ВИДЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ — Нестабилизированный

Технические характеристики

Длина шнура, (см)

Выходное напряжение, (В)

Выбор выходного напряжения

Тип электросхемы

Входное напряжение, (В)

Выходной ток, (мА)

Количество насадок

Размер штекера

9V

10 мм (3,5×1,35)

10 мм (4,0×1,7)

12 мм (2,35×0,75)

12 мм (2,5)

12 мм (5,0×2,1)

12 мм (5,5×1,5)

12 мм (5,5×2,1)

12 мм (5,5×2,5)

15 мм (3,5)

Габариты и Вес

Длина изделия, (мм)

Толщина изделия, (мм)

Ширина изделия, (мм)

Простейший нестабилизированный однополярный источник питания

Схема простейшего источника питания приведена на рис. 9.5. Именно по та­кой схеме устроены почти все распространенные ныне блоки питания, встро­енные в сетевую вилку. Иногда в них вторичная обмотка имеет несколько отводов и присутствует ползунковый переключатель, который коммутирует эти отводы, меняя выходное напряжение. Так как эти блоки весьма дешевы, то в случае, когда вам не требуется большой мощности, спокойно можно по­купать такой блок, разбирать его и встраивать в вашу аппаратуру (или даже не встраивать — хотя, на мой вкус, громоздкие надолбы на розетках отнюдь не украшают интерьер, все время хотят вывалиться и к тому же не во всякую розетку влезают). Нужно только обратить внимание на допустимый ток на­грузки, который указан на корпусе такого блока. Что касается номинального напряжения, то этот вопрос мы сейчас рассмотрим.

Рис. 9.5. Простейший нестабилизированный однополярный источник питания

Как работает эта схема? Здесь переменный синусоидальный ток со вторич­ной обмотки трансформатора (II) подается на конструкцию из четырех дио­дов, которая называется диодным мостом и представляет собой простейший двухполупериодный выпрямитель (есть и другие способы двухполупериод-ного выпрямления, см. далее рис. 9.13 и пояснения к нему). В мосте этом мо­гут быть использованы любые типы выпрямительных диодов, лишь бы их предельно допустимый ток был не меньше необходимого (для указанных на схеме диодов 1N4001 это 1 А), а предельно допустимое напряжение было не меньше половины амплитудного значения входного переменного напряже­ния (так как в данном случае это всего 7 В, то здесь этому требованию удов­летворяют вообще все выпрямительные диоды). Такие мосты выпускаются уже в сборе, в одном корпусе, на котором иногда даже нарисовано, куда под­ключать переменное и откуда снимать постоянное напряжения. Их, конечно, тоже можно и нужно использовать.

Проследим за работой моста. Предположим, что на верхнем по схеме выводе вторичной обмотки в данный момент переменное напряжение, поступающее с обмотки, больше, чем на нижнем. Тогда ток в нагрузку (она обозначена пунктиром) потечет через правый верхний диод моста, а возвратится в об­мотку через левый нижний. Полярность на нагрузке, как видим, соблюдается. В следующем полупериоде, когда на верхнем выводе обмотки напряжение меньше, чем на нижнем, ток через нагрузку потечет, наоборот, через левый верхний диод и возвратится через правый нижний. Как видим, полярность опять соблюдается.

Отсюда и название такого выпрямителя: двухполупериодный, то есть он ра­ботает во время обеих полупериодов переменного тока. Форма напряжения на выходе такого моста (в отсутствие конденсатора) соответствует пульси­рующему напряжению, показанному на рис. 4.5, а. Естественно, такое пуль­сирующее напряжение нас не устраивает, мы хотим иметь настоящее постоян­ное напряжение без пульсаций, потому в схеме присутствует сглаживающий (фильтрующий) конденсатор, который вместе с выходным активным сопро­тивлением трансформатора и сопротивлением диодов представляет собой не что иное, как известный нам по главе 5 интегрирующий фильтр низкой час­тоты. Все высокие частоты отфильтровываются, а на выходе получается ров­ное постоянное напряжение. К сожалению, такая идиллия имеет место толь­ко в отсутствие нагрузки, к чему мы вернемся чуть далее, а пока попробуем определить, какова величина этого постоянного напряжения на выходе фильтра.

В отсутствие нагрузки конденсатор с первых же полупериодов после вклю­чения питания заряжается до амплитудного значения пульсирующего напря­жения, которое равно амплитудному значению напряжения на вторичной об­мотке за вычетом падения напряжения на двух диодах, стоящих на пути тока. Так как в установившемся режиме через эти диоды ток весьма мал (только для подпитки собственных токов утечки конденсатора), то и падение напря­жения на них мало и составляет в сумме менее 1 В. Амплитудное значение напряжения на вторичной обмотке равно= 14,1 В, так что на холостом ходу напряжение на выходе источника составит чуть более 13 В.

При подключении нагрузки происходит сразу много событий. Во-первых, снижается напряжение на вторичной обмотке— трансформатор имеет конечную мощность. Во-вторых, увеличивается падение напряжения на диодах, которое может при максимально допустимом для них токе достигнуть 1 В на каждом. В-третьих, и в-главных, во время «провалов» пульсирующего на­пряжения нагрузка питается только за счет того, что через нее разряжается конденсатор. Естественно, напряжение на нем при этом каждый раз немного снижается. Поэтому график выходного напряжения при подключенной на­грузке представляет собой уже не ровную постоянную линию, а выглядит примерно так, как показано на рис. 9.6 (причем снижение входного напряже­ния за счет «просаживания» трансформатора здесь не учитывается). То есть выходное напряжение немного пульсирует ^— тем больше, чем больше ток в нагрузке, и тем меньше, чем больше емкость конденсатора. Именно поэтому в источниках применяют электролитические конденсаторы столь большой емкости. Наличие пульсаций также снижает постоянную составляющую вы­ходного напряжения.

Рис. 9.6. Вид пульсаций на выходе нестабилизированного источника: 1 — исходное пульсирующее напряжение в отсутствие фильтрующего конденсатора; 2 — выходное напряжение при наличии фильтрующего конденсатора и нагрузки

В данной схеме избавиться от этих пульсаций полностью невозможно, как бы вы не увеличивали емкость. Кстати, а как подсчитать нужную емкость? В принципе, это возможно, если задаться необходимым уровнем пульсаций, но мы здесь приведем только эмпирическое и весьма приблизительное пра­вило— на каждый ампер нагрузки достаточно конденсатора от 1000 до 2200 мкФ. Первая величина ближе к тому случаю, когда на выходе такого источника предполагается поставить стабилизатор напряжения, вторая — если такого стабилизатора не предполагается.

Все указанные причины совместно приводят к тому, что под нагрузкой сверхмаломощные источники (вроде тех, что со встроенной вилкой) могут выдавать в полтора-два раза меньшее напряжение, чем на холостом ходу. По­этому не удивляйтесь, если вы приобрели такой блочок с указанным на шильдике номинальным напряжением 12 В, а мультиметр на холостом ходу показывает аж все 18 В!

Чтобы покончить с темой простейшего источника, нужно сказать пару слов об указанном на схеме предохранителе Пр. В упомянутых блоках со встроен­ной вилкой предохранитель часто отсутствует, и это вызвано, кроме стрем­ления к удешевлению блока, очевидно,’тем обстоятельством, что маломощ­ный трансформатор сам служит неплохим предохранителем — провод первичной обмотки у него настолько тонок, и сопротивление его настолько велико, что при превышении допустимого тока обмотка довольно быстро сгорает, отключая весь блок (после чего его, естественно, остается только выбросить.) Но в стационарных устройствах и тем более в устройствах большей мощности предохранитель должен быть обязательно. Обычно его выбирают на ток в два-четыре раза больший, чем расчетный максимальный ток первичной обмотки.

Приведем еще одну полезную схему нестабилизированного источника, на этот раз двуполярного, то есть выдающего два одинаковых напряжения отно­сительно средней точки — «земли» (рис. 9.7). В принципе, она пояснений не требует, потому что очень похожа на однополярную, только возврат тока в обмотки от обеих нагрузок происходит непосредственно через общую «зем­лю», минуя диодный мост. В качестве упражнения предлагаю вам самостоя­тельно разобраться, как она работает. Вторичные обмотки (II и III) здесь, в сущности, представляют собой две одинаковые половины одной обмотки. Жирными точками около вторичных обмоток обозначены их начала, чтобы не перепутать порядок их соединения.

ВИДЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ — Стабилизированный

Технические характеристики

Длина шнура, (см)

Выходное напряжение, (В)

Выбор выходного напряжения

Тип электросхемы

Входное напряжение, (В)

Выходной ток, (мА)

Количество насадок

Размер штекера

10 мм (3,5×1,35)

10 мм (4,0×1,7)

10 мм (5,5×2,1)

12 мм (2,35×0,75)

12 мм (2,5)

12 мм (5,0×2,1)

12 мм (5,5×1,5)

12 мм (5,5×2,1)

12 мм (5,5×2,5)

15 мм (3,5)

Габариты и Вес

Длина изделия, (мм)

Толщина изделия, (мм)

Ширина изделия, (мм)

БЛОКИ ПИТАНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Для работы бытовой и промышленной техники, от компьютеров и холодильников до станков и автоматизированных узлов сборки, необходима электрическая энергия с подходящими параметрами: напряжением, частотой и силой тока.

Чтобы обеспечить нормальное функционирование — или хотя бы правильное отключение — приборов при выходе из строя сети, к которой они подключены, используются источники вторичного электропитания, или блоки питания. Как они устроены и каких видов бывают, будет рассказано ниже.

НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ

Блок питания постоянного тока — это прибор, преобразующий исходные параметры электросети в требуемые для работы подключённых к ней технически сложных устройств. Чаще всего речь идёт о снижении и выпрямлении напряжения — именно оно имеет критическое значение для сохранности оборудования.

Второе назначение блоков питания — обеспечения работы устройств при временном отключении основной сети. Такое оборудование исполняет одновременно функции трансформатора и аккумулятора и при возобновлении электрического питания автоматически подзаряжается от сети.

Наконец, трансформаторные блоки питания могут использоваться и для соединения двух цепей в «опасных» точках — например, в местах с повышенной влажностью, наличием в воздухе проводящих или химически активных частиц и так далее.

Устройство в этом случае необязательно должно быть понижающим — часто коэффициент преобразования равен единице: и на входе, и на выходе вольтметр сохраняется среднее значение в 220 вольт.

Обычно один прибор выполняет сразу несколько функций: это и трансформатор, и аккумулятор, и изолированный «посредник»; чтобы дать пользователю возможность проверять и регулировать выходные параметры электричества, производителя снабжают устройства индикаторами напряжения, силы тока и (или) мощности, тумблерами и плавными переключателями.

Универсального сетевого блока питания не существует: такое устройство было бы крайне сложным в исполнении и ремонте, а кроме того, отличалось бы большой массой и высокой стоимостью.

РАЗНОВИДНОСТИ ПРИБОРОВ

Основные виды блоков питания:

• линейные;
• импульсные.

В состав устройств первого типа непременно входят трансформатор, конвертирующий исходное напряжение в более низкое, и выпрямитель, преобразующий переменный ток стандартной частоты (в России — около 50 герц) в постоянный, требуемый для работы бытовой или промышленной техники.

Дополнительными составляющими являются фильтр, предназначенный для нивелирования всплесков и провалов напряжения, стабилизатор, высокочастотный фильтр и защита от коротких замыканий.

Все эти компоненты позволяют получить на выходе идеально ровный сигнал, что особенно важно для чувствительных электроприборов: чем «чище» подаваемый на них ток, тем дольше они могут прослужить.

Плюсы линейных приборов:

• простота устройства и ремонта;
• повышенная надёжность;
• минимальный, вплоть до нулевого, процент помех и колебаний в выходном сигнале;
• доступность — трансформаторные устройства стоят сравнительно недорого.

Минусы линейных преобразователей:

• габаритность — занимают как минимум в два раза больше места, чем импульсные;
• массивность — характеристики используемых составляющих не позволяют сделать трансформаторные блоки лёгкими;
• невысокий КПД — потери энергии в сети с подключённым устройством составляют не менее 15%.

В импульсных, или инверторных блоках питания происходят более сложные преобразования: сначала переменный ток преобразуется в постоянный, а затем формируются импульсы высокой частоты, подаваемые, через малогабаритный высокочастотный трансформатор, на выпрямитель и фильтр ВЧ, затем выход.

Таким образом, устройства гарантируют более качественный переменный ток с отсутствием недопустимых перепадов, а преобразование его в постоянный осуществляется уже в «принимающих» приборах.

Основными элементами импульсных приборов являются:

• малогабаритные первичные преобразователи переменного напряжения в постоянное;
• стабилизаторы, работающие по принципу отрицательной обратной связи и гарантирующие «ровный» результирующий сигнал;
• низкочастотные фильтры, обеспечивающие отсутствие помех на выходе.

К дополнительным компонентам относятся иные или дублирующие фильтры, защита от короткого замыкания и нулевой нагрузки, а также трансформаторы выходного переменного сигнала в постоянный.

Плюсы импульсных устройств:

• небольшие габариты — такие устройства как минимум в два раза меньше линейных;
• небольшая масса — весят инверторные блоки сравнительно немного;
• высокий КПД — потери при включении оборудования в сеть лежат в диапазоне 2…10%.

Минусы импульсных приборов:

• сложность устройства и ремонта;
• большая, по сравнению с линейными блоками, стоимость;
• высокочастотные помехи, отрицательно сказывающиеся на работе чувствительных приборов.

В настоящее время и линейное, и импульсное оборудование оснащено стабилизаторами, позволяющими получить на выходе ровный, без резких скачков, сигнал. Стабилизированный блок питания продлевает срок службы бытовой и промышленной техники, а также, даже без использования дополнительной защиты, снижает риск короткого замыкания в сети.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

К основным параметрам блоков питания, линейных или импульсных, относятся:

• мощность;
• выходное напряжение;
• сила тока на выходе;
• коэффициент полезного действия;
• наличие дополнительных опций;
• габариты и масса;
• стоимость.

Мощность.

Мощность измеряется в ваттах или, по сохранившейся традиции, в вольт-амперах. Максимальное значение, которое может выдать устройство на выходе, обязательно указывается в его характеристиках; в идеале оно должно на 15–30% превышать суммарную потребляемую мощность всех подключённых к сети через блок питания приборов.

Например, если для работы первого изделия требуется 15 Вт, второго — 6 Вт, а третьего — 9 Вт, мощность стабилизированного блока питания должна составлять: (15 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть от 34,5 до 39 ватт. Устройства, выдающие большие значения, использовать можно; меньшие — нет.

Кроме того, нужно принимать во внимание требования электротехнических изделий к пусковой мощности.

У холодильников, насосов и ряда других устройств она может превышать постоянную более чем в пять раз, что необходимо закладывать в расчёты.

Если для запуска первого из перечисленных в примере выше приборов требуется мощность, в три раза превышающая потребляемую в ходе функционирования, расчёты будут выглядеть следующим образом: (15×3 + 6 + 9)×(1,15…1,30), то есть требуемая мощность оборудования должна составлять от 69 до 78 ватт.

Устройство, выдающее только номинальные 60 Вт, может оказаться недостаточно эффективным — или владельцу придётся на время пуска отключать другие два электроприбора.

Выходное напряжение.

Поскольку значение напряжения на входе не зависит от воли пользователя и в бытовой сети составляет приблизительно 220 В, с существенными колебаниями в меньшую или большую сторону, значение имеет лишь выходной параметр. Он может быть единственным (например, 12 В) или переключаемым — от 6 до 20 вольт или в любом другом предусмотренном производителем диапазоне.

В отличие от мощности, подбирать выходное напряжение нужно по ближайшему значению, не обязательно в большую сторону. Если для функционирования техники нужно 12,3 В, а в наличии имеются устройства с показателями 12 и 16 вольт, отдать предпочтение следует первому.

Хотя не все приборы требуют стабилизации напряжения, выбирать нужно устройства с этой функцией; они универсальны и подходят для любой техники, в то время как использование блока без стабилизатора может привести к выходу дорогостоящего оборудования из строя.

Выходная сила тока.

Этот параметр прямо связан с мощностью и напряжением, а потому зачастую не указывается. При подборе оборудования по силе тока нужно, как и в случае с мощностью, просуммировать потребляемые подключённой аппаратурой значения и прибавить к результату 15–30%

Например, если для работы первого прибора требуется 2 А, второго — 0,5 А, а третьего — 6 А, блок питания должен выдавать как минимум: (2 + 0,5 + 6)×(1,15…1,30), то есть от 9,8 до 11,1 ампера. По аналогии с ранее приведёнными расчётами нужно учитывать и пусковые значения, часто превышающие рабочие.

С целью упростить подбор оборудования можно руководствоваться эмпирическим правилом: если требуемое значение силы тока менее 5 А, нужно выбирать трансформаторный блок; если более — импульсный.

Коэффициент полезного действия.

Тут всё просто: чем выше КПД, тем эффективнее прибор и тем меньше потери электроэнергии в сети. Высокая стоимость блоков питания с КПД 95…98% со временем окупится экономией на потребляемом токе — а значит, приобретение устройства с максимальным параметром имеет смысл.

Дополнительная защита.

Наличие в устройстве блока защиты от перегрузок, полной разрядки, короткого замыкания, перегревания в ходе работы, резких скачков напряжения и повышения силы тока увеличивает стоимость изделия, зато даёт владельцу почти стопроцентную гарантию безопасности.

В одном блоке питания не обязательно должны присутствовать все компоненты; к обязательным можно отнести защиту от перегрузок, короткого замыкания (для инверторных и трансформаторных устройств) и перегревания (для линейных).

При выборе устройства следует обращать внимание на наличие регуляторов выходных параметров (плавных или ступенчатых), индикаторов, показывающих входных и выходные параметры тока (шкальных или цифровых), а также работу от сети или в автономном режиме (светодиодных), и возможности ручного разрыва сигнала (обычно реализуется в виде тумблера).

Чем больше информации сможет владелец получить о состоянии блока питания, тем безопаснее будет его работа и тем меньше риск преждевременного выхода из строя, «вылета» сети или короткого замыкания с последующим возгоранием.

Габариты и масса.

Здесь, как и в случае с КПД, всё прозрачно: чем компактнее и легче блок питания, тем он удобнее в эксплуатации — но, как правило, тем больше за него придётся заплатить.

Указанные параметры не являются краеугольными: если условиями работы являются большая мощность и высокий КПД, устройство просто не может быть слишком маленьким, тем более если подразумевается наличие в нём дополнительных функций.

Стоимость.

Наиболее дорогими и качественными в отношении выходного сигнала являются промышленные блоки питания; но если пользователю необходимо обеспечить работу компьютера, телевизора и видеопроигрывателя, никакой необходимости в излишних тратах нет. Достаточно найти подходящий по перечисленным выше параметрам прибор — и, сравнив цены, выбрать идеальную модель.

  *  *  *

© 2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Ответы Mail.ru: Блок питания

<a href=»/» rel=»nofollow» title=»135325:##:» target=»_blank» >[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

Стабилизированный — означает, что выходное напряжение не изменяется (с нормируемой точностью) при изменении входного или при изменении тока нагрузки. Нестабилизироваыннй — значит, что не принято никаких мер против изменения выходного напряжения при изменении входного напряжения или сопротивления нагрузки. Импульсный — это принцип реализации стабилизированного блока питания. Стабилизаторы могут быть линейными (обычный компенсационный стабилизатор, или параметрический сталилизатор) , когда избыточное напряжение гасится на регулирующем элементе. Чаще всего это проходной транзистор. А могут быть импульсными, когда СРЕДНЕЕ значение выходного напряжения поддерживается постоянным за счёт управления частотой или скважностью специального испульсного генератора. Отличаются высоким кпд, поэтому в бытовой и промышленной аппаратуре используются очень широко.

Нестабилизированный — значит, что у него выходное напряжение гуляет в зависимости от входного напряжения и нагрузки, может и в полтора раза меняться, стабилизированный — что выходное напряжение не зависит от указанных параметров (до предельной нагрузки, разумеется) , импульсный — что в нем для снижения веса применяется промежуточное преобразование в высокую частоту, такие блоки, как правило, стабилизированные.

Импульсный — это принцип реализации стабилизированного блока питания. Стабилизаторы могут быть линейными (обычный компенсационный стабилизатор, или параметрический сталилизатор) , когда избыточное напряжение гасится на регулирующем элементе. Чаще всего это проходной транзистор. А могут быть импульсными, когда СРЕДНЕЕ значение выходного напряжения поддерживается постоянным за счёт управления частотой или скважностью специального испульсного генератора. Отличаются высоким кпд, поэтому в бытовой и промышленной аппаратуре используются очень широко. Нестабилизированный — значит, что у него выходное напряжение гуляет в зависимости от входного напряжения и нагрузки, может и в полтора раза меняться, стабилизированный — что выходное напряжение не зависит от указанных параметров