в итоге и будет определять как эффективность устройства, так и его надежность.
Рис. 1.
Вторичный источник питания содержит следующие основные узлы: входной сетевой фильтр, корректор коэффициента мощности (ККМ), инвертор, преобразующий постоянное напряжение с выхода ККМ в переменное на частоте преобразования, силовой трансформатор, выпрямитель, выходной фильтр, схему управления и дежурный источник питания, вырабатывающий ряд напряжений для питания остальных элементов схемы. Некоторые производители с целью экономии не используют отдельный источник для питания внутренних цепей, вместо этого реализуют схему питания от дополнительных обмоток дросселя ККМ или силового трансформатора. Несмотря на кажущееся усложнение вторичных источников питания при питании его узлов от дополнительного источника, такое решение повышает надежность, поскольку система сохраняет управляемость в случае аварийных ситуаций в нагрузке или ККМ.
Хотя каждый из узлов вторичных источников питания, приведенных на рис. 1, вносит свой вклад в общие потери мощности, схемотехническое повышение эффективности возможно лишь в трех из них: ККМ, инвертор, выпрямитель. Снижение потерь в фильтрах и силовом трансформаторе относится больше к конструктивным решениям.
Рассмотрим варианты построения указанных узлов вторичных источников питания и проанализируем их эффективность с точки зрения потерь, стоимости и габаритов. В расчетах для примера будем рассматривать устройство со следующими параметрами:
- мощность нагрузки 1000 Вт;
- выходное напряжение 50 В;
- ток нагрузки до 20 А;
- первичное питание — однофазная сеть 220 В ±20%.
Корректор коэффициента мощности
Современные требования к уровню электромагнитных помех и гармоническому составу тока первичной сети требуют использования активной коррекции коэффициента мощности в источниках питания с преобразованием частоты.
Наибольшее распространение получили ККМ по схеме повышающего ШИМ-преобразователя (рис. 2) благодаря относительно низким потерям и простоте обеспечения постоянного потребления тока. Управление широтноимпульсным модулятором осуществляется сигналом, формируемым схемой управления таким образом, чтобы потребляемый ток по форме совпадал с выпрямленным напряжением.
Рис. 2.
Различают три основных метода управления ККМ: метод разрывных токов и его разновидность — «граничное» управление; метод управления по пиковому значению тока и управление по среднему значению тока [1]. Первые два метода применяются в ККМ малой и средней мощности (до 300 Вт) из-за большой амплитуды пульсаций тока, значительных электромагнитных помех, необходимости установки громоздких сетевых фильтров и невысокой точности коррекции [2]. Корректоры коэффициента мощности с управлением по среднему току свободны от указанных недостатков. Как правило, пиковое значение пульсаций тока дросселя выбирают в пределах 20% от среднего значения, а схема обратной связи по току имеет низкое усиление на частоте преобразования, что значительно повышает помехоустойчивость ККМ и точность отслеживания формы сигнала.
Существует три принципиальных подхода к реализации ККМ с управлением по среднему току: использование классической схемы, использование схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении (квазирезонансный ККМ, рис. 3) и применение карбид-кремниевого или арсенид-галлиевого диода Шоттки в классической схеме. Методика расчета потерь в каждом из вариантов схем ККМ приведена в одной из предыдущих публикаций автора [3]. На рис. 4 показана типовая диаграмма распределения потерь в активных компонентах схемы. Как видно из рисунка, наибольшая рассеиваемая мощность приходится на ключевой транзистор и диод. Потери в сетевом мостовом выпрямителе трудно поддаются снижению, уменьшение их за счет применения более мощных диодов не всегда оправдано, так как влечет за собой неадекватное увеличение габаритов и стоимости.
Рис. 3.
Рис. 4.
В классической схеме ККМ от 70 до 90% мощности рассеивания на ключевом транзисторе и кремниевом бустерном диоде приходится на динамические потери, из них почти 50% обусловлены эффектом обратного восстановления диода [3].
В отличие от кремниевых p-n диодов, выключение p-i-n диодов Шоттки не сопровождается процессом рассасывания заряда в n-области и ток обратного восстановления отсутствует. Существует лишь незначительный ток заряда емкости перехода, который не зависит от температуры и di/dt [3].
На рис. 5 показаны диаграммы распределения полной мощности потерь в диодах и ключевом транзисторе для трех типов полупроводников. Как следует из рисунка, простая замена кремниевого Ultra Fast диода на SiC-диод Шоттки Zero Recovery (Cree) позволяет снизить тепловую нагрузку почти вдвое. Применение GaAs диодов Шоттки дает выигрыш менее 20%. Это обусловлено тем, что GaAs не является полупроводником с большой шириной энергетической запрещенной зоны, поэтому максимальное напряжение, на которое может быть рассчитан диод, не превышает 300 В. Для получения 600-вольтовых приборов производители соединяют внутри корпуса последовательно два кристалла, что является причиной чрезвычайно большого прямого падения напряжения. Вследствие этого динамические потери снижаются, а статические резко возрастают.
Рис. 5.
Рис. 6.
Альтернативным решением является применение схемы с переключением транзистора при нулевом напряжении, упрощенная структурная схема которой показана на рис. 3. Управление такой схемой может быть реализовано на базе стандартного контроллера, например, UC2855A. У схемы имеется ряд существенных недостатков, один из которых — возникновение переходного процесса с удвоенной амплитудой отрицательной полярности, что приводит к трехкратному перенапряжению на VD3. Для устранения выбросов применяют одну из снабберных цепей — либо последовательную VD4-Rсн, как показано на рис. 3, либо последовательно с L2 включают насыщающийся дроссель. В последнем случае в сердечнике дросселя выделяется значительная мощность, что заставляет либо отводить от него тепло, либо использовать сердечник больших размеров. Это значительно снижает эффективность такой схемы.
На рис. 6 приведена диаграмма суммарных потерь и ориентировочная стоимость основных активных компонентов для трех рассмотренных вариантов ККМ. Наименьшие потери обеспечивает классическая схема корректора с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Квазирезонансная схема имеет на 30% больше потерь, при этом содержит в три раза больше активных компонентов, является наиболее дорогой и наименее надежной.
Таким образом, использование качественных стандартных контроллеров с управлением по среднему току в сочетании с SiC-диодом Шоттки и современным MOSFET с малым Rds on позволяет строить недорогие надежные и эффективные ККМ для рассматриваемого класса вторичных источников питания.
2.2. Преобразователь напряжения
Как и в случае с ККМ, существует три принципиальных подхода к реализации преобразователя напряжения: классический ШИМ с жестким переключением, квазирезонансный с фазовым управлением и резонансный с частотным регулированием.
Классический ШИМ-преобразователь (рис. 7) является наиболее простым и наименее эффективным. Транзисторы переключаются в жестком режиме, а при емкостном характере нагрузки выпрямителя — еще и при максимальном токе. Поскольку в схеме всегда присутствует паразитная последовательная индуктивность, включающая в себя индуктивность рассеивания силового трансформатора и монтажа, заряд выходной емкости транзисторов сопровождается выбросами напряжения, что требует установки снабберных цепей и приводит к дополнительным потерям. Если энергия, запасаемая в паразитных реактивностях, достаточно велика, существует опасность отпирания встроенных антипараллельных диодов ключевых MOSFET, что приводит к дополнительным потерям при их обратном восстановлении [4]. В общем случае, суммарные потери в ключах определяются выражением:
где Isw — ток, протекающий через транзистор, Ron — сопротивление MOSFET в открытом состоянии, tr, tf— время нарастания и спада тока через транзистор, fs — частота преобразования, C22 — выходная емкость транзистора, V0 — напряжение питания, Qrr— заряд обратного восстановления антипараллельного диода.
Рис. 7.
Использование схемотехники квазирезонансного (рис. 8) или резонансного (рис. 9) переключения направлено на устранение в формуле (1) всех слагаемых, начиная со второго. Это достигается за счет уменьшения напряжения на ключевом транзисторе до нуля к моменту его открывания. Принципиальная разница состоит в том, что в квазирезонансном инверторе контур, формирующий траекторию переключения транзисторов, напрямую не участвует в процессе передачи энергии в нагрузку. В резонансном преобразователе формирующий контур является аккумулятором энергии, часть которой передается в нагрузку, а часть свободно циркулирует. Необходимым условием реализации режима резонансного переключения является наличие достаточной энергии, запасаемой в индуктивности формирующего контура к моменту переключения транзисторов инвертора:
Рис. 8.
Рис. 9.
Ток isw в квазирезонансном преобразователе прямо пропорционален току нагрузки вторичного источника питания, поэтому, начиная с некоторого минимального значения тока, условие (2) перестает выполняться и преобразователь переходит в режим жесткого переключения. В резонансном преобразователе ток isw равен контурному току и практически не зависит от величины нагрузки, что позволяет сохранить режим «мягкого» переключения даже на холостом ходу [5].
Принципиально отличаются и способы регулировки выходного напряжения вторичных источников питания. В квазирезонансном источнике питания применимо фазовое управление ключами [6], что позволяет осуществить регулировку методом ШИМ. В резонансном инверторе возможна только частотная регулировка. На рис. 10, 11 показаны графики типовых АЧХ и ФЧХ резонансного преобразователя. Из графиков можно сделать два принципиальных вывода: во-первых, для реализации резонансного переключения необходима работа на частоте выше резонансной, поскольку формирующий контур должен иметь индуктивное сопротивление; во-вторых, минимальная частота должна быть ограничена точкой максимума АЧХ (точка A рис. 10), поскольку ниже этой частоты теряется управляемость инвертором. На практике рабочую точку выбирают ниже максимума АЧХ, исходя из фиксированного коэффициента передачи контура (пунктирная линия, точка B).
Рис. 10.
Рис. 11.
Недостатком резонансного метода является снижение КПД при уменьшении нагрузки, поскольку потери в инверторе обусловлены контурным током, который практически не зависит от нагрузки. В квазирезонансном преобразователе КПД на холостом ходу тоже уменьшается, но из-за перехода инвертора в жесткий режим переключения. Поэтому по величине потерь оба варианта почти эквивалентны, однако по надежности, управляемости, простоте реализации и уровню электромагнитных помех резонансный преобразователь оказывается значительно эффективнее, чем ШИМ-ZVS. На рис. 12 показана диаграмма потерь в ключах при максимальной нагрузке для трех рассмотренных вариантов построения инверторов. Резонансный метод имеет несколько большие статические потери, чем ШИМ-ZVS. Они обусловлены большей величиной контурного тока, протекающего через транзисторы. В то же время оба метода позволяют снизить потери в ключах по сравнению с традиционным ШИМ почти на порядок.
Рис. 12.
Для реализации всех рассмотренных методов производятся стандартные контроллеры, обеспечивающие все необходимые функции управления.
Выходной выпрямитель
При разработке этой части схемы можно рассматривать два варианта: стандартный двухполупериодный выпрямитель на диодах Шоттки и синхронный выпрямитель на MOSFET с малым Rds on. В рассматриваемых вторичных источниках питания с относительно низкими выходными напряжениями (до 80 В) и большими токами определяющую роль играют статические потери. В таблице приведены типовые характеристики прямой проводимости современных диодов Шоттки и низковольтных MOSFET, а также максимальное выходное напряжение источника питания при использовании схемы выпрямления со средней точкой. На рис. 13 приведены зависимости прямых потерь в выпрямителях на диодах Шоттки и низковольтных MOSFET от тока нагрузки для различных выходных напряжений вторичных источников питания. Как следует из рисунка, при выходном напряжении 80 В выигрыш от применения синхронного выпрямления наблюдается при токе до 30 А, а при выходном напряжении до 16 В — более 100 А.
Рис. 13.
Таблица.
Реализация схем синхронного выпрямления зависит от типа инвертора. В случае инверторов ШИМ и ШИМ-ZVS достаточно обеспечить подачу импульсов управления на затворы транзисторов выпрямителя, по длительности и фазе синхронизированных с импульсами на затворах соответствующих транзисторов инвертора. Такой принцип реализован в стандартных контроллерах, совмещающих в себе ШИМ-ZVS и схему управления синхронным выпрямителем, например ISL6752 (Intersil).
Синхронное выпрямление в источниках питания с резонансным преобразователем реализуется несколько сложнее. Это связано с тем, что между моментами переключения транзисторов инвертора и синусоидальным выходным напряжением существует значительный фазовый сдвиг (рис. 11), который зависит от нагрузки (точнее, от частоты преобразования, которая изменяется при изменении нагрузки или при регулировке напряжения). Поэтому требуется синхронизировать схему выпрямления непосредственно от выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора. Один из вариантов принципиальной схемы такого синхронного выпрямителя показан на рис. 14. Поскольку схема питается от собственного выхода, она может быть использована в источниках питания с выходным напряжением более 15 В, что обусловлено необходимостью обеспечения требуемого уровня сигнала на затворах силовых транзисторов VT4, VT5. Напряжения питания обеспечивают линейные стабилизаторы на элементах VT1, VD1, R1, C1 (+15 В) и микросхеме DA1 (+5 В). На компараторах DA2, DA3 выполнены формирователи сигналов управления ключами. Для устранения гистерезиса в момент перехода напряжения через ноль в качестве опорного используется сигнал, отличный от нуля. Он формируется цепью R4, VD6, VD7. Величина опорного напряжения должна быть ниже прямого падения на встроенных диодах транзисторов VT4, VT5, чтобы не допускать их отпирания. На транзисторах VT2, VT3 собрана схема блокировки, предотвращающая одновременное открывание силовых транзисторов. Управление затворами VT4, VT5 осуществляется с помощью драйверов DA4, DA5. В источниках питания с выходным напряжением 60 В и током 20 А схема обеспечивает снижение потерь почти в 4 раза по сравнению с выпрямителем на диодах Шоттки, при этом занимает на печатной плате менее 9 см2 (рис. 15, транзисторы VT4, VT5 расположены на другой стороне платы под схемой управления).
Рис. 14.
Рис. 15.
Результаты
У читателя возникает резонный вопрос: «Что же можно в итоге получить от схемотехнических «ухищрений», и на сколько возрастет стоимость конечного изделия?». Попробуем на него ответить.
Корректор коэффициента мощности
Как следует из рис. 6, оптимальным вариантом можно считать классическую схему с SiC-диодом Шоттки Zero Recovery (Cree). Во-первых, можно использовать стандартный контроллер с управлением по среднему току. Во-вторых, значительное снижение тепловой нагрузки на силовые компоненты повышает надежность ККМ, что особенно важно в необслуживаемой аппаратуре. Следовательно, увеличение стоимости в основном определяется SiC-диодом Шоттки. Например, если вместо 15ETH06 (IR, ~$1) использовать CSD10060A (Cree, ~$9), то разница в стоимости составит всего $8.
Преобразователь
Возможность использования стандартного контроллера с частотным управлением для реализации резонансного преобразователя позволяет утверждать, что его стоимость практически эквивалентна стоимости классического ШИМ, также выполненного на базе стандартного контроллера. Дополнительные компоненты формирующего контура компенсируются отсутствием элементов снабберных цепей. При этом радикальное снижение тепловой нагрузки и отсутствие стрессовых коммутационных переходных процессов значительно повышают надежность этого узла вторичного источника питания.
Выпрямитель
Выбор схемы выпрямления в первую очередь определяется выходными параметрами вторичных источников питания. Если при требуемых напряжении и токе возможен значительный выигрыш при использовании синхронного выпрямления (рис. 13), то следует отдать предпочтение ему.
Стоимость компонентов схемы, приведенной на рис. 14, составляет около $20, диода Шоттки — около $3, а соотношение потерь — 1:4.
Рис. 16.
В заключение приведем графики зависимости КПД от мощности вторичного источника питания с выходным напряжением 60 В (рис. 16), построенных с использованием различных схемотехнических решений (без учета потерь в силовом трансформаторе и дросселе ККМ). Как видно из рисунка, хорошая схемотехника дает выигрыш 7-10%, а это около 80 Вт тепла на 1 кВт полезной мощности. Воспользоваться им можно по-разному: уменьшить габариты, отказаться от принудительного охлаждения, снизить тепловую нагрузку на силовые приборы для увеличения надежности и т. п. Цена такого увеличения эффективности ничтожна по сравнению с преимуществами, которые оно дает.
Выбор источника питания — Control Engineering Russia
Выбор источника питания для встроенной системы напоминает заказ блюда из китайского меню: «Одно из колонки A, другое — из колонки B и третье — из колонки C». Разница только в том, что колонки названы не «закуски», «первые блюда» и «основное блюдо», а «основной источник», «подзаряжаемый» и «резервный».
Выбор основного источника питания для встроенной системы занимает немало времени. Для большинства встроенных устройств основной источник — сеть 220 В. Второй вариант — перезаряжаемая батарея, например литий-ионная (Li-ion). Растущее число сетевых приложений позволяет подавать основное питание непосредственно через сеть (например, используя USB). Количество встраиваемых систем, работающих на простых не перезаряжаемых батареях, очень быстро уменьшается.
Использование подзарядки говорит о том, что источник должен обеспечивать непрерывное питание системы. Многие устройства, от которых требуется высокая надежность, такие как системы наблюдения за состоянием пациента, имеют встроенные источники бесперебойного питания (ИБП). Система питания любого транспортного средства содержит основную батарею, заряжаемую от генератора при работе двигателя.
Резервные источники питания подключаются при отказе всех других источников. Как правило, такие источники рассчитаны на обеспечение работы минимально необходимого числа функций, таких как сохранение содержимого энергонезависимой памяти мобильных устройств при замене батареи. Большинство персональных компьютеров, например, имеет не перезаряжаемую литиевую батарею (в отличие от заряжаемой литий-ионной), для сохранения BIOS при отключении компьютера от сети питания.
Выбор подходящего источника питания для каждой категории целиком зависит от характеристик приложения. Например, беспроводные датчики, установленные в удаленных или труднодоступных местах, являются одним из немногих примеров, где долговечные, но не перезаряжаемые литиевые батареи являются лучшим выбором. Жаркие климатические условия ограничивают использование литий-ионных батарей, так как высокая температура очень сильно сокращает срок их службы.
Питание от батареи
Приложения, для которых лучшим решением является батарейное питание, делятся на три категории: с низкой потребляемой мощностью, с высокой потребляемой мощностью и с резервным питанием. Удаленные беспроводные датчики требуют минимального энергопотребления. Гибридные транспортные средства потребляют много электроэнергии, но аккумулятор должен быть основным источником питания по другим причинам. Медицинская аппаратура контроля является примером, когда для обеспечения высокой надежности системы устанавливаются резервные батареи, хотя основным источником остается электросеть.
При наличии ограничений по мощности разработчик системы должен включать в нее такие возможности, которые сводят потребляемую мощность к минимуму и увеличивают эффективность ее использования.
Рис. В типовой схеме сетевого линейного источника питания встраиваемой системы используются серийные трансформаторы и выпрямители. RC-фильтр устраняет оставшиеся пульсации напряжения. Недорогая ИС линейного регулятора стабилизирует выходное напряжение. Добавление делителя в обратную связь выводит напряжение на нужный уровень. Показана схема источника питания на 15 В с одним выходом и плавающим заземлением, и биполярного источника питания ±15 В
Выбор надлежащих устройств и видов схем — первый шаг к уменьшению потребляемой мощности. Например, тактовая частота микропроцессора оказывает очень сильное влияние, при этом энергопотребление одного и того же процессора растет нелинейно с ростом частоты. Точно так же «более широкие» микропроцессоры (32-разрядный по сравнению с 16-разрядным) требуют больше мощности, чем «узкие». Некоторые виды схем по своей сути более эффективны, чем другие. Например, импульсные источники питания намного эффективнее линейных. Разумеется, работа напрямую от батареи более экономична. Таким образом, лучшее решение для снижения энергопотребления — снижение тактовой частоты, уменьшение разрядности процессора и использование более эффективных видов схем, подходящих для процесса.
Рис. Импульсный блок питания обеспечивает регулирование постоянного напряжения с гораздо большей эффективностью, чем линейный блок питания. Недостаток — более сложная схема
Следующая после оптимизации схемы наиболее эффективная стратегия уменьшения потребляемой мощности связана с добавлением режима ожидания и сторожевого таймера. В режиме ожидания все второстепенные функции отключаются на длительный срок, и питание подается только на отдельную схему синхронизации. Назначение таймера — включить систему при вспышке активности.
Рис. Широтно-импульсный модулятор главный элемент каждого импульсного источника питания, использует технологию цифровой коммутации для управления выходным напряжение с минимальными диссипативными потерями
В задачах, требующих большой мощности, батареи сравнительно редко применяются в качестве основного источника питания. Проблема не в том, что аккумуляторы не в состоянии обеспечить большие токи, а в том, что они не могут делать это достаточно долго. Обычно инженеры выбирают батареи для основного источника питания в случае, когда другого выбора у них просто нет.
Например, мне часто приходилось создавать небольшие приборы для кратковременных экспериментов. Несколько лет назад я разработал генератор очень низкой частоты на базе сдвоенного ОУ a741 для проверки в дорожных условиях цифрового запоминающего осциллографа. Предполагаемое время работы не превышало двух часов, а у меня не было подходящего настольного источника питания.
У меня была пара батарей на 9 В и кассеты для их крепления. Итак, я припаял положительный вывод одной кассеты к отрицательному выводу другой и подключил оба вывода к общему проводу схемы. После этого я припаял свободный положительный контакт к положительной клемме ОУ, свободный отрицательный контакт кассеты — к отрицательной клемме. Выходное напряжение блока ±9 В находилось в рабочем диапазоне операционного усилителя, и вся схема практически ничего не стоила.
Более распространенным применением аккумуляторной батареи в качестве основного источника питания является двигатель транспортного средства, когда требуется несколько источников энергии. В гибридных и полностью электрифицированных транспортных средствах обычно устанавливаются работающие от батареи электрические приводные двигатели и дополнительный источник для подзарядки батарей.
Относительно новый элемент таких систем — суперконденсаторы. Стандартные батареи аккумулируют энергию, используя химические связи, и высвобождают ее посредством химических реакций. Максимальный выходной ток батареи в основном ограничивается скоростью протекания этих реакций. В отличие от этого суперконденсаторы накапливают энергию в виде электрического поля, и их пиковый ток ограничен только нагревом обкладок и внутренних проводников. Они также выдерживают больше циклов зарядки/разрядки.
Встроенные системы, использующие аккумуляторы для резервирования, содержат внутренний источник бесперебойного питания (ИБП). Я уже упоминал медицинское оборудование для наблюдения за состоянием пациента, в котором данная технология применяется для поддержания непрерывной работы при исчезновении питания. Это также позволяет обеспечивать непрерывное наблюдение при перемещении пациента: персонал просто вынимает вилку и монитор перемещается вместе с пациентом без выключения. Оборудование работает в основном от аккумуляторной батареи, в то время как сеть обеспечивает ее подзаряд небольшим током.
Питание от сети
Практически вся бытовая техника питается от сети 220 В. Поскольку использование встроенных систем управления в этих приборах растет, число систем, работающих непосредственно от сети, также выросло.
В отличие от стандартных релейных систем управления заменяющие их микропроцессорные системы не работают от переменного напряжения частотой 50 Гц. В них используется высокостабильное напряжение сравнительно низкого уровня (в большинстве случаев 5 В).
Существуют два основных класса схем источников питания, осуществляющих преобразование сетевого переменного напряжения в низкоуровневое постоянное: линейные и импульсные.
Схемы линейных источников питания начинаются с трансформатора, снижающего сетевое напряжение до необходимого уровня. Затем мостовой выпрямитель преобразует низковольтный переменный ток в пульсирующий постоянный. В фильтрующей части схемы для снижения пульсаций устанавливается большой электролитический конденсатор, за которым следует относительно низкоомный резистор.
В этой точке схемы мы получаем постоянное напряжение, которое зависит от напряжения сети, коэффициента трансформации, потребляемого тока и сопротивления. На это напряжение накладываются пульсации частотой 50 Гц, амплитуда которых зависит как от постоянной времени фильтра, так и от тока нагрузки. Другими словами, выходной ток и напряжение принимают какое угодно значение, только не то, что нужно!
Для улучшения качества постоянного тока разработчики источников питания добавляют линейный регулятор. Линейный регулятор представляет собой линейный усилитель мощности, запитываемый с выхода фильтра и усиливающий небольшое опорное напряжение до необходимого уровня. Элементы обратной связи позволяют изменять результирующее выходное напряжение или регулировать выходной ток.
Линейные источники питания очень неэффективны, т.к. рассеивают практически столько же энергии, сколько выдают. Очень часто этих потерь, зачастую очень дорогих, можно избежать, используя импульсный источник питания.
Импульсный источник питания имеет такие же трансформатор, выпрямитель и фильтр, как и линейный источник питания. Улучшения достигаются за счет замены линейного регулятора импульсным. Вместо использования линейного усилителя, где транзисторы никогда полностью не включаются или не выключаются, транзисторы в широтно-импульсном модуляторе попеременно переводятся в состояние насыщения (фактически короткого замыкания) и в состояние отсечки (бесконечного сопротивления). В том или ином состоянии рассеяние мощности минимально.
Рис. Программируемые источники питания поставляются в компактном, относительно недорогом корпусе промышленного исполнения
ШИМ выдает последовательность импульсов переменной скважности. Система обратной связи изменяет коэффициент заполнения импульсной последовательности для поддержания точного значения выходного напряжения на заданной нагрузке. Регенерирующий фильтр (фактически большая индуктивность) усредняет ток для сглаживания импульсов.
Спроектировать и создать импульсный источник питания достаточно сложно. К счастью, есть производители, выпускающие эти устройства в больших количествах по очень низкой цене, поэтому вряд ли вам придется разрабатывать его самому для своего приложения. В настоящее время разработчики встроенных систем рассматривают источники питания как черные ящики, берущие некачественное входное питание и выдающие «чистое» постоянное напряжение. Просто откройте каталог, выберете нужный блок питания по необходимому напряжению и току и закажите его. Самая сложная часть — выделить место в вашей системе для монтажа.
Питание системы
Часто питание для работы встраиваемых систем подается не от сети или аккумуляторов. Электропитание автомобиля, например, поступает от вращаемого двигателем генератора и регулятора напряжения, которые обеспечивают напряжение 12 В и сравнительно большой ток. Поезда, корабли, автомобили, космические корабли, ветряки и солнечные электростанции имеют отдельные источники питания. В большинстве случаев эти источники выдают несколько напряжений стандартного уровня, имеющих высокое качество.
Для работы встраиваемых электронных систем в такой ситуации разработчикам обычно приходится изменять напряжение и регулировать выход источника. Единственно возможный вариант — преобразователь DC-DC.
Преобразователь DC-DC использует подаваемое на него постоянное напряжение для генерации прямоугольных импульсов. Трансформатор повышает или понижает это переменное напряжение до необходимого уровня. После этого двухполупериодный мостовой выпрямитель восстанавливает постоянный ток и поскольку коэффициент заполнения равен 100%, на выходе выпрямителя получается относительно чистое постоянное напряжение с высокочастотными фильтруемыми помехами. Если необходима дальнейшая подстройка, импульсный регулятор выполняет эту задачу достаточно эффективно.
Другие системы позволяют передать требуемое электроникой питание по умолчанию. Так, в частности, устройства, подключенные к порту USB, получают питание 5 В через кабельUSB. Аналогично, пункт 33 стандарта Ethernet IEEE 802.3-2005 (IEEE 802.3af, часто называемый как «питание через Ehternet») рекомендует передавать постоянное напряжения 48 В по двум из четырех пар кабеля CAT-3 или CAT-5e для питания оборудования. В стандарте также оговаривается и максимальная величина тока — 400 мА.
Комбинирование и подбор доступных источников питания для использования в качестве основного, подзаряжаемого и резервного дает разработчикам встраиваемых систем большую свободу выбора. Выбор лучшей схемы — результат сравнения возможностей каждой из схем питания с требованиями вашей задачи.
Вконтакте
Google+
Блок питания компьютера — схема и работа
Все электронные системы и оборудование, независимо от их размера или функции, имеют одну общую черту: всем им нужен блок питания (БП), который преобразует входное напряжение в напряжение или напряжения, подходящие для их схем. Наиболее распространенным типом современных блоков питания является импульсный блок питания ( SMPS ). Существует множество топологий SMPS и их практических реализаций, используемых производителями блоков питания. Однако все они используют одни и те же базовые концепции.На этой странице объясняются принципы работы импульсного источника питания и рассматриваются его основные части и функции. Это руководство может быть полезно системным интеграторам, любителям и тем, кто не обязательно является экспертом в области силовой электроники.Это концептуальная принципиальная схема силовой передачи типичного компьютерного блока питания ATX. На этой схеме не показана схема управления, поэтому вы видите, что все затворы MOSFET и базы транзисторов открыты. Для ясности, части, отвечающие за различные вспомогательные функции, такие как ограничение тока, управление вентилятором и защиту от перенапряжения, которые не являются существенными для изучения основных концепций преобразования мощности, также не показаны.Для полной схемы см., Например, эту аннотированную схему блока питания ATX.
Обратите внимание, что в отличие от генераторов, которые преобразуют энергию, накопленную в различных видах топлива, в электричество, блоки питания преобразуют электрическую энергию из одной формы в другую. Входная розетка переменного тока на ПК относится к типу IEC 320 или аналогичному. За предохранителем «F» следует фильтр EMI . Фильтр обычно состоит из комбинации дросселей и конденсаторов дифференциального и синфазного режимов. Его основная цель — уменьшить кондуктивный радиочастотный шум, излучаемый источником питания, обратно во входную линию в соответствии с нормативными требованиями.Снижение кондуктивного шума также снижает излучаемые излучения от входных линий электропередачи, которые действуют как антенны. Входная секция обычно также включает в себя компоненты ограничения пускового тока и защиты от перенапряжения. За фильтром электромагнитных помех в большинстве автономных блоков питания SMPS следует выпрямительный мост (RB) и ступень коррекции коэффициента мощности ( PFC ). Этот каскад отсутствовал в старых ИИП, в которых за выпрямителем следовал большой накопительный конденсатор. Производители источников питания начали внедрять технику PFC в конце 80-х годов, когда европейцы ввели норму EN61000-3-2.В этом документе указывается максимальная амплитуда гармоник линейной частоты для различных категорий оборудования. На нашей схеме показан типичный каскад PFC, который состоит из двухполупериодного выпрямителя и повышающего преобразователя с накопительным конденсатором C1. Обратите внимание, что в этой схеме ток всегда протекает через два диода выпрямительного моста. Существуют также так называемые «безмостовые PFC», которые исключают один диод из прохождения тока. Накопительный конденсатор предназначен для подачи энергии на выход при кратковременных перебоях в подаче питания.На практике может быть несколько параллельных ограничений хранилища. Блоки питания компьютеров, а также коммерческие блоки обычно должны пройти по крайней мере один цикл входной синусоидальной волны, которая составляет 16 мс в США и 20 мс в Европе. Повышение PFC обеспечивает напряжение промежуточного контура (Vdc), которое выше пикового значения входного переменного тока. В современных компьютерных блоках питания это напряжение обычно составляет 375-400 В постоянного тока. Если вы пытаетесь устранить неисправность устройства и измеряете около 160 В постоянного тока на C1 — это означает, что ступень повышения не работает.Выходной каскад DC-DC в любом SMPS всегда содержит одно или несколько коммутационных устройств, которые периодически коммутируют сети LC.
Главный выключатель Q2 периодически подает напряжение Vdc на первичную обмотку силового трансформатора T1. Когда Q2 находится во включенном состоянии, на верхних выводах вторичных обмоток T2 появляется положительное напряжение.В результате выпрямительные диоды D2, D4, D7 и D9 проводят ток, и энергия от входного источника подается на нагрузки. В то же время некоторая энергия также накапливается в сердечниках T2 и катушках индуктивности L2, L4, L5 и L6. Когда Q2 находится в состоянии «выключено», напряжения на вторичных обмотках T2 меняют полярность, и выпрямительные диоды становятся смещенными в обратном направлении. Поскольку выходные катушки индуктивности все еще пытаются поддерживать ток, полярность напряжений на них меняется в соответствии с законом Фарадея. В результате катушки индуктивности продолжают проводить ток через диоды свободного хода D3, D5, D8 и D10, таким образом поддерживая замкнутые контуры тока через их соответствующие нагрузки.В течение этого временного интервала вспомогательный переключатель Q3 обеспечивает фиксацию и активный сброс сердечника трансформатора. Когда Q3 отключается, Q2 при правильной конструкции схемы включается при нулевом напряжении, что снижает его коммутационные потери. Такой прямой преобразователь с активным зажимом был первоначально запатентован Vicor Corp. Насколько мне известно, этот патент истек в мире в 2002 году. Конечно, вам следует консультироваться со своим патентным поверенным для принятия любых решений.
Схема управления регулирует выходное напряжение 5 В с помощью широтно-импульсной модуляции ( PWM ).Шина 3,3 В выводится из той же вторичной обмотки, что и 5 В. Вы можете видеть, что есть дополнительная катушка индуктивности L3, пропускающая ток 3,3 В. Это индуктор magamp . Он используется для блокировки части импульса, чтобы снизить регулируемое напряжение до 3,3 В. Вспомогательный транзистор Q4 устанавливает ток сброса катушки индуктивности L3. Этот ток определяет вольт-секунды, заблокированные L3. Усилитель ошибки +3,3 В постоянного тока (не показан на схеме) часто использует дистанционное зондирование для компенсации чрезмерного падения напряжения в кабеле.
Выходы № 3 и 4 (+/- 12 В) в описываемом источнике питания полурегулируемые . Они не регулируются отдельным замкнутым контуром управления, а частично стабилизируются ШИМ, воздействующим на основную шину 5 В.
Затем все выходы постоянного тока подключаются к стандартным разъемам жгута проводов. Распиновка основного разъема ATX. Также см. Наше полное руководство по всем разъемам для блоков питания. Обратите внимание, что современные системы ATX имеют как минимум две шины 12 В: + 12V1 и + 12V2. Однако в большинстве случаев оба выходят на один и тот же физический выход 12 В.
Отдельный обратноходовой преобразователь состоит из силового полевого МОП-транзистора Q5, трансформатора T2, выпрямителя D11 и конденсатора фильтра C7. Он служит двум целям — обеспечивать смещение для схемы управления и обеспечивать резервное напряжение 5 В (5 ВSB). Это напряжение должно присутствовать всякий раз, когда к источнику питания подается переменный ток. Он питает цепи, которые остаются в рабочем состоянии, когда основные выходные шины постоянного тока отключены. См. Пример конструкции простого обратного хода 12 В.
| На практике существует ряд различных систем измерения.Большая часть мира адаптировала десятичную систему, названную метрической . Его главное преимущество заключается в том, что все кратные и подмножественные единицы базовых единиц связаны с базовой единицей множителями десяти. Технически существуют разные метрические системы. В настоящее время Международная система единиц (СИ), основанная на метре, килограмме и секунде, признана стандартной. В США имперские и обычные единицы все еще используются в торговле и домашнем хозяйстве. Здесь вы найдете таблицы пересчета в метрические единицы для некоторых общепринятых величин.
Некоторые из приведенных коэффициентов являются приблизительными. Обратите внимание, что не все названия метрических единиц, перечисленные в этих таблицах, адаптированы к системе СИ. Чтобы узнать об онлайн-инструменте конвертации, см. Наш калькулятор конвертации метрик. | |||||
Блок-схема источника питания (процесс преобразования переменного тока в постоянный)
Многие электронные схемы нуждаются в источнике напряжения постоянного тока (DC), но обычно мы находим источники напряжения переменного тока (AC).Чтобы получить источник напряжения постоянного тока, вход переменного тока должен следовать процессу преобразования, подобному показанному на блок-схеме источника питания ниже.
На изображении показаны основные компоненты базовой схемы источника питания и формы сигналов в начале (вход переменного тока), в конце (выход постоянного тока) и между блоками.
Входной сигнал, который поступает на первичную обмотку трансформатора, представляет собой синусоидальную волну, амплитуда которой зависит от системы распределения электроэнергии в стране (110/220 В переменного тока или другой).См. Основные единицы измерения в электронике.
Блок-схема источника питания, детали
Электрический трансформатор
Электрический трансформатор получает на первичную обмотку переменное напряжение и подает на вторичную обмотку другое переменное напряжение (более низкое). Это выходное напряжение переменного тока должно соответствовать напряжению постоянного тока, которое мы хотим получить в конце.
Например: если нам нужен выход 12 В постоянного тока, вторичная обмотка трансформатора должна иметь переменное напряжение не менее 9 вольт.
Электротрансформатор
Пиковое значение на вторичной обмотке трансформатора составляет Vp = 1,41 x 9 = 12,69 вольт. Несмотря на то, что это значение очень близко к тому, которое мы хотели получить, не рекомендуется, потому что нам нужно учитывать падения напряжения на разных этапах (блоках) источника питания.
В этом случае мы можем выбрать трансформатор с вторичной обмоткой 12 В переменного тока. С этим напряжением переменного тока мы можем получить пиковое напряжение: Vp = 12 x 1,41 = 16.92 вольт.
Примечание: Vpeak = Vrms x 1,41
Выпрямительный мост (выпрямительные диоды)
Выпрямительный мост преобразует переменное напряжение вторичной обмотки в пульсирующее постоянное напряжение. (смотрите схему). В нашем случае мы используем ½ волновой выпрямитель, затем мы устраняем отрицательную часть волны.
Выпрямительный диод
Фильтр (конденсаторы)
Фильтр — это один или несколько параллельно включенных электролитических конденсаторов, которые сглаживают или сглаживают предыдущую волну, устраняя составляющую переменного тока, подаваемую выпрямителем.
Эти конденсаторы заряжаются до максимального значения напряжения, которое может выдать выпрямитель, и разряжаются, когда пульсирующий сигнал исчезает. Посмотрите на картинку выше.
Электролитический конденсатор
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения принимает сигнал от фильтра и выдает постоянное напряжение (скажем, 12 вольт постоянного тока) независимо от изменений нагрузки или напряжения питания.
Регулятор напряжения может быть реализован несколькими способами.Это может быть транзисторный регулятор напряжения или монолитный регулятор напряжения.
На изображении ниже показан регулятор напряжения LM7805 (выход 5 В постоянного тока). Вы также можете найти стабилизатор напряжения LM7812 (выход 12 В постоянного тока).
LM7805 Регулятор напряжения
Компьютерный блок питания — распиновка ATX, схема, отзывы
Излишне говорить, что напряжение, доступное в сетевой розетке, представляет собой плохо регулируемый переменный ток, который во всем мире находится в диапазоне от 90 до 240 В, в то время как электронные схемы требуют хорошо стабилизированного низкого напряжения постоянного тока.Вот почему все электронное оборудование, очевидно, нуждается в каком-либо преобразовании и регулировании мощности. В ПК эти функции выполняются блоком питания ( PSU, ) — внутренним устройством, которое преобразует входное переменное напряжение в набор регулируемых постоянных напряжений, необходимых для персонального компьютера.При этом блок питания также обеспечивает безопасную изоляцию между первичными и вторичными цепями. С момента появления IBM PC / XT было выпущено около десятка различных типов настольных ПК. Они различаются по своей структуре, форм-факторам, разъемам и номинальным значениям напряжения / ампер.Выходная мощность современного компьютерного блока питания колеблется от 185 Вт до нескольких киловатт. Блоки мощностью более 400 Вт используются в основном для серверов, промышленных ПК и для питания настольных компьютеров с высокопроизводительными видеоприложениями.
Традиционный стандартный блок питания ATX генерирует как минимум следующие напряжения постоянного тока: + 5 В, + 3,3 В, + 12 В 1, + 12 В 2. , -12В и в режиме ожидания 5В. Некоторые очень старые модели также могут иметь минус 5 В. Дополнительные понижающие преобразователи «точки нагрузки» (POL) на материнских платах понижают 12 В до напряжения ядра процессора и до других низких потенциалов, необходимых для внутренних компонентов.Каждая шина блока питания теоретически должна иметь индивидуальное ограничение по току. Это необходимо для соответствия требованиям безопасности 240 ВА стандартов IEC 60950 и UL 60950-1. Однако на практике все шины 12 В часто имеют единый комбинированный предел тока. Чтобы соответствовать требованиям PCI Express, в компьютерах ATX2 прежний основной разъем питания 2×10 был заменен на разъем 2×12. Для второй шины 12 В используется дополнительный силовой кабель 2×2. Он поддерживает регулятор напряжения процессора. Также имеются разъемы для периферийных устройств, дисковода гибких дисков и последовательного интерфейса ATA.Блок питания для дискретных видеокарт высокого класса имеет дополнительные разъемы 2×3 или 2×4 для подачи дополнительной мощности на графику, которая требует более 75 Вт. Подробную информацию см. В нашем руководстве по распиновке блока питания ATX. Обратите внимание, что некоторые фирменные компьютеры имеют собственные распиновки для своих блоков питания, которые отличаются от обычных ATX.
Для повышения эффективности блока питания ПК и соответствия требованиям так называемого альтернативного режима ожидания Intel представила в 2019 году принципиально другой стандарт одинарной шины ATX12VO. Спецификация ATX12VO заменяет 24-контактный разъем на 10-контактный, обеспечивающий один выход 12 В.Все остальные напряжения, включая 5 В и 3,3 В, будут выдаваться на материнской плате регуляторами POL. Эта архитектура также значительно снизила стоимость блока питания, но увеличила стоимость материнских плат, которые теперь должны обеспечивать дополнительные функции преобразования мощности.
В современных источниках питания для компьютеров используется технология переключения (подробнее о SMPS). Современные устройства обычно включают в себя усиление «переднего конца» PFC, за которым следует нисходящий полумост или прямой преобразователь (см. Топологии SMPS).Большинство современных моделей соответствуют требованиям ENERGY STAR®. В прошлом это просто означало, что они потребляли
. Программа стимулирования под названием 80 PLUS® требовала от ПК и серверов источников питания, чтобы продемонстрировать эффективность> 80% при 20% — 100% номинальной нагрузке с коэффициентом мощности> 0,9. Позже они добавили метки Bronze, Silver, Gold и Platinum для более высокого уровня эффективности (до 92%) с коэффициентом мощности до 0,95. Обновленная спецификация настольного компьютера ENERGY STAR версии 5.0 устанавливает аналогичные требования для внутреннего блока питания.Несмотря на новые правила, блоки питания для ПК остаются недорогими: вы можете купить стандартную серийную модель примерно по 0,10 доллара за ватт. При покупке блока на замену убедитесь, что он соответствует не только его форм-фактору и полезной мощности, но и индивидуальным номинальным токам всех выходов.
Устранение неисправностей
. Первое, что нужно проверить, перестал ли работать ваш компьютер, — это его блок питания. Основные причины выхода из строя БП — это перегрев, скачки напряжения во входной линии и высыхание электролитических конденсаторов.Все это может привести к катастрофическому отказу одного или нескольких транзисторов или выпрямителей. Это, в свою очередь, обычно открывает входной предохранитель (блок-схему и теорию работы см. В этом руководстве). Чтобы проверить устройство, прежде всего, вам нужно отсоединить шнур питания и подождать 5 минут, чтобы все конденсаторы разрядились, прежде чем снимать крышку ПК. Затем отключите все кабели, выходящие из блока питания. Чтобы включить автономный блок питания, вам необходимо заземлить контакт PS_ON # (см. Схему подключения слева для настройки тестирования).В модели, совместимой с ATX-2, это означает замыкание контактов 15 и 16 на 24-контактном разъеме. Вы можете сделать это с помощью небольшого отрезка медной проволоки. В более старом 20-контактном блоке вам необходимо замкнуть контакты 13 и 14. Обратите внимание, что некоторые производители, такие как Apple, HP и Dell, использовали нестандартные размеры и распиновку разъемов собственной разработки: подробнее см. После включения устройства вы можете поочередно включать входное питание и проверять выходные напряжения. Для измерения любого напряжения подключите вольтметр между соответствующим контактом и любым общим.Вы можете использовать готовый тестер, чтобы упростить этот процесс. Если вы решили открыть блок питания, всегда сначала отключайте его, а затем подождите не менее пяти минут, чтобы все конденсаторы разрядились. Излишне говорить, что , вам не следует выполнять поиск и устранение неисправностей , если у вас нет надлежащей подготовки по электронике и не известно, как безопасно работать с цепями высокого напряжения.Ниже вы найдете принципиальные схемы, обзоры, распиновку, характеристики и другую полезную информацию для ремонтных и электронных проектов.
Однолинейная схема системы электроснабжения — объяснение и преимущества соединения генерирующих станций
Электроэнергия вырабатывается на генерирующих станциях и по передающей сети передается потребителям. Между генерирующими станциями и распределительными станциями используются три различных уровня напряжения (уровень напряжения передачи, дополнительной передачи и распределения).
Высокое напряжение требуется для передачи на большие расстояния, а низкое напряжение требуется для электроснабжения.Уровень напряжения продолжает снижаться от системы передачи к системе распределения. Электроэнергия вырабатывается трехфазным синхронным генератором (генераторами переменного тока), как показано на рисунке ниже. Напряжение генерации обычно составляет 11 кВ и 33 кВ.
Это напряжение слишком низкое для передачи на большие расстояния. Следовательно, оно повышается до 132, 220, 400 кВ или более с помощью повышающих трансформаторов. При этом напряжении электрическая энергия передается на основную подстанцию, где энергия поступает от нескольких подстанций.
Напряжение на этих подстанциях понижается до 66 кВ и подается в подсистему передачи для дальнейшей передачи на распределительные подстанции. Эти подстанции расположены в районе центров нагрузки.
Напряжение дополнительно понижено до 33 кВ и 11 кВ. Крупные промышленные потребители получают питание на уровне первичного распределения 33 кВ, в то время как более мелкие промышленные потребители получают напряжение 11 кВ.
Напряжение дополнительно понижается распределительным трансформатором, расположенным в жилом и коммерческом районе, где оно подается этим потребителям на вторичном уровне распределения трехфазного напряжения 400 В и однофазного 230 В.
Преимущество объединения генерирующих станций
Энергосистема состоит из двух или более генерирующих станций, соединенных соединительными линиями. Объединение генерирующих станций имеет следующие важные преимущества.
- Обеспечивает экономичную взаимную передачу энергии из зоны избытка в зону дефицита.
- Меньшая общая установленная мощность для удовлетворения пикового спроса.
- Требуется меньшая резервная генерирующая мощность.
- Он позволяет в любое время производить энергию на самой эффективной и дешевой станции.
- Это снижает капитальные затраты, эксплуатационные расходы и стоимость произведенной энергии.
- Если происходит серьезная поломка блока генерирующей системы во взаимосвязанной системе, то перебоев в электроснабжении не происходит.
Соединение обеспечивает наилучшее использование энергоресурсов и большую надежность электроснабжения. Это обеспечивает общую экономичность производства за счет оптимального использования экономичной электростанции большой мощности.Взаимосвязь между сетью осуществляется либо посредством линий HVAC (высокого напряжения переменного тока), либо через линии HVDC (высокого напряжения постоянного тока).
Блок-схема, характеристики и приложения
Мы знаем, что существуют различные типы электрических и электронных схем, в которых используется источник питания постоянного тока. Обычно мы не можем использовать батареи постоянного тока из-за их дороговизны и необходимости замены в разряженном состоянии. В этой ситуации нам нужна схема, которая может переключать подачу переменного тока на подачу постоянного тока.Схема фильтра выпрямителя включает в себя обычный источник постоянного тока . Нормальный источник питания постоянного тока o / p остается стабильным, если нагрузка контрастная. Хотя в некоторых электронных схемах чрезвычайно важно поддерживать постоянный источник питания постоянным независимо от альтернативного источника переменного тока. В противном случае цепь будет повреждена. Чтобы преодолеть эту проблему, можно использовать устройства регулирования напряжения. Таким образом, сочетание устройств регулирования напряжения с обычным источником питания постоянного тока называется Источник питания постоянного тока .Это электрическое устройство, используемое для создания постоянного источника постоянного тока независимо от альтернативного источника переменного тока.
Что такое регулируемый источник питания?
IC Регулируемый источник питания (RPS) — это один из видов электронных схем, предназначенный для обеспечения стабильного постоянного напряжения фиксированного значения на клеммах нагрузки независимо от колебаний нагрузки. Основная функция регулируемого источника питания — преобразование нерегулируемого переменного тока (AC) в устойчивый постоянный ток (DC).RPS используется для подтверждения того, что при изменении входа выход будет стабильным. Этот источник питания также называется линейным источником питания, и он позволяет вводить переменный ток, а также обеспечивает стабильный выход постоянного тока. Пожалуйста, обратитесь по ссылке, чтобы узнать больше о — Классификация источников питания и ее различные типы
Схема регулируемого источника питания
Блок-схема регулируемого источника питания
Блок-схема регулируемого источника питания в основном включает понижающий трансформатор , выпрямитель, фильтр постоянного тока и регулятор.Модель Устройство и работа регулируемого источника питания обсуждается ниже. Блок-схема регулируемого источника питания
Трансформатор и источник питания переменного тока
Источник питания может использоваться для обеспечения необходимого количества энергии при точном напряжении от основного источника, такого как аккумулятор. Трансформатор изменяет напряжение сети переменного тока до необходимого значения, и его основная функция заключается в повышении и понижении напряжения. Например, понижающий трансформатор используется в транзисторном радиоприемнике, а повышающий трансформатор используется в CRT .Трансформатор обеспечивает отделение от линии питания, и его следует использовать, даже если никаких изменений в напряжении не требуется.
Выпрямитель
Выпрямитель — это электрическое устройство, используемое для преобразования переменного тока в постоянный. Это может быть двухполупериодный выпрямитель, а также однополупериодный выпрямитель с помощью трансформатора или мостового выпрямителя, в противном случае вторичная обмотка с центральным ответвлением. Однако выходное напряжение выпрямителя может быть переменным.
Фильтр
Фильтр в регулируемом источнике питания в основном используется для выравнивания разницы переменного тока от скорректированного напряжения.Выпрямители подразделяются на четыре типа, а именно: конденсаторный фильтр, индуктивный фильтр, LC-фильтр и RC-фильтр.
Регулятор напряжения
Регулятор напряжения в регулируемом источнике питания необходим для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока, обеспечивая регулирование нагрузки, а также линейное регулирование. По этой причине мы можем использовать стабилизаторы, такие как стабилитроны, транзисторные или трехконтактные встроенные стабилизаторы. Источник питания с импульсным переключением может использоваться для подачи большого тока нагрузки за счет небольшого рассеивания мощности в последовательном транзисторе.
Характеристики регулируемого источника питания
Качество источника питания может определяться несколькими факторами, а именно током нагрузки, напряжением, источником и регулировкой напряжения, подавлением пульсаций, импедансом o / p и т. Д. Некоторые из факторов объясняются ниже.
Регулировка нагрузки
Регулировка нагрузки также известна как эффект нагрузки. Это можно определить так, что всякий раз, когда ток нагрузки изменяется от наименьшего к наибольшему значению, выход регулируемого напряжения будет изменяться.Это можно рассчитать с помощью следующего уравнения.
Регулировка нагрузки = V без нагрузки — V полная нагрузка
Из приведенного выше уравнения регулирования нагрузки мы можем сделать вывод, что всякий раз, когда возникает напряжение холостого хода, сопротивление нагрузки будет неограниченным. Точно так же всякий раз, когда возникает напряжение полной нагрузки, сопротивление нагрузки будет наименьшим значением. Таким образом, регулирование напряжения будет потеряно.
% регулирования нагрузки = (Vno load — Vfull load) / (Vfull-load) X 100
Наименьшее сопротивление нагрузки
Сопротивление нагрузки, на которое источник тока подает свой заряженный ток полной нагрузки при номинальном напряжении, может называться самым низким сопротивлением нагрузки.
Наименьшее сопротивление нагрузки = Напряжение при полной нагрузке / Ток при полной нагрузке
Регулировка линии или источника
На блок-схеме источника питания входное напряжение составляет 230 В, однако на практике; есть существенные различия в напряжении питающей сети переменного тока. Поскольку это сетевое напряжение питания равно I / P по сравнению с нормальным питанием, отфильтрованное o / p мостового выпрямителя приблизительно прямо пропорционально напряжению сети переменного тока. Регулировку источника можно определить как изменение регулируемого опорного напряжения для определенного диапазона низкого напряжения.
Выходное сопротивление
Выходное сопротивление регулируемого источника питания очень мало. Несмотря на то, что внешнее сопротивление нагрузки может быть изменено, в пределах напряжения нагрузки изменений не наблюдается. Импеданс идеального источника напряжения равен нулю.
Подавление пульсаций
Стабилизаторы напряжения фиксируют напряжение включения / выключения в зависимости от колебаний входного напряжения. Пульсация равна периодической разнице между напряжением i / p. Таким образом, регулятор напряжения удовлетворяет пульсации, приближающиеся к нерегулируемому напряжению i / p.Поскольку в регуляторе напряжения используется отрицательная обратная связь, искажение можно уменьшить с коэффициентом, аналогичным коэффициенту усиления.
Применения регулируемого источника питания
Применения регулируемого источника питания включают следующее.
Стабилизированный источник питания (RPS) — это встроенная схема, используемая для преобразования нерегулируемого переменного тока в стабильный постоянный ток с помощью выпрямителя. Основная функция этого состоит в том, чтобы подавать постоянное напряжение в цепь, которая должна работать с определенным пределом источника питания.
- Зарядные устройства для мобильных телефонов
- Регулируемые источники питания в различных устройствах
- Различные генераторы и усилители
Таким образом, речь идет о регулируемом источнике питания (RPS) . Из приведенной выше информации, наконец, мы можем сделать вывод, что RPS изменяет нерегулируемый переменный ток на стабильный постоянный ток. Стабилизированный источник питания постоянного тока также называется линейным источником питания. Этот источник питания допускает ввод переменного тока, а также обеспечивает стабильное отключение постоянного тока.Вот вам вопрос, что такое двойной источник питания постоянного тока?
Подключение источников питания параллельно или последовательно для увеличения выходной мощности
В некоторых приложениях использования одного источника питания может быть недостаточно для обеспечения мощности, необходимой для нагрузки. Причины использования нескольких источников питания могут включать избыточную работу для повышения надежности или увеличения выходной мощности. При обеспечении комбинированного питания необходимо следить за тем, чтобы все источники питания обеспечивали сбалансированную подачу питания.
Источники питания, подключенные для резервирования
Резервные источники питания — это топология, в которой выходы нескольких источников питания соединены для повышения надежности системы, но не для увеличения выходной мощности. Резервные конфигурации обычно предназначены для получения выходного тока только от основных источников питания и для получения тока от резервных источников питания в случае отказа одного из основных источников питания. Поскольку отбор тока нагрузки создает нагрузку на компоненты в источнике питания, высокая надежность в системе достигается, когда ток не потребляется от резервных источников до тех пор, пока не возникнет проблема с одним из основных источников питания.
- Источники питания A и B аналогичны; Vout и максимальный Iout одинаковые
- Напряжение нагрузки равно напряжению питания
- Максимальный ток нагрузки равен максимальному выходному току одного источника
- Электронный переключатель подключает один из выходов питания к нагрузке
Источники питания с параллельными выходами
Обычная топология, используемая для увеличения выходной мощности, заключается в параллельном подключении выходов двух или более источников питания.В этой конфигурации каждый источник питания обеспечивает необходимое напряжение нагрузки, а параллельное подключение источников увеличивает доступный ток нагрузки и, следовательно, доступную мощность нагрузки.
Эту топологию можно успешно реализовать, но есть много соображений для обеспечения эффективности конфигурации. Для параллельных конфигураций предпочтительны источники питания с внутренними цепями, поскольку внутренние цепи улучшают эффективность распределения тока. Если источники питания, используемые в приложении для распределения тока, не имеют внутренних цепей распределения, необходимо использовать внешние методы, которые могут быть менее эффективными.
Основная проблема заключается в том, насколько равномерно ток нагрузки распределяется между источниками питания. Распределение тока нагрузки зависит как от конструкции источников питания, так и от конструкции внешней цепи и проводников, используемых для параллельного подключения выходов источников питания. Практически всегда при параллельном подключении используются одинаковые блоки питания из-за проблем, связанных с эффективной настройкой блоков питания. Однако можно настроить источники питания параллельно с согласованными выходными напряжениями и несовпадающими максимальными выходными токами.
Более подробное обсуждение параллельного подключения источников питания можно найти в нашем техническом документе Current Sharing with Power Supplies.
- Источники питания A и B должны иметь одинаковый Vout; Максимум Iout может быть разным
- Напряжение нагрузки равно напряжению питания
- Максимальный ток нагрузки равен сумме максимального выходного тока обоих источников питания
- Цепи контроля тока уравновешивают ток нагрузки между источниками питания
Источники питания с последовательными выходами
Другой вариант увеличения мощности, подаваемой на нагрузку, — это соединение выходов нескольких источников питания последовательно, а не параллельно.Некоторые из преимуществ использования последовательной топологии включают в себя: почти идеальное использование подачи питания между источниками, отсутствие необходимости в конфигурации или совместном использовании цепей, а также устойчивость к большому разнообразию конструкций приложений. Как упоминалось ранее, при параллельном подключении выходов источников питания каждый источник обеспечивает необходимое напряжение, а ток нагрузки распределяется между источниками. Для сравнения, когда выходы источников питания соединены последовательно, каждый источник обеспечивает требуемый ток нагрузки, а выходное напряжение, подаваемое на нагрузку, будет представлять собой комбинацию последовательно включенных источников.
Следует отметить, что когда блоки питания сконфигурированы с последовательным соединением выходов, источники питания не обязательно должны иметь аналогичные выходные характеристики. Ток нагрузки будет ограничен до наименьшего допустимого тока нагрузки любого из источников в конфигурации, а напряжение нагрузки будет суммой выходных напряжений всех источников в цепочке.
Есть несколько ограничений, налагаемых на источники питания, когда они используются в конфигурации с последовательным выходом.Одним из ограничений является то, что выход источников питания должен быть спроектирован так, чтобы выдерживать смещение напряжения из-за последовательной конфигурации. Это напряжение смещения обычно не является проблемой, но выходные напряжения источников питания с заземлением не могут быть суммированы на выходах других источников. Второе ограничение заключается в том, что выход источника питания может подвергаться обратному напряжению, если выход неактивен, когда активны остальные выходы в цепочке. Проблема обратного напряжения может быть легко решена путем размещения диода с обратным смещением на выходе каждого источника питания.Номинальное напряжение пробоя диода должно быть больше, чем выходное напряжение отдельного источника питания, а номинальный ток диода должен быть больше, чем максимальный номинальный выходной ток любого источника питания в последовательной цепочке.
- Источники питания A и B могут иметь разные максимальные значения Vout и Iout
- Напряжение нагрузки равно сумме выходных напряжений питания
- Максимальный ток нагрузки равен наименьшему из максимального выходного тока любого источника
- Диоды обратного смещения защищают выходы источников питания
Сводка
Источники питания, подключенные параллельно:
- Плохое использование мощности из-за допуска управления разделением тока между источниками
- Требуется специальная цепь для управления разделением тока между источниками
- Чувствительность к проектированию и изготовлению проводов, соединяющих источники питания параллельно
- Наиболее простая разработка с аналогичными блоками питания
Источники питания, подключенные последовательно:
- Эффективное использование мощности ограничено только точностью выходного напряжения каждого источника
- Нет необходимости в цепях для управления распределением напряжения или тока между источниками
- Отсутствие чувствительности к конструкции или конструкции проводников, соединяющих источники питания в серии
- Простая конструкция с любой комбинацией источников питания
Хотя общий метод, используемый для увеличения мощности нагрузки, подаваемой от источников питания, заключается в параллельном подключении выходов, другое решение может заключаться в последовательном соединении выходов нескольких источников питания.У поставщиков источников питания, таких как CUI, есть технический персонал, который может помочь настроить приемлемое решение для этих и других проблем, связанных с применением источников питания.
Категории: Основы , Выбор продукта
Дополнительные ресурсы
У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.ком