Структурная схема импульсного блока питания: 1.1. Структурные схемы импульсных источников питания. Импульсные блоки питания для IBM PC

Содержание

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания. Импульсные блоки питания для IBM PC

ВикиЧтение

Импульсные блоки питания для IBM PC
Куличков Александр Васильевич

Содержание

1.1. Структурные схемы импульсных источников питания

Переход на использование преимущественно импульсных источников питания обусловлен рядом технических и экономических факторов, наиболее важными из которых являются следующие:

• источники бестрансформаторного питания (ИБП) мощностью до 500 Вт имеют существенно более высокие массогабаритные характеристики по сравнению с аналогами, изготовленными на основе сетевых трансформаторов;

• обмотки трансформаторов ВЧ колебаний ИБП имеют более высокую плотность тока, при их изготовлении используется гораздо меньше цветного металла, что приводит к снижению затрат на производство и на исходные материалы;

• высокая индукция насыщения и малые удельные потери материалов сердечников ВЧ трансформаторов позволяют создавать ИБП с общим КПД, превышающим 80 %, что в обычных источниках недостижимо;

• широкие возможности по автоматической регулировке номиналов выходных вторичных напряжений посредством воздействия на первичные цепи ВЧ преобразователя.

Рассмотрим несколько примеров структурных схем построения ИБП с напряжением первичной сети 220 В, 50 Гц.

На рис. 1.1 представлена структурная схема импульсного источника питания, выполненного по достаточно традиционной схеме.

Рис. 1.1. Структурная схема нерегулируемого импульсного источника питания

Выпрямитель, фильтр и стабилизатор, имеющиеся во вторичной цепи данного источника питания, построены на основе узлов, встречающихся в обычных источниках электропитания. Названия этих узлов раскрывает их назначение и не нуждается в пояснении. Способ реализации стабилизатора (линейный или импульсный) в данном случае не так важен по сравнению с его присутствием в качестве отдельного функционального узла. Вторичная цепь электропитания в различных вариантах исполнения источника может быть дополнена еще одним фильтром, который устанавливается между стабилизатором и нагрузкой. Основными узлами первичной цепи являются: входной фильтр, выпрямитель сетевого напряжения и ВЧ преобразователь выпрямленного питающего напряжения с трансформатором TV.

Необходимость использования входного фильтра обусловлена тем, что, во-первых, этот фильтр должен устранять резкие кратковременные скачки питающего напряжения и импульсные помехи, вызванные работой расположенных поблизости импульсных устройств (ВЧ помехи) или возникающие в момент подключения или отключения от сети смежных нагрузок. Во-вторых, фильтр должен эффективно устранять помехи, проникающие в сеть непосредственно от используемого источника питания.

ВЧ трансформаторы, применяемые в ИБП, являются преобразователями импульсных колебаний с полосой частот до нескольких (если не выше) мегагерц. Передача энергии трансформатором имеет двухсторонний характер. В направлении сеть – нагрузка происходит передача колебаний ВЧ преобразователя. В обратном же направлении, то есть нагрузка – преобразователь – сеть, могут передаваться помехи, возникающие при работе нагрузочных цепей. Если, например, ИБП установлен в вычислительной системе, то эти помехи могут содержать элементы информационных составляющих обрабатываемых данных. Причем, как правило, в направлении сеть – нагрузка трансформатор действует как понижающий, и, следовательно, в обратном направлении он работает как повышающий. Если входной фильтр не установлен, то помехи, возникающие непосредственно в устройстве, будут эффективно транслироваться в сеть с частью информационной составляющей. Таким образом, входной фильтр применяется не только для устранения паразитного эффекта обратной трансформации, но и для защиты от утечки информации.

В импульсном источнике питания (см. рис. 1.1) используется каскад ВЧ преобразователя автогенераторного типа, режим автоколебаний которого определяется только значением номиналов его собственных элементов и не регулируется.

Источник питания, выполненный по схеме, приведенной на рис. 1.1, может дополнительно включать в себя датчик перегрузки, который воздействует либо на стабилизатор, либо на ВЧ преобразователь, блокируя его работу до момента устранения причины неисправности.

При правильном подборе элементной базы источник, изготовленный по данной схеме, прост в реализации – в этом его главное преимущество, однако из-за сравнительно низкого КПД используется редко. Падение КПД будет происходить при увеличении числа вторичных каналов различных напряжений, так как для каждого из них потребуется отдельный стабилизатор напряжения. Существенным недостатком схемы может быть и очень высокая чувствительность автогенераторов, совмещенных с силовым каскадом ИБП, к величине нагрузки. Ее изменение может привести к срыву ВЧ колебаний и нестабильности работы источника питания подобного рода.

Структурная схема сетевого источника питания, построенного с учетом оптимальных принципов регулирования выходного напряжения, представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурная схема регулируемого импульсного источника питания

Принципиальное отличие данной структурной схемы от предыдущей заключается в отсутствии стабилизатора вторичного напряжения. Кроме того, в нее добавлены измерительная цепь, задающий генератор, схема управления, а также изменены функции каскада ВЧ преобразователя. Силовой каскад работает в режиме усилителя мощности колебаний, поступающих со схемы управления. Его нагрузкой является ВЧ трансформатор. Здесь ВЧ преобразователем можно назвать совокупность следующих узлов: задающий генератор, схема управления, ВЧ усилитель мощности, ВЧ трансформатор (TV). Источник, выполненный в соответствии со структурной схемой, приведенной на рис. 1.2, одновременно осуществляет две функции – преобразование и стабилизацию напряжения. Схема управления включает в себя широтно-импульсный модулятор и полностью определяет режим работы УМ. Выходное напряжение схемы управления имеет форму прямоугольных импульсов. Изменение длительности паузы между этими импульсами регулирует поступление энергии во вторичную цепь. Исходные параметры для работы схемы управления – это сигналы ошибки, поступающие от измерительной цепи, в которой производится сравнение эталонного значения напряжения с реальным, присутствующим в данный момент на нагрузке. По сигналу ошибки схема управления изменяет длительность паузы между импульсами в сторону ее увеличения или уменьшения, в зависимости от величины отклонения реального значения напряжения от номинального. В частности, в схему управления может входить узел защиты каскада УМ от перегрузки и короткого замыкания.

Наличие ШИМ передаваемого напряжения предъявляет определенные требования к параметрам и построению сглаживающего фильтра выпрямленного вторичного напряжения. Первым элементом данного фильтра после выпрямителя должна быть катушка индуктивности в каждом канале вторичного напряжения.

На схеме, показанной на рис. 1.2, представлена структура одноканальной системы питания, реальные же источники имеют, как правило, несколько вторичных каналов с различной нагрузочной способностью. Измерительная цепь в таких случаях подключается к каналу с самым большим потреблением. Стабилизация остальных каналов производится с помощью отдельных стабилизаторов или методов регулирования, основанных на взаимодействии магнитных потоков. В других случаях применяются схемы выходных фильтров, выполненных на общем для всех выходных каналов магнитопроводе. Подстройка напряжения по не основным каналам может производиться в небольшом диапазоне и при относительно малых изменениях нагрузки. При описании практических схем реализации БП вопросы стабилизации вторичных напряжений одновременно по нескольким каналам будут рассмотрены более подробно.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Приложение 2 Перечень источников, использованных автором

Приложение 2
Перечень источников, использованных автором
1. Продольные аэродинамические нагрузки, действующие на корпус дирижабля (статья инж. К. К. Федяевского, Центральный аэрогидродинамический институт)
Журнал «Техника воздушного флота» № 3, 1931 г.
2. Ричмонд,

Список использованной литературы и некоторых источников

Список использованной литературы и некоторых источников
1. В. Д. Мостовенко, «Танки» (Очерк из истории зарождения и развития бронетанковой техники), Военное издательство Министерства Обороны СССР, Москва, 1955 г. 2. М. Барятинский, М.Коломиеи «БронеавтомобилиРусской армии»3.

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания

3.4. Универсальные светодиодные индикаторы токовой перегрузки для источников питания
Превышение выходного тока в источниках питания свидетельствует об увеличении потребляемой мощности в устройстве нагрузки. Иногда потребляемый ток в нагрузке (из-за неисправности

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ

5.15. Подготовка совещания. Кривые пути электронов и тупики источников направленного РЧЭМИ
14 июня 1991 года в ЦНИИХМ предстояло провести совещание по проблемам разработки электромагнитного оружия. Такой шанс не следовало упускать. За несколько недель перед совещанием,

Список источников

Список источников
Сборники опубликованных документовАтомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945. В 2 ч. Ч. 1. М.( 1998.Атомный проект СССР. Документы и материалы. В 3 т.Т. 1.1938-1945: в 2 ч. Ч. 2. М., 2002.Смит Г.Д. Атомная энергия для военных целей. М., 1946. Тесла Н. Статьи. Самара.

2.13. Структурные и функциональные схемы

2.13. Структурные и функциональные схемы
На структурной схеме кибернетической системы указывается, из каких подсистем состоит данная система. Часто указывается также, как направлены потоки информации между подсистемами. Тогда структурная схема превращается в граф. В

Перечень использованных источников РГА ВМФ

Перечень использованных источников РГА ВМФ
1. ф. 90,оп.5,д. 2101,2109, 2203,2327,23,77.2. ф. 410, оп. 2, д. 5109,5859, 6328,6359,6457.3. ф. 417, оп. 1,д. 134,766, 1208, 1436, 1474, 1595,1657.4. ф. 421, on. 1, д. 5, 747, 765, 913,995, 1036, 1050, 1190. 1446, 1743, оп. 2, д. 489, 533, 551, 583,584, 637, 679, 1072, 1535, 1613, оп. 3, д. 83,125,136, 153, 352, 353, 365, 361, 584, 639, 745, 874, оп. 4, д. 701, 802, 928, оп. 5, д. 2101,

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива

Глава 2 К вопросу о теории источников энергии, не требующих топлива
Использование ископаемого топлива основано только на нашем незнании.
К.Э. Циолковский
Начнем с того, что мы находимся на позициях здравого смысла, то есть, понимаем, что «нечто» не может возникнуть из

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания

Глава 1 Введение в схемотехнику импульсных источников питания
Каждое электронное устройство оснащено источником вторичного электропитания. Специфика исполнения источника и его технические параметры определяются общесистемными требованиями к устройству в целом и

1.

2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания

1.2. Принципы построения бестрансформаторных источников питания
Прежде чем перейти к обсуждению практических схем источников питания рассмотрим несколько возможных вариантов построения отдельных функциональных узлов импульсных источников питания. Это позволит

Ил-18 Схемы

Ил-18 Схемы
Прототип Ил-18 «Москва» (СССР-Л5811) с двигателями НК-4Отличительные особенности: длина фюзеляжа 35,7 м, симметричное расположение иллюминаторов левого и правого бортов, отсутствие защитной пластины на фюзеляже в зоне винтов.
Первые серийные Ил-18А с двигателями

СХЕМЫ Бе-103

СХЕМЫ Бе-103
М 1:48Андрей Сальников, Дмитрий Кусачев
Длина (с РЛС), м 10,65 (10,863)Высота, м 3,757Размах крыла, м 12,72Площадь крыла, м? 25,1Максимальный взлетный вес, кг 2270Вес пустого снаряженного, кг 1760Максимальный запас топлива, кг 245Максимальная полезная нагрузка, кг 385Силовая

СХЕМЫ

СХЕМЫ
Микоян Гуревич МиГ25
Первый прототип перехватчика Е-155П-1
Второй прототип перехватчика Е-155П-2
Пятый прототип перехватчика Е-155П-5
МиГ-25П первой серии (1970)
МиГ-25П (1975)
МиГ-25М с двигателями Р-15БФ2-300
МиГ-25 с двигателями Д-30Ф
МиГ-25ПД (1981)
МиГ-25ПДС (1980)
МиГ-25ПДЗ с системой

10.

КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ

10. КУЛЬТУРА ПИТАНИЯ ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА. РЕЖИМ ПИТАНИЯ
Цель: ознакомиться с основными понятиями культуры и режима питанияКультура питания – это знание:• основ правильного питания;• свойств продуктов и их воздействия на организм, умение их правильно выбирать и

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Дамодаран, Ш. Химия пищевых продуктов / Ш. Дамодаран, К. ЛПаркин, О. Р. Феннема (ред. – сост.). – Перев. с англ. – СПб.: ИД «Профессия», 2012 – 1040 с.2. Дроздова, Т. М. Физиология питания: Учебник / Т. М. Дроздова, П. Е. Влощинский, В. М.

2.3. Структурная схема. Импульсные блоки питания для IBM PC

ВикиЧтение

Импульсные блоки питания для IBM PC
Куличков Александр Васильевич

Содержание

2. 3. Структурная схема

Структурная схема импульсного блока питания персонального компьютера конструктива ATX приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Структурная схема импульсного блока питания фирмы DTK конструктива ATX

Входное переменное напряжение 220 В, 50 Гц поступает на входной каскад импульсного преобразователя напряжения – на сетевой фильтр. Этот узел предназначен для подавления помех, возникающих в промышленной сети переменного тока и проникающих на вход данного источника питания. В направлении от данного источника питания в сеть распространяются помехи, производимые самим преобразователем и частично импульсными устройствами электронной схемы вычислительного средства. Помеха такого рода является кондуктивной, то есть может распространяться в проводах питающей сети и по проводникам вторичного питания источника. Помехи, распространяющиеся по проводам, могут быть симметричными и несимметричными. Так как заранее вид помехи предсказать трудно, то схема фильтра строится в расчете на подавление обоих видов помех.

К выходу сетевого фильтра подключается выпрямитель, выполненный по двухполупериодной схеме. В его состав входит селектор входного питающего напряжения – переключатель, установленный в корпусе источника питания. Позиции переключателя обозначены на его движке. Положение переключателя определяется по маркировке, которая видна через специальное окошко. С его помощью осуществляется выбор номинала напряжения питающей сети 115 или 220 В. Нагрузкой выпрямителя являются: полумостовой усилитель мощности основного высокочастотного преобразователя напряжения первичной сети и маломощная схема автогенераторного вспомогательного источника.

Во вторичную цепь АВИ включена схема линейного параметрического стабилизатора для формирования напряжения +5 В, обеспечивающая питание элементов компьютера в течение дежурного режима.

Для гальванической развязки с вторичными напряжениями питания к усилителю мощности подключен импульсный трансформатор Т3. Позиционное обозначение трансформатора соответствует принципиальной схеме источника питания. Импульсные напряжения с вторичных обмоток трансформатора поступают на блок выпрямителей. В схемах выпрямителей вторичных напряжений используются диоды различных модификаций, что определяется номинальной токовой нагрузкой каждого отдельного канала. Во вторичном канале напряжения +3,3 В введен дополнительный стабилизатор. Регулировка и подстройка номиналов вторичных напряжений по всем каналам осуществляется с помощью системы обратной связи, вход которой подключен к выходам блока фильтров.

Для управления работой усилителя мощности в цепи обратной связи применен каскад широтно-импульсного модулятора длительности импульсов возбуждения. После сравнения поступившего сигнала с эталонным уровнем, ШИМ каскад формирует сигналы об увеличении поступления энергии во вторичную цепь или о ее сокращении. В соответствии с этим производится модуляция длительности импульсов, которые через согласующий каскад, усиливающий их, подаются на входные цепи усилителя мощности.

Воздействие на ШИМ регулятор оказывается не только при изменении вторичных напряжений в пределах диапазона регулирования, соответствующего нормальной работе, но и в случае возникновения экстренной ситуации (неконтролируемого увеличения или снижения напряжений на нагрузке). Ключевая СИП воздействует на ШИМ модулятор, блокируя его работу в случае возникновения аномальных процессов в цепи нагрузки.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

1.7.4. Схема импульсного стабилизатора

1.7.4. Схема импульсного стабилизатора
Схема импульсного стабилизатора ненамного сложней обычного (рис. 1.9), но она более сложная в настройке. Поэтому недостаточно опытным радиолюбителям, не знающим правил работы с высоким напряжением (в частности, никогда не работать в

3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ

3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ
Жидкокристаллический индикатор представляет собой две плоские пластинки из стекла, склеенные по периметру таким образом, чтобы между стеклами оставался промежуток, его заполняют специальными жидкими кристаллами. На

3.5.3. Расширенная схема акустического датчика

3.5.3. Расширенная схема акустического датчика
Регулировка усиления слабых сигналов с микрофона ВМ1 осуществляется переменным резистором R6 (см. рис. 3.9). Чем меньше сопротивление данного резистора, тем больше усиление транзисторного каскада на транзисторе VT1. При

4.4.2. Электрическая схема таймера

4.4.2. Электрическая схема таймера
При подключении ЭМТ к сети 220 В через ограничительный резистор R1 напряжение поступает на катушку К1 (имеющую сопротивление 3,9 кОм). С помощью системы шестеренок и приложенного к этой катушке напряжения (с помощью электромагнитной индукции)

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя
Тем, кто занимается применением схем видеоконтроля на ограниченном участке, будет полезен этот материал. Касаясь возможных вариантов обеспечения охраны в замкнутых помещениях, еще раз хочу отметить, что не всегда рентабельно

Проект 2: Схема интерфейса

Проект 2: Схема интерфейса
Основой схемы интерфейса является дешифратор 4028. ИС 4028 считывает двоично-десятичный код логики низкого уровня с выхода ИС 74LS373, расположенной на плате УРР, и выдает соответствующие сигналы высокого уровня (см. таблицу соответствий

Проект 3: общая схема интерфейса УРР

Проект 3: общая схема интерфейса УРР
Интерфейс УРР для робота-передвижки является специализированной схемой, предназначенной для конкретной цели. Следующая схема интерфейса (см. рис. 7.8) представляет собой более универсальное устройство, дающее возможность управлять

Начальная схема управления

Начальная схема управления
На рис. 10.10 показан первый тестовый вариант схемы управления ШД. Для буферизации выходных сигналов с шин PIC 16F84 использованы шестнадцатеричные буферы типа 4050. Сигнал с выхода каждого буфера подается на транзистор NPN типа. В качестве таких

Электрическая схема

Электрическая схема
Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора.

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема
Авиасалон МАКС традиционно выступает смотровой площадкой новых идей в самолетостроении. ФПГ «Росавиаконсорциум» по собственной инициативе разрабатывает программу создания широкофюзеляжного

2.

4. Принципиальная схема

2.4. Принципиальная схема
Полная принципиальная схема бестрансформаторного источника питания с максимальной вторичной мощностью 200 Вт фирмы DTK представлена на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания на 200 Вт фирмы DTKВсе элементы на

3.3. Структурная схема

3.3. Структурная схема
Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением

3.4. Принципиальная схема

3.4. Принципиальная схема
Импульсные источники питания данного класса имеют несколько различных модификаций схемотехнической реализации отдельных вспомогательных узлов. Принципиальных различий в их рабочих характеристиках нет, а разнообразие объясняется множеством

Общая схема электрооборудования

Общая схема электрооборудования
Электрооборудование автомобилей представляет собой сложную систему соединенных между собой электроприборово сигнализации, зажигания, предохранителей, контрольно – измерительных приборов, соединительных проводов.
Рис.

Схема, устройство работа

Схема, устройство работа
В механизм газораспределения входят: распределительный вал и его привод. Передаточные детали – толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла, клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные

7.1. Структурная организация и обязанности участников похода

7. 1. Структурная организация и обязанности участников похода
Для подготовки и проведения дальних шлюпочных походов командир части приказом по части назначает командира похода и походный штаб в составе начальника походного штаба, заместителя командира похода по

Импульсные источники питания

Раздел 3.0 SMPS Введение.
• Топологии режима переключения.
• Этапы импульсного источника питания.
• Регулировка напряжения.
• Высокочастотное переключение.
Раздел 3.1 Понижающие преобразователи.
• Переключающий транзистор
• Цепь маховика
• Работа понижающего преобразователя
Раздел 3. 2 Повышающие преобразователи.
• Работа повышающего преобразователя.
•Повышающие преобразователи I.C.
• Диапазон выходного напряжения повышающих преобразователей.
Раздел 3.3 Понижающе-повышающие преобразователи.
• Преимущества повышающе-понижающих преобразователей.
• Работа повышающе-понижающего преобразователя.
Раздел 3.4 Двухтактный импульсный источник питания.
• Двухтактное переключение.
• Широтно-импульсная модуляция.
• Ограничение напряжения и тока.
Тест по разделу 3.5 SMPS.
• Проверьте свои знания об импульсных источниках питания

Введение

Импульсные источники питания (часто сокращенно SMPS) значительно сложнее, чем линейные регулируемые источники питания, описанные в Модуле источников питания 2. Основное преимущество этой дополнительной сложности заключается в том, что работа в импульсном режиме дает регулируемые источники постоянного тока, которые могут обеспечивать большую мощность. при заданных размерах, стоимости и массе силового агрегата.

Модели с переключением режимов

Используется несколько различных типов конструкций. Если на вход подается сеть переменного тока, переменный ток выпрямляется и сглаживается накопительным конденсатором, а затем обрабатывается преобразователем постоянного тока в постоянный для получения регулируемого выходного постоянного тока на требуемом уровне. Следовательно, SMPS можно использовать в качестве преобразователя переменного тока в постоянный для использования во многих цепях с питанием от сети или постоянного тока в постоянный, повышая или понижая напряжение постоянного тока по мере необходимости, в системах с батарейным питанием.

Блок-схема импульсного режима

Рис. 3.0.1 Типовая блок-схема SMPS

На рис. 3.0.1 показан пример блок-схемы типичного SMPS с сетевым (линейным) входом переменного тока и регулируемым выходом постоянного тока. Выходное выпрямление и фильтр изолированы от высокочастотной коммутационной секции высокочастотным трансформатором, а обратная связь управления напряжением осуществляется через оптоизолятор. Блок схемы управления типичен для специализированных ИС, содержащих высокочастотный генератор, широтно-импульсную модуляцию, управление напряжением и током и секции отключения выхода.

Независимо от назначения SMPS, общей чертой (после преобразования переменного тока в постоянный, если требуется) является использование высокочастотного прямоугольного импульса для управления электронной схемой переключения мощности. Эта схема используется для преобразования источника постоянного тока в высокочастотный и сильноточный переменный ток, который различными способами, в зависимости от конструкции схемы, преобразуется в регулируемый выход постоянного тока. Причина этого процесса двойного преобразования заключается в том, что при изменении постоянного тока или переменного тока сети на высокочастотный переменный ток компоненты, такие как трансформаторы, катушки индуктивности и конденсаторы, необходимые для преобразования обратно в регулируемый источник постоянного тока, могут быть намного меньше и меньше. дешевле, чем те, которые необходимы для выполнения той же работы на частоте сети (линии).

Высокочастотный переменный ток, создаваемый в процессе преобразования, представляет собой прямоугольную волну, которая позволяет управлять выходным напряжением посредством широтно-импульсной модуляции. Это позволяет регулировать выходную мощность намного эффективнее, чем это возможно в источниках с линейной регулировкой.

Комбинация прямоугольного генератора и переключателя, используемая в импульсных источниках питания, также может использоваться для преобразования постоянного тока в переменный. Таким образом, метод переключения режимов можно также использовать в качестве «инвертора» для создания источника переменного тока с потенциалом сети из источников постоянного тока, таких как батареи, солнечные панели и т. д.

Регулирование напряжения

В большинстве импульсных источников питания обычно предусмотрено регулирование как сети (входное напряжение), так и нагрузки (выходное напряжение). Это достигается путем изменения отношения метки к пробелу формы сигнала генератора перед его применением к переключателям. Контроль отношения метки к пробелу достигается путем сравнения обратной связи по напряжению с выхода источника питания со стабильным опорным напряжением. Используя эту обратную связь для управления отношением метки к пространству генератора, можно управлять рабочим циклом и, следовательно, средним выходным постоянным током схемы. Таким образом, может быть обеспечена защита как от перенапряжения, так и от перегрузки по току.

В тех случаях, когда важно обеспечить электрическую изоляцию от сети, это обеспечивается за счет использования трансформатора либо на входе переменного тока, где он также может использоваться для изменения напряжения переменного тока перед выпрямлением, либо между секцией управления источник питания и выходная секция, где, помимо обеспечения изоляции, трансформатор с несколькими вторичными обмотками может выдавать несколько разных выходных напряжений.

Для обеспечения хорошо регулируемого выходного сигнала образец выходного напряжения постоянного тока обычно подается обратно в схему управления и сравнивается со стабильным эталонным напряжением. Любая полученная ошибка используется для управления выходным напряжением. Чтобы поддерживать электрическую изоляцию между входом и выходом, обратная связь обычно осуществляется через такое устройство, как оптоизолятор.

ВЧ-переключение

Использование высокой частоты для привода переключения дает несколько преимуществ:

• Трансформатор будет ВЧ-типа, который намного меньше стандартного сетевого трансформатора.

• Частота пульсаций будет намного выше (например, 100 кГц), чем при линейном питании, поэтому требуется меньший номинал сглаживающего конденсатора.

• Кроме того, использование прямоугольной волны для управления переключающими транзисторами (режим переключения) гарантирует, что они рассеивают гораздо меньше энергии, чем обычные транзисторы последовательного стабилизатора. Опять же, это означает, что для заданной выходной мощности можно использовать меньшие и более дешевые транзисторы, чем в линейных источниках питания с аналогичными характеристиками.

• Использование трансформаторов меньшего размера и сглаживающих конденсаторов делает импульсные блоки питания более легкими и менее громоздкими. Дополнительные затраты на сложную схему управления также компенсируются меньшими и, следовательно, более дешевыми трансформаторами и сглаживающими конденсаторами, что делает некоторые конструкции с импульсным режимом менее дорогими, чем эквивалентные линейные источники питания.

Хотя линейные источники питания могут обеспечить лучшую стабилизацию и лучшее подавление пульсаций при низких уровнях мощности, чем импульсные источники, вышеуказанные преимущества делают SMPS наиболее распространенным выбором для блоков питания в любом оборудовании, где требуется стабилизированный источник питания для средних и больших мощностей. объемы мощности.

Недостаток использования такой высокочастотной прямоугольной волны в мощной цепи, такой как SMPS, заключается в том, что создается много мощных высокочастотных гармоник, так что без очень эффективного экранирования и фильтрации RF существует опасность того, что SMPS создаст радиочастотные помехи. .

Как работают импульсные блоки питания, блок за блоком

Введение

Хотя вы указываете и используете блоки питания в своих проектах, они могут быть «черным ящиком» с неизвестным внутренним устройством. Хотя вам не нужно быть экспертом по проектированию блоков питания, есть преимущества в понимании основных внутренних блоков блоков питания. В этой статье мы представим топологию источника питания и обсудим каждый из внутренних функциональных блоков, чтобы обеспечить общее понимание основных схем, внутренних для источников питания.

Внутри блоков питания

Блок-схема на рис. 1 иллюстрирует многие блоки питания переменного/постоянного или постоянного/постоянного тока. Разница в блок-схеме между входными источниками переменного и постоянного тока по сравнению с источниками постоянного тока заключается в выпрямителе с диодным мостом. Схема выпрямителя (диоды D1, D2, D3, D4) требуется в источниках питания переменного и постоянного тока и не требуется для источников питания постоянного и постоянного тока, в противном случае топологии источников питания могут быть идентичными.

Рис. 1: Упрощенная блок-схема импульсного источника питания переменного/постоянного тока

Фильтр EMI/EMC

Блок фильтра EMI/EMC может быть либо компонентом, размещенным внутри источника питания разработчиком источника питания, либо добавленным в качестве внешнего компонента пользователем источника питания. Компоненты EMI/EMC могут потребоваться для выполнения следующих функций:

Минимизация излучаемых и кондуктивных помех на входе источника питания
Свести к минимуму влияние переходных процессов напряжения от источника входного напряжения
Минимизировать входной импульсный ток при первой подаче напряжения на вход источника питания
Защита входного источника питания и проводников в случае отказа источника питания

Если компоненты EMI/EMC являются внутренними для источника питания, группа разработчиков источника питания выбирает компоненты на основе максимального номинального выходного тока при резистивной нагрузке. Ваше приложение, вероятно, не будет работать в тех условиях, в которых оценивалась команда разработчиков. Таким образом, может возникнуть потребность в дополнительных внешних компонентах, чтобы ваша система соответствовала нормативным требованиям EMI/EMC, даже если в комплект поставки уже входят внутренние компоненты EMI/EMC.

Рис. 2: Входной фильтр EMI/EMC

Диодный мостовой выпрямитель

Как упоминалось ранее, диодный мостовой выпрямитель используется для преобразования переменного входного напряжения в постоянное напряжение для использования в источнике питания. Схема выпрямителя отсутствует в источнике питания, рассчитанном только на входное напряжение постоянного тока, поскольку постоянное напряжение уже присутствует. Однако многие источники питания, рассчитанные на входное напряжение переменного тока, также питаются от входного напряжения постоянного тока. Если постоянное напряжение подается с диодным мостом на входе источника питания, постоянное напряжение может быть подключено в любой полярности и будет проходить через диоды и появляться на входном объемном конденсаторе.

Рис. 3: Диодный мостовой выпрямитель

Входной конденсатор большой емкости

Входной конденсатор большой емкости фильтрует постоянное напряжение от диодов выпрямителя в источниках питания переменного/постоянного тока и действует как входной фильтр в источниках питания постоянного/постоянного тока. Когда входное напряжение впервые подается на источник питания, напряжение на входном конденсаторе большой емкости будет равно 0 В. Эта разница в напряжении между приложенным напряжением и напряжением на конденсаторе большой емкости может вызвать большой входной импульсный ток во время зарядки конденсатора большой емкости. к входному напряжению. Этот пусковой ток может быть проблемой, так как он может в 100 раз превышать нормальный входной рабочий ток. Часто ограничитель пускового тока, который может быть простым резистором небольшого номинала, подключается последовательно с клеммой входного напряжения для ограничения пускового тока.

При питании постоянным током входной объемный конденсатор может помочь компенсировать импеданс входных проводников и стабилизировать динамический входной импеданс источника питания. Эта веб-страница содержит более подробную информацию о входном сопротивлении источника питания и о том, как это может вызвать колебания источника питания.

Рис. 4. Входной объемный конденсатор

Входной переключатель питания

Электронный переключатель (нарисованный как полевой МОП-транзистор) преобразует входное постоянное напряжение в переменное, чтобы мощность могла проходить через изолирующие магниты (трансформатор или связанные катушки индуктивности). Рабочий цикл входного управляющего сигнала и, следовательно, выходного сигнала от ключа питания зависит от топологии источника питания, входного напряжения, выходного напряжения и выходного тока нагрузки. В источниках переменного/постоянного тока причиной преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а затем обратно в переменное является то, что внутренняя частота переменного тока намного выше (от десятков килогерц до десятков мегагерц) и, следовательно, можно использовать меньшие магнитные изоляторы и компоненты выходного фильтра. выбрано. Кроме того, внутренняя форма волны переменного тока может модулироваться как часть топологии преобразования энергии.

Рис. 5: Входной выключатель питания

Магнитная изоляция

Обычным элементом, используемым для магнитной изоляции, является либо трансформатор, либо связанные катушки индуктивности. В случае трансформатора или связанных катушек индуктивности имеется одна или несколько обмоток как на первичной, так и на вторичной сторонах изолирующего барьера. В физической конструкции изолирующих магнитов будет паразитная емкость между первичной и вторичной обмотками. Эта паразитная емкость может быть источником проблем EMI/EMC, которые необходимо решить и которые будут обсуждаться в отдельной веб-статье. Диаграмма на рисунке 6 представляет паразитную емкость, связанную с обмотками. Следует отметить, что на практике емкость не является сосредоточенным элементом, как показано на диаграмме, а скорее распределяется по обмоткам и между ними.

Рис. 6: Изолирующие магниты с сосредоточенным конденсатором, представляющим паразитную емкость

Выходной выпрямитель

Выходное напряжение изолирующих магнитов имеет форму волны переменного тока и нуждается в выпрямлении для получения выходного напряжения постоянного тока. Для выпрямления можно использовать либо пассивную схему (диоды), либо активную схему (полевые транзисторы). Схема выпрямления может быть полуволновой, двухполупериодной или другой конфигурации, в зависимости от требований к выходному напряжению и конструкции изолирующего магнита. Диодные выпрямители недороги и просты в конструкции, но рассеиваемая мощность будет больше, чем если бы была реализована активная схема выпрямителя на полевых транзисторах.

Рис. 7: Выходной выпрямитель

Выходной фильтр

Выходной выпрямитель создает постоянное напряжение, на которое накладывается переменное напряжение. Без выходной фильтрации размах шума переменного тока будет равен напряжению постоянного тока, что неприемлемо для большинства приложений. Базовый выходной фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов, помещенных параллельно выходному напряжению. Выходную фильтрацию можно улучшить, добавив последовательную катушку индуктивности для создания фильтра «L» или фильтра «Pi». Выходной фильтр иногда применяется для подавления электромагнитных помех/электромагнитных помех. Выходные фильтры наиболее эффективны, когда компоненты расположены близко к нагрузке источника питания. Размещение компонентов фильтра близко к нагрузке сводит к минимуму падение напряжения на проводниках, вызванное колебаниями тока нагрузки.

Рис. 8: Конденсатор выходного фильтра

Контроль напряжения, тока и температуры

Цепи для регулирования выходного напряжения, выходного тока и максимальной температуры источника питания также включены в блоки питания переменного/постоянного и постоянного тока. Эти схемы управления имеют сложный набор характеристик и обсуждаются в отдельной веб-статье.

Заключение

В этом обсуждении внутренние функции источников питания переменного/постоянного и постоянного/постоянного тока были рассмотрены на высоком уровне. В других статьях мы обсуждаем функции, включенные для регулирования выходной мощности источника питания, методы, используемые для защиты источника питания и нагрузки от аварийной работы, компоненты, необходимые для соответствия нормативным требованиям EMI и EMC, а также влияние модификаций на спецификации источника питания.