Блок живлення - це
Блок живлення (БП) - пристрій, призначений для формування напруги. необхідного системі, з напруги електричної мережі. Найчастіше блоки живлення перетворюють змінний струм мережі 220 В частотою 50 Гц (дляУкаіни. В інших країнах використовують інші рівні і частоти) в заданий постійний струм.
трансформаторні БП
Класичним блоком живлення є трансформаторний БП. У загальному випадку він складається з понижуючого трансформатора або автотрансформатора. у якого первинна обмотка розрахована на мережеве напруга. Потім встановлюється випрямляч. перетворює змінну напругу в постійне (пульсуюче односпрямоване). У більшості випадків випрямляч складається з одного діода (однополуперіодний випрямляч) або чотирьох діодів, що утворюють діодний міст (двухполуперіодний випрямляч). Іноді використовуються й інші схеми, наприклад, в випрямлячах з подвоєнням напруги. Після випрямляча встановлюється фільтр. згладжує коливання (пульсації). Зазвичай він являє собою просто конденсатор великої ємності.
Також в схемі можуть бути встановлені фільтри високочастотних перешкод, сплесків, захисту від КЗ. стабілізатори напруги і струму.
Габарити трансформатора
Існує формула, нескладно виведена з базових законів електротехніки (і навіть рівнянь Максвелла):
де n - число витків на 1 вольт (в лівій частині формули варто ЕРС одного витка, яка є за рівнянням Максвелла похідна від магнітного потоку, потік є щось у вигляді sin (f * t), в похідною f виноситься за дужки), f - частота змінної напруги, S - площа перерізу магнітопроводу, B - індукція магнітного поля в ньому. Формула описує амплітуду B, а не миттєве значення.
Величина B на практиці обмежена зверху виникненням гістерезису в осерді, що призводить до втрат на перемагнічування і перегріву трансформатора.
Якщо прийняти, що f є частота мережі (50 Гц), то єдині два параметра, доступні для вибору при розробці трансформатора, є S і n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см^2.
Збільшення S означає збільшення розмірів і ваги трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).
Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. У малопотужних трансформаторах, де струм через обмотку невеликий, цим можна знехтувати, але з підвищенням потужності струм через обмотку зростає і, при високому опорі обмотки, розсіює на ній значну теплову потужність, що неприпустимо.
Перераховані вище міркування приводять до того, що на частоті 50 Гц трансформатор великий (від десятків ватів) потужності може бути успішно реалізований тільки як пристрій великого габариту і ваги (по шляху підвищення S і перетину дроту зі зниженням n).
Тому в сучасних БП йдуть іншим шляхом, а саме шляхом підвищення f, тобто переходу на импульсные блоки питания. Такі блоки живлення в рази легше (причому основна частина ваги доводиться на екранує клітку) і значно менше габаритами, ніж класичні. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.
- простота конструкції
- надійність
- Доступність елементної бази
- Відсутність створюваних радіоперешкод (на відміну від імпульсних, що створюють перешкоди за рахунок гармонійних складових)
- Велика вага і габарити, особливо при великій потужності
- металоємність
- Компроміс між зниженням ККД і стабільністю вихідної напруги: для забезпечення стабільного напруги потрібно стабілізатор, що вносить додаткові втрати.
імпульсні БЖ
Принципова схема найпростішого однотактного імпульсного БП
Імпульсні блоки живлення є инверторной системою. В імпульсних блоках харчування змінна вхідна напруга спочатку випрямляється. Отримане постійна напруга перетвориться в прямокутні імпульси підвищеної частоти і певної шпаруватості. либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В імпульсних БП можуть застосовуватися малогабаритні трансформатори - це пояснюється тим, що з ростом частоти підвищується ефективність роботи трансформатора і зменшуються вимоги до габаритів (перетин) сердечника, необхідним для передачі еквівалентної потужності. У більшості випадків такий сердечник може бути виконаний з феромагнітних матеріалів, на відміну від сердечників низькочастотних трансформаторів, для яких використовується електротехнічна сталь.
В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Зворотній зв'язок дозволяє підтримувати вихідна напруга на відносно сталому рівні незалежно від коливань вхідного напруги і величини навантаження. Зворотний зв'язок можна організувати різними способами. У разі імпульсних джерел з гальванічною розв'язкою від живильної мережі найбільш поширеними способами є використання зв'язку за допомогою однієї з вихідних обмоток трансформатора або за допомогою оптрона. Залежно від величини сигналу зворотного зв'язку (залежному від вихідної напруги), змінюється шпаруватості імпульсів на виході ШІМ-контролера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким чином, блок живлення підтримує стабільну вихідну напругу.
Переваги імпульсних БП
- меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Маса лінійних стабілізаторів складається в основному з потужних важких низькочастотних силових трансформаторів і потужних радіаторів силових елементів, що працюють в лінійному режимі;
- меншою вартістю, завдяки масовому випуску уніфікованої елементної бази та розробці ключових транзисторів високої потужності. Крім цього слід зазначити значно нижчу вартість імпульсних трансформаторів при порівнянній переданої потужності, і можливість використання менш потужних силових елементів, оскільки режим їх роботи ключовий;
- порівнянної з лінійними стабілізаторами надійністю. (Блоки живлення обчислювальної техніки, оргтехніки, побутової техніки майже виключно імпульсні).
- широким діапазоном напруги живлення і частоти, недосяжним для порівнянного за ціною лінійного. На практиці це означає можливість використання одного і того ж імпульсного БП для переносної цифрової електроніки в різних країнах світу - Україна / США / Англія, сильно відмінних по напрузі і частоті в стандартних розетках.
- наявністю в більшості сучасних БП вбудованих ланцюгів захисту від різних непередбачених ситуацій, наприклад від короткого замикання і від відсутності навантаження на виході.
Недоліки імпульсних БП
- Робота основної частини схеми без гальванічної розв'язки від мережі, що, зокрема, дещо ускладнює ремонт таких БП;
- Всі без винятку імпульсні блоки живлення є джерелом високочастотних перешкод, оскільки це пов'язано з самим принципом їх роботи. Тому потрібно вживати додаткових заходів помехоподавленія, часто не дозволяють усунути перешкоди повністю. У зв'язку з цим часто неприпустимо застосування імпульсних БП для деяких видів апаратури.
- У розподілених системах електроживлення: ефект гармонік кратних трьом. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.