За счёт такого приёма обеспечивается так называемая групповая стабилизация выходных напряжений. За счёт общего магнитного поля в дросселе L1 удаётся стабилизировать сразу все выходные напряжения. Если дроссель L1 выпаять из схемы и замерить выходные напряжения, то можно убедиться в том, что они начинают заметно «гулять». Вот так выглядит дроссель L1 с общим колцевым магнитопроводом на печатной плате.

Или вот так.

Далее в фильтрах стоят электролитические конденсаторы С4 — С8 ёмкостью от 330 мкф до 2200 мкф. Рабочее напряжение электролитов, как правило, зависит от того, в каком из выпрямителей установлен конденсатор (в +5V и -5V — на 10…16 вольт, а в +12V и -12V – на 16…25 вольт). Резисторы R4 — R7 создают небольшую начальную нагрузку для правильной работы выпрямителя с индуктивным фильтром. Они же служат для разряда электролитических конденсаторов после выключения импульсного блока питания.

Как уже отмечалось, в качестве диодов вторичных источников часто используют диоды Шоттки. Они обладают малым падением напряжения в прямом направлении и быстрым временем восстановления, но низкое обратное напряжение не позволяют использовать положительные качества этих диодов в полном объёме. Поскольку схемы вторичных источников питания сложности не представляют, ремонт сводится к замене электролитических конденсаторов и диодов выпрямителей.

Есть определённые сложности, связанные с диагностикой диодов Шоттки. У них есть очень нехорошее явление, как «утечка». Если проверить диод, то он окажется исправным, но после некоторого времени нормальной работы, вследствие разогрева он начинает «плыть». При малейшем подозрении на исправность такого диода не стоит зря тратить время, а есть смысл просто заменить его на заведомо исправный.

Вообще с ремонтом компьютерных блоков питания связаны некоторые трудности. Отдельные фирмы просто не хотят допустить постороннего внутрь своей техники. Есть блоки, завёрнутые на специальные болты, которые не отвернуть без особого инструмента, а корпуса отдельных типов блоков питания просто наглухо заклёпаны и мастеру приходится эти заклёпки просто высверливать.

Производители как бы намекают: не надо ремонтировать блок питания. Купите и поставьте новый блок.

Назад

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

Основные типы схем диодных выпрямителей, описание их работы, достоинства и недостатки каждой схемы « ЭлектроХобби

Перед тем, как начать писать про сами схемы диодных выпрямителей для начала, и для новичков, предлагаю разобраться с работой обычного диода. Давайте рассмотрим случай когда диоды имеют прямое и обратное подключение к источнику питания. Ниже на рисунке можно эти два способа подключения.

Допустим у нас имеется источник постоянного тока с напряжением 5 вольт, обычный выпрямительный диод и некоторая нагрузка, которая на рисунке представлена в виде резистора. Диод возьмем типа 1n4007, который может выдерживать ток до 1 ампера и имеет максимальное обратное напряжение до 1000 вольт. Как известно диоды являются полупроводниками. То есть, они способны проводить электрический ток только в одном направлении. На рисунке слева показано прямое подключение диода, с правой стороны мы видим обратное подключение.

При прямом включении диод открыт и достаточно свободно пропускает через себя ток. Но при этом, в любом случае, на диоде будет присутствовать небольшое падение напряжения. Величина этого напряжения у обычных диодов где-то порядка 0,6 вольт. Причем, чем больше сила тока, что проходит через диод, тем это падение напряжения также может увеличиваться (и быть более 1 вольта). Следовательно, если на нашем источнике постоянного тока имеется 5 вольт, то минимум диод оставит на себе 0,6 вольт. И на самой нагрузке уже будет напряжение на 0,6 вольт меньше, а именно вместо 5 вольт будет 4,4 вольта. Это явление обязательно нужно учитывать при расчетах своих блоков питания. При прямом включении в первую очередь имеет значение, какой максимальный ток может пропустить через себя диод, не выходя из строя из-за пробоя (теплового).

При обратном включении диод оказывается полностью закрытым, и ток он в этом случае через себя не пропускает. В этом случае, как видно из рисунка, все напряжение источника питания оседает именно на диоде. И это место подобно разомкнутому ключу. Естественно, нагрузка при этом не работает, поскольку через нее не может пройти электрический ток. Хотя все же токи утечки присутствуют у диодов, но они крайне малы и ими обычно пренебрегают.

Теперь несколько предложений насчет переменного тока и его особенностей. На графике переменный, синусоидальный ток имеет примерно такой вид.

То есть, у нас есть понижающий трансформатор, работающий с сетевым напряжением 220 вольт. Как на его входе, так и на выходе присутствует именно переменная форма тока и напряжения. Только на входе величина напряжения 220 вольт, а на выходе (в случае понижающего трансформатора) будет допустим 12 вольт. Но форма тока одинаковая. А что именно представляет собой этот переменный ток? Дело в том, что переменный тип тока – это постоянный ток, который меняет свою полярность со временем, имея при этом синусоидальную форму. На рисунке графика, что выше, выше нуля по оси времени, это положительная полуволна. Это когда на одном из двух проводов будет только плюс, а на втором только минус. А ниже этой оси будет отрицательная полуволна. На двух проводах плюс и минус поменяются местами. Переменный ток легко преобразуется и при передачи электроэнергии на большие расстояния имеет меньшие потери в линиях электропередач. Непосредственно для питания электроники переменный тип тока не используется.

Ну, а теперь давайте перейдем к первой схеме самого простого варианта диодного выпрямителя. Это однополупериодный диодный выпрямитель на одном диоде. Его схем представлена на рисунке ниже.

Как видно в этой простой схеме диод один и он подключен последовательно с концами выходной обмотки трансформатора. Работа данного типа выпрямителя сводится к тому, что он просто срезает одну полуволну из двух. На рисунке можно увидеть, что на концах вторичной обмотки указан переменный тип тока, а после диода уже постоянный тип тока, но имеющего достаточно большие пульсации. Чтобы сгладить эти пульсации и придать уже выпрямленному току более ровную и прямую форму, более соответствующую постоянному току, после диода ставится электролитический сглаживающий конденсатора.

Чем больше будет емкость сглаживающего конденсатора, тем лучше будет это самое сглаживание пульсирующего напряжения и тока. А принцип действия сглаживания очень прост. Конденсатор во время импульса заряжается, а когда импульса нет, то в это время конденсатор отдает ранее накопленный электрический заряд. В итоге получается за счет ранее накопленной конденсатором энергии сгладить форму электрического тока.

Из-за низкого КПД подобные схемы однотактных диодных выпрямителей используются крайне редко в силовых трансформаторах (с железным сердечником, работающие с частотой 50 Гц). Поскольку половина габаритной мощности самого трансформатора оказывается на востребованной. Но в маломощных импульсных блоках питания, однотактных обратноходовых они применяются часто. Поскольку сам принцип работы таких ИБП полностью соответствует однотактности и недостаток схемы данного типа выпрямителя полностью компенсируется и перестает быть таковым.

Вторая схема – это двухполупериодный мостовой диодный выпрямитель.

Данный тип диодного выпрямителя более востребован и чаще всего используется в схемах трансформаторных блоков питания (и не только). Хотя также имеет свои особенности и недостатки. Этот выпрямитель относится уже к типу двухтактных, поскольку выпрямляются сразу два полупериода переменного тока. Схема мостового диодного выпрямителя содержит в себе 4 одинаковых диода, рассчитанных на нужное обратное напряжение и максимальный прямой ток. Как видно на графике отрицательная полуволна просто переворачивается диодами вверх, тем самым дополняя положительную полуволну. В этом случае величина пульсаций уменьшается вдвое, по сравнению с однополупериодной схемой выпрямителя. Но все равно, чтобы эти пульсации свести к минимуму в схему нужно добавить сглаживающий конденсатора. Хотя емкость его уже может быть в два раза меньше предыдущего случая. В мостовой схеме в процессе выпрямления одно из полупериодов участвуют сразу два диода из четырех. Это показано на рисунке ниже.

То есть, электрическая цепь для одного полупериода будет содержать выходную обмотку трансформатора, к концам которой последовательно подключены два диода. И тут сразу можно заметить имеющийся недостаток этой схемы диодного выпрямителя. А именно, это то, что мы на выпрямителе уже теряем более одного вольта, и чем больше ток будет проходить через этот выпрямитель, тем большими будут потери как мощности, так и величины выходного напряжения. Если мы на вторичной обмотке имеем 5 вольт, а диоды как минимум оставят на себе 1,2 вольта, то в нагрузку дойдет только лишь 3,8 вольт. Думаю смысл понятен. Следовательно, данную разновидность диодных выпрямителей целесообразно использовать при малых токах. Поскольку большие токи будут понижать общий КПД схемы.

И последний тип диодного выпрямителя, это двухполупериодный выпрямитель со средней точкой. То есть, это когда выходная обмотка силового трансформатора имеет средний вывод. Рисунок данной схемы можно увидеть ниже.

Этот тип диодных выпрямителей также является двухполупериодным, как и мостовая схема, представленная чуть выше. Имеет такую же величину пульсаций на выходе, которые можно сгладить все тем же электролитическим конденсатором. Хотя в это схеме уже используется всего два диода. Следовательно, меньше диодов, меньше потерь и КПД будет выше, но есть и свои недостатки у схемы. А именно, поскольку в один полупериода работает только одна часть вторичной обмотки, а вторая часть обмотки только во второй полупериод, то получается что увеличивается общая масса и габариты самого силового трансформатора. А это уже ведет к большему расходу железа и меди при изготовлении таких выпрямителей с такими трансформаторами. Ну, и больший вес и размеры, что также не всегда удобно. Но вот если эту схему использовать для высокочастотных импульсных трансформаторов, то имеющейся недостаток перестает быть таковым

Как известно, при увеличении рабочей частоты трансформатора значительно уменьшаются его размеры и вес. И в таких трансформаторах уже используются на железные сердечники, а ферритовые, вес которых также меньше. Следовательно, если импульсный блок питания работает допустим на частоте 50 кГц, то размеры трансформатора уже будут в разы меньше, чем в случае с трансформатором, рассчитанного на частоту 50 Гц. Так что двухполупериодные диодные выпрямителя со средней точкой повсеместно используются именно в импульсных блоках питания. Примером может быть обычный компьютерный БП.

Видео по этой теме:

P. S. Так что при разработке своих блоков питания обязательно учитывайте все имеющиеся достоинства и недостатки, присущие в вышеописанным типам диодных выпрямителей. Правильный выбор нужного типа диодного выпрямителя, это залог высокого КПД и минимальных размеров и массы конечного устройства.

Разница между линейными и импульсными источниками питания | tech

Выпуск: 11 марта 2022 г., Обновление: 19 сентября 2022 г., I.R.

Как линейные, так и импульсные источники питания обеспечивают стабильный постоянный ток (также сокращенно «постоянный ток» или «DC»).
DC используется в цепях большинства электронных устройств, таких как смартфоны, компьютеры, кондиционеры и заводские роботы. Поскольку каждый тип устройства и внутренняя схема такого электронного оборудования требуют различных напряжений, необходим источник постоянного тока, соответствующий каждому напряжению.
Впервые был изобретен линейный источник питания. Линейные источники питания также известны как последовательные источники питания. В линейном источнике питания трансформатор, состоящий из железного сердечника и катушки, используется для уменьшения напряжения до входящего переменного тока (AC). Затем напряжение выпрямляется диодом в цепи выпрямителя и сглаживается конденсатором в цепи сглаживания для обеспечения стабильного напряжения.
Выходное напряжение схемы выпрямителя представляет собой серию положительных пиков синусоиды, что не является подходящим стабильным током. Поэтому напряжение выравнивается с помощью сглаживающей цепи, состоящей из конденсатора, и стабилизирующей цепи (схемы управления). Существует два типа цепей управления: шунты и последовательные цепи. Оба метода контролируют и контролируют выходное напряжение постоянного тока, чтобы поддерживать постоянное значение. Разница между входным и выходным напряжениями приводит к выделению тепла; поэтому требуется большой радиатор.
Для линейного источника питания требуется специальный трансформатор переменного тока в зависимости от входного напряжения, выходного напряжения и мощности. Таким образом, каждое устройство имело фиксированную мощность и требовало источника питания с отдельным трансформатором для каждого приложения.

Импульсные источники питания, напротив, перед регулировкой напряжения имеют функцию выпрямления и сглаживания. Прерыватель используется для преобразования поступающего напряжения в последовательность высокочастотных импульсов. При включении и выключении выключателя с высокой скоростью выпрямленный ток трактуется как псевдопеременный ток (AC) с пульсирующей волной, а напряжение регулируется с помощью высокочастотного трансформатора.

Типичная разница между линейным блоком питания и импульсным блоком питания заключается в уровне шума и размере блока питания. Как упоминалось выше, импульсный источник питания многократно включает и выключает переключатель с высокой скоростью. Это вызывает шум из-за переключения. Линейные источники питания производят меньше шума, чем импульсные источники питания.
Как упоминалось выше, импульсный источник питания многократно включает и выключает коммутатор с высокой скоростью. Это вызывает шум из-за переключения. Что касается шума, линейные блоки питания производят меньше шума, чем импульсные блоки питания.
Если сравнить линейный источник питания и импульсный источник питания с одинаковым выходным сигналом, шум линейного источника питания (R4G18-2) составляет 0,5 мВ (среднеквадратичное значение) и 1 мА (среднеквадратичное значение), как указано в технических характеристиках. Однако импульсный источник питания (R4K18-2) составляет около 5 мВ (среднеквадратичное значение) и 5 ​​мА (среднеквадратичное значение).
Другими словами, шум напряжения импульсного источника питания в десять раз больше, а шум тока в пять раз больше, чем у линейного источника питания.
Следующим шагом было определение размера блока питания. Линейный источник питания был небольшим; однако импульсный источник питания был меньше. Это связано с размером трансформатора. Если напряжение изменяется на ту же величину, трансформатор будет меньше на более высоких частотах.
В линейном источнике питания входная частота от розетки или другого источника подается непосредственно на трансформатор, тогда как в импульсном источнике питания ток после выпрямления направляется на трансформатор в виде высокочастотного импульса. Поэтому трансформатор маленький.
Например, блок питания с выходным напряжением постоянного тока 18 В, линейный блок питания (R4G18-2) имеет размеры 124 × 84 × 325 мм (В × Ш × Г) и весит примерно 3 кг. Для сравнения, импульсный блок питания (R4K18-2) имеет размеры 124 × 35 × 128 мм (В × Ш × Г) и весит примерно 500 г.
Они оба одинаковой высоты, но линейный блок питания в 2,4 раза шире, в 2,5 раза глубже и весит в шесть раз больше, чем импульсный блок питания. Это связано с тем, что в трансформаторах используется железный сердечник, а размер трансформатора влияет на его вес.
Импульсные источники питания стали широко использоваться примерно в 1990 году, намного позже линейных источников питания. Старые адаптеры переменного тока очень большие и тяжелые, потому что в них используются линейные источники питания.
В последние годы источники питания на основе нитрида галлия (GaN) с низкими потерями энергии получили широкое распространение. 9Источники питания 0009 GaN представляют собой полупроводники из нитрида галлия, которые аналогичны обычным полупроводникам на основе кремния. Транзисторы, использующие GaN, имеют меньшие потери мощности, чем обычные транзисторы.
Развитие этих новых технологий привело к созданию более компактных и мощных импульсных источников питания.

Существуют и другие различия между линейными и импульсными источниками питания, помимо шума и амплитуды, которые объясняются ниже.

● Импульсные источники питания имеют меньшие потери при преобразовании энергии.

Первоначально НАСА разработало импульсные источники питания для космических приложений. Поэтому они были разработаны для обеспечения высокой энергоэффективности. Импульсные источники питания более эффективны, поскольку линейные источники питания теряют больше энергии в виде тепла.

● Линейный источник питания быстрее реагирует на колебания нагрузки

Выход импульсного источника питания управлялся схемой управления. Напротив, линейные источники питания управляются реакцией схемы регулятора. Поэтому линейный источник питания быстрее реагирует на колебания нагрузки.

● Если выходная мощность мала, линейный блок питания может быть изготовлен с меньшими затратами, а если она велика, импульсный источник питания становится более дешевым вариантом.

Линейные источники питания дешевле из-за их более простой конструкции. Однако, как было сказано выше, линейные блоки питания имеют меньший КПД и выделяют больше тепла, чем импульсные блоки питания; поэтому при увеличении потребляемой мощности необходимо принимать меры по мощности, потребляемой самим линейным источником питания, и выделяемому им теплу.
Таким образом, по мере увеличения энергопотребления общая стоимость импульсного источника питания становится меньше, чем стоимость линейного источника питания. В качестве приблизительного ориентира линейные блоки питания можно эксплуатировать с меньшими затратами, если мощность ниже 400 Вт.

Различия между линейными и импульсными источниками питания приведены ниже.

Связанные технические статьи

• Способ генерирования постоянного тока (DC)
• Что такое блок питания постоянного тока? (Базовые знания)
• Что следует учитывать при выборе источника питания постоянного тока
• В чем разница между источником питания постоянного напряжения и источником питания постоянного тока? Давайте разберемся с основным принципом
• Как правильно и безопасно использовать источник питания постоянного тока и дистанционное зондирование

Рекомендуемые продукты

Компания Matsusada Precision предлагает как источники питания постоянного тока с линейным регулятором, так и источники питания постоянного тока импульсного типа в зависимости от области применения.

Введение в схемы источников питания и выпрямителей!

Блок питания переменного тока от настенной розетки подходит не для каждого электронного устройства. Для устройств, работающих с постоянным током, необходимо получить подходящее напряжение из доступного источника. Помимо «преобразования» переменного напряжения в постоянное, источники питания должны поддерживать постоянное значение напряжения независимо от нагрузки, к которой оно приложено. На рисунке ниже показан источник питания постоянного тока, который питается от настенной розетки, но обеспечивает 5 вольт постоянного тока на выходе.

Блок питания для проигрывателя компакт-дисков/DVD:

В проигрывателе компакт-дисков или DVD-дисков вы найдете различные источники шума, которые снижают производительность проигрывателя. Шум в его схеме вызван переключением логической схемы, механических компонентов, таких как двигатели или трансформаторы, сервопривод и коммутационная логика, шумом окружающей среды, исходящим от внешних источников, или из-за нестабильного и шумного рабочего напряжения, обеспечиваемого источником питания. Все эти источники влияют на производительность игрока, т.е. е. они вносят свой вклад в дрожание задающего тактового генератора, который является компонентом, ответственным за генерацию точных тактовых сигналов, необходимых для правильного функционирования цифровых устройств. Как следствие, требования к блоку питания цифрового проигрывателя различны. Он должен соответствовать высоким скоростям переключения (около 16 миллионов раз в секунду!), необходимым для этих схем, в противном случае производительность будет скомпрометирована. Любые колебания в источнике питания вызовут изменения точек переключения логического уровня и, следовательно, изменения времени переключения, а компоненты схемы могут потерять синхронизацию.

Решением этой проблемы может быть отдельный, очень стабильный, высокоскоростной и бесшумный источник питания, который изолирует любой шум от проигрывателя и обеспечивает стабильное рабочее напряжение для различных аналоговых и цифровых частей проигрывателя.

• Сильноточный бесшумный трансформатор с низким механическим шумом и низкими магнитными полями рассеяния

• Мощные сверхбыстродействующие диоды позволяют получить выпрямитель с низким уровнем шума и меньшими потерями при переключении

• Конденсаторы фильтра емкостью 10 000 мкФ с очень низким последовательным сопротивлением для уменьшения пульсаций переменного тока (шума) перед каскадом регулирования

• Регулируемый выход 12 В постоянного тока с шумоподавлением, в котором используется прецизионный эталон напряжения со сверхнизким уровнем шума

Диодные выпрямители :  

Выпрямители на диодах представляют собой недорогой и простой способ неконтролируемого преобразования входного переменного тока в постоянный (в отличие от управляемых систем силовой электроники, работающих без трансформатора линейной частоты, но с высокочастотный). В большинстве случаев выпрямители питаются напрямую от сети без трансформатора 50–60 Гц. В большинстве современных систем силовой электроники важно избегать обычно дорогостоящего и громоздкого трансформатора. Среди некоторых других применений диодных выпрямителей сетевой частоты:

• переключение источников питания постоянного тока
• Электроприводы переменного тока
• сервоприводы постоянного тока

Выходное постоянное напряжение выпрямителя должно быть максимально свободным от пульсаций. Поэтому большой конденсатор подключается в качестве фильтра на стороне постоянного тока. Конденсатор заряжается до значения, близкого к пиковому входному напряжению переменного тока. Как следствие, ток через выпрямитель очень велик вблизи пика синусоиды входного напряжения и не протекает непрерывно. Таким образом, несмотря на то, что схемы диодных выпрямителей просты и часто применяются, их основным недостатком является то, что они потребляют большой ток от сети. Для приложений, требующих очень стабильных входных токов, не следует использовать простые диодные выпрямители. Это связано с тем, что они производят слишком большие искажения тока.

Выпрямители можно классифицировать по форме волны, которую они выпрямляют, на:

• однополупериодные выпрямители
• двухполупериодные выпрямители

, а также по типу ввода, на который они выпрямляют:

• однофазные выпрямители
• трехфазные выпрямители

Регуляторы напряжения :

Регуляторы напряжения обеспечивают постоянное выходное напряжение постоянного тока, которое практически не зависит от входного напряжения, выходного тока нагрузки и температуры. Регулятор напряжения является частью блока питания, как вы можете видеть на схеме в верхней части этой страницы. Входное напряжение на регулятор поступает с отфильтрованного выхода выпрямителя, полученного от переменного напряжения или от батареи в случае портативных систем. Большинство регуляторов напряжения делятся на две категории:

• линейные регуляторы (содержащие подкатегории линейных последовательных и линейных шунтовых регуляторов)
• импульсные регуляторы (содержащие подкатегории понижающие, повышающие и инвертирующие)

Пример положительного линейного регулятора, а именно LM7812CT, показан на схеме выше. Линейные стабилизаторы доступны как для положительного, так и для отрицательного выходного напряжения или даже доступны в двойной форме, что означает, что они обеспечивают как положительный, так и отрицательный выход. В этом курсе мы будем работать с положительным линейным последовательным регулятором.

История технологий силовой электроники, которые породили импульсный источник питания｜Мир силовой электроники｜Журнал TDK Techno

Часть 4: История технологий силовой электроники, которая породила импульсный источник питания

• фейсбук
• твиттер
• Линкедин

Эта статья представляет собой переиздание переработанного/переписанного контента из прошлого. Он может содержать устаревшую техническую информацию и ссылки на продукты, которые в настоящее время не доступны в TDK.

Самодельные радиоприемники и усилители на электронных лампах переживают новый бум. Возможно, это связано с бэби-бумерами, которые в юности увлекались электроникой, а сейчас достигли пенсионного возраста. До середины 20-го века вакуумные лампы были звездой, движущей силой прогресса электроники. В то время они использовались в схемах электропитания, которые преобразовывали коммерческую мощность переменного тока в постоянный. Эволюция источников питания, начавшаяся в 20 веке, продолжается и по сей день.

От электронных ламп до полупроводников и от линейных до импульсных источников питания

Полупроводники, такие как диоды и транзисторы, уже давно заменили электронные лампы, но различные технологии, унаследованные от той эпохи, все еще являются частью современной силовой электроники. Даже диод был назван в честь оригинальной биполярной электронной лампы.

Первой вакуумной лампой был биполярный термоэлектронный диод, который имеет общие корни с лампой накаливания. В 1884 году, проводя эксперименты по усовершенствованию изобретенной им лампочки, Томас Эдисон обнаружил, что размещение электрода внутри лампочки и приложение к нему положительного заряда вызывает протекание тока между электродом и нитью накала через вакуум. Это известно как эффект Эдисона. Эдисон был лично безразличен к этому явлению, потому что оно не помогло улучшить лампочку, но Джон Флеминг, в то время технический консультант Edison Electric Light Company, проявил живой интерес. Отметив, что ток между электродом и нитью течет только в одном направлении, Флеминг предположил, что его можно использовать в качестве детектора для извлечения сигналов из радиоволн. Его усилия увенчались изобретением биполярного термоэмиссионного диода в 1919 г.04. Название «диод» происходит от di-, что означает «два», и hodos, что означает «путь» на греческом языке.

Изначально биполярная трубка использовалась в качестве детектора, а позже стала использоваться и в выпрямительных цепях. На заре радиовещания приемники работали от батареек. Частая замена батарей была обременительна, поэтому были созданы схемы электропитания для преобразования коммерческой мощности переменного тока в постоянный. (Кристаллические радиоприемники могли принимать сигналы без батарей, но не были достаточно мощными, чтобы управлять динамиками.) Ниже показана принципиальная схема секции выпрямителя ламповых радиоприемников, в просторечии называемых типами «Намисан» и «Намиён», использовавшихся в Японии около время Второй мировой войны. Силовой трансформатор и большой электролитический конденсатор, используемые для сглаживания, составляли большую часть веса и объема.

К 1950-м годам полупроводники, такие как диоды и транзисторы, производились массово, а источники питания постепенно перешли от эпохи электронных ламп к эпохе полупроводников. Тем не менее, блоки питания медленно становились меньше и легче. Пока оставался в силе традиционный метод сначала преобразования переменного напряжения с последующим выпрямлением тока, большие, тяжелые силовые трансформаторы и громоздкие электролитические конденсаторы были неизбежны. Кроме того, в отличие от вакуумных ламп, транзисторы уязвимы для тепла, что требует больших радиаторов. Революционный прорыв в схемотехнике был необходим для уменьшения размеров и веса источников питания. Одновременно развивалось космическое развитие, и для использования в космосе требовались новые формы источников питания. Именно на этом фоне НАСА разработало импульсный источник питания для программы «Аполлон».

Импульсный блок питания — это сердце электронного устройства

Как часто упоминалось в предыдущей статье, импульсные источники питания управляют своим выходом с помощью высокоскоростного переключения полупроводников, таких как транзисторы. В отличие от линейного метода, при котором ток постоянно течет через полупроводники, метод переключения пропускает ток только тогда, когда транзисторы включены, что снижает бесполезное энергопотребление и повышает эффективность.

Сам метод переключения был разработан в 1950-х годах. Первоначально входное напряжение переменного тока преобразовывалось с помощью трансформатора, а затем выпрямлялось диодами, а затем включалось и выключалось с помощью транзисторов — таким образом, это называлось линейным импульсным источником питания. Он был более эффективным, чем обычный линейный источник питания, но по-прежнему требовал тяжелого силового трансформатора, поэтому вес не уменьшился. Естественно, следующей технической задачей было уменьшение размеров трансформатора. Размер трансформатора определяется частотой переменного тока, проходящего через первичную обмотку. Чем выше частота, тем меньший трансформатор требуется. Воспользовавшись этим свойством, был разработан метод, при котором входной переменный ток напрямую выпрямляется с помощью диодов, затем переключается с высокой скоростью и подается на первичную обмотку трансформатора. Для этой цели пришлось разработать специальные переключающие транзисторы, способные выдерживать высокие напряжения. В результате размер и вес трансформатора были значительно уменьшены, и был достигнут превосходный КПД более 70%. Схемные и полупроводниковые технологии успешно отреагировали на потребность в более компактных, легких и более эффективных источниках питания.

Сегодня источники питания, которые обеспечивают требуемое напряжение постоянного тока от коммерческих источников питания переменного тока (называемых работающими от сети), обычно называются импульсными источниками питания или импульсными стабилизаторами. Импульсный источник питания подобен сердцу электронного устройства, и, очевидно, было бы удобно, если бы его можно было заменять в соответствии с требованиями к производительности и мощности устройства. Благодаря такому мышлению возникли серийные стандартизированные блоки питания. В Японии стандартизированные блоки питания впервые начали появляться в начале 19 века. 70-е годы. Распространение аркадных игр, таких как Space Invaders, персональных компьютеров и торговых автоматов быстро повысило важность стандартизированных источников питания. Их сокращение, снижение веса и повышение эффективности значительно прогрессировали. Размеры были уменьшены до менее чем одной десятой того, что было раньше. Они также доступны сегодня в различных формах, таких как упакованные блоки (закрытые или открытые) и устанавливаемые платы для различных приложений.

Тонкая настройка выпрямителя и сглаживающих цепей

Импульсный источник питания состоит из схемы выпрямления/сглаживания; преобразователь постоянного тока, который преобразует напряжение постоянного тока; и стабилизирующая схема, которая контролирует выход и обеспечивает необходимую обратную связь для обеспечения стабильного напряжения. В дополнение к этим первичным цепям импульсные источники питания включают в себя множество других технологий для дальнейшего повышения эффективности и подавления шума. Одним из примеров является ограничитель пускового тока в цепи выпрямления/сглаживания.

В импульсных источниках питания есть два типа схем выпрямления/сглаживания: вход конденсатора и вход дросселя. Ток, выпрямленный диодом, по-прежнему является пульсирующим током, и тип входа конденсатора сглаживает его, помещая конденсатор параллельно сразу после цепи выпрямления. Хотя тип входа конденсатора прост, его недостатком является низкий коэффициент мощности. Коэффициент мощности представляет собой отношение активной мощности к полной мощности (произведение фактических измерений напряжения и тока). С низким коэффициентом мощности,
о высокой эффективности не может быть и речи.

Дроссельный вход обеспечивает превосходное сглаживание. Он использует эффект торможения катушки (самоиндукция) для улучшения коэффициента мощности за счет смягчения пульсаций напряжения. Однако дроссель неизбежно увеличивает объем и вес блока питания. По этой причине сегодня среди обычных импульсных источников питания преобладает конденсаторный тип входа. (В последние годы источники питания оснащаются схемами коррекции коэффициента мощности для решения этой проблемы — эта тема будет рассмотрена в следующей статье.)

При входе с конденсатором необходимо принять меры против пускового тока. Пусковой ток — это большой мгновенный ток, который возникает в момент включения питания. Без дросселя для сдерживания пускового тока в конденсатор внезапно поступает интенсивный ток. Простое решение состоит в том, чтобы вставить резистор, но это влечет за собой потерю мощности и применимо только к небольшим источникам питания. Вместо этого чаще используются термисторы и тиристоры.

Термистор — это элемент, электрическое сопротивление которого уменьшается при повышении температуры. Когда пусковой ток повышает температуру, сопротивление падает, а пусковой ток подавляется с небольшими потерями мощности.