Что это такое
Упрощённо трансформаторный БП можно представить в виде схемы, состоящей из собственно трансформатора, выпрямителя, фильтра для сглаживания параметров выходного напряжения и стабилизатора. Такие устройства обладают достаточно простой схемотехникой, недорогие и обеспечивают низкий уровень помех выходного сигнала.
Но у них есть серьёзные конструктивные недостатки – большой вес и невысокий КПД. Значительная часть энергии преобразовывается в тепловую, поэтому проблема перегрева для таких устройств, особенно мощных – одна из самых актуальных.
Но и у инверторных оков питания имеются недостатки – сложная схемотехника, чувствительность к электромагнитным помехам. Что касается стоимости, то она вполне сравнима с трансформаторными устройствами.
Импульсные источники питания — общие принципы, преимущества и недостатки » Школа для электрика: электротехника и электроника
- помехоподавляющий фильтр;
- диодный выпрямитель;
- сглаживающий фильтр;
- ШИП;
- блок силовых ключевых транзисторов;
- высокочастотный трансформатор;
- выпрямители;
- групповые/индивидуальные фильтры.
Принцип работы импульсного (инверторного) блока питания
А теперь рассмотрим, как работает импульсный блок питания, на полупрофессиональном уровне.
Если такая гальваническая развязка присутствует, высокочастотные сигналы по принципу обратной связи снова направляются на трансформатор, который использует их для осуществления гальванической развязки. Чтобы повысить КПД трансформатора, используется такой приём, как повышение его рабочей частоты.
Инверторный принцип обратной связи реализован посредством взаимодействия 3 базовых цепочек:
- за широтно-импульсную модуляцию входного напряжения отвечает ШИМ-контроллер;
- второй элемент – каскад силовых ключей, включающий собранные по специальным схемам транзисторы (схема со средней точкой Push-Pull, мостовая или полумостовая);
- третья цепочка – собственно импульсный трансформатор.
Преобразование AC/DC
На мостовом выпрямителе видна маркировка GBU606. Цепь фильтра находится слева от выпрямителя. Большой чёрный конденсатор справа — один из удвоителей напряжения. Маленький жёлтый конденсатор — это специальный керамический Y-конденсатор, который защищает от всплесков напряжения
На двух схемах показан поток тока при колебаниях входного сигнала AC. Четыре диода заставляют ток течь в направлении по стрелке
Современные БП принимают «универсальное» входное напряжение от 85 до 264 вольт переменного тока, поэтому могут использоваться в разных странах независимо от напряжения в местной сети. Однако схема этого старого БП не могла справиться с таким широким диапазоном. Поэтому предусмотрен переключатель для выбора 115 или 230 В.
Схема удвоителя напряжения. Каждый конденсатор получает полный вольтаж, поэтому на выходе DC двойное напряжение. Серые диоды не используются в работе удвоителя
Принцип работы у импульсного блока питания — схема, плюсы, минусы
Две стороны БП
Источник питания с маркировкой основных элементов. Радиаторы, конденсаторы, плата управления и выходные кабели удалены ради лучшего обзора (SB означает источник резервного питания, standby supply)
Крупным планом показаны выходные диоды. Слева вертикально установлены цилиндрические диоды. В центре — пары прямоугольных силовых диодов Шоттки, в каждом корпусе по два диода. Эти диоды прикреплены к радиатору для охлаждения. Справа обратите внимание на два медных провода в форме скоб. Они используются в качестве резисторов для измерения тока
Нижняя сторона печатной платы. Обратите внимание на большое расстояние между цепями основной и вторичной сторон БП. Также обратите внимание, какие широкие металлические дорожки на основной стороне БП для тока высокого напряжения и какие тонкие дорожки для схем управления
Питание ?12 В регулируется крошечным стабилитроном ZD6 длиной около 3,6 мм на нижней стороне печатной платы. Соответствующий силовой резистор и транзистор A1015 находятся на верхней стороне платы
Магнитный усилитель представляет собой кольцо из ферритового материала с особыми магнитными свойствами. Вокруг кольца намотано несколько витков проволоки
Преимущества и недостатки импульсных блоков питания
- Меньший размер. По определению импульсные БП меньше и легче, чем трансформаторные.
- Высокий КПД. У среднего ЗУ смартфона он будет составляет 98%. Причина в меньших потерях, опять же в связи с генератором и миниатюрным трансформатором.
- Цена. ИБП немного дешевле, отчасти из-за меньшего кол-ва меди в составе.
- Универсальность. Купить импульсники можно для сверхузких задач. Они все чаще встречаются в робототехнике и электронике, поэтому их разнообразие несопоставимо с трансформаторами или линейниками.
- Одноразовость. В схемах дешевых импульсных блоков питания для телефонов гальваническая развязка отсутствует, поэтому ремонту они почти не подлежат. Впрочем, это нивелируется малой ценой.
- Помехи. Высокочастотные помехи в импульсниках присутствуют всегда. Правда, в дорогих схемах они активно подавляются.
Как устроен блок питания, который работает в каждом системнике / Хабр
- Больший размер. В этой схеме питания не предусмотрен стабилизатор (за исключением выходного конденсатора).
- Стабилизация трансформаторов крайне сомнительная. Они чаще пропускают скачки, из-за чего возможна поломка техники.
Схемы импульсных блоков питания
Схемотехника импульсных блоков питания поможет, если вы планируете самостоятельный ремонт. Нижеуказанные подсказки помогут разобраться в схематических указаниях.
Входной фильтр
Блок, отвечающий за чистку высокочастотных помех. Обычно – это дроссель с парой конденсаторов, которые подавляют лишние шумы.
Цель фильтра с представленной схемы – гасить собравшиеся помехи между фазой и нейтралью. Для этих целей устанавливаются Х-типа конденсаторы.
Сетевой выпрямитель и сглаживающий фильтр
Задача сетевого выпрямителя в инвертировании переменного напряжения в постоянное. Обычное сетевое электричество представляет собой синус, который то возникает над осью, то «ныряет» за нее. Выпрямитель же отсекает часть синусоидального сигнала, создавая следующую осциллограмму.
На схеме изображено два типа примитивных выпрямителей:
- На одном диоде. В промышленных изделия не встречаются. Как видно на картинке, он просто отсекает отрицательный сигнал, образуя импульсы.
- Диодных мост. Создает ровные импульсы без пропусков. Встречается повсеместно.
Инвертор или блок ключей
Инвертор – тот самый генератор импульсов. Состоять может из:
- Комбинации транзисторов. Они запускаются попеременно, создавая необходимую пульсацию.
- Микросхема. Фактически – это то же самое, но заключенное в один корпус. Встречается чаще, т.к. занимает меньше места и дешевле стоит.
Микросхемное выполнение также называют ШИМ (широтно-импульсная модуляция). В продаже встречаются разные ШИМ-контроллеры, с конкретными характеристиками. Некоторые могут работать даже с однодиодными выпрямителями.
