Site Loader

Содержание

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 1.

Принцип работы импульсного блока питания

Один из самых важных блоков персонального компьютера — это, конечно, импульсный блок питания. Для более удобного изучения работы блока есть смысл рассматривать каждый его узел по отдельности, особенно, если учесть, что все узлы импульсных блоков питания различных фирм практически одинаковые и выполняют одни и те же функции. Все блоки питания рассчитаны на подключение к однофазной сети переменного тока 110/230 вольт и частотой 50 – 60 герц. Импортные блоки  на частоту 60 герц прекрасно работают и в отечественных сетях.

Основной принцип работы импульсных блоков питания заключается в выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется.

Таким образом, основную часть схемы любого компьютерного блока питания, можно разделить на несколько узлов, которые производят определённые электрические преобразования. Перечислим эти узлы:

  • Сетевой выпрямитель. Выпрямляет переменное напряжение электросети (110/230 вольт).

  • Высокочастотный преобразователь (Инвертор). Преобразует постоянное напряжение, полученное от выпрямителя в высокочастотное напряжение прямоугольной формы. К высокочастотному преобразователю отнесём и силовой понижающий импульсный трансформатор. Он понижает высокочастотное переменное напряжение от преобразователя до напряжений, требуемых для питания электронных узлов компьютера.

  • Узел управления. Является «мозгом» блока питания. Отвечает за генерацию импульсов управления мощным инвертором, а также контролирует правильную работу блока питания (стабилизация выходных напряжений, защита от короткого замыкания на выходе и пр.).

  • Промежуточный каскад усиления. Служит для усиления сигналов от микросхемы ШИМ-контроллера и подачи их на мощные ключевые транзисторы инвертора (высокочастотного преобразователя).

  • Выходные выпрямители. С помощью выпрямителя происходит выпрямление — преобразование переменного низковольного напряжения в постоянное. Здесь же происходит стабилизация и фильтрация выпрямленного напряжения.

Это основные части блока питания компьютера. Их можно найти в любом импульсном блоке питания, начиная от простейшего зарядника для сотового телефона и заканчивая мощными сварочными инверторами. Отличия заключаются лишь в элементной базе и схемотехнической реализации устройства.

Довольно упрощённо структуру и взаимосвязь электронных узлов компьютерного блока питания (формат AT) можно изобразить следующим образом.

О всех этих частях схемы будет рассказано в дальнейшем.

Рассмотрим принципиальную схему импульсного блока питания по отдельным узлам. Начнём с сетевого выпрямителя и фильтра.

Сетевой фильтр и выпрямитель.

Отсюда, собственно, и начинается блок питания. С сетевого шнура и вилки. Вилка используется, естественно, по «евростандарту» с третьим заземляющим контактом.

Следует обратить внимание, что многие недобросовестные производители в целях экономии не ставят конденсатор С2 и варистор R3, а иногда и дроссель фильтра L1. То есть посадочные места есть, и печатные дорожки тоже, а деталей нет. Ну, вот прям как здесь.

Как говорится: «No comment «.

Во время ремонта желательно довести фильтр до нужной кондиции. Резисторы R1, R4, R5 выполняют функцию разрядников для конденсаторов фильтра после того как блок отключен от сети. Термистор R2 ограничивает амплитуду тока заряда конденсаторов С4 и С5, а варистор R3 защищает блок питания от бросков сетевого напряжения.

Стоит особо рассказать о выключателе S1 («230/115»). При замыкании данного выключателя, блок питания способен работать от сети с напряжением 110…127 вольт. В результате выпрямитель работает по схеме с удвоением напряжения и на его выходе напряжение вдвое больше сетевого.

Если необходимо, чтобы блок питания работал от сети 220…230 вольт, то выключатель S1 размыкают. В таком случае выпрямитель работает по классической схеме диодный мост. При такой схеме включения удвоения напряжения не происходит, да это и не нужно, так как блок работает от сети 220 вольт.

В некоторых блоках питания выключатель S1 отсутствует. В других же его располагают на тыльной стенке корпуса и помечают предупреждающей надписью. Нетрудно догадаться, что если замкнуть S1 и включить блок питания в сеть 220 вольт, то это кончится плачевно. За счёт удвоения напряжения на выходе оно достигнет величины около 500 вольт, что приведёт к выходу из строя элементов схемы инвертора.

Поэтому стоит внимательнее относиться к выключателю S1. Если предполагается использование блока питания только совместно с сетью 220 вольт, то его можно вообще выпаять из схемы.

Вообще все компьютеры поступают в нашу торговую сеть уже адаптированными на родные 220 вольт. Выключатель S1 либо отсутствует, либо переключен на работу в сети 220 вольт. Но если есть возможность и желание то лучше проверить. Выходное напряжение, подаваемое на следующий каскад составляет порядка 300 вольт.

Можно повысить надёжность блока питания небольшой модернизацией. Достаточно подключить варисторы параллельно резисторам R4 и R5. Варисторы стоит подобрать на классификационное напряжение 180…220 вольт. Такое решение сможет уберечь блок питания при случайном замыкании выключателя S1 и включении блока в сеть 220 вольт. Дополнительные варисторы ограничат напряжение, а плакий предохранитель FU1 перегорит. При этом после несложного ремонта блок питания можно вернуть в строй.

Конденсаторы С1, С3 и двухобмоточный дроссель на ферритовом сердечнике L1 образуют фильтр способный защитить компьютер от помех, которые могут проникнуть по сети и одновременно этот фильтр защищает сеть от помех, создаваемых компьютером.

Возможные неисправности сетевого выпрямителя и фильтра.

Характерные неисправности выпрямителя, это выход из строя одного из диодов «моста» (редко), хотя бывают случаи, когда выгорает весь диодный мост, или утечка электролитических конденсаторов (гораздо чаще). Внешне это характеризуется вздутием корпуса и утечкой электролита. Подтёки очень хорошо заметны. При пробое хотя бы одного из диодов выпрямительного моста, как правило, перегорает плавкий предохранитель FU1.

При ремонте цепей сетевого выпрямителя и фильтра имейте в виду то, что эти цепи находятся под высоким напряжением, опасным для жизни! Соблюдайте технику электробезопасности и не забывайте принудительно разряжать высоковольные электролитические конденсаторы фильтра перед проведением работ!

Далее

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

 

Как работает блок питания компьютера | Блоки питания компьютера | Блог

Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме. 

Линейные блоки питания

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.


Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).

Импульсные блоки питания

Далее в тексте сократим название «импульсный источник питания» до ИИП. Такие блоки питания более сложны, но гораздо более компактны. Для примера на фото ниже показана пара трансформаторов.

Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.

В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором. 

Так выглядит плата вживую:

Фильтр

Фильтр в блоке питания двунаправленный: он поглощает разного рода помехи: как созданные самим БП, так и приходящие из сети. В самых бюджетных БП предприимчивые китайцы вместо дросселей распаивали перемычки (или, как их называют ремонтники, «пофигисторы»), а конденсаторы не ставили вообще. Чем это плохо: помехи будут влиять на другую аппаратуру, подключенную к данной сети, а напряжение на выходе получится с «мусором». Сейчас таких блоков уже немного. Встречается также экономия на размерах: фильтр как бы есть, но работать он будет кое-как.

Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.

На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.

Еще одна опасная для жизни пользователей экономия — когда вместо специальных Х- и Y-конденсаторов ставят обычные. Впрочем, встречается она редко. Автор видел такое всего один раз и очень давно. Экономия очень незначительна, а риск для пользователей очень велик, так как, например, Y-конденсаторы подключаются одной «ногой» на фазу, а другой — на корпус. В случае пробоя конденсатора можно получить опасное для жизни напряжение на корпусе.

Корректор коэффициента мощности

Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC). 

Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.

Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.

Преобразователь

Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.

Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.

В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.

Выпрямление и стабилизация выходных напряжений

На выходе БП имеется четыре напряжения:
1) 12 В — отвечает за питание процессора, видеокарты, HDD, вентиляторов.
2) 5 В — питание логики материнской платы, накопителей, USB.
3) 3,3 В — питание оперативной памяти.
4) -12 В — считается атавизмом и не используется в современных компьютерах. 

По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:

1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.

Внешне их можно определить по двум крупным дросселям. На одном — три обмотки (12 В, 5 В и тонкий провод -12 В). 


Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:

Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:

2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.

3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше. 

4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.


Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.  

Дежурный источник питания

Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.

Супервизор

Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.


Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор. 

Что делать если компьютер не включается? Блок питания

Компьютер не включается. Часто под этой формулировкой могут скрываться совершенно разные поломки и неисправности. Поэтому прежде, чем приступать к ремонту компьютера, который не включается, важно выявить причину поломки.
 

Обычная процедура включения компьютера стандартна для любой операционной системы. Эта процедура состоит из нескольких шагов, на одном из которых и происходит сбой в работе.

Запуск компьютера начинается с включения его в сеть электропитания. За подачу питания на все микросхемы компьютера несет ответственность блок питания (БП). И если при нажатии кнопки включения на панели системного блока компьютер не включается, то в первую очередь тщательно проверяется именно БП. Как бы смешно это не звучало, но для начала нужно проверить, подключен ли БП к сети. Бывают случаи, когда пользователи не замечают, что блок питания их компьютера отключен от розетки или от сетевого фильтра, забывают переключить выключатель на БП в положение «вкл».

Если блок питания подключен правильно, но компьютер не включается, нужно осмотреть «внутренности» системного блока. Определенное напряжение на некоторые компоненты системы выдается блоком питания даже тогда, когда компьтер не работает, но просто включен в розетку. Это «дежурное» напряжение, которое может понадобиться для включения компьютера по локальной сети, например. Поэтому, проверить, исправен ли блок питания, можно, проверив наличие этого напряжения. Проверка выполняется при помощи тестера. Некоторые современные материнские платы оснащены специальным светодиодом, который показывает наличие напряжения от БП.

После нажатия кнопки включения компьютера на блок питания подается «рабочее» напряжение и спустя 0,5-1 с, когда схема контроля блока питания выдает материнской плате сигнал по линии Power Good, который означает наличие достаточного питания. Если же этого не происходит, то причин может быть несколько: неисправна или не подключена кнопка включения, либо мощности блока питания не хватает для работы системы, либо же блок питания неисправен.

Проверить, достаточно ли мощности, можно, отключив оптические накопители, жесткие диски и видеокарту, после чего повторив попытку включить компьютер. Если в компьютере установлена Award BIOS, то в случае с поломкой БП, спикер компьютера будет пищать непрерывно.

Если БП исправен, то после нажатия кнопки включения компьютера можно услышать шум стартующих вентиляторов (всех) и характерный гул раскручиваемых шпинделей жестких дисков.

Каждый блок питания оснащен системой защиты от короткого замыкания. Эта система автоматически выключает блок питания при коротком замыкании. Поэтому следует проверить эту версию, отключая по очереди периферийные устройства, которые могут быть причиной короткого замыкания.

Окончательно убедиться в неисправности блока питания можно, если установить в систему заведомо исправный и более мощный блок. Если при замененном блоке система нормально включается, то сомнений в том, кто же «виновник» Ваших проблем, не возникает.

Разработка сайтов любой компьютерной тематики от блога до портала — Webstudio2u!

Шумит блок питания компьютера. Как исправить?

Можно сказать, что блок питания — сердце вашего компьютера. Как и сердце, которое качает кровь по кровеносной системе всего организма, блок питания обеспечивает течение тока по всем компонентам. Не будет питания — компьютер перестанет работать. Будут сбои — компьютер может сгореть.

Если шумит блок питания компьютера — необходимо срочно разобраться в проблеме. Шум, гул, скрежет или щелчки из блока питания — верный признак того, что он либо на грани, либо уже работает неправильно. Грозит это, в лучшем случае, внезапным выключением вашего компьютера и дальнейшим отказом включаться после. В худшем же — компьютер может загореться.

Виды работСтоимость
Диагностика0 р.
Вызов0 р.
Замена блока питания120 р.
Ремонт блока питания350 р.

Как разобраться, почему гудит блок питания, и что делать, когда шумит блок питания компьютера?

Давайте разберёмся, что может стать причиной.

Причины, по которым гудит блок питания

Сколько лет работает блок питания внутри вашего ПК? Изношенность — одна из самых частых причин, почему шумит блок питания компьютера. Менять его рекомендуется раз в 2, в худшем случае 3 года, потому что за этот период его ресурс сильно расходуется, внутренние части изнашиваются, и не стоит забывать, что внутри стоит кулер, которому также нужен уход.

Кстати, о кулере. Блок питания сильно греется, поэтому все они оснащены достаточно мощным кулером. Если модели подороже устанавливают внутрь хорошие бесшумные кулеры с долгим ресурсом работы, то простые модели содержат внутри кулеры, которые спустя некоторое время заставляют гудеть блок питания.

Иногда гудеть кулер начинает из–за пыли, которую он же и засасывает внутрь БП при охлаждении. Можно разобрать самому, всё прочистить внутри и смазать кулер, но есть большая вероятность повредить что–то внутри, и после включения вас может ждать сюрприз в виде короткого замыкания в блоке питания.

ВАЖНО! Пренебрегать шумом кулера из блока питания очень опасно, в любой момент кулер может отказать, БП нагреется и может привести к короткому замыканию или возгоранию системного блока.

Проблема ещё в том, что не все блоки питания нормально разбираются. Некоторые закрыты хитрыми системами, в некоторых требуются специальные инструменты, которые можно найти только в сервисных центрах, а иногда они даже запаяны, и добраться до внутренности для простой чистки без помощи специалистов — почти невозможно.

Другая проблема шума из блока питания — щелчки. Они могут появиться, если где–то внутри перебиваются, перегреваются и плавятся или «коротят» по другим причинам провода или другие внутренние компоненты.

Закончиться это может пожаром. Не пропускайте такие ситуации, никогда не спускайте на тормозах проблемы, которые приводят к шуму из блока питания.

Что делать?

Есть несколько вариантов. Дорогой, дешевый и правильный.

Дорогой способ

Как только вы слышите шум из вашего блока питания, сразу заходите в интернет–магазин компьютерной техники, заказываете новый БП, который вам понравится и с необходимой мощностью, и ждёте курьера или едете забирать со склада. По приезду вы сами, или заручившись помощью специалистов, устанавливаете ваш новый блок питания.

ВАЖНО! Не забывайте, а лучше запишите, какой провод от блока питания куда подключать. Перепутать подключение — снова идти за заказом в магазин компьютерной техники, но уже за материнской платой, видеокартой или какими–то ещё комплектующими.

Дешевый способ

При возникновении шума из блока питания самостоятельно разобрать блок, найти источник звука и провести ремонт. Чуть дороже, но иногда даже получается дешевле — сдать на диагностику и ремонт в сервисный центр.

Почему дешевле, если самостоятельный ремонт бесплатный? Потому что после самостоятельного ремонта часто приходится обращаться к дорогому способу, который описан выше.

Правильный способ

Самый правильный способ, и это касается не только блока питания, а всех его комплектующих, это регулярная профилактика, диагностика, уход и чистка.

Скажем, раз в две недели необходимо пылесосом или щёткой чистить ваш системный блок от набившейся туда пыли, проверять, нет ли физических повреждений внутри, все ли компоненты закреплены, все ли провода от блока питания подключены надлежащим образом и плотно сидят на коннекторах.

А раз хотя бы в месяца два проводить «генеральную уборку» и прочищать системный блок и блок питания, полностью их разобрав.

Мы поможем Вам решить проблему с шумом БП

Лучше всего, когда это делают специалисты сервисного центра — они знают все тонкости, что делать нужно, а чего лучше не делать вовсе.

Вы оформляете заявку онлайн или по телефону

Мастер выезжает по адресу в течении 1 часа

Мастер выявляет неисправность и устраняет её

Вы принимаете работу мастера и оплачиваете

Самый правильный способ решения проблемы шума из блока питания — регулярный уход за вашим компьютером. В сервисном центре «Эксперт» специалисты готовы обслуживать, вовремя диагностировать и ремонтировать ваш ПК в случае необходимости. Обращайтесь!

Бесплатная консультация

Перезвоним в течении 1 минуты

Отправить

Мы не передаем ваши данные третьим лицам

Что делать при шуме в блоке питания компьютера

Когда нет никаких сомнений в том, что шумит именно блок питания (БП), нужно без промедления вскрыть персональный компьютер. Если этот узел несправен, то могут раздаваться разнообразные звуки.

Таковыми могут быть неприятный свист высокой частоты, гудение низкой частоты, щелчки, треск. Все это говорит о том, что блок питания вот-вот выйдет из строя. А потому есть смысл заглянуть, что находится внутри устройства. Только так можно понять, по какой причине появляются эти шумы и как их устранить.

Причины, из-за которых появляется шум, бывают разные. Однако любая такая причина может привести к тому, что персональный компьютер полностью отключится.

Перечислим основные причины:

— внутри блока пыль и грязь;
— детали износились;
— фиксация элементов БП нарушена;
— негодная смазка;
— вентилятор исчерпал свой ресурс.

Рассмотрим каждую причину более пристально.

Загрязнение в блоке питания

Вентилятор, который выводит тепло из БП, через технологические отверстия, которые есть в его корпусе, осуществляет всасывание грязи и пыли. В итоге они накапливаются. Чем больше их внутри блока питания, тем выше вероятность, что он выйдет из строя.

Грязь забивается между элементами вентилятора, которые вращаются. В результате вентилятор начинает тормозить. Когда происходит включение, то ему необходимо некоторое время для того, чтобы справиться с наносами грязи и набрать нужную скорость.

При дальнейшей работе возникают звуки периодического запуска и остановки двигателя вентилятора. Данный режим представляет опасность. Блок питания может сгореть от перегрева.

Части БП неисправны или износились

Нередко звук появляется тогда, когда поломался или сгорел какой-то радиокомпонент. Когда есть трещина, в одном из импульсных трансформаторов возникает неприятный свист высокой частоты. Если пробит резистор или электролитический конденсатор, то нередко можно услышать шипение, треск. И появляется запах гари.

Элементы плохо зафиксированы

Из-за того, что вентиляторы работают, системный блок чуть-чуть дрожит. В результате может быть самопроизвольное откручивание фиксирующих элементов. Таких, как винты, специальные стойки и пр. Отдельные детали и блок питания становятся плохо зажатыми.

В БП есть именно такие элементы. В частности, его крышка, плата и вентилятор. Если и дальше будешь применять компьютер, то они начинают вибрировать и при этом издавать металлический или глухой звук.

Если нарушена фиксация, то возможно смещение вентилятора, который своими лопастями начинает биться о корпус БП. В результате – поломка.

Проблема со смазкой вентилятора

Многие пользователи сетуют на громкий шум низкой частоты из блока питания. Вина за это полностью ложится на вентилятор. Когда смазка высохла на его валу, он трется о неподвижный статор. И потому начинается низкое гудение. Оно напоминает звук моторной лодки.

ВАЖНО! Неприятные шумы указывают на то, что израсходован ресурс элементов БП. Если вентилятор работает долго, то может износиться втулка, например. И тогда ротор вибрирует и гудит.

Как устранить неисправности

Шум или завывания из БП воздействуют на человека. Чтобы они не раздражали, нужно избавиться от них. Существует два варианта.

Первый: принести блок в сервисный центр. Второй: устранить звук самостоятельно. В первом случае придется потратиться на дорогой ремонт. Во втором случае можно рассчитывать на экономию.

Чтобы избавиться от звуков и устранить их причину самому, нужно извлечь блок питания. Делаем так:

— Отсоединяем провод 220 В от БП.

— Удаляем левую стенку персонального компьютера, открутив сзади 2-3 фиксатора.

— Снимаем все разъемы, которые подсоединены к основной плате, жесткому диску, дополнительным вентиляторам и прочим девайсам.

— Вывинчиваем несколько болтов, которые удерживают блок питания, аккуратно извлекаем его из системного блока.

— Откручиваем четыре винтика и удаляем крышку узла питания.

— Далее нужно отыскать зеленый проводок на самом большом разъеме, замкнуть его с любым из черных и включить БП в сеть.

— Потом слушаем, откуда исходит звук. Если после вскрытия он сразу пропал — просто не был зажат сам БП или одна из снятых крышек.

Выявление других причин

Если вентилятор вращается медленно, то необходимо отвинтить четыре болта, которые удерживают его. Они закручены с внешней стороны БП. Необходимо извлечь вентилятор так, чтобы питающие провода не были повреждены. Потом вам предстоит чистка от грязи.

Для этого необходимо вооружиться любой кисточкой. Можно также использовать зубную щетку. В некоторых случаях при осмотре можно увидеть элементы, которые вспухли или почернели. При включении некоторые из них начинают трещать или шипеть. Каждую такую деталь нужно заменить.

Если слышен свист высокой частоты, то для определения компонента, который его издает, нужно сделать так. Карандашом или ручкой нужно нажать на детали. Поочередно. По тому, как меняется звук, можно понять, исправен элемент или нет. Негодной детали предстоит замена.

Если винты платы или вентилятора открутились, то их нужно только зажать до конца. Если это поломка лопастей, то от нее можно просто избавиться. Обломок можно попытаться приклеить, приварить с помощью термопистолета или паяльника.

Для того, чтобы заменить смазку, нужно открутить вентилятор и отклеить фольгу, где указываются его данные и название. Под ней расположена круглая крышка. Ее нужно снять, подцепив иглой. В отверстие, которое откроется, необходимо залить чуть-чуть масла, а потом вложить новую порцию смазки. Потом сборка всего узла.

ВАЖНО! При ремонте может возникнуть такая ситуация, когда вентилятор не крутится. Его нужно проверить. Для этого подсоединяем его напрямую к источнику питания 5-12 вольт. Когда лопасти приходят в движение, то это означает, что поломку нужно искать на плате блока питания. Если все не так, то предстоит заменить вентилятор.

Чтобы звуки из блока питания докучали вам нечасто, нужно периодически вскрывать его и производить чистку. Достаточно делать одну чистку раз в месяц.

Как работают блоки питания персональных компьютеров? Какие блоки питания бывают?

Как работают блоки питания персональных компьютеров?

Какие блоки питания бывают?

http://pc-doc.spb.ru/atx.html

Блок питания — жизненно важная часть компьютера, без которой его функционирование невозможно. Лишенный блока питания компьютер — всего лишь мертвая коробка, наполненная пластиком и металлом.

Блок питания преобразует напряжение сети переменного тока в различные напряжения постоянного тока, необходимые для электропитания компонентов персонального компьютера.

В этой статье рассматривается принцип работы блоков питания ПК и разъясняется, что такое максимально допустимая мощность.

Блоки питания ATX

Блок питания персонального компьютера (ПК) представляет собой металлическую коробку, которую обычно располагают в углу корпуса. Часто он виден с тыльной стороны корпуса, так как содержит гнездо для подключения сетевого шнура и вентилятор охлаждения.

Такие блоки питания часто называют импульсными источниками питания, поскольку для преобразования напряжения сети переменного тока в меньшие напряжения питания постоянного тока в них используются ключевые преобразователи. Как правило, на выходе блока питания ПК имеются следующие напряжения: 3,3 вольта; 5 вольт; 12 вольт.

Напряжения 3,3 и 5 вольт обычно используются для питания цифровых схем, а 12 вольт — для обеспечения работы вентиляторов и электродвигателей дисководов. Основным параметром блока питания является его мощность в ваттах. Мощность в ваттах равна произведению значения напряжения, измеряемого в вольтах, и значения тока, измеряемого в амперах. Пользователи со стажем, наверное, помнят, что в первых компьютерах были большие красные переключатели, от положения которых зависело состояние компьютера. Этими переключателями питание компьютера отключалось вручную. Фактически с их помощью включалась или отключалась подача на блок питания сетевого напряжения 220 вольт.

В современных компьютерах подача питания включается с помощью маленькой кнопки, а отключение машины производится путем выбора соответствующего пункта меню. Такие возможности управления блоками питания появились несколько лет тому назад. Операционная система имеет возможность отправлять на блок питания управляющий сигнал выключения. Нажимная кнопка подает на блок питания команду включения в форме сигнала напряжением 5 вольт. В блоке питания имеется схема, вырабатывающая напряжение питания 5 вольт, которое именуется VSB, для обеспечения наличия «дежурного напряжения» даже в условиях, когда блок питания считается выключенным, благодаря чему может функционировать кнопка включения.

Импульсные преобразователи напряжения

Приблизительно до 1980-х годов источники питания были тяжелые и большие. В них для преобразования напряжения электрической сети 220 вольт частотой 50 герц в напряжения 5 вольт и 12 вольт постоянного тока использовались большие тяжелые трансформаторы и большие конденсаторы (по размеру такие же, как металлические банки для газированной воды).

Использующиеся для этих целей в настоящее время импульсные источники питания значительно меньше и легче. Они преобразуют электрический ток частотой 50 герц (Гц, или колебаний в секунду) в ток более высокой частоты. Благодаря такому преобразованию для понижения напряжения с 220 вольт до напряжений, требующихся для отдельных компонентов компьютера, можно использовать маленький легкий трансформатор. Переменный ток более высокой частоты, поступающий из блока питания, легче выпрямлять и фильтровать, по сравнению с исходным напряжением сети переменного тока 50 Гц, что позволяет уменьшить пульсации питающего напряжения для чувствительных электронных компонентов компьютера.

Импульсный блок питания потребляет от электрической сети лишь столько электричества, сколько необходимо. Выходные напряжения и токи блока питания указываются на прикрепляемой к этому блоку наклейке.

Импульсные преобразователи используются также для получения переменного тока из постоянного, например, в источниках бесперебойного питания и автомобильных инверторах, которые служат для питания от автомобильного аккумулятора устройств, рассчитанных на питание от переменного тока. Импульсный преобразователь автомобильного инвертора преобразует постоянный ток, потребляемый от автомобильного аккумулятора, в переменный ток. Переменный ток используется в трансформаторе инвертора для повышения напряжения до величины, необходимой для питания бытовых приборов (220 вольт переменного тока).

Стандартизация блоков питания

Для персональных компьютеров за всю их историю было разработано по крайней мере шесть различных стандартных блоков питания. В последнее время промышленность по установившейся практике выпускает блоки питания на базе ATX. ATX — промышленная спецификация, устанавливающая такие требования к блокам питания, чтобы они подходили к стандартному корпусу ATX, а их электрические характеристики обеспечивали бы функционирование материнской платы ATX.

В кабелях питания персонального компьютера используются стандартизированные разъемы с ключами, предотвращающими неправильное включение. К тому же производители вентиляторов охлаждения часто снабжают свои изделия такими же разъемами, как у кабелей питания дисководов, чтобы при необходимости их можно было легко подключить к питанию 12 вольт. Благодаря проводке с цветовым кодированием и разъемам, соответствующим промышленным стандартам, пользователю предоставляется широкий выбор при замене блока питания.

Управление энергопотреблением с расширенным набором опций

Управление энергопотреблением с расширенным набором опций (advanced Power Management, APM) предусматривает пять различных состояний, в которых может находиться система. Корпорации Microsoft и Intel разработали APM для пользователей персональных компьютеров, желающих экономить электроэнергию. Чтобы использовать эту возможность, каждый из компонентов системы, включая операционную систему, базовую систему ввода-вывода (BIOS), материнскую плату и присоединенные устройства, должен быть APM-совместимым. Если требуется отключить APM в связи с подозрением в чрезмерном расходовании системных ресурсов или в создании конфликтных ситуаций, лучше всего это сделать в BIOS. В таком случае операционная система не будет пытаться повторно установить этот режим, как это иногда происходит в случае его отключения только в программном обеспечении.

Мощность блока питания

400-ваттный импульсный блок питания не обязательно будет потреблять большую мощность, чем 250-ваттный. Более мощный блок питания может потребоваться в случае, если все имеющиеся слоты материнской платы заполнены платами или все отсеки для накопителей в корпусе компьютера заняты дисковыми накопителями. Не следует использовать 250-ваттный блок питания, если суммарная мощность потребления всех устройств компьютера равна 250 ватт, поскольку блок питания нельзя загружать на 100 процентов его номинальной мощности.

Блоки питания одинакового форм-фактора («форм-фактор» относится к фактической конфигурации материнской платы) как правило, отличаются номинальной мощностью и сроком гарантии.

Проблемы, связанные с блоками питания

Блок питания — самый потенциально ненадежный компонент персонального компьютера. Каждый раз во время работы он разогревается и охлаждается, а при каждом включении компьютера испытывает на себе бросок переменного тока. Часто он выходит из строя из-за остановки вентилятора охлаждения и возникшего вследствие этого перегрева компонентов. Все компоненты персонального компьютера питаются постоянным током, поступающим с блока питания.

Обычно при выходе из строя блока питания ощущается запах гари, после чего компьютер выключается. При выходе из строя такого жизненно важного компонента, как охлаждающий вентилятор, и наступившем вследствие этого перегреве компонентов блока питания может возникнуть и другая проблема. Неисправность проявляется в том, что без определенной закономерности происходит перезагрузка системы или без видимой причины происходит сбой ОС Windows.

При решении проблем, причиной которых мог бы быть неисправный блок питания, следует руководствоваться сопроводительной документацией компьютера. Если вы уже снимали кожух своего персонального компьютера, чтобы установить сетевой адаптер или плату оперативной памяти, вам будет нетрудно заменить и блок питания. Сначала нужно в обязательном порядке отсоединить сетевой шнур, поскольку в блоке питания имеется опасное для жизни напряжение даже тогда, когда компьютер выключен.

Модернизация блоков питания

В современных материнских платах и чипсете предусмотрена функция наблюдения за скоростью вращения вентилятора охлаждения блока питания в БИОС и в приложении, работающем под Windows, которое поставляется производителем материнской платы. Многие конструкторы компьютеров предусматривают такое управление вентилятором, что его скорость вращения регулируется в зависимости от потребностей в охлаждении.

Современные веб-серверы комплектуются запасными блоками питания, которые можно заменять в то время, когда вместо них питающее напряжение на аппаратуру поступает от другого блока питания. В некоторых современных компьютерах, в частности в таких, которые предназначены для использования в качестве серверов, имеются резервируемые блоки питания. Это значит, что в системе имеется два или больше блоков питания, один из которых обеспечивает эту систему электропитанием, а другой (другие) находится в резерве. При отказе основного блока питания резервный блок немедленно берет на себя всю нагрузку Затем, пока аппаратура питается от резервного блока питания, можно произвести замену основного блока питания.

Блок питания для стационарных компьютеров и ноутбуков, бесперебойные источники и основы правильного выбора

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Блок питания является одной из главных частей любого компьютера. Но многие халатно относятся к покупке этой детали, ориентируясь только на цену.

При выборе этого компонента существует много тонкостей, которые стоит учитывать. В этой статье будет подробно рассказано о том, как правильно выбрать блок питания для компьютера.

Большинство людей игнорируют важность блока питания. Все сначала выбирают:

  • видеокарту;
  • процессор;
  • материнскую плату…,
а блок питания покупают на «что осталось». Это абсолютно не верно. Напрямую от питания зависит стабильность работы всей системы в целом. Давайте посмотрим к чему может привести неправильный БП.

Неожиданные выключения компьютера.

Так происходит, если мощность источника питания подобрана неверно. Комплектующие требуют большего тока, чем может выдать питание, вследствие чего компоненты перегреваются. Если система защиты работает корректно, то она выключит компьютер, но вы рискуете потерять данные.

В дешевых блоках защита работает плохо, что может полностью вывести БП из строя. Нередко они «утаскивают» за сбой и другие компоненты.

Перегрев.

В бюджетных вариантах производители сильно экономят на деталях: ставят радиаторы недостаточной мощности и комплектующие низкого качества. Из-за этого происходит сильный нагрев, который может распространиться на весь системный блок. Это увеличит температурные показатели других элементов.

Недостоверно указанные параметры.

Выходные характеристики некачественных БП часто не соответствуют заявленным. Напряжение на их выводах может «гулять» на целый вольт, что недопустимо. Это приведет к быстрому износу и выходу из строя оборудования.

Кулеры.

В некоторые агрегаты ставят некачественные вентиляторы. Из-за перегрева они начинают работать на повышенных оборотах. В них стоят дешевые подшипники, они начинают дребезжать, превращая ваш ПК в турбину.

Энергопотребление.

КПД у блоков питания не 100%. У плохих моделей, он едва дотягивает до 75%. Вы просто сжигаете 25% в тепло, которое улетает в форточку. Хорошее питание позволит вам экономить электроэнергию.

БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ СТАЦИОНАРНОГО КОМПЬЮТЕРА

Сейчас поговорим о питании для стационарного компьютера. При выборе этого типа блоков часто совершают ошибки. Есть несколько важных параметров:

Мощность.

Эту характеристику указывают на всех БП. Правильно подобранная мощность является залогом долгой и стабильной работы. Для расчёта мощности необходимо знать какие комплектующие стоят в вашем системном блоке. Для этого есть 3 способа.

  1. Посмотреть в «Диспетчере устройств».
  2. Снять крышку с системного блока и переписать все названия.
  3. Воспользоваться специальными программами по типу Everest.

Важно учесть энергопотребления не только главных компонентов, таких как видеокарта, процессор материнская плата, но и не забыть про:

  • вентиляторы;
  • жесткие диски и SSD;
  • дисководы;
  • сетевые адаптеры, звуковые карты и другие устройства расширения.

Ищем информацию о них в интернете и переписываем значения на бумагу. Для жестких дисков и плат расширения крайне тяжело найти документацию. Примерная потребляемая ими мощность около 25 ватт.

Многие забывает про разъёмы USB, а зря. Такое устройство потребляет 5 ватт мощности. Клавиатура, мышь, юсб хаб с десятком флешек и т.п. тоже нагружают систему.

Далее все показатели суммируем. На блоках питания указывается мощность, которую они смогут отдавать в пике: непродолжительное время.

А на дешевых БП эти показатели завышены. Поэтому к полученному результату необходимо добавить около 20%. Это обеспечит стабильную работу, а компоненты будут функционировать в комфортном температурном режиме.

Есть и другой способ, который существенно сэкономит время. В интернете полно онлайн калькуляторов для расчёта мощности БП. Найти их не трудно, там вы сможете легко рассчитать необходимое значение, просто указав состав и количество дополнительных устройств.

Качество блока питания напрямую от используемых радиодеталей зависит . Вот основные компоненты, на которых экономят производители.

Дроссели.

Качественный блок можно определить по дросселям. Главная их задача – сглаживать пульсации. Очень часто в дешевых моделях дроссели просто заменяют на перемычки, такое устройство не стоит рассматривать. Это сильно отражается на стабильности работы. Большие дроссели, намотанные толстым медным проводом – первый признак долговечности.

Увидеть дроссели можно, если заглянуть через решетку вентилятора внутрь. Они располагаются возле входа 220 вольт и по виду напоминают небольшой трансформатор. Если вы видите на их месте перемычки, то такую модель не стоит покупать.

Конденсаторы.

Конденсаторы в связке с дросселями обеспечивают сглаживание пульсаций после выпрямительного моста. В БП ставится два конденсатора с напряжением порядка 200 вольт. Главная характеристика конденсатора – это его емкость. Оптимальные значения – больше 300-400 микрофарад в сумме, но чем больше, тем лучше.

Именно конденсаторы являются причиной большинства поломок. Они со временем теряют свою емкость. В худшем случае, они закипают и взрываются. Стоит обращать внимания на производителя. Лучшие конденсаторы производят фирмы: Sanyo, Fujitsu, Epcos, Jamicon, Hitachi, Capxon, Matsushita.

Вентилятор.

Вентилятор влияет на качество охлаждения и на уровень шума. Выбирайте модели с минимум одним 120 мм кулером. Будет хорошо, если у него будет фирменная крыльчатка и качественный гидродинамический подшипник. Это увеличит ресурс и снизит уровень шума. Но в любом случае вентилятор нужно будет регулярно чистить от пыли!

Провода и разъёмы.

Провода должны быть достаточно длинными, чтобы достать до отдаленных частей корпуса. Они должны быть покрыты качественным слоем изоляции, но быть достаточно мягкими. В дорогих моделях имеется защита специальной оплеткой. Но она скорее для эстетики.

Многие производители экономят на качестве и количестве разъемов, стоит обратить на это внимание. Хорошие разъемы сделаны из качественного пластика, контакты ровные, на отливке отсутствуют заусенцы.

Радиаторы.

На них тоже часто экономят недобросовестные производители. Радиаторы должны быть большими и тяжелыми, иметь форму с максимальным количеством ребер. Они должны располагаться возле вентиляционных отверстий или кулера и хорошо обдуваться воздухом.

Трансформаторы.

Как и радиаторы, трансформаторы должны быть большими и тяжелыми. Именно они выполняют большую часть работы по преобразованию напряжений. Оптимальное место их расположения — напротив вентиляционных отверстий.

Перегрев может привести к нарушению изоляции и межвитковому замыканию. БП с такой неисправностью может забрать с собой в помойку половину всех комплектующих.

Важно! Хороший блок питания —тяжелый блок.

Производитель.

От него завит качество используемых комплектующих. Вот хорошие бренды, которым можно доверять:

  • Zalman;
  • FSP;
  • Chieftec;
  • Microlab;
  • Thermaltake.

БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ НОУТБУКА

Данные устройства отличаются от десктопных моделей. Существуют 3 параметра, на которые стоит обратить ваше внимание при выборе.

Мощность.

Один из самых главных. Он показывает, какую энергию способен отдать блок питания. Необходимое значение можно найти:

  1. На днище ноутбука, на специальной наклейке.
  2. В документации к устройству.
  3. В интернете.
  4. На корпусе старого блока питания.

Важно знать, что можно и даже нужно брать блок питания с запасом. Но мощность никак не должна быть меньше номинальной.

Иногда указывается максимальный ток, который способен отдать БП или который потребляет ноутбук. Тогда мощность можно рассчитать по этой формуле: P=V*I. Где P – мощность, V — напряжение, I – ток.

Напряжение.

Данное значение очень важно и индивидуально для каждой модели. Оно указывается там же, где и мощность (об написано выше). Блок питания нужно подбирать с точно таким же напряжением, как и старый.

Если напряжение будет ниже необходимого, то ноутбук может даже не включаться или нестабильно работать под нагрузкой. Если же напряжение будет выше оптимального, то схема стабилизации износится гораздо быстрее. В некоторых случаях ноутбук просто сгорит.

Разъем.

Каждый БП имеет два разъёма: вход 220 вольт и выход вторичного напряжения.

Разъемы 220 вольт бывают двух типов: двух пиновые и трех пиновые. Принципиальная разница у них в том, что у трех пинового разъёма, помимо фазы и 0 есть заземление. Они соответственно имеют разные штекера, поэтому не взаимозаменяемы. Но некоторые умельцы могут перепаять их.

Крайне не рекомендуется заниматься этим непрофессионалам, данные провода находятся под напряжением 220 вольт и потенциально опасны.

Существует много типов и размеров разъемов подключения питания к ноутбуку. Они могут быть похожи, но иметь совершенно разную распиновку, поэтому стоит покупать тот БП, в котором установлен разъем именно для вашей модели.

Если вы обладаете редкой моделью ноутбука и не нашли источника питания с необходимым вам разъёмом, то можно выбрать другой, подходящий по электрическим характеристикам вариант и перепаять на него разъем со старого блока.

БЕСПЕРЕБОЙНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРА

Источник бесперебойного питания (ИБП) служит для спасения техники во время перепадов напряжения в сети. Он дает возможность работать компьютеру некоторое время за счет встроенного аккумулятора.

Основные характеристики ИБП:

Мощность.

Чем она выше, тем «серьезнее» устройство может быть к нему подключено. Этот параметр измеряется в Ваттах. Стоит понимать, что чем больше нагрузка на ИБП, тем меньше будет время работы в автономном режиме (при прочих равных условиях, естественно).

Время работы в автономном режиме.

То время, в течение которого будет работать подключенная нагрузка на встроенном в ИБП аккумуляторе. Этот показатель сильно зависит от потребляемой нагрузкой мощности.

Качество стабилизации напряжения.

Существует три основных типа блоков, которые отличаются по качеству стабилизации:

VFD Voltage Frequency Depended.
В этом типе выходная частота и напряжение полностью зависит от входного. Самые простые и дешевые устройства.
VI Voltage Independed.
При повышении или повышении входного напряжения устройства такого типа удерживают его в определенных пределах. Самый распространенный на сегодня тип ИБП.
VFI Voltage Frequency Independed.
Качественно отличаются по принципу работы. Сначала входное напряжение выпрямляется и им заряжаются аккумуляторы, а затем с аккумуляторов напряжение идет на преобразователь в 220. Выдают они чистую синусоиду и характеризуются отличным качеством выходного напряжения и высокой ценой из-за сложности в производстве.

Параметры выходной частоты.

Их всего 2: синусоида и аппроксимированная синусоида. Для компьютеров, ноутбуков и телевизоров не важна частота, так как там стоит выпрямитель, а вот для электромоторов нужна чистая синусоида.

Таким образом, выбирать блок бесперебойного питания нужно исходя из целей, для которых вы хотите его использовать. Необходимо знать мощность потребителя и желаемое время работы при пропадании сетевого напряжения.

Для домашнего компьютера не нужен синусоидальный сигнал, а входное напряжение может отклоняться в больших пределах. Поэтому ИБП имеет смысл покупать только, как внешний аккумулятор, позволяющий вам сохранить выполненную работу, если есть перебои с электроэнергией.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Как работает блок питания

Для контроля доступа, IP-камер и домофонов требуются блоки питания

Разработка источника питания — одна из первых задач в области электротехники, которую я решал в колледже. Я помню те дни. Мы многому научились, например, не пить много пива перед лабораторным занятием. Не вставляйте палец в электрическую розетку. Всегда пытайтесь угадать, что на тесте. И держитесь подальше от курсов об антеннах, потому что они ужасны.

Источники питания в компьютерах, IP-камерах, системах контроля доступа, IP-пейджинге и домофонах.Это один из самых недооцененных компонентов компьютерной системы. Когда вы указываете компьютер, вы думаете о скорости процессора, памяти, хранилище и видеокарте. Блок питания никогда не рассматривается. Конечно, если это не удастся, ни один из других компонентов не будет работать. Иногда самая важная часть системы оказывается самой важной. Кто-нибудь помнит старый анекдот о споре между различными частями тела *?

Конструкция блока питания

В этой статье описывается, как работает блок питания, и некоторые вещи, которые следует учитывать при покупке блока питания.

Что такое блок питания?

Блок питания (PSU) — это устройство, которое преобразует энергию входящей электрической мощности в мощность, которая может использоваться устройством компьютерного типа. Блок питания компьютерного типа преобразует мощность переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный), обеспечивает фиксированный уровень выходного напряжения и регулирует или поддерживает выходное напряжение в диапазоне условий нагрузки. На самом деле он не «поставляет» энергию; он преобразует или изменяет его, чтобы электронное устройство могло его использовать.

Например, блок питания вашего компьютера преобразует 120 В переменного тока переменного тока в низковольтный постоянный ток (DC) при 5 В или 12 В постоянного тока. Блок питания (блок питания) также должен регулировать выходное напряжение, чтобы оно не изменялось более чем на несколько процентов. Он также обычно включает в себя переключатель ограничения тока, который отключается (как предохранитель) при обнаружении слишком большого тока нагрузки. Это защищает загрузочное устройство от повреждений.

Принципиальная схема источника питания

Блок питания состоит из четырех основных частей.

  • Трансформатор : Регулирует напряжение переменного тока до нужного уровня для конкретного источника питания
  • Выпрямитель : Преобразует сигнал переменного тока (переменный ток), чтобы он всегда был положительным (постоянный ток)
  • Фильтр : сглаживает выпуклости в сигнале
  • Регулятор : регулирует выходное напряжение постоянного тока таким образом, чтобы оно поддерживалось на нужном уровне (12 В постоянного тока). Он поддерживает постоянное напряжение, несмотря на изменение нагрузки.
Блок-схема блока питания

Типы блоков питания

Существует два типа источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания .Линейный источник питания имеет простую конструкцию и дешевле импульсного источника питания. Импульсный источник питания сложнее, но он намного эффективнее и гибче.

Линейный источник питания

Вот пример принципиальной схемы. Линейный источник питания включает в себя большой трансформатор, который регулирует входное напряжение, выпрямитель, транзисторы и компонент регулятора напряжения.

Принципиальная схема линейного источника питания
Преимущества линейного источника питания
  • Простое устройство .В линейных регуляторах используется меньше компонентов, чем в импульсных источниках питания. На приведенной выше принципиальной схеме показано, как микросхему регулятора (7812) можно использовать в источнике питания.
  • Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже, чем у импульсных источников питания.
  • Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания. Это делает их идеальными для любых приложений, чувствительных к шуму, включая устройства связи и радио.
Недостатки
  • Более крупный : Для линейных источников питания требуется трансформатор большего размера, поэтому они больше и тяжелее, чем импульсные источники питания.
  • Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы обычно могут использоваться с фиксированными входным напряжением и частотой. Например, они предназначены для подключения к входу питания 120 В переменного тока, 60 Гц или 240 В переменного тока. Если вы хотите использовать питание 240 В переменного тока, вам необходимо переключить ответвления на входном трансформаторе.
  • Ограниченные тиражи .Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение. Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный регулятор напряжения на каждый требуемый выход.
  • Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Также требуется радиатор, который увеличивает размер и вес устройства.

Импульсный источник питания

Многие современные источники питания используют импульсное питание. Этот тип источника питания включает импульсный стабилизатор для управления напряжением и током.Он более гибкий и намного более эффективный, чем линейный источник питания. Применяются в домофонах, IP камерах, считывателях-контроллерах контроля доступа.

Схема состоит из намного большего количества блоков, чем линейный источник питания.

Схема импульсного источника питания

Импульсный источник питания может обрабатывать множество различных уровней входного напряжения и частоты переменного тока (переменного тока). Компьютерные продукты продаются в Японии, где напряжение составляет 100 В переменного тока, 50 Гц, и во Франции, где напряжение составляет 230 В при 50 Гц.Импульсный источник питания может вместить все эти источники питания.

Импульсные источники питания также могут преобразовывать мощность постоянного тока с одного уровня напряжения на другой. Например, инжекторы PoE обеспечивают около 48 В постоянного тока на устройство в сети. IP-устройство, такое как камера, имеет преобразователь постоянного тока в постоянный, который преобразует 48 В постоянного тока в 5 В постоянного тока для питания цепей камеры.

Преимущества и недостатки коммутационных расходных материалов

Импульсные источники питания могут иметь более высокий КПД, чем линейные регуляторы, но они могут стать проблемой в некоторых ситуациях, когда шум делает их плохим выбором.Например, для приложений радиосвязи и связи требуется малошумящий источник питания.

Преимущества
  • Малый форм-фактор . Понижающий трансформатор в импульсном регуляторе работает на высокой частоте, что означает, что трансформатор намного меньше и легче.
  • Высокая эффективность . Регулировка напряжения в импульсном блоке питания рассеивает меньше тепла. КПД может достигать 85% -90%.
  • Гибкие приложения .К импульсному источнику питания можно добавить дополнительные обмотки, чтобы обеспечить более одного выходного напряжения. Устройство с трансформаторной изоляцией также может обеспечивать выходное напряжение, не зависящее от входного напряжения.
Недостатки
  • Сложная конструкция . Конструкция требует большего количества компонентов, поэтому ее следует разрабатывать тщательно, чтобы обеспечить надежность.
  • Высокочастотный шум . Операция переключения полевого МОП-транзистора в импульсном источнике питания обеспечивает высокочастотный шум в выходном напряжении.Это часто требует использования радиочастотного экранирования и фильтров электромагнитных помех в чувствительных к шуму устройствах.
  • Более высокая стоимость . Для более низкой выходной мощности 10 Вт или менее дешевле использовать линейно регулируемый источник питания.

Обзор выбора источника питания

Блок питания преобразует уровни напряжения. Он также преобразует мощность переменного тока в постоянный и поддерживает постоянное напряжение, несмотря на нагрузку. Линейная подача стоит меньше, но менее эффективна и гибка. Импульсный источник питания легче, дороже и более эффективен.


* Шутка:

Однажды разные части тела спорили, чтобы выбрать, кто должен быть ответственным.

Мозг сказал: «Я все думаю, поэтому я самый важный и должен нести ответственность».

Глаза говорили: «Я все вижу и сообщаю остальным, где мы находимся, поэтому я самый важный, и я должен нести ответственность».

Руки сказали: «Без меня мы не смогли бы что-либо поднять или переместить.Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Желудок сказал: «Я превращаю пищу, которую мы едим, в энергию для остальных. Без меня мы бы голодали. Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Ноги говорили: «Без меня мы не смогли бы никуда двигаться. Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Затем прямая кишка сказала: «Думаю, я должен быть ответственным».

Все остальные части говорили: « Ты?!? Вы ничего не делаете! Ты не важен! Вы не можете нести ответственность.

Значит, прямая кишка закрыта.

Через несколько дней все ноги начали шататься, живот был тошнотворным, руки дрожали, глаза слезились, а мозг был затуманен. Все они согласились, что больше не могут этого выносить, и решили взять прямую кишку под контроль.

Мораль истории?

Вам не обязательно быть самым важным, чтобы быть ответственным; любой мудак может это сделать.


Если вам нужна помощь в выборе IP-камеры, контроля доступа или IP-пейджинга и внутренней связи, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону 800-431-1658 в США, 914-944-3425 в любом другом месте или воспользуйтесь нашей контактной формой.

Как работают блоки питания | ОРЕЛ

Блоки питания

составляют основу всех наших электронных устройств и обеспечивают согласованную схему работы там, где это больше всего необходимо. В современной электронике, такой как компьютеры и другие чувствительные к данным устройства, питание должно работать безупречно, а единичный отказ может означать потерю работы и данных. Но, как разработчики электроники, мы обычно оставляем наши соображения по поводу источника питания на потом, часто беря заранее подготовленный блок схемы, который, как мы знаем, уже работает.В конце концов, нам просто нужен выход 5 В, верно? Оказывается, под капотом творится еще много всего.

Источники питания от 10000 футов

Большинство источников питания получают питание от сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток, пригодный для использования в электронных устройствах. Во время этого процесса источник питания выполняет несколько ролей, в том числе:

  • Преобразование переменного тока из сети в устойчивый постоянный ток
  • Предотвращение воздействия переменного тока на выход источника постоянного тока
  • Поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения

Чтобы осуществить все это преобразование, типичный источник питания будет использовать несколько общих компонентов, включая трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный начинается с переменного тока, который возникает в розетке в виде синусоидальной волны. Этот сигнал переменного тока колеблется между отрицательным и положительным напряжением до шестидесяти раз в секунду.

Сигнал синусоидальной формы переменного тока. (Источник изображения)

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, чтобы удовлетворить требованиям напряжения источника питания. После понижения напряжения выпрямитель превратит синусоидальную форму волны переменного тока в набор положительных впадин и пиков.

Выпрямление удаляет отрицательную сторону сигнала переменного тока, оставляя только положительный выход. (Источник изображения)

На этом этапе все еще есть колебания в форме волны переменного тока, поэтому для сглаживания переменного напряжения в пригодный для использования источник постоянного тока используется фильтр.

Применение фильтра с резервуарным конденсатором удаляет агрессивные пики и впадины в нашей форме волны. (Источник изображения)

Теперь, когда переменный ток преобразован в пригодный для использования постоянный ток, некоторые источники питания будут дополнительно устранять любые пульсации в форме волны с помощью регулятора.Этот регулятор будет обеспечивать стабильный выход постоянного тока независимо от изменений входного переменного напряжения.

Это краткий обзор процесса. Независимо от того, какой блок питания вы смотрите, в нем всегда будет как минимум три основных компонента — трансформатор, выпрямитель и фильтр. Регуляторы могут использоваться или не использоваться в зависимости от того, является ли источник питания нерегулируемым или регулируемым (подробнее об этом позже).

Детали блока питания

Трансформатор

В качестве первой линии защиты трансформатор должен понижать входящий переменный ток от сети до уровня напряжения, с которым может справиться нагрузка источника питания.Трансформаторы также могут повышать напряжение, но в этой статье мы сосредоточимся на тех, которые понижают напряжение для низковольтных электронных устройств постоянного тока.

Внутри трансформатора находятся две обмотки катушки, физически отделенные друг от друга. Первая обмотка принимает переменный ток от сети, а затем электромагнитно соединяется со второй обмоткой, чтобы провести необходимое переменное напряжение во вторичной обмотке. Сохраняя эти две обмотки физически разделенными, трансформатор может изолировать напряжение сети переменного тока от выхода цепи питания.

Две физически разделенные катушки в трансформаторе проводят через электромагнитную связь. (Источник изображения)

Выпрямитель

После того, как переменный ток понижается трансформатором, выпрямитель должен преобразовать форму волны переменного тока в необработанный формат постоянного тока. Это достигается одним или несколькими диодами в полуволновой, полноволновой или мостовой конфигурации.

Полуволновое выпрямление

В этой конфигурации один выпрямительный диод используется для извлечения постоянного напряжения из половины цикла формы сигнала переменного тока.В результате у источника питания остается половина выходного напряжения, которое он мог бы получить от полной формы волны переменного тока при Vpk x 0,318. Half Wave — это самая дешевая конфигурация для проектирования, она идеальна для не требовательного использования энергии и обычно оставляет наибольшую пульсацию выходного напряжения.

Полуволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Полноволновое выпрямление

В этой конфигурации два выпрямительных диода используются для выделения двух полупериодов входящего сигнала переменного тока.Этот процесс обеспечит двойное выходное напряжение полуволнового выпрямления при Vpk x 0,637. Хотя эта конфигурация более дорогая в разработке, чем полуволновая, поскольку для нее требуется трансформатор с центральным отводом, она имеет дополнительное преимущество в виде улучшенного сглаживания пульсаций переменного тока.

Полноволновое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала. (Источник изображения)

Ректификация моста

В этой конфигурации используются четыре диода, расположенных в виде моста для достижения полноволнового выпрямления без использования трансформатора с центральным отводом.Это обеспечит то же выходное напряжение, что и Full Wave при Vpk x 0,637 с диодами, которым требуется только половина их обратного напряжения пробоя. В течение каждого полупериода два противоположных диода проводят ток, что обеспечивает полную форму волны переменного тока в конце полного цикла.

Мостовое выпрямление в цепи и форме выходного сигнала, как для полной волны. (Источник изображения)

Фильтр

Теперь, когда мы преобразовали наше переменное напряжение, работа фильтра заключается в устранении любых пульсаций переменного тока в выходном напряжении, в результате чего остается плавное постоянное напряжение.Зачем устранять рябь? Если они попадут на выход источника питания, они могут повредить нагрузку и потенциально вывести из строя всю вашу схему. В фильтрах используются два основных компонента: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот.

Резервуарный конденсатор

Электролитический конденсатор большой емкости используется для временного хранения выходного тока, подаваемого выпрямительным диодом. При зарядке этот конденсатор может обеспечивать выходной постоянный ток в промежутках времени, когда выпрямительный диод не проводит.Это позволяет источнику питания поддерживать стабильный выход постоянного тока на протяжении циклов включения / выключения источника питания.

Здесь вы можете увидеть разницу в выходном сигнале с крышкой резервуара и без нее. (Источник изображения)

Фильтр низких частот

Вы можете сделать схему источника питания только с емкостным конденсатором, но добавление фильтра нижних частот дополнительно устраняет пульсации переменного тока, которые проходят через емкостной конденсатор. В большинстве базовых источников питания вы не найдете фильтров нижних частот, поскольку для них требуются дорогие индукторы с ламинированным или тороидальным сердечником.Однако в современной электронике с импульсным источником питания вы обнаружите, что фильтры нижних частот используются для устранения пульсаций переменного тока на более высоких частотах.

При добавлении в цепь питания емкостного конденсатора и фильтра нижних частот можно удалить более 95% пульсаций переменного тока. Это позволит вам поддерживать стабильное и чистое выходное напряжение, которое соответствует пику исходной входной волны переменного тока.

Регулятор

В регулируемых источниках питания будет добавлен регулятор для дальнейшего сглаживания постоянного напряжения и обеспечения стабильного выходного сигнала независимо от изменений входных уровней.Это улучшенное регулирование также увеличивает сложность и стоимость питания схемы. Вы найдете регуляторы в двух различных конфигурациях: в виде шунтирующего регулятора или последовательного регулятора.

Шунтирующий регулятор

В этой конфигурации регулятор подключен параллельно нагрузке, что обеспечивает постоянное протекание тока через регулятор до попадания в нагрузку. Если ток нагрузки увеличивается или уменьшается, шунтирующий регулятор будет либо уменьшать, либо увеличивать свой ток, чтобы поддерживать постоянное напряжение и ток питания.

Шунтовые регуляторы подключаются параллельно нагрузке. (Источник изображения)

Регулятор серии

В этой конфигурации последовательный регулятор подключен последовательно с нагрузкой, которая обеспечивает переменное сопротивление. Этот регулятор будет последовательно измерять входящее напряжение нагрузки, используя систему отрицательной обратной связи. Если образец напряжения повышается или понижается, то последовательный регулятор либо понижает, либо увеличивает свое сопротивление, позволяя большему или меньшему току проходить через нагрузку.

Регуляторы серии

добавляют переменное сопротивление к управляющему току. (Источник изображения)

Типы источников питания

Типичные источники питания переменного и постоянного тока будут использовать в своей схеме некоторые или все вышеперечисленные компоненты в качестве нерегулируемого или регулируемого источника питания. Тип источника питания, который вы используете в своем электронном проекте, зависит от уникальных требований вашего дизайна.

Нерегулируемые блоки питания

Эти блоки питания не имеют регулятора напряжения и выдают только заданное напряжение при максимальном выходном токе.Здесь выход постоянного напряжения связан с внутренним трансформатором напряжения, и выходное напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от токового выхода нагрузки. Эти источники питания известны своей прочностью и недорого, но не обеспечивают достаточной точности для чувствительных к мощности электронных устройств.

Нерегулируемые блоки питания

содержат все стандартные компоненты, кроме регулятора.

Регулируемые блоки питания

Регулируемые источники питания включают в себя все основные компоненты нерегулируемого источника питания с добавлением регулятора напряжения.Следует отметить три конфигурации блока питания регулятора:

Линейный источник питания . В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор для управления выходными напряжениями в определенном диапазоне. Хотя эти блоки питания не самые эффективные и выделяют много тепла, они известны своей надежностью, минимальным электрическим шумом и широкой коммерческой доступностью.

Типовая схема линейного источника питания. (Источник изображения)

Импульсный источник питания .В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор, который включается / выключается для подачи напряжения на выходной накопительный конденсатор. Режимы переключения обычно меньше и легче, чем линейные источники питания, предлагают широкий диапазон выходных сигналов и более эффективны. Однако они требуют сложной схемы, генерируют больше шума и требуют подавления помех для своих высокочастотных операций.

Здесь мы видим добавленную сложность в схеме режима переключения. (Источник изображения)

Батарейный блок питания .Эта конфигурация действует как накопитель энергии и обеспечивает постоянный поток постоянного тока к электронному устройству. По сравнению с линейными и импульсными источниками питания, батареи являются наименее эффективным методом питания устройств, и их также трудно сопоставить с правильным напряжением в нагрузке. Тем не менее, батареи имеют то преимущество, что они служат источником питания, когда сеть переменного тока недоступна, и не создают электрических помех.

При выборе источника питания для вашего следующего проекта электроники обратите внимание на следующие преимущества и недостатки нерегулируемых и регулируемых источников питания:

Нерегулируемый Регулируемый
Преимущества:
  • Простая схема
  • Надежный и экономичный

Недостатки

  • Напряжение зависит от тока нагрузки
  • Идеально подходит для устройств, работающих с фиксированным выходным током / напряжением
Преимущества
  • Постоянное напряжение
  • Более высокое качество
  • Лучшая фильтрация шума
  • Регулируемое выходное напряжение / ток

Недостатки

  • Требуется более сложная схема
  • Дороже

При выборе между линейным, импульсным или аккумуляторным блоком питания учитывайте следующее:

Регулируемые блоки питания
Линейный Режим переключения Аккумулятор
Преимущества
  • Стабильно и надежно
  • Меньше электрических шумов
  • Хорошая регулировка линии и нагрузки

Недостатки

  • Низкий КПД <50%
  • Требуются радиаторы большего размера
  • Крупные детали и тяжелые
  • Дорого
Преимущества
  • Маленький размер и легче
  • Широкий диапазон входного напряжения
  • Высокая эффективность
  • Дешевле по сравнению с линейным

Недостатки

  • Требуется более сложная схема
  • Может загрязнять сеть переменного тока
  • Повышенный уровень шума
Преимущества
  • Не требует доступа к сети переменного тока
  • Портативный источник питания

Недостатки

  • Фиксированное входное напряжение
  • Фиксированный срок службы
  • Выходное напряжение падает из-за использования резервов энергии

Технические характеристики блока питания, о которых необходимо знать

Если вы выбираете готовую схему источника питания вместо того, чтобы разрабатывать свою собственную, необходимо знать несколько спецификаций.К ним относятся:

  • Выходной ток . Это максимальный ток, который блок питания может подавать на нагрузку.
  • Регулятор нагрузки . Это определяет, насколько хорошо регулятор может поддерживать постоянный выходной сигнал при изменении тока нагрузки, обычно измеряемого в милливольтах (мВ) или максимальном выходном напряжении.
  • Шум и пульсация . Они измеряют нежелательные электронные помехи и колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный, обычно измеряемые в размахе напряжения для импульсных источников питания.
  • Защита от перегрузки . Это функция безопасности, которая отключит источник питания в случае короткого замыкания или перегрузки по току.
  • КПД . Это соотношение мощности, преобразованной из сети переменного тока в постоянный. Высокоэффективные системы, такие как импульсные блоки питания, могут достичь 80% -ного КПД, снизить нагрев и сэкономить энергию.

Последовательное преобразование

Блоки питания

обеспечивают стабильную основу питания всех наших электронных устройств, будь то ваш компьютер, смартфон или телевизор, этот список можно продолжать.Независимо от того, какой тип источника питания вы используете или разрабатываете, все они включают в себя несколько основных компонентов для преобразования сети переменного тока в постоянный постоянный ток (DC). Трансформатор сначала понижает напряжение, которое затем выпрямляется в необработанный формат постоянного тока. Затем он фильтруется и регулируется, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение для стабильного выходного сигнала. При разработке собственной схемы источника питания рассчитывайте использовать эти основные компоненты вместе с уникальными характеристиками мощности для вашей конструкции, чтобы обеспечить постоянный выход постоянного тока в любое время дня.

Нужен разъем питания для вашего будущего проекта по разработке электроники? У нас есть масса бесплатных библиотек! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно сегодня!

Как работает источник бесперебойного питания (ИБП)?

Источник бесперебойного питания (ИБП), также известный как резервная батарея, обеспечивает резервное питание при выходе из строя обычного источника питания или падении напряжения до недопустимого уровня. ИБП обеспечивает безопасное и упорядоченное выключение компьютера и подключенного оборудования.Размер и конструкция ИБП определяют, как долго он будет обеспечивать питание.

Топологии ИБП

Различные топологии ИБП обеспечивают определенные уровни защиты электропитания. ИБП CyberPower будет принадлежать к одной из этих трех топологий: резервной, линейно-интерактивной и с двойным преобразованием.

Резервный — это самая простая топология ИБП. Резервный ИБП использует резервное питание от батареи в случае общих проблем с питанием, таких как отключение электроэнергии, падение напряжения или скачок напряжения. Когда входящая мощность в электросети падает ниже или превышает безопасные уровни напряжения, ИБП переключается на питание от батареи постоянного тока, а затем инвертирует его в питание переменного тока для работы подключенного оборудования.Эти модели предназначены для бытовой электроники, компьютеров начального уровня, POS-систем, систем безопасности и другого базового электронного оборудования.

В ИБП line interactive используется технология, позволяющая корректировать незначительные колебания мощности (пониженное и повышенное напряжение) без переключения на батарею. Этот тип ИБП имеет автотрансформатор, который регулирует низкие напряжения (например, отключения) и перенапряжения (например, выбросы) без необходимости переключения на батарею. Модели линейно-интерактивных ИБП обычно используются для бытовой электроники, ПК, игровых систем, электроники домашних кинотеатров, сетевого оборудования и серверов начального и среднего уровня.Они обеспечивают питание во время таких событий, как отключение электроэнергии, падение напряжения, скачок напряжения или перенапряжение.

ИБП с двойным преобразованием (онлайн) обеспечивает стабильное, чистое и почти идеальное питание независимо от состояния входящего питания. Этот ИБП преобразует входящую мощность переменного тока в постоянный, а затем обратно в переменный. Системы ИБП с этой технологией работают от изолированного источника постоянного тока 100 процентов времени и имеют нулевое время переключения, поскольку им никогда не нужно переключаться на питание постоянного тока. Системы ИБП с двойным преобразованием предназначены для защиты критически важного ИТ-оборудования, инсталляций центров обработки данных, высокопроизводительных серверов, крупных телекоммуникационных установок и приложений хранения, а также современного сетевого оборудования от повреждений, вызванных отключением питания, провалом напряжения, скачком напряжения и т. Д. напряжение, скачок напряжения, частотный шум, изменение частоты или гармонические искажения.

Формы выходных сигналов ИБП
Системы ИБП

CyberPower имеют выходной сигнал синусоидальной или имитированной синусоидальной волны, в зависимости от модели.

Выходной синусоидальный сигнал: Выходной сигнал высочайшего качества — это синусоидальный сигнал, который представляет собой плавные повторяющиеся колебания мощности переменного тока. Системы ИБП корпоративного уровня вырабатывают синусоидальную энергию для работы чувствительного электронного оборудования. Выходной сигнал синусоиды гарантирует, что оборудование, использующее блоки питания Active PFC, не отключится при переключении с электросети на питание от батареи.

Имитация выходной синусоидальной волны: Приблизительная форма выходной синусоидальной волны. Он использует модуляцию пульсовой волны для генерации ступенчатой ​​приближенной синусоидальной волны для обеспечения более экономичного резервного питания от батареи для оборудования, которое не требует выхода синусоидальной волны. Технология, используемая для производства такого типа выходной мощности, дешевле в производстве и распространена в резервных и линейных интерактивных системах ИБП.

Где можно узнать больше?

CyberPower предлагает ИБП с резервным, линейно-интерактивным и двойным преобразованием.Здесь вы найдете информацию о наших системах ИБП.

Как работают блоки питания для ПК

Взгляните на мельчайшие детали того, что дает вашей установке мощь.

Блок питания (PSU) — один из компонентов ПК, который мы склонны принимать как должное. Он сидит в корпусе, из него торчит куча проводов, и, может быть, время от времени мы продуваем его воздухом, чтобы избавиться от пылевых кроликов. Но это, пожалуй, самая важная часть аппаратного обеспечения ПК, потому что она выполняет одну задачу: снабжает остальную часть машины необходимой ей электроэнергией.

К сожалению, электричество из розетки не подходит. Электронные устройства рассчитаны на использование электричества постоянного тока, а то, что выходит из стены, является переменным током. К тому же электричество от стены слишком мощное. Это означает, что основная роль блока питания заключается в преобразовании электроэнергии переменного тока в электричество постоянного тока на безопасном уровне.

Мы рассмотрим, как это делает блок питания, и собственное оборудование внутри него, которое делает это возможным. В качестве наглядного пособия мы будем вскрывать одну из них, чтобы обнажить ее внутренности.

Quick Primer: типы источников питания

Источники питания бывают двух основных видов: линейные и переключаемые.

Линейные источники питания проще, требуя всего нескольких шагов, чтобы преобразовать электричество переменного тока в электричество постоянного тока. Они постоянно расходуют энергию и обычно сбрасывают избыточную энергию в виде тепла, и для обеспечения высокой мощности потребуются компоненты большего размера. Это ограничивает их в основном приложениями с меньшей мощностью. В чем они действительно хороши, так это в том, что на их выходе мало шума, и настольные принадлежности лабораторного уровня часто бывают линейными по этой причине.

Импульсный источник питания, с другой стороны, имеет внутренний переключатель, который контролирует поток электроэнергии, поступающей в остальную часть источника питания. Хотя это добавляет сложности, у него есть несколько преимуществ. Во-первых, источник питания потребляет меньше электроэнергии, чем линейный источник питания. Во-вторых, при переключении генерируется высокочастотное электричество переменного тока, что, в свою очередь, позволяет уменьшить размеры некоторых компонентов, таких как катушки индуктивности и трансформаторы. Обратной стороной является то, что переключение создает много шума, который необходимо отфильтровать на выходе и, возможно, экранировать, чтобы предотвратить утечку.

Из переменного тока в постоянный: этапы процесса источника питания

Как уже упоминалось, основная задача источника питания заключается в преобразовании переменного тока в постоянный. Как только электричество постоянного тока вырабатывается, оно преобразует его в соответствующие напряжения для использования компонентами. Это становится немного сложнее, если принять во внимание другие особенности, поэтому вот блок-схема с разбивкой:

Блок-схема блока питания ПК. Красные линии — это переменный ток, зеленые — постоянный ток.

Вот изображение блока питания, который мы изучаем, с выделенными частями, которые выполняют все эти шаги.В случае, если вас интересует белая пленка и пластиковые листы, она призвана свести к минимуму вибрации, а пластиковые листы должны изолировать компоненты от соприкосновения друг с другом или с шасси, к которому подключен заземляющий провод.

Шаг 1 — Фильтрация переменного тока на входе

Электроэнергия, выходящая из стены, очень шумная по ряду причин. Первый шаг — отфильтровать как можно больше шума, используя комбинацию конденсаторов (известных как конденсаторы X и Y) и катушек индуктивности.Кроме того, может быть некоторая схема защиты, аналогичная той, что используется в устройствах защиты от перенапряжения, для защиты от внезапных скачков тока.

Если источник питания имеет физический переключатель напряжения, вход либо переходит в цепь удвоителя напряжения, либо продолжает работать. Удвоитель напряжения используется, когда на входе 115 В, так что остальной блок питания должен работать только с 230 В независимо от фактического входа. Если есть активная коррекция коэффициента мощности, то она позаботится об этом шаге. Таким образом, если источник питания потребляет 115–230 В без физического переключателя, есть большая вероятность, что он имеет активную коррекцию коэффициента мощности.

На этом рисунке показана основная часть фильтрации переменного тока и части выпрямления переменного тока, описанные в шаге 2. Винты в середине радиатора прикрепляют диод для коррекции коэффициента мощности (описанный в шаге 3) и пару переключающие полевые МОП-транзисторы (отвечающие за переключение, описанное в шаге 4).

Шаг 2 — Выпрямление и фильтрация

Электричество, идущее от стены, попеременно то положительное, то отрицательное. Это заставляет ток течь вперед и назад по проводам, не производя никакой реальной работы с течением времени.Выпрямители преобразуют переменный ток в чисто положительный, как показано на рисунке ниже:

Вход переменного тока в двухполупериодный выпрямленный выход (из Falstad’s Circuit Simulator ).

Накопительный конденсатор используется для захвата энергии из все еще переменного потока, чтобы превратить его в более плоский и стабильный.

Обратите внимание, что на выходе есть что-то вроде зубчатого рисунка. Это связано с тем, что конденсатор может быть заряжен только тогда, когда напряжение выпрямленного выхода достигает определенной точки до пикового напряжения.В противном случае он разряжается. Самая низкая и самая высокая точки зуба пилы образуют так называемую рябь. Количество пульсаций зависит от качества, емкости и типа конденсатора. Качественные блоки питания сведут к минимуму пульсации.

Кроме того, спецификация ATX требует не более пяти процентов пульсации на линиях 3,3 В, 5 В, 5 В_SB и 12 В.

Шаг 3 — Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Коэффициент мощности — это явление, которое происходит в цепях переменного тока. В цепях переменного тока есть два типа мощности: активная и реактивная.Активная мощность — это мощность, которая используется на резистивных нагрузках, например при вращении двигателя. Реактивная мощность — это мощность, которая воздействует на такие компоненты, как конденсаторы и катушки индуктивности, чтобы заряжать их, без какой-либо работы с реальной нагрузкой.

Коэффициент мощности — это соотношение между суммой активной и реактивной мощности (называемой полной мощностью) и самой активной мощностью, которое всегда меньше 1. Коррекция коэффициента мощности направлена ​​на то, чтобы это соотношение было как можно ближе к 1. Хотя это звучит похоже на эффективность, эффективность — это унаследованный компонент электроники, который не может использовать все электричество для выполнения полезной работы и сбрасывает то, что не может использовать в качестве тепла.

Существует два типа коррекции коэффициента мощности: пассивная и активная. Пассивный PFC использует индукторы, пассивный электрический компонент . Активный PFC использует схему управления и транзисторы или активных электрических компонентов.

Шаг 4 — Переключение

Коммутация объединяет несколько действий для достижения того же эффекта: пропускание электричества к остальной части источника питания. Другие функции переключения включают:

  • Схема защиты, такая как защита от перенапряжения, сверхтока, избыточной мощности и короткого замыкания.
  • Обеспечивает базовую обратную связь с компьютером, наиболее важным из которых является сигнал о хорошем питании, который сообщает материнской плате о том, что блок питания готов к работе.
  • Создать высокочастотный (в диапазоне десятков килогерц) выход переменного тока. Причина в том, что это позволяет трансформаторам, используемым на следующем этапе, быть небольшими.

Для правильной работы переключения требуется обратная связь от выхода. Это делается путем измерения выходного напряжения, подаваемого на компьютер.

Это схема управления для управления переключением.

Шаг 5 — Преобразование

Трансформаторы используются для понижения напряжения до первичной линии 12 В и вторичной линии 5 В. Затем основная линия 12 В с помощью преобразователей постоянного тока понижается до 5 В и 3,3 В для использования ПК. Вторичная линия 5 В используется для питания схемы резервного питания 5 В, так что компьютер может включаться с помощью переключателя питания на передней панели.

Шаг 6 — Выпрямить выход и фильтр

После преобразования входа в выход с безопасным уровнем напряжения, пора еще раз выпрямить и отфильтровать, потому что то, что выходит из трансформатора, — это электричество переменного тока.По сути, это повторение шага 2.

На рисунке справа показан выпрямитель, который для данной модели является полуволновым. Это означает, что используется только половина волны переменного тока. Скорее всего, это экономическая мера, позволяющая избежать необходимости в более сложном трансформаторе. Слева от выпрямителя находятся конденсаторы, используемые для фильтрации.

Выход возвращается в схему переключения. По соображениям безопасности выходные цепи не подключены напрямую к входным цепям.То есть на плате нет проводов или проводов, соединяющих их. Чтобы обойти это, в этом источнике питания используется изолирующий трансформатор. В других источниках питания они могут использовать так называемые оптопары. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Opto-isolator )

Шаг 7 — Преобразование и регулировка

Поскольку от главного трансформатора создается только 12 В, преобразователи постоянного тока используются для создания 5 В и 3,3 В. Регуляторы помогают поддерживать напряжение как можно более стабильным. Следующие изображения показывают вывод этих строк.Выходные провода очень толстые, потому что они должны выдерживать большой ток.

Сюда выходят линии 12В и 3,3В.

Сюда выходит линия 5В.

Все эти провода ведут к главной плате распределителя. Ничего особенного здесь не происходит.

Вы могли заметить, что из выхода выходят две линии 12 В (отмечены меткой «12 В 2» на печатной плате). Это будет означать, что этот конкретный источник питания имеет две шины 12 В, которые, скорее всего, распределены между основным 24-контактным разъемом и разъемом EPS12V для одной шины с периферийными устройствами, включая разъем PCI Express, для другой.

Собираем все вместе: для преобразования электроэнергии требуется много

Для кажущейся простой задачи преобразования электроэнергии блок питания выполняет несколько шагов, чтобы обеспечить безопасные и правильные электрические розетки в ваших компонентах. Хотя эта статья поверхностно описывает ее внутреннюю работу, мы надеемся, что она дает лучшее представление о том, что часто упускается из виду.

Руководство для среднего Джо

Как мы все знаем, отключения электроэнергии, случаются со всеми… в конечном итоге.

И когда они это сделают, и ваш компьютер выключится неправильно, может произойти несколько неприятностей…

  1. Это приводит к ненужному износу оборудования, что является основной причиной большинства отказов компьютеров.
  2. Это может потенциально повредить ваши данные множеством непредсказуемых способов.

И в один момент вы можете потерять весь рабочий день… или , что хуже .

Вот почему… для обеспечения безопасности ваших данных источник бесперебойного питания (ИБП) является обязательным элементом в любом офисе или студии.

Проблема в том, что… найти правильный ИБП — это безумно разочаровывающий процесс, поскольку практически ВСЕ образовательные ресурсы по этой теме используют высокотехничный жаргон, который мало кто понимает или интересует.

И все, что нам действительно нужно, это простое решение, которое предлагает:

  • безопасность, зная, что ваши данные и оборудование защищены…
  • Удовлетворение от того, что вы нашли лучший продукт за свои деньги…
  • и простота использования: просто подключите его и забудьте о нем.

Итак, в сегодняшнем посте я хочу помочь вам найти именно это.

Приступим. Первый…

ИБП

и стабилизаторы питания

Часто люди не понимают разницы между этими двумя… часто принимают одно за другое.

Итак, давайте теперь проясним ситуацию, определив оба:

  • Источник бесперебойного питания (ИБП) — это устройство с резервной батареей, обеспечивающее несколько минут питания в случае отключения электроэнергии.Обычно они используются с компьютерами, чтобы защитить конфиденциальные данные, давая достаточно времени для надлежащего завершения работы.
  • Регулятор мощности — это устройство, которое фильтрует и распределяет мощность на различные типы электронного оборудования, такие как студийные мониторы или аудиоинтерфейсы.

Либо один может предлагать различные формы фильтрации мощности, такие как защита от перенапряжения и регулировка напряжения, но основное отличие состоит в том, что ИБП имеет батарею, а стабилизатор питания — нет.

Итак, если вам нужен кондиционер на самом деле , посмотрите этот пост:

В противном случае, продолжим …

3 категории ИБП

В зависимости от вашего бюджета и необходимого уровня защиты на выбор есть 3 категории ИБП:

  1. В режиме ожидания (оффлайн)
  2. Онлайн
  3. Линейно-интерактивный

Вот как работает каждый:

1.Автономный / резервный ИБП

Самый дешевый из 3-х дизайнов…

A standby UPS работает в нормальных условиях, обеспечивая ваш компьютер электропитанием переменного тока непосредственно от сетевой розетки.

Между тем… батарея находится в режиме ожидания.

Затем при сбое питания ИБП обнаруживает проблему и переключается на аккумулятор.

Хотя этот метод хорошо работает для , большинство бытовой электроники…

Проблема в том, что … процесс переключения вызывает кратковременный сбой питания, что опасно для определенного высокочувствительного оборудования.

Вот почему технически, резервный ИБП не считается «истинным ИБП», поскольку он не действительно «бесперебойный».

Хорошая новость для us — это… типичное время задержки (, обычно менее 5 мс, но иногда до 20–100 мс ) находится в пределах допуска для обычных настольных компьютеров.

Однако для критически важных приложений гораздо безопаснее использовать следующую конструкцию.

2. Онлайн-ИБП

Самым лучшим и самым дорогим из трех вариантов является онлайн-ИБП (, также известный как настоящий ИБП ).

В то время как раньше они использовались только для сверхдорогих коммерческих операций, новейшие технологии сделали их в некоторой степени доступными и для потребительского использования.

Чтобы обеспечить действительно «бесперебойным» резервным питанием во время отключений электроэнергии, они используют так называемый «метод двойного преобразования », который работает следующим образом:

  1. Он берет переменный ток от стены и преобразует его в постоянный ток для зарядки аккумулятора.
  2. Он принимает питание постоянного тока от батареи и преобразует обратно в переменный ток, который используется для питания вашего компьютера.

Итак, в отличие от резервного ИБП, который включается только при возникновении проблемы … онлайн-ИБП непрерывно фильтрует энергию через аккумулятор перед отправкой на ваш компьютер.

У этого есть 2 БОЛЬШИХ преимущества:

  1. Во время отключения электроэнергии происходит абсолютно НУЛЕВОЕ отключение питания, потому что компьютер уже работает от батареи.
  2. Питание вашего компьютера остается идеально чистым и стабильным, потому что мощность всегда регулируется аккумулятором.

Единственным недостатком этого метода двойного преобразования является … он потребляет гораздо больше энергии, чем обычный резервный ИБП.

Однако … для повышения энергоэффективности также существует аналогичный онлайн-метод, известный как «преобразование дельты , » … который подает часть энергии непосредственно на компьютер, а не через аккумулятор.

Как и следовало ожидать, вся эта технология стоит недешево… поскольку типичный онлайн-ИБП стоит несколько тысяч долларов… что намного превышает бюджет среднего потребителя.

Вот почему подавляющему большинству людей я рекомендую вместо ИБП

3. Линейно-интерактивный ИБП

Мы все боимся полного отключения электроэнергии больше всего

В большинстве мест, большинство отключений электроэнергии на самом деле кратковременные провалы в подаче питания, обычно известные как пропадания .

Проблема в том, что… резервные ИБП ужасно справляются с падением напряжения, поскольку им приходится постоянно переключаться между переменным током и питанием от батареи, чтобы справиться с каждым провалом.

Это значительно сокращает срок службы батареи, вызывая ненужную разрядку, и раздражает пользователей постоянным срабатыванием сигналов тревоги.

Однако онлайн-ИБП

отлично справляются с перебоями в электроснабжении, поскольку они могут поддерживать постоянное напряжение, постоянно отключаясь от батареи. Но, как известно … они еще и дорогие.

К счастью для нас… ИБП Line-Interactive UPS точно так же справляется с отключениями электроэнергии, причем по гораздо более низкой цене, с использованием специального типа трансформатора, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на кратковременные колебания мощности.

Таким образом, когда мощность падает, трансформатор все еще может поддерживать стабильную мощность без переключения на питание от батареи.

И поскольку линейно-интерактивные ИБП стоят всего на , что немного на дороже, чем модели в режиме ожидания… общее мнение таково: они лучших по общей стоимости из 3-х конструкций.

След. Вперед…

Номинальное напряжение и время работы

Независимо от конструкции, основным показателем, используемым для определения ожидаемой выходной мощности батареи ИБП, является номинальное значение вольт-ампер (ВА) .

Как правило, , большее число ВА обеспечивает более длительное время работы … то есть количество минут, которое у вас есть для выключения компьютера после отключения электроэнергии.

Итак, я рекомендую… выбрать ИБП с максимально возможным номиналом ВА в пределах вашего бюджета.

Для домашнего использования значения обычно варьируются от 200 ВА до 1500 ВА . И в среднем это обычно дает минимум 5-10 минут резервного питания.

Однако на время работы влияют и другие факторы, такие как состояние батареи и нагрузка, необходимая для питания всех подключенных устройств… поэтому фактическое время работы может выходить далеко за пределы этого диапазона.

Другие функции для поиска

Благодаря тому, что мы уже рассмотрели, вы можете сузить область поиска до 3-4 возможных моделей.

На этом этапе… ваш окончательный выбор может быть сделан на основе следующих 6 характеристик:

  1. Контроль производительности
  2. Доступные соединения
  3. Форм-фактор
  4. Шум
  5. Батареи, заменяемые пользователем
  6. Политика защиты оборудования

1.Мониторинг производительности

Основная проблема старых ИБП заключалась в том, что они не давали подробных сведений об их текущем состоянии.

И часто проблемы не обнаруживались до после того, как происходило отключение электроэнергии, и было уже слишком поздно.

Признавая этот недостаток, многие современные устройства добавили сложные системы мониторинга … которые немедленно информируют нас о потенциальных проблемах.

Например, многие высокопроизводительные устройства имеют встроенные визуальные дисплеи, которые показывают важную статистику, включая время работы, состояние батареи и т. Д.

Другие включают программное обеспечение, которое позволяет вам контролировать эти жизненно важные показатели прямо с вашего рабочего стола. Некоторые из них даже достаточно умны, чтобы автоматически выключать компьютер, когда запасы батареи становятся слишком низкими.

2. Доступные соединения

Модели ИБП

для домашнего использования обычно имеют набор из 5-8 розеток…

  • Некоторые из них подключены к батарее для резервного питания.
  • И некоторые из них НЕТ, но все же предлагают другие стандартные функции, такие как защита от перенапряжения.

Другие даже предлагают защиту для кабелей данных, например, для Ethernet и коаксиальных соединений, которые являются обязательными функциями для тех, кто планирует использовать такие периферийные устройства.

3. Форм-фактор

Этот модный термин, широко известный в отрасли как «форм-фактор» , обозначает не что иное, как внешнюю форму устройства.

Два варианта форм-фактора:

  1. tower — меньшего размера, предназначенный как автономное устройство и в первую очередь предназначенный для простых домашних / офисных помещений.
  2. для монтажа в стойку — более крупная, предназначена для стандартной полки в стойке и в основном используется для более сложных коммерческих операций.

Практически во всех случаях я рекомендую вертикальные блоки для стандартного использования потребителями.

4. Шум

В зависимости от того, как вы используете ИБП, шум вентилятора может быть или не быть проблемой, которая вас беспокоит.

Для домашней записи это ОГРОМНАЯ проблема. Для офисов… не очень.

Как правило, меньшие ИБП обычно не требуют вентилятора для охлаждения, но большие часто потребуются.

Итак, если ваша работа требует полной тишины, убедитесь, что в вашем ИБП нет вентиляторов … если, конечно, у вас нет отдельной комнаты для ваших компьютеров, и в этом случае это не имеет значения.

5. Батареи, заменяемые пользователем

Как и с любой батареей … батареи в ИБП не работают вечно.

Большинство из них имеют срок службы около 3-5 лет, и после этого есть 2 варианта:

  • заменить аккумулятор, или…
  • заменить весь ИБП.

Поскольку дешевле просто заменить батарею, в идеале вам понадобится устройство с заменяемыми пользователем батареями, чтобы не платить за обслуживание.

К сожалению, большинство самых дешевых устройств не имеют этой функции, поэтому в долгосрочной перспективе вы сэкономите деньги, избегая их.

6. Политика защиты оборудования

Независимо от того, насколько хорош ваш ИБП, всегда существует небольшая вероятность того, что он может выйти из строя в неподходящий момент.

Итак … предвидя эти редкие события, некоторые бренды будут предлагать на своих устройствах «политику защиты оборудования », чтобы покрыть любой ущерб, вызванный неисправностью их продукции.

И поскольку эти полисы должны охватывать где-то между $ 50 000–100 000 , это обычно единственные крупнейшие бренды, которые могут себе позволить их осуществлять.

Вот почему в этом следующем разделе, где я покажу вам лучшие модели ИБП, которые я рекомендую, я полностью ограничил список тремя ведущими брендами на рынке.

И поскольку детали у разных брендов сильно различаются, я также добавил ссылку на конкретные политики каждого из них.

Итак, вот оно…

Три ведущих бренда ИБП

Без сомнения, 3 крупнейших производителя ИБП:

  1. БТР
  2. CyberPower
  3. Tripp-Lite

И хотя многие из их ведущих коммерческих единиц могут стоить от 5000 до 10 000 долларов и более…

Для домашних студий и офисов я рекомендую ниже 300 долларов:

с APC:

Политика защиты оборудования APC

От Cyberpower:

  • SLG Series ( в режиме ожидания ) — (350 ВА / 425 ВА / 550 ВА)
  • AVR Compact Series ( в режиме ожидания )
  • AVR-LCD Series ( линейно-интерактивный )
  • PFC-LCD серии ( линейно-интерактивный )

Гарантия на подключенное оборудование CyberPower

из Tripp-Lite:

  • Серия ECO GREEN ( в режиме ожидания ) — (650 ВА / 850 ВА)
  • Tripp Lite серии SMART ( линейно-интерактивный ) — (1300 ВА / 1500 ВА)

Страховое покрытие Tripp-Lite

И если вам действительно нужен онлайн-ИБП , вот 2 лучших доступных варианта, которые я рекомендую:

Анатомия блока питания (БП)

Каждый настольный ПК, консоль или ноутбук имеет один из них.Это не увеличивает частоту кадров и не приводит к выбросу криптовалюты; в нем нет миллиардов транзисторов, и он не сделан с использованием новейшего полупроводникового технологического узла. Звучит скучно, правда? Нисколько! Это очень важно, потому что без него наши компьютеры ничего бы не сделали.

Блоки питания

не бросаются в заголовки, как новейшие процессоры, но они представляют собой потрясающие технологии. Итак, давайте наденем халаты, маски и перчатки и откроем скромный блок питания, разбив его различные части и посмотрим, что делает каждый из них.

Анатомия компьютерного оборудования TechSpot, серия

У вас может быть настольный компьютер на работе, в школе или дома. Вы можете использовать его для составления налоговых деклараций или поиграть в новейшие игры; вы даже можете собирать и настраивать компьютеры. Но насколько хорошо вы знаете компоненты, из которых состоит ПК?

Как называется игра?

У многих компонентов компьютера есть названия, требующие некоторых технических знаний, чтобы точно понять, что он делает (например, твердотельный накопитель), но в случае блока питания это довольно очевидно.Это единица. Он подает питание!

Поскольку мы не можем просто отряхнуть руки и гордо сказать «статья сделана» с таким заявлением, нам лучше начать с одного. Мы используем Cooler Master G650M — это довольно общий дизайн со спецификациями, которые можно найти в десятках подобных, но он обладает одной особенностью, которая есть не у каждого блока питания.

Этот блок питания стандартного размера, и мы подразумеваем, что он соответствует форм-фактору ATX 12V v2.31, поэтому он помещается во многих компьютерных корпусах.

Но есть и другие форм-факторы: для небольших корпусов или уникальные для конкретных производителей. Не каждый блок соответствует точным размерам, установленным стандартными форм-факторами, они могут быть одинаковой ширины и высоты, но могут быть длиннее или короче.

Блок питания модели Cisco — специально разработан для серверов, устанавливаемых в стойку

Они также обычно обозначаются максимальной мощностью, которую они могут выдать; в случае Cooler Master он может обеспечить до 650 Вт электроэнергии.Мы увидим, что это на самом деле означает, в этой статье, но вы можете получить блоки питания, которые выдают лишь небольшое количество ватт, поскольку не все, что связано с компьютером, требует сотни ватт для работы. Однако большинство настольных ПК будут нормально работать в диапазоне от 400 до 600 Вт.

блоков питания, подобных этому, помещаются в металлический корпус, обычно черный или металлический, поэтому они могут быть тяжелыми. У ноутбуков почти всегда есть блок питания, который находится снаружи компьютера и почти всегда пластиковый, но внутренняя часть очень похожа на то, что мы увидим в этом.

Большинство блоков питания для настольных ПК поставляются с переключателем для отключения электропитания и вентилятором, чтобы все было красиво и прохладно, но не все (или должны). Не у всех из них будет металлический корпус с дырками — они редко бывают у серверов.

Но, как вы можете видеть на картинке выше, в нашем примере мы уже использовали отвертку, так что давайте снимем крышку и запрыгнем внутрь.

Я снова в черном

Прежде чем мы начнем рыться во внутренностях блока питания, давайте задумаемся, зачем он вообще нужен.Почему мы не можем подключить компьютер напрямую к розетке? Ответ заключается в том, что современные компьютерные комплектующие ожидают, что электрическая энергия будет подаваться в совершенно иной форме, чем та, которая предоставляется розеткой.

На приведенном ниже графике показано, каким должно быть электричество в сети (США = синяя и зеленая линии; Великобритания = красная линия). Ось x показывает время в миллисекундах, а ось y показывает напряжение в вольтах . Лучший способ думать о напряжении — это мера разницы энергий между двумя точками.

Если напряжение приложено к проводящему материалу (например, к отрезку металлической проволоки), разница в энергии заставит электроны в материале перетекать с более высокого уровня энергии на более низкий. Это один из строительных блоков атомов, из которых состоит материал, а у металлов есть партии электронов, которые могут свободно перемещаться. Этот поток электронов называется током и измеряется в амперах .

Хорошая аналогия для техно-говорящих: электричество можно сравнить с водой в шланге: напряжение сродни давлению, которое вы используете, скорость потока воды — это ток, а также любые ограничения в трубе. действует так же, как электрическое сопротивление.

Мы видим, что электрическая сеть меняется со временем, и это известно как источник переменного тока , или просто переменный ток, для краткости. В США сетевое напряжение меняется 60 раз в секунду, достигая пика в 340 или 170 В, в зависимости от местоположения и источника питания. Великобритания достигает немного более низкого пика и тоже меняется немного медленнее. Почти во всех странах мира есть такие напряжения в розетках, и лишь в некоторых из них пиковое напряжение ниже или выше.

Потребность в блоке питания заключается в том, что компьютеры не работают с переменным током: им нужно постоянное напряжение, которое никогда не меняется, и оно также должно быть на намного ниже уровня. При тех же масштабах графика это выглядит примерно так:

Он настолько ниже, что его почти не видно, но требования современного компьютера не к одному постоянному напряжению, а к четырем , а именно +12 В, -12 В, +5 В и +3,3 В. И поскольку эти значения постоянны, они называются постоянного тока, или для краткости DC.Таким образом, большая часть того, что делает блок питания, — это преобразование переменного тока в постоянный (например, гитары …). Пора открыть прибор и посмотреть, как он это делает!

… большая часть того, что делает блок питания, — это преобразование переменного тока в постоянный (подскажите гитары …). Пора открыть прибор и посмотреть, как он это делает!

На этом этапе мы должны предупредить вас по номеру , а не , попробуйте это, если вы не знаете, что делаете. Возиться с внутренними частями блока питания может быть очень опасно. Внутри каждого блока есть компоненты, которые хранят электрическую энергию, а некоторые хранят и .

Компоновка этого блока питания похожа на многие другие, и, хотя производитель и модель различных частей, используемых внутри, будут отличаться, в основном они делают то же самое.

Подключение сетевой розетки к блоку питания находится в верхнем левом углу рисунка, и источник питания, по существу, движется по часовой стрелке вокруг изображения, пока не достигнет выхода блока питания (большой пучок цветных проводов, нижний левый угол).

Если мы перевернем печатную плату, мы увидим, что по сравнению с соединениями на материнской плате они широкие и глубокие — они предназначены для протекания через них большого тока.Что-то еще, что сразу бросается в глаза, — это большая пропасть, идущая посередине, как река, пересекающая путь в поле.

Это подчеркивает тот факт, что все блоки питания имеют две четко определенные секции: первичный и вторичный . Первый заключается в настройке входного напряжения так, чтобы его можно было эффективно изменить по сравнению с уровнем сетевого питания; во втором — все об этом изменении и последующих процессах.

Он плавный оператор

Самое первое, что блок питания делает с электросетью, — это не переключение его с переменного на постоянное или падение напряжения — вместо этого все сводится к сглаживанию входного напряжения.Поскольку в наших домах, офисах и на работе есть множество электрических устройств, которые включаются и выключаются, а также излучают электромагнитные сигналы, переменный ток часто бывает неровным и с периодическими всплесками (длина колебаний также не постоянна. ). Это не только усложняет настройку блока питания в сети, но и может повредить некоторые компоненты внутри него.

Этот блок питания имеет два каскада так называемых переходных фильтров , первый из которых подключается непосредственно к входному разъему с использованием 3 компонентов, называемых конденсаторами , для выполнения этой работы.Думайте об этом как о «лежачем полицейском» при резких изменениях входного напряжения.

Второй этап фильтрации в этом БП более сложен, но по сути делает то же самое.

Желтые блоки — это скорее конденсаторы, тогда как зеленые кольца, обернутые медным проводом, — это катушки индуктивности (хотя при таком использовании их обычно называют дросселями ). Катушки индуктивности хранят электрическую энергию в магнитном поле, но это поле также «отталкивает» напряжение, поставляющее энергию, поэтому внезапный всплеск напряжения приводит к внезапному откату от магнитного поля, чтобы подавить его.

Два маленьких синих диска — это еще больше конденсаторов, а прямо под ними (спрятанный под черной пластиковой крышкой) находится металлооксидный варистор (MOV). Они также используются для противодействия скачкам и скачкам входного напряжения; вы можете прочитать больше о различных типах схем переходных фильтров здесь.

Эта секция блока питания часто является первым признаком того, где были сокращены расходы, чтобы обеспечить соответствие модели определенному бюджету. Более дешевые будут иметь меньшую фильтрацию, а самые дешевые вообще не будут иметь никакой фильтрации (а это не то, что вам нужно!).

Теперь, когда мы все расслабились и расслабились, давайте приступим к повседневной работе блока питания: изменению напряжения.

Рок вниз к электрическому проспекту

Помните, что блоку питания необходимо изменить напряжение переменного тока, которое может составлять в среднем 120 вольт (технически это среднеквадратическое значение, равное 120 вольт, но это точно не сошло с языка) и взломать это до постоянного напряжения 12, 5, и 3,3 вольт.

Первое, что делается, — это преобразование переменного тока в постоянный, и в этом блоке питания используется компонент, называемый мостовым выпрямителем .На картинке ниже это плоский черный объект, приклеенный к куску металла (который действует как радиатор).

Опять же, это еще одна область, в которой производитель блоков питания может сократить расходы, поскольку более дешевые компоненты хуже справляются с преобразованием переменного тока в постоянный (например, выделяют больше тепла). Теперь, если входное напряжение достигает пика 170 вольт (что имеет место для сети 120 В), то мостовой выпрямитель будет выдавать 170 вольт постоянного тока.

Это передается на следующий этап блока питания, и в том, что мы рассматриваем, это называется активной коррекцией коэффициента мощности преобразователь (APFC).Эта схема регулирует ток в устройстве с учетом того, что он заполнен компонентами, которые накапливают и выделяют энергию сложным образом; это может привести к тому, что фактическая выходная мощность устройства будет меньше той, которую вы должны получить.

В других блоках питания используются пассивные преобразователи , которые, по сути, выполняют ту же работу. Они менее эффективны, но подходят для блоков с низким энергопотреблением — они также дешевле, поэтому вы можете догадаться, в каких блоках питания они есть, а в действительности их не должно быть!

APFC можно увидеть на изображении выше — эти большие цилиндры слева являются конденсаторами и хранят отрегулированный ток, прежде чем отправлять их на следующий этап в цепочке процессов блока питания.

Эта секция, спрятанная за APFC, называется схемой с широтно-импульсной модуляцией (сокращенно ШИМ). Его задача — принимать постоянное напряжение и использовать несколько полевых транзисторов для включения и выключения напряжения с очень высокой скоростью — по сути, он преобразует постоянное напряжение обратно в переменное. Это происходит потому, что часть блока питания, которая понижает сетевое напряжение до 12 вольт, является трансформатором . В этих устройствах используется электромагнитная индукция и набор из двух катушек проводов (одна имеет больше витков в катушке, чем другая) для понижения напряжения на ; однако трансформаторы работают только с переменным напряжением.

Частота переменного напряжения (скорость, с которой оно изменяется, измеряется в герцах, Гц) значительно влияет на эффективность трансформатора — чем выше, тем лучше — вот почему питание от сети 50/60 Гц меняется на тот, который изменяется примерно на 50/60 тысяч Гц. Чем эффективнее трансформатор, тем он может быть меньше. Это сверхбыстрое переключение постоянного напряжения является источником названия для этого типа устройств: импульсный источник питания (SMPS).

На рисунке ниже вы можете увидеть 3 трансформатора — самый большой генерирует только выходное напряжение 12 В; в других блоках питания большой трансформатор может обеспечивать все напряжения. Следующий, более крупный, создает один выход 5 В, о котором мы поговорим немного позже, а самый маленький действует как изолятор для схемы ШИМ, предохраняя его от повреждений, а также не позволяя создавать помехи другим напряжениям. в БП.

Различные блоки питания будут иметь разные способы создания необходимых напряжений, изоляции цепи ШИМ и т. Д.Все будет зависеть от бюджетных ограничений и от того, сколько мощности должно предложить устройство. Тем не менее, всем им нужно будет снять выходной сигнал с трансформатора и снова включить его в постоянный ток.

На изображении ниже большой кусок металла — это радиатор для мостовых выпрямителей, выполняющих это преобразование. Мы также можем видеть в этом конкретном блоке питания, печатная плата в середине изображения соответствует кластеру из модулей регулирования напряжения (VRM), которые создают выходы 5 и 3,3 вольт.

На данном этапе стоит поговорить о том, что называется Ripple .

В идеальном мире с идеальными блоками питания переменное напряжение переменного тока преобразуется в постоянное, никогда не колеблющееся напряжение постоянного тока. На самом деле, это не на 100% точно, и напряжения постоянного тока действительно немного различаются.

Этот вариант называется пульсацией напряжения , и для блока питания вы хотите, чтобы оно было как можно меньше. Cooler Master не указывает размер пульсаций напряжения в спецификациях для этой модели блока питания, поэтому мы обратились к подробному обзору, чтобы найти их.Один из таких анализов был проведен JonnyGuru.com, и они обнаружили, что линия +12 В в их тестах имела пик напряжения пульсации на уровне 0,042 вольт (42 милливольта).

На изображении ниже показано, как это соотносится с тем, что требуется. Красная линия — это целевая постоянная +12 В постоянного тока, переменная синяя линия — это то, что мы на самом деле получаем (хотя сама пульсация не постоянна).

Качество конденсаторов, используемых в блоке питания, играет важную роль. Чем меньше и дешевле, тем больше будет пульсация, чего мы не хотим.Если он слишком большой, тогда сложная электронная схема в остальной части компьютера может работать нестабильно. К счастью, в нашем примере 40 с лишним милливольт — это нормально: неплохо, но неплохо.

Независимо от того, что используется для создания выходных напряжений и обеспечения их формы постоянного тока, необходимо еще несколько элементов схемы, прежде чем мы начнем размахивать кабелями. Все это связано с управлением выходами блока питания, гарантируя, что, если на одном конкретном напряжении наблюдается высокий спрос на мощность, то другие не будут преуменьшены в процессе.

Чип, который вы видите здесь, называется супервизором и контролирует выходы, проверяя, не выдают ли они слишком много или слишком мало напряжения и тока. Однако это не очень сложно, поскольку все, что он делает, отключает блок питания, если возникает какая-либо из этих проблем.

Более дорогие блоки питания используют цифровых сигнальных процессора (DSP) для отслеживания того, что происходит, и они также могут регулировать напряжения, если это необходимо, а также отправлять сведения о состоянии блока питания на компьютер, используя его.Не слишком полезно для обычного пользователя ПК, но для компьютеров, используемых в качестве серверов, вычислительных машин и т. Д., Это часто желательная функция.

Детские розетки

Все блоки питания идут с длинными пучками проводов, выходящими из их спины. Количество комплектов и то, как они подключаются к основному блоку, будут отличаться в зависимости от огромного количества доступных моделей, но все они будут обеспечивать некоторые стандартные подключения.

Поскольку напряжение является мерой разницы , для данного выхода должно быть два провода: один для указанного напряжения (например,грамм. положительный 12 В, или +12 В для краткости) и эталонный провод, относительно которого измеряется разница. Этот провод известен как земля или общая линия , и два образуют петлю: от блока питания к устройству, нуждающемуся в питании, а затем обратно в блок.

Поток тока проходит по этим проводам контура, но поскольку в некоторых контурах протекает только небольшое количество тока, несколько проводов заземления могут использоваться разными контурами.

Первый из них — обязательный 24-контактный ATX12V версии 2.4 подключения — он предлагает несколько проводов для разных напряжений, а также несколько конкретных.

Важным является провод + 5V standby — пока БП включен и подключен, этот провод всегда под напряжением. Это потому, что компьютер на самом деле не выключается, когда вы приказываете операционной системе выключиться. Материнская плата потребляет энергию, необходимую для работы в режиме ожидания.

Также будет еще один 8-контактный разъем для материнской платы, который обеспечивает два набора проводов +12 В и заземления, и большинство блоков питания также будут иметь как минимум один 6- или 8-контактный разъем PCI Express.

Видеокарты

могут потреблять максимум 75 Вт от слота PCI Express материнской платы, поэтому этот разъем обеспечивает дополнительную мощность для сегодняшних чудовищных графических процессоров.

Этот конкретный блок питания фактически подключает два разъема питания PCI Express к одним и тем же проводам из соображений стоимости, поэтому, если у вас есть действительно мощная видеокарта в компьютере, было бы лучше использовать отдельный пучок проводов.

Разница между 6- и 8-контактным разъемом PCI Express заключается в дополнительных двух проводах заземления.Это позволяет более высокому уровню тока течь по проводам +12 В, помогая питать более голодные графические процессоры.

За последние несколько лет мы стали свидетелями увеличения числа блоков питания, которые с гордостью носят в своем описании ярлык «модульный». Все это означает, что некоторые разъемы питания подключены к другому разъему, который вставляется непосредственно в блок питания. Таким образом, вместо того, чтобы засорять внутреннюю часть корпуса компьютера массой кабелей и разъемов, вы можете удалить то, что не нужно для экономии места.

В этой модели Cooler Master, как и во многих других, используется довольно простая система подключения модульных кабелей.

Каждый разъем обеспечивает по одному проводу + 12В, + 5В и + 3,3В, а также два провода заземления, и в зависимости от того, к какому устройству будет подключен кабель, разъем на другом конце кабеля будет либо используйте ту же конфигурацию проводки или что-нибудь попроще.

Разъем Serial ATA (SATA), указанный выше, используется для подачи питания на жесткие диски, твердотельные накопители и периферийные устройства, такие как записывающие устройства DVD.

Эта знакомая форма получила название разъема питания AMP MATE-N-LOK 1-480424-0. Что ж, большинство людей называют его Molex connector , но на самом деле это название компании, которая его разработала. Он обеспечивает один + 12В, один + 5В и два провода заземления.

Кабельная разводка выходного источника питания — еще одна область, в которой можно сэкономить или уложить более высокий бюджет, чтобы улучшить внешний вид или гибкость проводов. Толщина (или калибра ) металлической проволоки, используемой в кабелях, также играет роль, поскольку более толстые провода имеют меньшее электрическое сопротивление, чем более тонкие, что приводит к меньшему тепловыделению при протекании через них тока.

(Что-то внутри) Такой сильный

В начале этой статьи мы сказали, что большинство блоков питания названы в честь максимальной мощности, которую они могут предложить. На простейшем уровне электрическая мощность просто умножается на напряжение, умноженное на ток (например, 12 вольт x 20 ампер = 240 ватт), и хотя такое утверждение заставит многих инженеров постараться исправить это замечание, оно работает достаточно хорошо для наших целей.

Как и большинство фирменных или универсальных моделей, наш блок питания поставляется с этикеткой, на которой представлены различные фрагменты информации о том, сколько мощности может обеспечить каждая линия напряжения.

Здесь мы видим, что общая мощность, доступная по всем линиям +12 В, вместе взятые, достигает пика в 624 Вт; Добавьте все остальные, указанные на этикетке, и мы получим в сумме 760 Вт, и что же тогда? Что ж, дело в том, что нормальные линии + 5V и + 3.3V создаются с использованием VRM на выходе + 12V блока питания.

И, конечно же, все выходные напряжения поступают из одного источника: сетевой розетки. Таким образом, мощность 650 Вт — это максимум, который блок питания может обеспечить в сумме всех линий.Так что, если вы использовали 600 Вт на выходе +12 В, на все остальное у вас останется только 50 Вт. К счастью, большая часть оборудования внутри современного ПК в любом случае потребляет большую часть энергии от линий 12 В, поэтому это редко является проблемой, если вы выбрали правильную модель блока питания для своих нужд.

Рядом со спецификациями питания есть этикетка с надписью « 80 Plus Bronze. ». Это рейтинг эффективности, используемый в отрасли полностью добровольно (т. Е. Существуют законодательные требования к производителям блоков питания по соблюдению системы рейтингов).Эффективность также зависит от того, какой размер нагрузки пытается обслуживать блок питания (т. Е. Сколько тока проходит по различным линиям).

Если мы возьмем наш Cooler Master, работающий так, что он обеспечивает мощность 325 Вт (50% от его максимальной мощности), то мы можем ожидать, что он будет иметь КПД от 80 до 85%, в зависимости от напряжения питания.

Это приведет к тому, что устройство потребляет от 382 до 406 Вт из стенной розетки. Более высокий рейтинг 80 PLUS не означает, что блок питания дает вам больше энергии, он просто меньше расходует впустую на всех этапах фильтрации, выпрямления, переключения и преобразования.

Также обратите внимание, что пиковая эффективность находится где-то между 50 и 100% нагрузкой; некоторые производители предоставляют диаграммы, показывающие, как можно ожидать, что устройство будет работать при различных нагрузках и напряжениях питания.

Диаграмма эффективности Cooler Master для их блока питания V1300 Platinum

Иногда стоит обращать внимание на эту информацию, особенно если у вас возникло искушение выложить стопку баксов на БП мощностью 1000 Вт. Если ваш компьютер будет использовать мощность, близкую к этому уровню, то его эффективность будет немного ниже.

Вы можете увидеть, что некоторые блоки питания утверждают, что они однорельсовые или многорельсовые (или предлагают переключатель для переключения между ними). Термин «шина» — это просто другое слово для обозначения определенного напряжения, которое генерирует блок питания. В нашем примере Cooler Master есть одна шина 12 В и все различные разъемы питания, которые обеспечивают отвод тока +12 В от этой шины, если они используются. Многорельсовый блок питания будет иметь две или более систем, обеспечивающих 12 вольт, однако есть большая разница в том, как это реализовано.

Блоки питания

для приложений центра обработки данных или вычислительных серверов будут иметь несколько направляющих для обеспечения отказоустойчивости, поэтому отказ одного из них не повлияет на другие.Настольный компьютер с многорельсовым блоком питания может иметь такую ​​настройку, но они, скорее всего, просто возьмут основной выход 12 В и разделят его на две или три части. Например, наш пример обеспечивает до 52 ампер тока на линии +12 В, что соответствует 624 ваттам электроэнергии. Дешевая многорельсовая версия того же устройства может иметь две линии +12 В, указанные в спецификации, но каждая из них будет обеспечивать ток только 26 ампер (или 312 Вт).

Хорошо спроектированный блок питания для настольного компьютера с использованием качественных компонентов не требует многорельсовой системы +12 В, так что не беспокойтесь об этом!

Деньги даром?

Блоки питания

бывают разных ценников.Быстрый просмотр списков на Amazon для того же формата размера дает их всего от 15 долларов за стандартный блок мощностью 400 Вт и вплоть до 180-240 долларов за полностью модульную атомную электростанцию ​​мощностью 1000 Вт от EVGA или Seasonic. . Что вы получаете за свои деньги? Какие вещи стоят больше 200 долларов?

Способность обеспечивать большую мощность очевидна, но как эта мощность передается. Ультра дешевая модель допускает ток до 25 А по линиям +12 В, тогда как сокрушитель кошелька обеспечивает более чем в 3 раза больше — 83 А.Сегодняшние процессоры и видеокарты используют линии +12 В почти для всех своих требований к питанию, но, конечно же, 25 А достаточно?

Учитывая, что теперь вы можете купить «настольный» процессор с 32 ядрами и соединить его с такой же титанической видеокартой, оба с аппетитом на 300 Вт при полной нагрузке, дешевый блок питания совершенно не будет соответствовать спросу; с другой стороны, самый дорогой из них будет иметь достаточно места, чтобы справиться. А поскольку совокупная цена такого процессора и графического процессора может легко превысить 3500 долларов или больше, возможно, выделение нескольких дополнительных сотен не станет большим шоком для некоторых клиентов.

Но на самом деле вы платите за качество компонентов, используемых внутри блока питания. Вернитесь к началу этой статьи и посмотрите на внутренности блока Cooler Master, который мы разбирали. Здесь нет большого количества деталей, и поскольку практически каждый бит имеет решающее значение для работы устройства, нетрудно понять, почему дополнительные расходы не всегда являются деньгами напрасно.

И на этом мы завершаем рассмотрение блока питания (и оставляем след битов по всему полу).Это увлекательная часть набора, и уровень инженерии, связанный с проектированием и производством хорошего, на удивление сложен. Если у вас есть какие-либо вопросы о блоках питания или блоках питания, которые в настоящее время находятся в вашем компьютере и спокойно выполняют свою работу, как обычно, задайте их нам в разделе комментариев ниже. Следите за новостями, чтобы узнать больше об анатомических сериях.

Ярлыки для покупок

(Выбор от сотрудников TechSpot, от наименее к более дорогим):
  • Thermaltake Smart 600 Вт на Amazon
  • EVGA 600 BR на Amazon
  • Cooler Master MasterWatt 750 Вт на Amazon
  • Corsair RM750 750 Вт на Amazon
  • SilverStone Strider ST80F 800 Вт на Amazon
  • Seasonic Prime PX-1000 W на Amazon
Руководство по источникам питания

— B&K Precision

Введение

Источники питания являются одними из самых популярных единиц электронного испытательного оборудования.Это неудивительно, поскольку контролируемая электрическая энергия используется множеством способов. В этом руководстве мы рассмотрим различные типы источников питания, их элементы управления, способы их работы и некоторые примеры их применения.

Источником питания в широком смысле можно назвать все, что снабжает энергией, например плотину гидроэлектростанции, двигатель внутреннего сгорания или гидравлический насос. Однако мы ограничимся обсуждением типов источников питания, которые преимущественно используются для испытаний и измерений, технического обслуживания и разработки продуктов.

Этот документ предназначен для пользователей или потенциальных пользователей источников питания. Его цель — дать определение используемых терминов, познакомить с различными типами источников питания и лежащими в их основе технологиями, объяснить элементы управления типичными источниками питания и рассмотреть некоторые примеры их использования.

Вот таблица некоторых различных типов источников питания. Мы сосредоточимся на выделенных типах.

Выход = DC Выход = AC
Вход = AC
  • «Бородавка стенка»
  • Настольные источники питания
  • Зарядное устройство
  • Разделительный трансформатор
  • Источник переменного тока
  • Преобразователь частоты
Ввод = DC

Термин «настольный источник питания» здесь используется несколько мягко, поскольку некоторые из обсуждаемых нами источников питания могут быть слишком тяжелыми, чтобы их можно было поставить на скамейку.Тем не менее, номенклатура полезна, поскольку даже тяжелые источники питания с высокой выходной мощностью имеют много общего со своими меньшими собратьями. Но термин «верстак» является описательным для многих людей, поскольку он вызывает мысленный образ источника питания постоянного тока, используемого на скамейке инженера или техника для множества энергетических задач.

В оставшейся части этого документа стендовый источник питания будет рассмотрен более подробно после краткого обзора источников питания переменного тока.

Источник переменного тока с переменным током

При тестировании электрического оборудования, которое питается от сети переменного тока, часто важно оценить оборудование, когда оно подвергается воздействию повышенного или пониженного напряжения.Нормальные колебания напряжения в сети переменного тока составляют порядка ± 10%, но могут быть больше, когда линия одновременно используется множеством тяжелых нагрузок. Разработчик может также захотеть провести испытания, выходящие за рамки нормальных колебаний напряжения сети переменного тока, для целей нагрузочного тестирования (чтобы выяснить, в чем заключаются недостатки конструкции). Для этого типа тестирования требуется переменный источник переменного тока. Регулируемый источник переменного тока также может быть полезен во время «пониженного напряжения» (условия низкого напряжения в сети), чтобы поднять напряжение в сети до нормального уровня. Другое использование — повышение напряжения, когда нагрузка подключена через длинный удлинитель и падение напряжения на шнуре является значительным.

Различные напряжения переменного тока генерируются с помощью трансформатора (или автотрансформатора). Трансформатор может иметь несколько обмоток или ответвлений, и в этом случае прибор использует переключатели для выбора различных напряжений. В качестве альтернативы можно использовать регулируемый трансформатор (регулируемый автотрансформатор) для (почти) непрерывного изменения напряжения 1 . Некоторые источники переменного тока включают измерители для контроля напряжения, тока и / или мощности.

Некоторые продукты, такие как блок питания переменного тока с регулируемой изоляцией B & K Precision модели 1655A, показанный ниже, объединяют в себе изолирующий трансформатор и регулируемый трансформатор.Этот продукт также включает в себя возможность выполнять испытания на утечку переменного тока и имеет удобный регулируемый источник питания для паяльников. Это практичный и полезный инструмент для стенда устранения неполадок.

Типы источников питания постоянного тока

Батарейный отсек

Эти типы расходных материалов, как правило, самые дешевые. Название описывает их основное предназначение — действовать вместо батареи. Эти устройства недороги и удобны при работе с оборудованием с батарейным питанием, поскольку позволяют работать с оборудованием без необходимости искать необходимые батареи.

Один из популярных типов выдает 13,8 В постоянного тока и предназначен для подачи постоянного тока на устройства, обычно питаемые от автомобильного аккумулятора. Типичное применение — обслуживание радиоприемников CB и автомобильного стереооборудования. Их характеристики линейного регулирования обычно шире, чем у лабораторных расходных материалов, но это нормально, поскольку напряжения в автомобилях существенно различаются.

Другой популярный тип (показан справа) заменяет различные схемы батарей на 1,5 вольта и батарей на 9 и 12 вольт. Единственными элементами управления являются двухпозиционный переключатель и поворотный переключатель, позволяющие выбрать желаемое выходное напряжение.

Поскольку это настоящие источники питания, они предназначены для безопасной непрерывной работы в условиях короткого замыкания.

Расстояние между банановыми разъемами составляет 0,75 дюйма (19 мм), чтобы можно было использовать переходники с двумя банановыми вилками, используемые с коаксиальными кабелями.

Источник постоянного напряжения

Чуть более сложный источник питания, чем аккумуляторный разрядник, обеспечивает постоянное регулируемое напряжение. Поскольку они регулируются, они обычно поставляются с измерителем, чтобы показать вам напряжение, на которое установлено напряжение.В некоторых также есть измерители, позволяющие контролировать ток. Типичная модель — B&K 1686A, показанная справа.

Основное поведение источника питания — поддержание установленного вами напряжения независимо от сопротивления нагрузки.

Эти модели имеют ручку для регулировки выходного напряжения. Некоторые модели не могут быть полностью настроены до нуля вольт, и их максимальный выходной ток может быть пропорционален выходному напряжению, а не обеспечивать номинальный ток при любом выходном напряжении.

В модели справа предусмотрены «связующие» точки, позволяющие контролировать выходное напряжение с помощью более точного цифрового измерителя или позволяющие подключаться к другим цепям (обратите внимание, что связующие точки имеют предел 2 А).

Эти типы источников питания хорошо работают в качестве разрядников батарей, а также покажут вам ток, потребляемый нагрузкой.

Постоянное напряжение / постоянный ток

Вероятно, самый популярный тип лабораторных источников питания — это источники постоянного напряжения / постоянного тока.В дополнение к подаче постоянного напряжения эти источники также могут подавать постоянный ток. В режиме постоянного тока источник питания будет поддерживать установленный ток независимо от изменений сопротивления нагрузки. Типичным примером этого типа источника питания является B&K 1621A, показанный:

Этот источник питания выдает одно регулируемое напряжение, на которое указывает один набор клемм типа «банановый разъем». Вышеупомянутое расположение выходных клемм с клеммой заземления между клеммами + и — является наиболее распространенным и делает подключение любой клеммы к земле с помощью металлической перемычки очень удобно.Это полезно, если вы хотите, чтобы одна из клемм была заземлена. Конечно, то же самое можно сделать с помощью куска проволоки или перемычки со штабелируемыми банановыми вилками.

Указанный выше источник питания имеет грубую и точную регулировку как тока, так и напряжения. В некоторых источниках питания для регулировки используются 10-оборотные потенциометры. В других используются дисковые переключатели или кнопочные переключатели. Дисковые и кнопочные переключатели полезны (если их настройки точны), потому что они могут устранить необходимость в измерителе.

У этих типов источников питания часто есть другие полезные функции:

  • Дистанционное измерение: вход с высоким сопротивлением, позволяющий измерять напряжение на нагрузке. Затем источник питания корректирует падение напряжения на выводах, соединяющих источник питания с нагрузкой.
  • Соединения ведущий / ведомый: существуют различные методы, позволяющие подключать источники питания одного семейства параллельно или последовательно для получения более высоких напряжений или более высоких токов.
  • Терминал дистанционного программирования: некоторые блоки питания имеют входные терминалы для напряжения или сопротивления, которые можно использовать для управления выходным напряжением или током.Примечание: это называется аналоговым программированием, а не цифровым программированием с помощью компьютера.

Источник питания с несколькими выходами

Источники питания с несколькими выходами имеют более одного выхода постоянного тока, часто два или три. Они полезны и экономичны для систем, требующих нескольких напряжений. Часто используемый источник питания для разработки схем — это источник с тройным выходом. Один выход подает от 0 до 6 вольт, предназначенный для цифровой логики. Два других питают (обычно) от 0 до 20 вольт, которые могут использоваться с биполярной аналоговой схемой.Иногда для двух источников питания на 20 вольт предоставляется регулировка слежения, так что источники + и — 20 вольт можно регулировать вместе, поворачивая одну ручку.

Популярной моделью является модель 9130:

.

Три выхода можно настроить независимо с помощью ручки или клавиатуры. Выходы каналов 1 и 2 — 31 вольт при 3,1 ампера, а третий канал выдает 6 вольт при 3,1 ампера. Таким образом, источник питания может непрерывно выдавать более 200 Вт. Выходы можно включать и выключать независимо или все сразу (полезно для питания всей печатной платы).

Блок питания имеет ряд полезных функций. Выходы могут быть настроены на работу по таймеру: по прошествии определенного временного интервала выход отключается. Пределы напряжения устанавливаются для всех каналов, поэтому ваш прототип электрической конструкции может быть защищен от случайного перенапряжения. Два канала на 30 В могут быть подключены последовательно или параллельно для получения более высокого напряжения или тока соответственно. Существуют также регистры хранения для сохранения до 50 состояний прибора для последующего вызова (полезно для повторяющихся испытаний).

Приятной особенностью для автоматической работы является то, что источник питания может быть настроен так, чтобы его выход был включен при последних настройках включения. Таким образом, если он работает в цепи и отсутствует питание переменного тока, источник питания снова начнет подавать питание при возобновлении подачи питания переменного тока.

Этот конкретный блок питания также программируется через компьютер, что подводит нас к следующему типу блока питания.

Программируемое питание

Программируемые блоки питания иногда называют «системными» блоками питания, поскольку они часто используются как часть компьютерной системы для тестирования или производства.Мы исключим из этого обсуждения «программирование» с помощью внешних напряжений или сопротивлений, которое использовалось в основном до того, как цифровое управление стало популярным.

На протяжении многих лет существовало множество типов компьютерных интерфейсов с контрольно-измерительными приборами. Двумя наиболее популярными из них были IEEE-488, также известный как GPIB (интерфейсная шина общего назначения), и последовательная связь RS-232. Также использовались сетевые интерфейсы (например, Ethernet) и USB-интерфейсы. Мы не будем здесь обсуждать достоинства различных типов интерфейсов, поскольку они выходят за рамки этого документа.

Командный язык для источника питания находится на несколько более высоком уровне, чем тип интерфейса. Это означает набор инструкций, отправляемых прибору по цифровому интерфейсу, и информацию, полученную компьютером от прибора. Вы увидите три категории:

Собственный

Собственные языки команд обычно специфичны для одного производителя, а иногда даже специфичны для определенного набора инструментов.Недостатком проприетарных командных языков является то, что пользователю необходимо написать программное обеспечение, специально предназначенное для этого инструмента. Переход на другой блок питания от другого производителя означает переписывание программного обеспечения.

SCPI

означает «Стандартные команды для программируемых инструментов», часто произносится как «скиппи» или «скуппи». Поскольку необходимость переписывать программное обеспечение при смене поставщика является болезненным, индустрия тестирования / измерения разработала SCPI для стандартизации команд для контрольно-измерительных приборов, чтобы упростить смену поставщиков приборов без необходимости переписывать большое количество программного обеспечения.

SCPI-подобный

SCPI очень помог, но не является полным решением, потому что добавляются новые функции, требующие новых команд. Несмотря на это, многие производители пытаются сделать свои языки командных инструментов SCPI-подобными, что означает, что они используют как можно больше стандартов. Синтаксис также выглядит знакомым разработчикам программного обеспечения, поэтому время разработки сокращается.

Здесь приводится типичный набор команд SCPI, общих для источников питания:

[SOURce:]
MODE {}
MODE?
НАПРЯЖЕНИЕ
[: LEVel] {}
[: LEVel]?
: ЗАЩИТА
: СОСТОЯНИЕ {}
: СОСТОЯНИЕ?
[: LEVel] {}
[: LEVel]?
ТОК
[: LEVel] {}
[: LEVel]?

Отправляя любую из приведенного выше списка команд через интерфейс, поддерживаемый прибором, можно управлять подачей с помощью компьютера, а не нажимать клавиши на передней панели.Это очень полезно, особенно при выполнении более сложных настроек, таких как создание динамических ступеней напряжения с использованием режима списка.

Многодиапазонная поставка

Большинство обычных источников питания работают с фиксированными номинальными значениями напряжения и тока, например 30В / 3А. В этом примере максимальная выходная мощность 90 Вт может быть реализована только при напряжении питания 30 В / 3 А. Для всех других комбинаций напряжения / тока выходная мощность будет меньше. Многодиапазонные источники питания отличаются тем, что они пересчитывают пределы напряжения / тока для каждой настройки, образуя границу гиперболической формы с постоянной мощностью, как показано на диаграмме ниже.Модель B & K 9110, рассчитанная на 100 Вт / 60 В / 5 А, является примером этого типа источника питания. Возможны любые комбинации напряжения / тока, которые лежат на гиперболической кривой, например 20В / 5А или 60В / 1,66А, и в каждом случае источник питания работает на максимальной мощности. Преимущества этой архитектуры очевидны: источник питания с несколькими диапазонами обеспечивает большую гибкость в выборе выходных характеристик и позволяет пользователям заменять несколько фиксированных номиналов одним источником с несколькими диапазонами, что позволяет сэкономить средства и место на столе.

Характеристики источника питания

Режим постоянного тока и постоянного напряжения

Категория источников питания постоянного тока, обсуждаемая в этом разделе, изменяет напряжение сети переменного тока на напряжение постоянного тока.Наиболее распространенным и универсальным регулируемым источником питания постоянного тока является источник постоянного тока (CC) или постоянного напряжения (CV), который, как следует из названия, может обеспечивать либо постоянный ток, либо постоянное напряжение в определенном диапазоне, см. Изображение ниже.

Рабочая характеристика этого источника питания называется автоматическим кроссовером постоянного напряжения / постоянного тока. Это позволяет непрерывно переходить от режима постоянного тока к режиму постоянного напряжения в ответ на изменение нагрузки.Пересечение режимов постоянного напряжения и постоянного тока называется точкой кроссовера. На рисунке ниже показано соотношение между этой точкой кроссовера и нагрузкой.

Например, если нагрузка такова, что подключенный к ней источник питания работает в режиме постоянного напряжения, обеспечивается регулируемое выходное напряжение. Выходное напряжение остается постоянным при увеличении нагрузки до момента, когда будет достигнут заданный предел тока. В этот момент выходной ток становится постоянным, а выходное напряжение падает пропорционально дальнейшему увеличению нагрузки.На некоторых моделях блоков питания точка кроссовера обозначается светодиодными индикаторами на передней панели. Точка пересечения достигается, когда индикатор CV гаснет, а индикатор CC загорается.

Аналогично, переход из режима постоянного тока в режим постоянного напряжения автоматически происходит при уменьшении нагрузки. Хороший пример этого можно увидеть при зарядке 12-вольтовой батареи. Первоначально напряжение холостого хода источника питания может быть установлено равным 13,8 вольт. Низкий заряд батареи приведет к большой нагрузке на источник питания, и он будет работать в режиме постоянного тока, который можно отрегулировать для скорости зарядки 1 ампер.По мере того, как аккумулятор заряжается и его напряжение приближается к 13,8 вольт, его нагрузка уменьшается до точки, при которой он больше не требует полной зарядки в 1 ампер. Это точка кроссовера, когда источник питания переходит в режим постоянного напряжения.

В следующем списке спецификаций мы перечислим советы и вопросы, которые вы, возможно, захотите учесть при изучении характеристик источника питания. Внимательно читайте спецификации и всегда смотрите на мелкий шрифт.

Выход

Выходное напряжение и ток (или напряжения и токи для нескольких выходов), конечно, имеют фундаментальное значение.Если вы ищете источник питания для конкретного приложения, подумайте о том, чтобы быть консервативным и покупать больше возможностей, чем вам нужно — в проекты часто добавляются новые функции на поздних этапах цикла проектирования.

Советы и вопросы:

  • Убедитесь, что выход установлен в допустимом диапазоне входного линейного напряжения (пример: некоторые импульсные источники питания должны быть снижены, например, до 90 В переменного тока).
  • Некоторые блоки питания (обычно импульсные блоки питания) не рассчитаны на выходное напряжение до 0 В.
  • Насколько вода может плавать над или под землей?
  • Насколько выходной дрейф с течением времени? Типичное значение может составлять от 5 до 10 мВ в течение 10 часов при постоянной нагрузке и входном напряжении.
  • Если на выходе фиксированное напряжение, можно ли его немного отрегулировать до желаемого значения?
  • Проверьте, есть ли в источнике питания дистанционное зондирование. Дистанционное измерение использует две входные клеммы с высоким импедансом для измерения выходного напряжения источника питания. При подключении к нагрузке эта функция может корректировать падение напряжения в соединительных проводах питания и нагрузки.
  • Некоторые блоки питания имеют защиту на выходе. Иногда это называют «лом», «защитой от перенапряжения» или «защитой от предельного напряжения». Эта функция либо ограничивает выходное напряжение до значения, установленного пользователем, либо отключает выход, если выходное напряжение достигает установленного предела. Цель состоит в том, чтобы обеспечить защиту цепей, чувствительных к напряжению. Пример: вы запитываете логическую схему на 5 В с источником питания, способным обеспечить выходное напряжение 40 В. Вы устанавливаете защиту источника питания от перенапряжения на 5.5 вольт. Тогда выходное напряжение никогда не будет превышать 5,5 вольт, независимо от того, на сколько вы поворачиваете ручку регулировки напряжения. Примечание: «лом» обозначает устройство (обычно SCR), которое закорачивает выход при превышении установленного предела напряжения. Поведение лома может быть нежелательным — хотя отключение цепи защитит ее, это также может вызвать проблему из-за отсутствия питания цепи!

Постановление

Регулировка нагрузки — это степень изменения выходного напряжения при изменении нагрузки, обычно от 0 до 100% номинального значения.Это можно легко и удобно измерить с помощью современных нагрузок постоянного тока. Типичные характеристики составляют от 0,1% до 0,01%. Если подумать, это отличное поведение — изменение до 1 части из 10 000 (это делается с помощью схем управления с отрицательной обратной связью).

Линейное регулирование — это степень изменения выхода при изменении входного переменного напряжения. Обычно он указывается как мВ на данное изменение входного сигнала или как процентное изменение во всем допустимом диапазоне входного сигнала. Типичные значения снова находятся в диапазоне 0.От 1% до 0,01%.

Для очень требовательных проектов можно узнать, как изменяется выход при изменении трех основных факторов: входного напряжения, нагрузки и температуры. Это редко указывается и, вероятно, придется измерить.

Вышеуказанные нормативные характеристики относятся к установившемуся режиму работы. Переходное поведение важно для некоторых приложений. Можно указать переходное время отклика, оно связано с тем, сколько времени требуется источнику питания для восстановления до заданного значения после внезапного изменения нагрузки или выхода.Это может быть важной спецификацией, когда источник питания используется с цифровой схемой, которая потребляет энергию импульсами. Например, радиопередатчик быстро перейдет из состояния бездействия в состояние полной мощности, что приведет к скачкообразным изменениям спроса на источник питания. Источник питания с плохой переходной характеристикой (или нестабильной реакцией, вызывающей колебания) будет вредным для приложения, потому что он может быть не в состоянии обеспечить достаточную мощность, а его выходные переходные процессы могут быть связаны с цепью, которую он подает питание, что приведет к аномальное поведение.

Пульсация и шум

Не существует общепринятого метода измерения пульсаций и шума. Некоторые поставщики включают внешние схемы при проведении измерений, поэтому, чтобы дублировать их результаты, вам нужно будет связаться с ними, как они проводят свои измерения. Самый простой способ измерения — подключить осциллограф со связью по переменному току к выходу источника питания. Измерение может быть выполнено на основе синфазного шума (шум на обоих выходах + и — источника питания по отношению к заземлению источника питания переменного тока) или нормального (также называемого дифференциальным режимом) шума, который представляет собой шум, наблюдаемый между + и — клеммы источника питания.Примечание: поскольку внешняя часть разъема BNC на многих прицелах подключена к заземлению, вам придется использовать изолирующий трансформатор для питания осциллографа или использовать дифференциальный усилитель для измерения шума в нормальном режиме.

Пульсации для линейных источников питания обычно измеряются при удвоенной частоте сети. Что касается импульсных источников питания, вам нужно проверить более высокие частоты, и вы можете увидеть скачки напряжения. Пульсация может быть определена как часть нефильтрованного переменного напряжения и шума, присутствующих на выходе фильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой, и обычно указывается в вольтах (среднеквадратичное значение).С другой стороны, шум обычно определяется как размах переменного напряжения и может быть определен как часть нефильтрованного и неэкранированного шума электромагнитных помех, присутствующего на выходе отфильтрованного источника питания при работе с полной нагрузкой.

Может быть важно знать, в какой полосе частот указан шум. Часто это 20 МГц, так как для его измерения используется осциллограф. Примечание: иногда рябь и шум обозначаются как PARD, что является аббревиатурой от «периодических и случайных отклонений».

Большинство линейных источников питания должны иметь пульсации менее 3 мВ (среднеквадратичное значение) и менее 50 мВ пикового значения для импульсных источников питания

* Практический пример : Вот несколько примеров измерений пульсации и шума.Выход блока питания B&K Precision 9130, установленного на 9 В, был подключен через коаксиальный кабель 50 Ом (с использованием адаптера с двумя банановыми вилками) к цифровому запоминающему осциллографу B&K Precision 2534 (полоса пропускания 60 МГц). Вход осциллографа был связан по переменному току (канал был проверен, чтобы убедиться, что связь по переменному току не оказывала заметного влияния на амплитуду входного сигнала вплоть до 30 Гц). Прицел питался от изоляционного трансформатора медицинского назначения, поэтому измерение шума было дифференциальным, а не синфазным.Не было измеримых пульсаций в линии электропередач, и шум был в основном широкополосным с некоторыми всплесками с основной частотой 40 МГц. Эти шипы не от этого источника питания, потому что i) они присутствовали при выключенном источнике питания и ii) они присутствовали на других приборах на скамейке автора, также выключенных. Вероятно, это цифровые помехи от компьютера автора, проходящие через линию электропередачи. 9130 должен иметь уровень шума менее 3 мВ (среднеквадратичное значение); эта конкретная поставка соответствовала спецификации.Обратите внимание, что это примерные измерения и не предназначены для определения каких-либо конкретных характеристик источников питания 9130 в целом. Тем не менее, мы надеемся, что это показывает, что такая «простая» вещь, как подключение одного кабеля к источнику питания и выполнение измерения, включает в себя ряд вещей, о которых следует подумать. Если бы автор использовал на входе фильтр нижних частот 20 МГц, он бы не тратил время на отслеживание этого паразитного шума.


Рисунок 2: (A) Типичный тепловой шум (B) Более медленный захват (A), показывающий всплеск (~ 15 мВ) (C&D) Подробная информация о всплеске

Температура

Поскольку компоненты, из которых состоят блоки питания, чувствительны к температуре, неудивительно, что блоки питания в целом также могут быть чувствительными к температуре.Это верно даже тогда, когда дизайнеры стараются минимизировать влияние температуры. Современные источники питания лабораторного качества должны иметь температурный коэффициент ниже 0,05% на C. Обычно это указывается в диапазоне рабочих температур, который часто составляет от 0 до 40 ˚C. Обычно подразумевается или предполагается, что источник питания испытывается при постоянной нагрузке без колебаний линии переменного тока.

Вход переменного тока

Источники питания большей мощности могут использовать трехфазное питание. Они могут быть более экономичными и немного более эффективными, чем однофазные источники питания, хотя частота пульсаций будет выше.

Изоляция: определяется как напряжение постоянного или переменного тока, которое может подаваться между входом и выходом без нарушения питания. Типичные числа от 500 до 1500 В. Изоляция источника питания между входом и выходом или шасси обеспечивается изоляцией, обеспечиваемой трансформатором источника питания.

Некоторые источники питания содержат фильтрующие конденсаторы большой емкости, которые, по сути, вызывают короткое замыкание на выпрямитель при первом включении источника питания. В некоторых источниках питания есть схемы, позволяющие минимизировать пусковой ток или распределить его по времени («плавный пуск»).

Спецификация удержания определяет, как долго вход переменного тока может отключиться, а источник питания будет оставаться в режиме регулирования. Заряд, накопленный на конденсаторах фильтра, используется для подачи питания при отключенном входе переменного тока.

По мере увеличения стоимости энергии эффективность энергоснабжения становится все более важной. Эффективность — это выходная мощность, деленная на входную, и, конечно же, всегда будет меньше 100% (обычно она преобразуется в проценты). Лучшие расходные материалы могут быть эффективными на 90% или лучше.Линейные источники питания обычно намного менее эффективны, чем импульсные источники питания.

Точность отслеживания

Некоторые блоки питания с двумя или более выходами могут иметь функцию отслеживания. Здесь один выход будет отслеживать выходное напряжение другого выхода. Это полезно при подаче питания на цепи, которым нужна положительная и отрицательная шина. Спецификация точности отслеживания определяет, насколько точно второй вывод отслеживает вывод первого вывода.

Изоляция постоянного тока

Изоляция означает, насколько клеммы + или — могут быть «плавающими» над или под землей линии питания.Эта спецификация часто включает выходное напряжение источника питания. Важно не превышать спецификацию, так как это может вызвать пробой диэлектрика внутреннего компонента и / или воздействие опасного напряжения. Довольно часто два блока питания подключаются последовательно, чтобы получить более высокое напряжение, чем может обеспечить любой из них. Например, рассмотрим следующую схему:

V out будет суммой напряжений, установленных на источнике питания 1 и источнике питания 2. Обратите внимание, что эта последовательная работа должна быть такой, чтобы ток не превышал ток источника питания с минимальным номинальным током.

Чтобы быть уверенным в том, что вы соблюдаете требования производителя по изоляции постоянного тока, убедитесь, что ни одно из напряжений на любом из внешних проводов относительно земли не превышает спецификации изоляции постоянного тока.

Теория работы

Есть два основных способа работы источников питания: линейное регулирование и режим переключения.

Линейный регламент

Принцип действия источника питания с линейным регулированием показан на следующей схеме:

Входное напряжение обычно поступает от трансформатора, двухполупериодного выпрямителя и конденсаторного каскада фильтра.Выходное напряжение сравнивается с опорным напряжением (полученным, например, из настроек передней панели источника питания), и разница подается на транзистор, чтобы пропустить через него больший или меньший ток. Транзистор обычно биполярный или MOSFET (иногда как часть управляющей ИС для небольших источников питания) и работает в своей линейной области (отсюда и название «линейное» регулирование). Стратегия линейного регулирования имеет преимущества простоты, низкого уровня шума, быстрого времени отклика и отличного регулирования.Недостатком является то, что они неэффективны, так как всегда рассеивают мощность. В приведенной выше схеме вы можете видеть, что транзистор имеет V на — V на выходе через него. Умножьте эту разницу на ток, чтобы получить рассеиваемую мощность. При большой разнице напряжений (т. Е. При низком выходном напряжении источника питания) и большом токе общий КПД может упасть почти до 10%. Максимальный КПД для линейного источника питания обычно составляет около 60%. Типичный средний КПД находится в диапазоне 30-40%.

Режим переключения

Примечание. В этом разделе мы будем называть импульсный источник питания сокращенно SMPS.

Проблемой типичного линейного источника питания является размер и вес трансформатора. Размер нужен из-за низкой частоты (от 50 до 60 Гц). При той же выходной мощности размер трансформатора уменьшается (сильно) с увеличением частоты (до определенного значения). SMPS использует это преимущество, разделяя форму волны переменного тока на множество мелких частей и изменяя их до желаемого уровня напряжения с помощью трансформатора гораздо меньшего размера.Ключевым фактом является то, что переключающий элемент (транзистор) либо выключен, либо полностью включен (насыщен). Падение напряжения на транзисторе невелико (как для биполярного транзистора, так и для полевого МОП-транзистора), что означает, что в нем тратится мало энергии. Когда он выключен, мощность не рассеивается. Это одно из преимуществ эффективности ИИП.

Конденсаторы фильтра также могут быть меньше на этих более высоких частотах, и дроссели более эффективны. Нижний предел частоты составляет 25 кГц (чтобы оставаться выше диапазона человеческого слуха), а современный верхний предел в настоящее время составляет около 3 МГц.Большинство импульсных источников питания используют частоты в диапазоне от 50 кГц до 1 МГц.

Паразитное поведение и скин-эффект в проводимости становятся важными на более высоких частотах переключения, особенно потому, что формы волны представляют собой прямоугольные волны и богаты гармониками. В пассивных элементах, таких как конденсаторы и катушки индуктивности, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) становится важным и приводит к неэффективности. Резисторы должны быть неиндуктивными. Тщательно продуманные, оптимизированные схемы переключения режимов могут обеспечить эффективность 95%, но типичный SMPS имеет КПД около 75%, что все же намного лучше, чем у типичного линейного источника питания.Это одна из причин, по которой они повсеместно используются в персональных компьютерах.

Еще одним преимуществом SMPS является то, что переключение можно модулировать различными способами в зависимости от условий нагрузки. Выход источника питания регулируется с помощью цепи обратной связи, которая регулирует время (рабочий цикл), с которым MOSFETs включаются или выключаются.

Преимущества импульсных источников питания не связаны с некоторыми затратами. Более высокие частоты и переключение означают более высокие уровни электромагнитных помех (EMI), как излучаемых, так и кондуктивных.Это может вернуть коммутационный шум в линию электропередачи. Управляющая электроника также стала более сложной (особенно в последнее время из-за желания иметь более высокие коэффициенты мощности).

Импульсные источники питания могут с трудом вырабатывать низкое напряжение. Это связано с тем, что транзистор должен переключать ток, то есть SMPS не может работать, пока не будет протекать достаточный ток. Из-за этого импульсные источники питания часто имеют минимальное выходное напряжение.

Применение источника питания

http: // www.amtex.com.au/ApplicationNotesPower.htm

Использование источника питания для генерации смещения постоянного тока с помощью функционального генератора

Если источник сигнала, такой как функциональный генератор, не имеет возможности смещения постоянного тока, вы можете эффективно добавить эту функцию, используя источник питания постоянного тока. Как и в спецификации на изоляцию постоянного тока источника постоянного тока, важно, чтобы такой режим работы источника сигнала был разрешен производителем и чтобы вы не превышали спецификации. Вам также понадобится источник сигнала, выходные клеммы которого (обычно разъем BNC) изолированы от земли.Если разъем не изолирован от земли, прибор можно изолировать от земли линии питания с помощью изолирующего трансформатора. Однако металлическое шасси инструмента может быть выше или ниже потенциала земли при смещении постоянного тока, поэтому примите соответствующие меры против поражения электрическим током. Способ подключения показан на следующей схеме.

Причина, по которой это может быть полезно, заключается в том, что сигнал функционального генератора затем может быть вставлен в схему, которая смещена выше или ниже земли (или источник питания постоянного тока может подавать смещение, например, для транзистора).Вы должны быть осторожны, чтобы не превысить текущие возможности функционального генератора.

Источники питания: вопросы и советы

Как измерить эффективность источника питания?

Если для вас важна эффективность, вы должны тщательно ее измерить. Для типичного источника питания постоянного тока, работающего от сети переменного тока, вам необходимо измерить входную мощность переменного тока и мощность постоянного тока, выдаваемую источником, как показано на следующей диаграмме:

Наверное, лучший инструмент для измерения мощности переменного тока, используемой источником постоянного тока, — это осциллограф.Вам нужно будет измерить переменное напряжение и переменный ток, поступающие в блок питания. Лучшим подходом, вероятно, является использование неиндуктивного токового шунта для измерения тока и двух независимых дифференциальных усилителей для измерения входного переменного напряжения источника питания и переменного напряжения на шунте. Форма волны мощности может быть получена путем умножения формы волны тока и напряжения с помощью осциллографа. При подходящей полосе пропускания осциллографа и усилителей это будет точное измерение, покажет вам коэффициент мощности и расскажет о любых гармониках / переходных процессах линии питания, связанных с работой источника постоянного тока.Если ваш осциллограф не может выполнить умножение, вы все равно можете измерить среднеквадратичные значения напряжения и тока, измерить коэффициент мощности и умножить эти три вместе.

Для измерения мощности, потребляемой нагрузкой, вы можете использовать измерители напряжения и тока источника постоянного тока, если вы знаете, что они точны. Для подтверждения вы можете вместо этого использовать нагрузку постоянного тока с такими же характеристиками нагрузки.

Тогда измеренный КПД в процентах будет

.

, где P в — это измеренная мощность переменного тока на входе, а P на выходе, — это измеренная мощность постоянного тока на выходе, оба в одних и тех же блоках питания.

Почему существует такая большая разница в ценах между блоками питания?

Аналогичный вопрос можно задать об автомобилях. Оба вопроса имеют один и тот же ответ: существует множество факторов, и простой ответ, вероятно, невозможен. Некоторые из факторов:

  • Имя и репутация продавца

  • Насколько консервативен дизайн

  • Количество и тип конкурирующих единиц

  • Сертификаты (e.г., безопасность, EMI и др.)

  • Надежность конструкции (и усилия, затраченные на ее проверку)

  • Качество используемых компонентов и конструкции

  • Количество функций

При оценке источника питания (или любого другого оборудования) следует учитывать общую стоимость владения. Включите стоимость ежегодных калибровок и любые предполагаемые потери из-за недоступности или необходимости ремонта или замены устройства в случае его выхода из строя.Через десять или более лет эти затраты могут легко превысить первоначальную стоимость источника питания.

Что лучше: режим переключения или линейный?

Это зависит от того, что вы подразумеваете под словом «лучший». Вы можете получить некоторую информацию из следующей таблицы:

Тип

Сильные стороны

Слабые стороны

Линейная

  • Низкий уровень шума и электромагнитных помех
  • Хорошая регулировка линии и нагрузки
  • Быстрая переходная характеристика
  • Может производить очень низкий выходной ток
  • Низкий КПД (в среднем 30-40%)
  • Масса (трансформатор)
  • Радиаторы большего размера
  • Дороже для большей мощности

Режим переключения

  • Высокая эффективность (в среднем 75%, в некоторых случаях около 95%)
  • Более доступный для большей мощности
  • Более легкий вес
  • Невозможно подавать низкое напряжение, требуется минимальный ток
  • Больше шума (включая импульсный шум и нарушения ЭМС)
  • Намного более медленный переходной отклик по сравнению с линейным

Пожалуйста, обратитесь к разделу «Теория работы» для получения дополнительных комментариев по этим двум типам.

Все большую популярность приобретают гибридные технологии, использующие как линейные, так и переключающие схемы. Целью этого подхода является создание источников питания, характеристики которых сочетают в себе преимущества технологий линейного и импульсного режимов.

Что такое лом?

Это защитное устройство, используемое на выходе источников питания (обычно SCR) для короткого замыкания выхода, если выходное напряжение превышает установленный уровень. См. Раздел «Выход» в разделе «Характеристики источника питания».

Как лучше всего проверить блок питания под нагрузкой?

Безусловно, отличный способ — протестировать его с реальной нагрузкой, которую он предназначен, если это возможно. Однако это может не повлиять на поставку настолько, чтобы много рассказать о ее пригодности и надежности для вашего приложения. Отличным инструментом для проверки блоков питания является нагрузка постоянного тока. Их можно запрограммировать на применение самых разных нагрузок к источнику питания, и они могут делать это безостановочно. После того, как определенная поставка квалифицирована, они становятся хорошими инструментами для текущей или входящей проверки.

Как измерить пульсацию и шум?

Это можно сделать с помощью осциллографа или широкополосного среднеквадратичного вольтметра переменного тока. Но есть нюансы, о которых следует знать — см. Раздел «Пульсация и шум» в разделе «Характеристики источника питания».

Сопротивление провода и контакта

Контактное сопротивление в плохих соединениях или плохо выполненных механических соединениях может добавить значительные нагрузки, особенно в сильноточных устройствах. Плохое или корродированное гофрированное соединение может иметь сопротивление в сотни миллиомов или даже выше ома.Это снижает эффективность и создает горячие точки. Если вам когда-либо приходилось чистить клеммы аккумулятора на вашем автомобиле, чтобы он завелся, вы видели проблему.

Медный провод 10 калибра имеет сопротивление немногим более 3 Ом / м. Для цепи с проводом длиной 10 м это 30 мОм. Таким образом, соединение 100 мОм будет обеспечивать 75% сопротивления проводки (а также терять 75% мощности, потерянной в проводке).

Плохие соединения относительно легко найти, если вы можете получить доступ к проводу под нагрузкой. Цифровой мультиметр можно использовать для измерения падения напряжения на соединениях (будьте осторожны, когда по проводам передаются значительные напряжения).Зная ток (измерьте его с помощью накладного амперметра постоянного тока, если измеритель источника питания не подходит), вы можете рассчитать сопротивление соединения. Если провод изолирован, доступны специальные пробивающие изоляцию щупы, такие как CalTest Electronics CT3044 или Pomona 5913. Если вы используете пробивные щупы, сначала отключите питание — случайная дуга может повредить острые наконечники (кроме потенциальная угроза безопасности).

Могу ли я подключиться параллельно?

Нагрузке для работы требуется n источников питания, поэтому используется n + 1 источник, что позволяет одному из них выйти из строя.Диоды должны изолировать источники питания друг от друга (они могут понадобиться, а могут и не понадобиться; опять же, спросите своего поставщика). Для источников питания может потребоваться соединить вместе линии управления, чтобы они могли разумно распределять нагрузку. Требование состоит в том, чтобы на выходе каждого источника было одинаковое напряжение, чтобы они поровну распределяли нагрузку. Проводка должна быть короткой, и каждая ветвь должна быть одинаковой для каждого источника питания.

М. Шварц, Передача информации, модуляция и шум, 2-е изд., McGraw-Hill, 1970, ISBN 07-055761-6.

http://www.abbottelectronics.com/engineer/glossary.htm

http://www.currentsolutions.com/knowledge/glossary.htm

Регулировка линии
Насколько изменяется напряжение или ток нагрузки, когда источник питания работает при различных линейных напряжениях в заданном диапазоне. Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
Регулировка нагрузки
Насколько напряжение или ток нагрузки изменяется при работе источника питания на холостом ходу и при полной нагрузке.Обычно указывается в процентах от общего напряжения или тока, доступного от источника питания. Рейтинг «0%» означал бы идеальное регулирование.
КПД
Измеренный в процентах, он указывает количество выходной мощности по сравнению с мощностью, потребляемой в системе.
EMI
Электромагнитные помехи
Пусковой ток
Начальная величина тока, потребляемого источником питания при запуске.Иногда его называют пусковым током, и обычно он на несколько значений превышает установившееся значение источника питания.
Инвертор
Электрическое устройство, используемое для преобразования постоянного тока в переменный ток.
Дистанционное зондирование
Предоставляется в некоторых приборах, которые могут использоваться для измерения напряжения тестируемого устройства на его клеммах, чтобы обеспечить точные показания для компенсации падений напряжения на выводах, подключенных к прибору и тестируемому устройству.
Постоянное напряжение
Стабилизированный источник питания, который подает постоянное напряжение на нагрузку, даже когда сопротивление нагрузки изменяется до значения, не превышающего предельный ток источника питания.
Постоянный ток
Регулируемый источник питания, который подает постоянный ток на нагрузку, даже когда сопротивление нагрузки изменяется. Обратите внимание, что источник питания должен соответствовать закону Ома.
Предел тока
Значение, заданное как предел тока, который может выдавать блок питания.Когда ток достигает предела, типичный источник питания CV / CC переключается из режима CV в режим CC. Это также известно как точка пересечения.
Защита от перегрузки
Функция защиты в большинстве источников питания постоянного тока, предотвращающая потребление каким-либо устройством большей мощности, чем предназначены для выработки.
Защита от перенапряжения
Защита, используемая во многих источниках питания, ограничивает величину выходного напряжения.
Параллельная работа
Этот режим работы, применяемый во многих источниках питания с двойным и тройным выходом, позволяет подключать два или более независимых выхода параллельно для увеличения токового выхода.
Последовательная работа
Режим работы многих источников питания с двойным и тройным выходом, в котором два или более независимых выхода соединяются последовательно для увеличения выходного напряжения.
PARD
Периодические (пульсации) и случайные (шум) отклонения выходного напряжения от заданного значения.
ШИМ
Широтно-импульсная модуляция
Разрешение
Наименьшее изменение напряжения или тока, которое может быть выполнено с помощью регуляторов.
Тепловая защита
Защита от повреждения источника питания из-за чрезмерной температуры.
Переходное время восстановления
Время, необходимое источнику питания для восстановления своей выходной мощности после ступенчатого изменения.
AC
Переменный ток. Описывает напряжение и ток, которые меняются по амплитуде, обычно синусоидальной формы по времени. Электропитание переменного тока почти повсеместно используется для распределения электроэнергии.
Блэкаут
Потеря электропитания переменного тока.
Пониженное напряжение
Запланированное снижение напряжения переменного тока энергокомпанией для противодействия чрезмерному спросу.
Емкостная связь
Два отдельных проводника всегда образуют конденсатор. Чем они ближе, тем больше вероятность того, что колебания напряжения на одном проводе будут электростатически индуцированы на другом проводе (в отличие от индуктивной связи).
Индуктивная связь
Когда в одном проводе протекает изменяющийся ток, в соседнем проводе индуцируется напряжение из-за магнитного поля, вызванного током (в отличие от емкостной связи).
Пик-фактор
В сигнале переменного тока пик-фактор — это отношение пикового значения к среднеквадратичному значению.
DC
Постоянный ток. Используется для описания неизменного напряжения, тока или электрической мощности.
Drift
Изменение во времени выходного напряжения или тока.
Электронная нагрузка
Тип прибора, который служит в качестве нагрузки, обычно динамической, и может использоваться для тестирования источников питания и источников питания.
ESR
Эквивалентное последовательное сопротивление. Простая «последовательная» модель конденсатора или катушки индуктивности помещает чистое реактивное сопротивление последовательно с чистым резистором, величина которого обычно называется ESR. Часто измеряется на электролитических конденсаторах большего размера, и высокое значение ESR обычно указывает на неисправный конденсатор.
Заземление
Электрическое заземление в системе переменного тока — это провод, который соединен с землей, отсюда и название «земля». Причина такого подключения кроется в необходимости защиты пользователей электрического оборудования от поражения электрическим током.Электроэнергия доставляется к месту использования с помощью трансформатора, установленного на столб или другого типа. Выход такого трансформатора состоит, по существу, из двух выводных проводов, между которыми имеется напряжение использования. По ряду сложных причин, связанных с безопасностью, один из этих выводных проводов трансформатора подключается к земле с помощью медной шины, вбитой в землю.
Минимальная нагрузка
Если указан для источника питания, это минимальный ток нагрузки, который должен быть получен от источника питания, чтобы он соответствовал его рабочим характеристикам.
Скачок
Кратковременное повышение напряжения сети переменного тока.
Выходное сопротивление
Отношение изменения выходного напряжения к изменению тока нагрузки.
Коэффициент мощности
Отношение активной и полной мощности. Это определяет, сколько тока требуется для выработки определенного количества энергии. Всегда желательно, чтобы это отношение было как можно ближе к 1. Система с более низким коэффициентом мощности означала бы большие потери мощности для выполнения того же объема работы по сравнению с системой с более высоким коэффициентом мощности.
Пульсации напряжения
Часть нефильтрованного переменного напряжения и шума на выходе фильтрованного источника питания, работающего при полной нагрузке. Обычно указывается в среднеквадратичных значениях напряжения переменного тока (с нулевыми пульсациями напряжения, представляющими идеально отфильтрованный источник питания).
Ток пульсации
Часть нефильтрованного переменного тока на выходе фильтрованного источника питания.
RMS
Среднеквадратичное значение. Для любой формы сигнала среднеквадратичное значение представляет собой квадратный корень из среднего значения суммы квадратов выбранных значений.Для непрерывной функции применима аналогичная интегральная формула.
Защитное заземление
Цепь, предназначенная для отвода опасного напряжения (из-за дефекта или аварии), тем самым защищая людей от случайных ударов. Металлические крышки инструментов и приборов заземлены (и, следовательно, называются защитным заземлением). Таким образом, если электрически «горячий» провод внутри устройства случайно касается металлического корпуса, подключение к защитному заземлению означает, что металл будет оставаться рядом с потенциалом земли.Обычно в таком состоянии срабатывает автоматический выключатель.
Диапазон температур
Диапазон, в котором рассчитан источник питания. Он также может определять диапазон температур, в котором может храниться источник питания.
Истинная мощность
Также называемая реальной мощностью, обычно измеряется в ваттах.
Полная мощность
Произведение среднеквадратичного значения тока и среднеквадратичного напряжения, обычно измеряемое в единицах ВА (вольт-амперы).

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.