Блоки живлення. Види і робота. Особливості та застосування

Вторинні джерела живлення є невід’ємною частиною конструкції будь-якого радіоелектронного пристрою. Вони призначені для того, щоб перетворювати змінне або постійна напруга електромережі або акумулятора в постійне або змінне напруга, необхідне для роботи пристрою, це блоки живлення.

Джерела живлення бувають не тільки включені в схему будь-якого пристрою, але і можуть виконуватися у вигляді окремого блоку і навіть займати цілі цехи електропостачання.

До блокам харчування пред’являється кілька вимог. Серед них: високий ККД, високу якість вихідної напруги, наявність захистів, сумісність з мережею, невеликі розміри і маса і ін.

Серед завдань блоку живлення можуть числиться:

  • Передача електричної потужності з мінімумом втрат;
  • Трансформація одного виду напруги в інше;
  • Формування частоти відмінною від частоти струму джерела;
  • Зміна величини напруги;
  • Стабілізація. Блок живлення повинен на виході видавати стабільний струм і напруга. Ці параметри не повинні перевищувати або бути нижче певної межі;
  • Захист від короткого замикання та інших несправностей в джерелі живлення, які можуть привести до проблем із виробом, яке забезпечує блок живлення;
  • Гальванічна розв’язка. Метод захисту від протікання вирівнюють і інших струмів. Такі струми можуть приводити до поломок обладнання та вражати людей.

Але найчастіше перед блоками харчування в побутових приладах стоять тільки два завдання – перетворювати змінна електрична напруга в постійне і перетворювати частоту струму електромережі.

Серед блоків живлення найбільш поширені два типи. Вони розрізняються по конструкції. Це лінійні (трансформаторні) і імпульсні блоки живлення.

Лінійні блоки живлення

Спочатку джерела живлення виготовлялися тільки в такому вигляді. Напруга в них перетворюється силовим трансформатором. Трансформатор знижує амплітуду синусоїдальної гармоніки, яка потім випрямляється доданими мостом (бувають схеми з одним діодом). Діоди перетворять струм в пульсуючий. А далі пульсуючий струм згладжується за допомогою фільтра на конденсаторі. В кінці ток стабілізується за допомогою тріода.

Щоб просто зрозуміти, що відбувається, уявіть собі синусоїду – саме так виглядає форма напруги, що надходить в наш блок живлення. Трансформатор як би сплющує цю синусоїду. Діодний міст горизонтально рубає її навпіл і перевертає нижню частину синусоїди наверх. Уже виходить постійне, але все ще пульсує напруга. Фільтр конденсатора доробляє роботу і «притискає» цю синусоїду до такої міри, що виходить майже пряма лінія, а це і є постійний струм. Приблизно так, можливо, надто просто і грубо, можна описати роботу лінійного блоку живлення.

Плюси і мінуси лінійних БП

До переваг відноситься простота пристрою, його надійність і відсутність високочастотних перешкод на відміну від імпульсних аналогів.

До недоліків можна віднести велику вагу і розмір, збільшуються пропорційно потужності пристрою. Також тріоди, що йдуть в кінці схеми і стабілізуючі напруга знижують ККД пристрою. Чим стабільніша напруга, тим більші його втрати будуть на виході.

Імпульсні блоки живлення

Імпульсні блоки живлення такої конструкції з’явилися в 60-их роках минулого століття. Вони працюють за принципом інвертора. Тобто, не тільки перетворюють постійний струм в змінний, але і змінюють його величину. Напруга з електромережі потрапляючи в прилад випрямляється вхідним випрямлячем. Потім амплітуда згладжується вхідними конденсаторами. Виходять високочастотні імпульси прямокутної форми з певним повторенням і тривалістю імпульсу.

Подальший шлях імпульсів залежить від конструкції блоку живлення:

  • У блоках з гальванічною розв’язкою імпульс потрапляє в трансформатор.
  • У БП без розв’язки імпульс йде відразу на вихідний фільтр, який зрізає нижні частоти.
Імпульсний БП з гальванічною розв’язкою

Високочастотні імпульси з конденсаторів потрапляють в трансформатор, який відокремлює один електричний ланцюг від іншої. В цьому і полягає суть гальванічної розв’язки. Завдяки високій частотності сигналу ефективність трансформатора підвищується. Це дозволяє знизити в імпульсних БП масу трансформатора і його розміри, а, отже, і всього пристрою. В імпульсних трансформаторах як сердечник використовуються феромагнітні з’єднання. Це також дозволяє знизити габарити пристрою.

Конструкція такого типу передбачає перетворення струму в три етапи:

  1. Широтно-імпульсний модулятор;
  2. Транзисторний каскад;
  3. Імпульсний трансформатор.

Що таке широтно-імпульсний модулятор

По-іншому цей перетворювач називається ШІМ-контролер. Його завдання полягає в тому, щоб змінювати час, протягом якого буде подаватися імпульс прямокутної форми. Модулятор змінює час, протягом якого імпульс залишається включеним. Він змінює час, в яке імпульс не подається. Але частота подачі при цьому залишається однаковою.

Як стабілізується напруга в імпульсних БП

У всіх імпульсних БП реалізований вид зворотного зв’язку, при якому за допомогою частини вихідної напруги компенсується вплив вхідної напруги на систему. Це дозволяє стабілізувати випадкові вхідні і вихідні зміни напруги

У системах з гальванічною розв’язкою для створення негативного зворотного зв’язку застосовуються оптрони. У БП без розв’язки зворотний зв’язок реалізована дільником напруги.

Плюси і мінуси імпульсних БП

З плюсів можна виділити меншу масу і розміри. Високий ККД, за рахунок зниження втрат, пов’язаних з процесами переходу в електричних ланцюгах. Менша ціна в порівнянні з лінійними БП. Можливість використання одних і тих же БП в різних країнах світу, де значення напруги відрізняються між собою. Наявність захисту від короткого замикання.

Недоліками імпульсних БП є їх неможливість роботи на занадто високих або дуже низьких навантаженнях. Чи не підходять для окремих видів точних пристроїв, оскільки створюють радіоперешкоди.

застосування

Лінійні блоки живлення активно витісняються їх імпульсними аналогами. Зараз лінійні БП можна зустріти в пральних машинах, СВЧ-печах, системах опалення.

Імпульсні БЖ застосовуються майже всюди: в комп’ютерній техніці і телевізорах, в медичній техніці, в більшості побутових приладів, в оргтехніки.

Ссылка на основную публикацию