Zasilacz impulsowy czy liniowy: który wybrać? Liniowy zasilacz laboratoryjny zrób to sam Jak stabilizuje się napięcie w zasilaczach impulsowych.

Zasilacze liniowe i impulsowe

Zacznijmy od podstaw. Zasilacz w komputerze spełnia trzy funkcje. Po pierwsze, prąd przemienny z domowego źródła zasilania należy przekształcić w prąd stały. Drugim zadaniem zasilacza jest obniżenie redundantnego dla elektroniki komputerowej napięcia 110-230 V do standardowych wartości wymaganych przez przetwornice mocy dla poszczególnych podzespołów komputera PC - 12 V, 5 V i 3,3 V (wg. a także napięcia ujemne, o których porozmawiamy nieco później). Wreszcie zasilacz pełni rolę stabilizatora napięcia.

Istnieją dwa główne typy zasilaczy realizujących te funkcje - liniowe i impulsowe. Najprostszy zasilacz liniowy oparty jest na transformatorze, na którym napięcie prądu przemiennego jest redukowane do wymaganej wartości, a następnie prąd jest prostowany mostkiem diodowym.

Zasilacz ma jednak także obowiązek stabilizować napięcie wyjściowe, co wynika zarówno z niestabilności napięcia w sieci domowej, jak i spadku napięcia w reakcji na wzrost prądu w obciążeniu.

Aby skompensować spadek napięcia, w liniowym zasilaczu transformator jest tak dobrany, aby zapewniał nadmiar mocy. Następnie przy wysokim prądzie obciążenia zostanie zaobserwowane wymagane napięcie. Jednakże przepięcie, które wystąpi bez jakiejkolwiek możliwości kompensacji przy niskim prądzie w obciążeniu użytkowym, jest również niedopuszczalne. Nadmierne napięcie eliminuje się poprzez włączenie do obwodu nieużytecznego obciążenia. W najprostszym przypadku jest to rezystor lub tranzystor podłączony za pomocą diody Zenera. W bardziej zaawansowanym tranzystorze steruje mikroukład z komparatorem. Tak czy inaczej, nadmiar mocy jest po prostu rozpraszany w postaci ciepła, co negatywnie wpływa na wydajność urządzenia.

W obwodzie zasilacza impulsowego, oprócz dwóch już dostępnych: napięcia wejściowego i rezystancji obciążenia, pojawia się kolejna zmienna, od której zależy napięcie wyjściowe. W szeregu z obciążeniem znajduje się klucz (którym w interesującym nas przypadku jest tranzystor), sterowany przez mikrokontroler w trybie modulacji szerokości impulsu (PWM). Im dłuższy czas trwania stanów otwartych tranzystora w stosunku do ich okresu (parametr ten nazywa się cyklem pracy, w terminologii rosyjskiej stosuje się wartość odwrotną - cyklem pracy), tym wyższe jest napięcie wyjściowe. Ze względu na obecność klucza zasilacz impulsowy nazywany jest również zasilaczem impulsowym (SMPS).

Przez zamknięty tranzystor nie przepływa żaden prąd, a rezystancja otwartego tranzystora jest w idealnym przypadku pomijalna. W rzeczywistości otwarty tranzystor ma opór i rozprasza część mocy w postaci ciepła. Ponadto przejście między stanami tranzystora nie jest idealnie dyskretne. A jednak wydajność źródła prądu pulsacyjnego może przekroczyć 90%, podczas gdy wydajność zasilacza liniowego ze stabilizatorem sięga w najlepszym przypadku 50%.

Kolejną zaletą zasilaczy impulsowych jest radykalne zmniejszenie wymiarów i masy transformatora w porównaniu do zasilaczy liniowych o tej samej mocy. Wiadomo, że im wyższa częstotliwość prądu przemiennego w uzwojeniu pierwotnym transformatora, tym mniejszy jest wymagany rozmiar rdzenia i liczba zwojów uzwojenia. Dlatego kluczowy tranzystor w obwodzie jest umieszczony nie za, ale przed transformatorem i oprócz stabilizacji napięcia służy do uzyskania prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości (w przypadku zasilaczy komputerowych jest to od 30 do 100 kHz i więcej, i z reguły - około 60 kHz). Transformator pracujący w sieci o częstotliwości 50-60 Hz, dla mocy wymaganej przez standardowy komputer, miałby dziesięciokrotnie większą masę.

Zasilacze liniowe są obecnie stosowane głównie w przypadku urządzeń o małej mocy, gdy stosunkowo złożona elektronika wymagana do zasilacza impulsowego jest bardziej wrażliwą pozycją kosztową w porównaniu z transformatorem. Są to np. zasilacze 9 V, które stosuje się do pedałów efektów gitarowych, a raz – do konsol do gier itp. Ale ładowarki do smartfonów są już całkowicie pulsacyjne – tutaj koszty są uzasadnione. Ze względu na znacznie niższą amplitudę tętnienia napięcia na wyjściu, zasilacze liniowe znajdują zastosowanie również tam, gdzie taka jakość jest pożądana.

⇡ Ogólny schemat zasilacza w standardzie ATX

Zasilacz komputera stacjonarnego to zasilacz impulsowy, którego wejście zasilane jest napięciem z sieci domowej o parametrach 110/230 V, 50-60 Hz, a na wyjściu znajduje się szereg linii prądu stałego, z których główną o napięciu znamionowym 12, 5 i 3,3 V. Ponadto zasilacz zapewnia napięcie -12 V i jednocześnie -5 V wymagane dla magistrali ISA. Ale ten ostatni został w pewnym momencie wyłączony ze standardu ATX ze względu na zakończenie wsparcia dla samego ISA.

Na przedstawionym powyżej uproszczonym schemacie standardowego zasilacza impulsowego można wyróżnić cztery główne etapy. W tej samej kolejności w recenzjach rozważamy elementy zasilaczy, a mianowicie:

1. Filtr EMI – zakłócenia elektromagnetyczne (filtr RFI);
2. obwód pierwotny - prostownik wejściowy (prostownik), kluczowe tranzystory (przełącznik), które wytwarzają prąd przemienny o wysokiej częstotliwości na uzwojeniu pierwotnym transformatora;
3. transformator główny;
4. obwód wtórny - prostowniki prądowe z uzwojenia wtórnego transformatora (prostowniki), filtry wygładzające na wyjściu (filtrowanie).

⇡ Filtr EMI

Filtr na wejściu zasilacza służy do tłumienia dwóch rodzajów zakłóceń elektromagnetycznych: różnicowego (tryb różnicowy) - gdy prąd zakłócający płynie w liniach elektroenergetycznych w różnych kierunkach oraz tryb wspólny (tryb wspólny) - gdy prąd przepływa przez jeden kierunek.

Szum różnicowy jest tłumiony przez kondensator CX (duży żółty kondensator foliowy na zdjęciu powyżej) podłączony równolegle do obciążenia. Czasami na każdym przewodzie zawieszany jest dodatkowo dławik, który pełni tę samą funkcję (nie na schemacie).

Filtr trybu wspólnego tworzą kondensatory CY (na zdjęciu niebieskie kondensatory ceramiczne w kształcie łezki), we wspólnym punkcie łączącym linie zasilające z masą, oraz tzw. dławik trybu wspólnego (dławik trybu wspólnego, LF1 na schemacie), którego prąd w dwóch uzwojeniach płynie w tym samym kierunku, co tworzy odporność na szumy trybu wspólnego.

W tanich modelach instalowany jest minimalny zestaw części filtrujących, w droższych opisanych schematach tworzą powtarzające się (w całości lub w części) łącza. W przeszłości nierzadko można było spotkać zasilacze bez filtra EMI. Teraz jest to raczej ciekawy wyjątek, chociaż kupując bardzo tani zasilacz, nadal można spotkać się z taką niespodzianką. W rezultacie ucierpi nie tylko i nie tyle sam komputer, ale i inne urządzenia wchodzące w skład domowej sieci – zasilacze impulsowe są potężnym źródłem zakłóceń.

W obszarze filtra dobrego zasilacza można znaleźć kilka detali, które chronią samo urządzenie lub jego właściciela przed uszkodzeniem. Prawie zawsze występuje prosty bezpiecznik zabezpieczający przed zwarciem (F1 na schemacie). Należy pamiętać, że w przypadku przepalenia bezpiecznika chroniony obiekt nie jest już źródłem zasilania. Jeśli nastąpiło zwarcie, oznacza to, że kluczowe tranzystory już się przebiły i ważne jest, aby przynajmniej zapobiec zapłonowi przewodów elektrycznych. Jeśli w zasilaczu nagle przepali się bezpiecznik, najprawdopodobniej nie ma sensu wymieniać go na nowy.

Oddzielnie ochrona przed krótkoterminowe skoki napięcia za pomocą warystora (MOV - warystor tlenku metalu). Nie ma jednak środków zabezpieczających przed długotrwałym wzrostem napięcia w zasilaczach komputerowych. Funkcję tę pełnią zewnętrzne stabilizatory posiadające w środku własny transformator.

Kondensator w obwodzie PFC za prostownikiem może zachować znaczny ładunek po odłączeniu od zasilania. Aby nieostrożna osoba wkładająca palec do złącza zasilania nie doznała porażenia, pomiędzy przewodami instaluje się rezystor rozładowczy o dużej wartości (rezystor upływowy). W bardziej wyrafinowanej wersji - wraz z obwodem sterującym, który zapobiega wyciekowi ładunku podczas pracy urządzenia.

Swoją drogą obecność filtra w zasilaczu komputera PC (a jest on także w zasilaczu monitora i niemal każdego sprzętu komputerowego) powoduje, że zakup osobnego „filtra przeciwprzepięciowego” zamiast konwencjonalnego przedłużacza jest w zasadzie , bezużyteczny. On ma to samo w środku. Jedynym warunkiem w każdym przypadku jest normalne trzypinowe okablowanie z uziemieniem. W przeciwnym razie kondensatory CY podłączone do masy po prostu nie będą mogły spełniać swojej funkcji.

⇡ Prostownik wejściowy

Za filtrem prąd przemienny przekształcany jest na prąd stały za pomocą mostka diodowego - zwykle w postaci zespołu we wspólnej obudowie. Zdecydowanie mile widziany jest oddzielny grzejnik do chłodzenia mostu. Mostek złożony z czterech dyskretnych diod to cecha tanich zasilaczy. Możesz także zapytać, jaki prąd jest zaprojektowany przez mostek, aby ustalić, czy odpowiada on mocy samego zasilacza. Chociaż ten parametr z reguły ma dobry margines.

⇡ Aktywny blok PFC

W obwodzie prądu przemiennego z obciążeniem liniowym (takim jak żarówka lub kuchenka elektryczna) przepływający prąd ma tę samą sinusoidę, co napięcie. Nie dotyczy to jednak urządzeń wyposażonych w prostownik wejściowy, takich jak zasilacze impulsowe. Zasilacz przepuszcza prąd w krótkich impulsach, w przybliżeniu pokrywających się w czasie ze szczytami sinusoidy napięcia (tj. Maksymalnym napięciem chwilowym), gdy kondensator wygładzający prostownik jest ładowany.

Zniekształcony sygnał prądowy rozkłada się łącznie na kilka oscylacji harmonicznych z sinusoidą o zadanej amplitudzie (idealny sygnał, który występowałby przy obciążeniu liniowym).

Moc wykorzystywana do wykonywania użytecznej pracy (która w rzeczywistości jest ogrzewaniem elementów komputera) jest wskazana w charakterystyce zasilacza i nazywana jest aktywną. Pozostała część mocy generowanej przez oscylacje prądu harmonicznego nazywana jest mocą bierną. Nie wykonuje żadnej użytecznej pracy, ale nagrzewa przewody i obciąża transformatory i inny sprzęt zasilający.

Suma wektorowa mocy biernej i czynnej nazywana jest mocą pozorną. A stosunek mocy czynnej do pełnej mocy nazywa się współczynnikiem mocy (współczynnikiem mocy) - nie mylić z wydajnością!

Zasilacz impulsowy ma początkowo dość niski współczynnik mocy - około 0,7. Dla prywatnego odbiorcy moc bierna nie stanowi problemu (na szczęście liczniki energii elektrycznej jej nie uwzględniają), chyba że korzysta z UPS-a. Zasilacz bezprzerwowy po prostu przejmuje pełną moc obciążenia. W skali sieci biurowej czy miejskiej nadmiar mocy biernej generowanej przez zasilacze impulsowe już znacząco obniża jakość zasilania i powoduje koszty, dlatego aktywnie się z nim walczy.

W szczególności zdecydowana większość zasilaczy komputerowych jest wyposażona w układy aktywnej korekcji współczynnika mocy (Active PFC). Jednostkę z aktywnym PFC można łatwo rozpoznać po pojedynczym, dużym kondensatorze i cewce indukcyjnej zainstalowanych za prostownikiem. W istocie Active PFC to kolejny konwerter przełączający, który utrzymuje na kondensatorze stały ładunek około 400 V. W tym przypadku prąd z sieci jest pobierany przez krótkie impulsy, których szerokość dobiera się tak, aby sygnał był przybliżony przez sinusoida - która jest wymagana do symulacji obciążenia liniowego. Aby zsynchronizować sygnał zapotrzebowania na prąd z sinusoidą napięcia, sterownik PFC posiada specjalną logikę.

Aktywny obwód PFC zawiera jeden lub dwa kluczowe tranzystory i mocną diodę, które są umieszczone na tym samym grzejniku, co kluczowe tranzystory głównego konwertera zasilania. Z reguły kontroler PWM głównego klucza konwertera i klucz Active PFC to jeden układ (PWM/PFC Combo).

Współczynnik mocy zasilaczy impulsowych z aktywnym PFC osiąga 0,95 i więcej. Dodatkowo mają jedną dodatkową zaletę - nie wymagają wyłącznika sieciowego 110/230 V i odpowiedniego podwajacza napięcia wewnątrz zasilacza. Większość obwodów PFC trawi napięcia od 85 do 265 V. Ponadto zmniejszona jest wrażliwość zasilacza na krótkotrwałe zapady napięcia.

Nawiasem mówiąc, oprócz aktywnej korekcji PFC istnieje również korekcja pasywna, która polega na zainstalowaniu szeregowo z obciążeniem cewki indukcyjnej o dużej indukcyjności. Jego skuteczność jest niska i jest mało prawdopodobne, że znajdziesz ją w nowoczesnym zasilaczu.

⇡ Przetwornik główny

Ogólna zasada działania wszystkich zasilaczy impulsowych o izolowanej topologii (z transformatorem) jest taka sama: kluczowy tranzystor (lub tranzystory) wytwarza prąd przemienny na uzwojeniu pierwotnym transformatora, a kontroler PWM kontroluje cykl pracy ich przełączania. Konkretne obwody różnią się jednak zarówno liczbą kluczowych tranzystorów i innych elementów, jak i cechami jakościowymi: wydajnością, kształtem sygnału, zakłóceniami itp. Jednak tutaj zbyt wiele zależy od konkretnej implementacji, aby warto się na tym skupiać. Dla zainteresowanych przedstawiamy komplet schematów oraz tabelę, które pozwolą na ich identyfikację w konkretnych urządzeniach po składzie części.

	tranzystory	Diody	Kondensatory	Nogi uzwojenia pierwotnego transformatora
Pojedynczy tranzystor do przodu	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Oprócz powyższych topologii, w drogich zasilaczach występują wersje rezonansowe (rezonansowe) półmostka, które łatwo rozpoznać po dodatkowej dużej cewce (lub dwóch) i kondensatorze tworzącym obwód oscylacyjny.

Pojedynczy tranzystor do przodu

⇡ Obwód wtórny

Obwód wtórny to wszystko, co znajduje się za uzwojeniem wtórnym transformatora. W większości nowoczesnych zasilaczy transformator ma dwa uzwojenia: z jednego z nich usuwane jest napięcie 12 V, a z drugiego 5 V. Prąd jest najpierw prostowany za pomocą zespołu dwóch diod Schottky'ego - jednej lub więcej na szynę (na najbardziej obciążona magistrala - 12 V - w mocnych zasilaczach są cztery zespoły). Bardziej wydajne pod względem sprawności są prostowniki synchroniczne, w których zamiast diod zastosowano tranzystory polowe. Ale to przywilej naprawdę zaawansowanych i drogich zasilaczy, które mogą pochwalić się certyfikatem 80 PLUS Platinum.

Szyna 3,3 V zazwyczaj pochodzi z tego samego uzwojenia co szyna 5 V, jedynie napięcie jest obniżane za pomocą nasycanego dławika (Mag Amp). Specjalne uzwojenie na transformatorze 3,3 V to egzotyczna opcja. Z napięć ujemnych w obecnym standardzie ATX pozostaje tylko -12 V, które jest usuwane z uzwojenia wtórnego pod szyną 12 V za pomocą oddzielnych diod niskoprądowych.

Sterowanie kluczem PWM przetwornicy powoduje zmianę napięcia na uzwojeniu pierwotnym transformatora, a co za tym idzie, na wszystkich uzwojeniach wtórnych jednocześnie. Jednocześnie pobór prądu przez komputer nie jest w żaden sposób równomiernie rozłożony pomiędzy szynami zasilacza. W nowoczesnym sprzęcie najbardziej obciążona magistrala to 12 V.

Wymagane są dodatkowe środki w celu oddzielnej stabilizacji napięcia na różnych szynach. Klasyczna metoda polega na zastosowaniu dławika stabilizacji grupowej. Przez jego uzwojenia przechodzą trzy główne opony, w wyniku czego, jeśli prąd wzrośnie na jednej magistrali, wówczas napięcie spadnie na pozostałych. Załóżmy, że prąd wzrósł na szynie 12 V i aby zapobiec spadkowi napięcia, kontroler PWM zmniejszył cykl pracy kluczowych tranzystorów. W rezultacie napięcie na szynie 5 V mogło przekroczyć dopuszczalne granice, ale zostało stłumione przez cewkę stabilizującą grupę.

Napięcie na szynie 3,3 V jest dodatkowo regulowane przez kolejny nasycany dławik.

W bardziej zaawansowanej wersji zapewniona jest oddzielna stabilizacja szyn 5 i 12 V dzięki nasycanym dławikom, ale teraz ta konstrukcja w drogich zasilaczach wysokiej jakości ustąpiła miejsca przetwornicom DC-DC. W tym drugim przypadku transformator posiada pojedyncze uzwojenie wtórne o napięciu 12 V, a dzięki przetwornicom prądu stałego uzyskuje się napięcia 5 V i 3,3 V. Ta metoda jest najkorzystniejsza dla stabilności napięcia.

Filtr wyjściowy

Ostatnim etapem każdej szyny jest filtr, który wygładza tętnienia napięcia powodowane przez kluczowe tranzystory. Ponadto pulsacje prostownika wejściowego, którego częstotliwość jest równa dwukrotności częstotliwości sieci, w takim czy innym stopniu przedostają się do obwodu wtórnego zasilacza.

Filtr tętniący składa się z dławika i dużych kondensatorów. Wysokiej jakości zasilacze charakteryzują się pojemnością co najmniej 2000 mikrofaradów, ale producenci tanich modeli mają rezerwę na oszczędności, instalując kondensatory na przykład o połowę mniejsze, co nieuchronnie wpływa na amplitudę tętnień.

⇡ Zasilanie rezerwowe +5VSB

Opis podzespołów zasilacza byłby niepełny bez wspomnienia napięcia standby wynoszącego 5 V, które umożliwia uśpienie komputera i zapewnia pracę wszystkich urządzeń, które muszą być cały czas włączone. „Pomieszczenie dyżurne” zasilane jest z osobnego przetwornika impulsów z transformatorem małej mocy. W niektórych zasilaczach w obwodzie sprzężenia zwrotnego znajduje się także trzeci transformator, który izoluje sterownik PWM od obwodu pierwotnego przetwornika głównego. W pozostałych przypadkach funkcję tę pełnią transoptory (LED i fototranzystor w jednym pakiecie).

⇡ Metodologia testowania zasilaczy

Jednym z głównych parametrów zasilacza jest stabilność napięcia, która znajduje odzwierciedlenie w tzw. charakterystyka obciążenia poprzecznego. KNKH to wykres, na którym na jednej osi naniesiony jest prąd lub moc na szynie 12 V, a na drugiej całkowity prąd lub moc na szynach 3,3 i 5 V. W punktach przecięcia dla różnych wartości obu zmiennych, odchylenie napięcia od nominalnego dla tej czy innej opony. W związku z tym publikujemy dwa różne KNX - dla magistrali 12 V i dla magistrali 5 / 3,3 V.

Kolor kropki oznacza procent odchylenia:

• zielony: ≤ 1%;
• jasnozielony: ≤ 2%;
• żółty: ≤ 3%;
• pomarańczowy: ≤ 4%;
• czerwony: ≤ 5%.
• biały: > 5% (niedopuszczalne w standardzie ATX).

Aby uzyskać CNC, stosuje się wykonane na zamówienie stanowisko testowe zasilaczy, które wytwarza obciążenie w wyniku rozpraszania ciepła na potężnych tranzystorach polowych.

Kolejnym równie ważnym testem jest określenie zakresu tętnień na wyjściu zasilacza. Standard ATX dopuszcza tętnienia w zakresie 120 mV dla magistrali 12 V i 50 mV dla magistrali 5 V. Występują tętnienia o wysokiej częstotliwości (przy częstotliwości dwukrotnie większej od częstotliwości klucza głównego przetwornika) i tętnienia o niskiej częstotliwości (przy dwukrotnie większej częstotliwości sieci ).

Mierzymy ten parametr za pomocą oscyloskopu USB Hantek DSO-6022BE przy maksymalnym obciążeniu zasilacza określonym w specyfikacji. Na poniższym oscylogramie zielony wykres odpowiada magistrali 12 V, żółty - 5 V. Widać, że tętnienia mieszczą się w normalnych granicach, a nawet z marginesem.

Dla porównania przedstawiamy zdjęcie tętnień na wyjściu zasilacza starego komputera. Ten blok początkowo nie był świetny, ale z czasem wyraźnie się nie poprawił. Sądząc po zakresie tętnień o niskiej częstotliwości (należy pamiętać, że podział podstawy napięcia został zwiększony do 50 mV, aby dopasować się do oscylacji na ekranie), kondensator wygładzający na wejściu stał się już bezużyteczny. Tętnienia wysokiej częstotliwości na szynie 5 V są na granicy akceptowalnych 50 mV.

Poniższy test określa sprawność urządzenia przy obciążeniu od 10 do 100% mocy znamionowej (porównując moc wyjściową z mocą wejściową zmierzoną za pomocą watomierza domowego). Dla porównania wykres przedstawia kryteria dla poszczególnych kategorii 80 PLUS. Jednak obecnie nie budzi to większego zainteresowania. Wykres pokazuje wyniki topowego zasilacza Corsaira w porównaniu do bardzo taniego Anteca i różnica nie jest aż tak duża.

Bardziej palącym problemem dla użytkownika jest hałas wydobywający się z wbudowanego wentylatora. Nie da się tego zmierzyć bezpośrednio w pobliżu ryczącego stanowiska do badania zasilacza, dlatego prędkość obrotową wirnika mierzymy tachometrem laserowym - także przy mocy od 10 do 100%. Na poniższym wykresie widać, że przy niskim obciążeniu tego zasilacza, wentylator 135 mm utrzymuje niskie obroty i jest w ogóle ledwo słyszalny. Przy maksymalnym obciążeniu hałas można już rozróżnić, ale poziom jest nadal całkiem akceptowalny.

Zasilanie impulsowe lub liniowe. Tło

Chyba dla nikogo nie jest tajemnicą, że większość specjalistów, radioamatorów i po prostu technicznie wyszkolonych nabywców zasilaczy obawia się zasilaczy impulsowych, preferując zasilacze liniowe.

Powód jest prosty i jasny. Reputacja zasilaczy impulsowych została poważnie nadszarpnięta już w latach 80-tych, w okresie masowych awarii domowych telewizorów kolorowych, importowanego sprzętu wideo niskiej jakości, wyposażonego w pierwsze zasilacze impulsowe.

Co mamy dzisiaj? Prawie wszystkie nowoczesne telewizory, sprzęt wideo, sprzęt AGD i komputery są używane impulsBlokiodżywianie. Obszarów zastosowań źródeł liniowych (analogowych, parametrycznych) jest coraz mniej. Zasilacz liniowy trudno dziś znaleźć w sprzęcie gospodarstwa domowego. Ale stereotyp pozostał. I nie jest to konserwatyzm, mimo szybkiego postępu elektroniki przełamywanie stereotypów następuje bardzo powoli.

Spróbujmy obiektywnie spojrzeć na obecną sytuację i spróbować zmienić opinię ekspertów. Rozważ „stereotypowe” i nieodłączne zasilacze impulsowe Wady: złożoność, zawodność, zakłócenia.

Blok zasilania impulsowego. Stereotyp „trudności”

Tak, przełączanie zasilaczy złożone, a dokładnie trudniejsze niż analogowe, ale znacznie prostsze niż komputer czy telewizor. Nie musisz rozumieć ich obwodów elektrycznych, tak samo jak obwodów telewizora kolorowego. Zostaw to profesjonalistom. Dla profesjonalistów nie ma nic skomplikowanego.

Blok zasilania impulsowego. Stereotyp „niepewny”

Podstawa elementu zasilacza impulsowego nie stoi w miejscu. Nowoczesny sprzęt stosowany dziś w zasilaczach impulsowych pozwala z całą pewnością stwierdzić: zawodność to mit. Zasadniczo niezawodność zasilacza impulsowego, jak każdego innego sprzętu, zależy od jakości zastosowanej podstawy elementu. Im droższy zasilacz impulsowy, tym droższa jest w nim podstawa elementu. Wysoka integracja pozwala na wdrożenie dużej liczby wbudowanych zabezpieczeń, które czasami nie są dostępne w źródłach liniowych.

Blok zasilania impulsowego. Stereotyp „interwencja”

A jakie są zalety zasilacza impulsowego?

Blok zasilania impulsowego. Wysoka wydajność

Wysoka sprawność (do 98%) zasilacza impulsowego jest związana z cechą obwodów. Głównymi stratami w źródle analogowym są transformator sieciowy i stabilizator analogowy (regulator). W zasilaczu impulsowym nie ma ani jednego, ani drugiego. Zamiast transformatora sieciowego zastosowano transformator wysokiej częstotliwości, a zamiast stabilizatora zastosowano kluczowy element. Ponieważ kluczowe elementy są przez większość czasu włączone lub wyłączone, straty energii w zasilaczu impulsowym są minimalne. Wydajność źródła analogowego może wynosić około 50%, to znaczy połowa jego energii (i pieniędzy) jest wydawana na ogrzewanie otaczającego powietrza, innymi słowy, odlatują pod wiatr.

Blok zasilania impulsowego. lekka waga

Zasilacz impulsowy ma mniejszą wagę, ponieważ wraz ze wzrostem częstotliwości można zastosować mniejsze transformatory dla tej samej przesyłanej mocy. Masa zasilacza impulsowego jest kilkakrotnie mniejsza niż zasilacza analogowego.

Blok zasilania impulsowego. niższy koszt

Popyt tworzy podaż. Dzięki masowej produkcji zunifikowanej podstawy elementowej i opracowaniu kluczowych tranzystorów dużej mocy, dziś mamy niskie ceny podstawy mocy zasilaczy impulsowych. Im wyższa moc wyjściowa, tym tańsze źródło w porównaniu z kosztem podobnego źródła liniowego. Ponadto główne elementy źródła analogowego (miedź, żelazo transformatorowe, radiatory aluminiowe) stale stają się droższe.

Blok zasilania impulsowego. Niezawodność

Dobrze słyszałeś, niezawodność. W tej chwili zasilacze impulsowe są bardziej niezawodne niż liniowe ze względu na obecność we współczesnych zasilaczach wbudowanych obwodów zabezpieczających przed różnymi nieprzewidzianymi sytuacjami, na przykład przed zwarciami, przeciążeniami, skokami napięcia, odwrotną polaryzacją obwodów wyjściowych. Wysoka sprawność powoduje mniejsze straty ciepła, co z kolei powoduje mniejsze przegrzewanie się podstawy elementu zasilacza impulsowego, co jest jednocześnie wskaźnikiem niezawodności.

Blok zasilania impulsowego. Wymagania dotyczące napięcia sieciowego

To, co dzieje się w krajowych sieciach elektroenergetycznych, zapewne wiesz z pierwszej ręki. 220 woltów w gniazdku jest raczej rzadkością niż normą. A zasilacze impulsowe pozwalają na najszerszy zakres napięcia zasilania, nieosiągalny dla liniowych. Typowy dolny próg napięcia sieciowego dla zasilacza impulsowego wynosi 90 ... 110 V, każde źródło analogowe przy tym napięciu będzie co najwyżej „tętnić” lub po prostu się wyłączy.

Zatem impuls czy liniowy? W każdym razie wybór należy do Ciebie, chcieliśmy tylko pomóc Ci obiektywnie spojrzeć na zasilacze impulsowe i dokonać właściwego wyboru. Tylko nie zapominaj, że wysokiej jakości źródło to źródło wykonane profesjonalnie, w oparciu o wysokiej jakości komponenty. A jakość jest zawsze ceną. Darmowy ser tylko w pułapce na myszy. Jednak to ostatnie zdanie odnosi się w równym stopniu do każdego źródła, zarówno impulsowego, jak i analogowego.

Wtórne źródła zasilania są integralną częścią projektu każdego urządzenia elektronicznego. Przeznaczone są do zamiany napięcia przemiennego lub stałego z sieci lub akumulatora na napięcie stałe lub przemienne niezbędne do pracy urządzenia, są to zasilacze.

Rodzaje

Zasilacze nie tylko wchodzą w obwód dowolnego urządzenia, ale mogą być również wykonywane jako oddzielna jednostka, a nawet zajmować całe warsztaty zasilające.

Istnieje kilka wymagań dotyczących zasilaczy. Wśród nich: wysoka wydajność, wysoka jakość napięcia wyjściowego, obecność zabezpieczeń, kompatybilność sieciowa, niewielkie rozmiary i waga itp.

Wśród zadań zasilacza można wymienić:

• Przesyłanie energii elektrycznej przy minimalnych stratach;
• Transformacja jednego rodzaju napięcia na inny;
• Tworzenie częstotliwości innej niż częstotliwość prądu źródłowego;
• Zmiana wartości napięcia;
• Stabilizacja. Zasilacz musi generować stabilny prąd i napięcie. Parametry te nie mogą przekraczać ani spadać poniżej określonego limitu;
• Zabezpieczenie przed zwarciami i innymi awariami w zasilaczu, które mogą doprowadzić do uszkodzenia urządzenia dostarczającego energię;
• Izolacja galwaniczna. Sposób zabezpieczenia przed przepływem prądów poziomujących i innych. Prądy takie mogą uszkodzić sprzęt i zranić ludzi.

Ale często zasilacze w urządzeniach gospodarstwa domowego mają tylko dwa zadania - przekształcanie przemiennego napięcia elektrycznego na prąd stały i przekształcanie częstotliwości prądu sieciowego.

Najpopularniejsze są dwa rodzaje zasilaczy. Różnią się designem. Są to zasilacze liniowe (transformatorowe) i impulsowe.

Zasilacze liniowe

Początkowo zasilacze były produkowane tylko w tej formie. Napięcie w nich jest przekształcane przez transformator mocy. obniża amplitudę harmonicznej sinusoidalnej, która następnie jest prostowana mostkiem diodowym (istnieją obwody z pojedynczą diodą). przekształcić prąd w pulsujący. Następnie prąd pulsujący jest wygładzany za pomocą filtra na kondensatorze. Na koniec prąd jest stabilizowany za pomocą .

Żeby zrozumieć co się dzieje wyobraźmy sobie sinusoidę – tak wygląda kształt napięcia wchodzącego do naszego zasilacza. Transformator niejako spłaszcza tę sinusoidę. Mostek diodowy przecina go poziomo na pół i podnosi dolną część sinusoidy do góry. Uzyskuje się już stałe, ale wciąż pulsujące napięcie. Filtr kondensatorowy kończy pracę i „wciska” tę sinusoidę do tego stopnia, że ​​okazuje się, że jest to linia prawie prosta, a to jest prąd stały. W przybliżeniu tak, może zbyt prosto i z grubsza, można opisać działanie zasilacza liniowego.

Plusy i minusy zasilaczy liniowych

Zaletami są prostota urządzenia, jego niezawodność i brak zakłóceń o wysokiej częstotliwości, w przeciwieństwie do analogów impulsowych.

Wady obejmują dużą wagę i rozmiar, zwiększające się proporcjonalnie do mocy urządzenia. Również triody, które idą na koniec obwodu i stabilizują napięcie, zmniejszają wydajność urządzenia. Im bardziej stabilne napięcie, tym większe będą jego straty na wyjściu.

Przełączanie zasilaczy

Zasilacze impulsowe tej konstrukcji pojawiły się w latach 60. ubiegłego wieku. Działają na zasadzie falownika. Oznacza to, że nie tylko przekształcają napięcie stałe w napięcie przemienne, ale także zmieniają jego wartość. Napięcie z sieci zasilającej urządzenie jest prostowane przez prostownik wejściowy. Następnie amplituda jest wygładzana przez kondensatory wejściowe. Otrzymuje się prostokątne impulsy o wysokiej częstotliwości, o określonej powtarzalności i czasie trwania impulsu.

Dalsza droga impulsów zależy od konstrukcji zasilacza:

• W jednostkach z izolacją galwaniczną impuls wchodzi do transformatora.
• W zasilaczu bez odsprzęgania impuls trafia bezpośrednio do filtra wyjściowego, który odcina niskie częstotliwości.

Zasilacz impulsowy z izolacją galwaniczną

Impulsy o wysokiej częstotliwości z kondensatorów wchodzą do transformatora, który oddziela jeden obwód elektryczny od drugiego. O to chodzi. Ze względu na wysoką częstotliwość sygnału zwiększa się wydajność transformatora. Pozwala to na zmniejszenie masy transformatora i jego gabarytów w zasilaczach impulsowych, a co za tym idzie – całego urządzenia. Jako rdzeń zastosowano związki ferromagnetyczne. Zmniejsza to również rozmiar urządzenia.

Ten typ konstrukcji obejmuje konwersję prądu w trzech etapach:

1. Modulator szerokości impulsu;
2. Kaskada tranzystorów;
3. Transformator impulsowy.

Co to jest modulator szerokości impulsu

W inny sposób konwerter ten nazywany jest kontrolerem PWM. Jego zadaniem jest zmiana czasu w jakim będzie przykładany impuls prostokątny. zmienia czas trwania impulsu. Zmienia czas, w którym impuls nie jest podany. Ale częstotliwość karmienia pozostaje taka sama.

Jak stabilizuje się napięcie w zasilaczach impulsowych

We wszystkich zasilaczach impulsowych realizowany jest rodzaj sprzężenia zwrotnego, w którym za pomocą części napięcia wyjściowego kompensowany jest wpływ napięcia wejściowego na system. Pozwala to ustabilizować losowe zmiany napięcia wejściowego i wyjściowego.

W układach z izolacją galwaniczną służą do tworzenia ujemnego sprzężenia zwrotnego. W zasilaczu bez odsprzęgania sprzężenie zwrotne realizowane jest przez dzielnik napięcia.

Plusy i minusy zasilaczy impulsowych

Z plusów można wyróżnić mniejszą masę i rozmiar. Wysoka wydajność, poprzez redukcję strat związanych z procesami przejściowymi w obwodach elektrycznych. Niższa cena w porównaniu do zasilaczy liniowych. Możliwość wykorzystania tego samego zasilacza w różnych krajach świata, gdzie parametry sieci energetycznej różnią się od siebie. Obecność zabezpieczenia przed zwarciem.

Wadą zasilaczy impulsowych jest niezdolność do pracy przy zbyt dużych lub zbyt małych obciążeniach. Nie nadaje się do niektórych typów urządzeń precyzyjnych, ponieważ powodują zakłócenia radiowe.

Aplikacja

Zasilacze liniowe są aktywnie zastępowane przez ich przełączające odpowiedniki. Teraz zasilacze liniowe można znaleźć w pralkach, kuchenkach mikrofalowych i systemach grzewczych.

Zasilacze impulsowe znajdują zastosowanie niemal wszędzie: w technice komputerowej i telewizorach, w sprzęcie medycznym, w większości sprzętu AGD, w sprzęcie biurowym.

!
Jeśli szukasz prostego i niezawodnego liniowego obwodu zasilającego, to ten artykuł jest dla Ciebie. Tutaj znajdziesz kompletną instrukcję montażu, a także ustawienia tego zasilacza. Autorem tego domowego produktu jest Roman (kanał YouTube „Open Frime TV”).

Na początek trochę tła. Niedawno autor remontował swoje miejsce pracy i chciał zainstalować jednostkę liniową jako trzeci zasilacz, ponieważ czasami musi składać obwody, które nie tolerują tętnień napięcia. A jak wiemy, na wyjściu bloku liniowego tętnienie napięcia jest prawie całkowicie nieobecne.

Do tego momentu autor niezbyt interesował się blokami liniowymi i jakoś nie zagłębiał się zbytnio w ten temat. Kiedy pojawił się pomysł zbudowania takiego bloku, Roman od razu otworzył ukochany i powszechnie znany hosting wideo YouTube. W rezultacie, po długich poszukiwaniach, autorowi udało się zidentyfikować dla siebie 2 schematy. Autorem pierwszego jest AKA KASYAN (autor kanału YouTube o tej samej nazwie), natomiast drugiego obwodu opartego na wzmacniaczach operacyjnych.

Ponieważ jednak wzmacniacze operacyjne mogą pracować przy napięciach do 32 V, odpowiednio napięcie wyjściowe nie może przekroczyć tego limitu, co oznacza, że ​​​​obwód ten nie jest już potrzebny.

OK, możesz złożyć obwód od Kasyana, ale nawet tutaj byliśmy rozczarowani. Ten schemat boi się statyki. Objawiało się to eksplozją tranzystorów, jeśli weźmiemy pod uwagę styki wyjściowe.

Zdarzyło się to kilka razy. A potem autor postanowił porzucić ten schemat. Powiesz, że Internet jest pełen liniowych obwodów zasilających.

Tak, oczywiście, że tak, ale tylko te dwa schematy wymienione powyżej miały normalnie ustawione pieczęcie, które można było po prostu pobrać. Cała reszta albo bez uszczelek, albo zmontowana poprzez powieszenie. A my (radiowcy) jesteśmy przyzwyczajeni, że wszystko podane jest na srebrnej tacy.

Autor zdecydował się na hodowlę zwykłego sygnetu. Płytka okazała się dość zwarta. Po przetestowaniu tego schematu, co zaskakujące, okazał się on doskonały.

Taka prostota spodobała się autorowi na tyle, że postanowił nawet zrobić z tej planszy zestaw. W tym celu należy przekonwertować sygnet do pliku Gerber (plik z rozszerzeniem .gbr, który jest projektem płytki drukowanej do późniejszej produkcji fotomasek na różnych urządzeniach). Następnie musisz wysłać deski do produkcji.

I teraz, kilka tygodni od zamówienia, odbieramy nasze długo wyczekiwane deski. Po otwarciu opakowania i dokładnym obejrzeniu desek możemy mieć pewność, że wszystko wyszło bardzo wysokiej jakości i pięknie.

Przylutujmy więc tę płytkę i sprawdźmy ją w działaniu. Nie ma zbyt wielu elementów do instalacji, lutowanie zajmuje około 20 minut, nie więcej.

Koniec z lutowaniem. Dokonujemy pierwszego włączenia. I tu czeka nas małe rozczarowanie. Deska ta nie była pozbawiona ościeży. Przejawiały się one tym, że przy obrocie pokrętła potencjometru w lewo następuje wzrost napięcia i prądu, a przy obrocie pokrętła potencjometru w prawo następuje spadek.

Stało się tak dlatego, że autor umieścił na przewodach rezystory do tej płytki (do późniejszego montażu na obudowie) i tam można było bez problemu zmienić kierunek obrotu po prostu zmieniając styki boczne. OK, ale wszystko inne działa jak należy.

Ale mimo to autor poprawił sygnet, teraz przy obróceniu potencjometru w prawo następuje wzrost napięcia, wszystko jest tak, jak powinno. Można więc bezpiecznie pobrać i powtórzyć ten projekt (archiwum z tą płytką drukowaną znajduje się w opisie pod oryginalnym filmem autora, należy kliknąć link ŹRÓDŁO na końcu artykułu).

A teraz przejdźmy do szczegółowego zbadania obwodu i samej płytki. Schemat możecie zobaczyć na swoich ekranach.

Zasilacz ten wyposażony jest w regulator napięcia i prądu oraz układ zabezpieczający przed zwarciem, który w takich blokach jest po prostu niezbędny.

Wyobraź sobie przez chwilę, co dzieje się podczas zwarcia, gdy napięcie wejściowe wynosi 36V. Okazuje się, że całe napięcie jest rozpraszane na tranzystorze mocy, który oczywiście nie wytrzyma takiej kpiny.

Tutaj można skonfigurować ochronę. Za pomocą tego rezystora dostrajającego ustawiamy dowolny prąd wyzwalający.

Zainstalowano tutaj przekaźnik ochronny 12 V, a napięcie wejściowe może osiągnąć 40 V. Dlatego konieczne było uzyskanie napięcia 12V.

Można to zrealizować za pomocą stabilizatora parametrycznego na tranzystorze i diodzie Zenera. Dioda Zenera 13 V, ponieważ występuje spadek napięcia na złączach kolektor-emiter dwóch tranzystorów.

Teraz możesz rozpocząć testowanie tego liniowego zasilacza. Dostarczamy napięcie 40V z zasilacza laboratoryjnego. Na obciążeniu zawieszamy żarówkę przeznaczoną na napięcie 36V, o mocy 100W.

Następnie zaczynamy powoli obracać rezystor zmienny.

Jak widać regulacja napięcia działa prawidłowo. Spróbujmy teraz wyregulować prąd.

Jak widać, gdy drugi rezystor się obraca, prąd maleje, co oznacza, że ​​​​obwód działa normalnie.
Ponieważ jest to jednostka liniowa i całe „dodatkowe” napięcie zamieniane jest na ciepło, potrzebuje dość dużego grzejnika. Do tych celów doskonale sprawdziły się radiatory z procesora komputera. Takie grzejniki mają dużą powierzchnię rozpraszania, a jeśli są wyposażone w wentylator, to w zasadzie można całkowicie zapomnieć o przegrzaniu tranzystora.

Jaki zasilacz wybrać: impulsowy czy liniowy?

Oczywiście wybór należy do Ciebie, ale my chcemy podzielić się z Tobą ciekawymi i przydatnymi informacjami!

Większość specjalistów technicznych i kupujących z doświadczeniem będzie ostrożna przed przełączaniem zasilaczy, w latach 80. ich reputacja została poważnie nadszarpnięta, zaczęło się od masowych awarii pracy, domowych telewizorów kolorowych i importowanego sprzętu wideo wyposażonego w zasilacz impulsowy.

I z czym skończymy? Prawie wszystkie sprzęty AGD, sprzęt video, telewizory, komputery wyposażone są w zasilacze impulsowe i tyle, widać mniejsze zużycie zasilaczy liniowych. Zdefiniujmy zalety, niezawodność, wady zasilaczy impulsowych.

Jaka jest rzekomo złożoność przełączania zasilaczy? Fakt, że są bardziej skomplikowane niż analogi, ale prostsze niż komputer i telewizor. I oczywiście myślę, że nie musisz tego rozumieć, pozwól, aby zrobili to profesjonaliści.

Określmy niezawodność bloków impulsowych? Ciągła modernizacja bazy elementów zasilacza impulsowego i nowoczesnego sprzętu nie jest niezawodna. Bardziej słuszne byłoby stwierdzenie, że niezawodność zasilacza impulsowego zależy od prawidłowego użycia podstawy elementu. Integracja pozwala na wdrożenie dużej liczby wbudowanych zabezpieczeń, które nie są dostępne w źródłach liniowych.

Zasilacze impulsowe są oczywiście bardziej niezawodne niż liniowe ze względu na obecność w nowoczesnych zasilaczach wbudowanych obwodów zabezpieczających przed różnymi sytuacjami, na przykład przed przeciążeniem, skokami napięcia, zwarciami, odwrotną polaryzacją obwodów wyjściowych. A wysoka wydajność gwarantuje mniejsze straty ciepła, co z kolei daje mniejsze przegrzanie podstawy elementu zasilacza impulsowego, co jest wskaźnikiem niezawodności.

Sprawność zasilacza impulsowego. Sprawność to współczynnik sprawności, oznaczenie tego parametru określa jak efektywnie zasilacz może przetwarzać energię na podzespoły. Pomiar jest procentowy i im wyższy do 100%, tym wyższa wydajność. Sprawność zasilaczy impulsowych jest wysoka i sięga 98%. W zasilaczu analogowym głównymi stratami są transformator i stabilizator analogowy, których nie ma w zasilaczach impulsowych, zamiast transformatora sieciowego stosuje się transformator wysokiej częstotliwości, a zamiast stabilizatora stosuje się kluczowy element. Dopóki kluczowe elementy są włączone lub wyłączone, straty energii w jednostce impulsowej są minimalne. Wydajność analogowego zasilacza wynoszącą około 50% jest po prostu wydawana na ogrzewanie otaczającego powietrza, na ogół je tracisz.

Masa zasilacza impulsowego jest znacznie mniejsza niż analogowego. Oraz niewielka waga zasilacza impulsowego wynikająca z faktu, że wraz ze wzrostem częstotliwości można zastosować mniejsze transformatory przy tej samej przesyłanej mocy.

A dzięki masowej produkcji zunifikowanej podstawy elementów i opracowaniu kluczowych tranzystorów dużej mocy, dziś mamy niskie ceny podstawy mocy zasilaczy impulsowych. Im wyższa moc wyjściowa, tym tańszy zasilacz impulsowy w porównaniu z podobnym zasilaczem liniowym.

Jakie są wymagania dotyczące napięcia sieciowego dla zasilaczy impulsowych? Dla nas, jak wiadomo, 220 woltów w gniazdku jest najprawdopodobniej rzadkością niż normą. W zasilaczach impulsowych dopuszczalny jest duży zakres napięcia zasilania, czego nie można powiedzieć o blokach liniowych.

Na czym więc się poprzestać przy wyborze zasilacza? Myślę, że dokonasz właściwego wyboru i mamy nadzieję, że artykuł był dla Ciebie przydatny i interesujący. Zaufaj profesjonalistom i wybierz wysokiej jakości zasilacz, który wykonany jest w oparciu o wysokiej jakości komponenty!

Można zapoznać się z zasilaczami znanych producentów