Особенности источников питания постоянного тока

Первичные источники питания аккумуляторы и элементы питания

Любая батарея состоит из трех основных элементов – двух электродов, называемых анодом и катодом, и электролита находящегося между ними. Возникновение электрического тока – это побочный результат окислительно-восстановительной реакции идущей между электродами. Выходной ток, напряжение и другие параметры батареи зависят от выбранных материалов анода, катода и электролита, а также конструкции самого элемента питания.

Все элементы питания можно разделить на две группы: первичные и вторичные. Первичные элементы питания предназначены для однократного использования до полной разрядки. В состав первичны элементов питания солевые и щелочные элементы на основе цинк/диоксид марганца, миниатюрные на основе цинк/диоксид марганца, цинк/оксид серебра, цинк/оксид ртути, воздушно-цинковые, литиевые.

Вторичные элементы питания(аккумуляторы) предназначены для многократной перезарядки. Вторичные — это никель-кадмиевые, никель-металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы. Каждая группа имеет определенные параметры.

Обозначение элементов питания

Распространено следующее обозначение: D, C, AA, AAA, AAAA (по уменьшению размера, начиная с самого большого цилиндрического элемента D). Из этого обозначения не ясен химический состав элемента, но зато можно быстро подобрать элемент питания по размеру. Сейчас завоевывает признание международный стандарт обозначений: LR20, LR14, LR6, LR03, 6F22 (9-вольтовая «крона»). Он содержит много дополнительной информации. В таком обозначении содержится много дополнительной информации:

— первая буква: L – щелочной элемент; отсутствие буквы – солевой элемент; RX – аккумулятор;

— вторая буква: R – цилиндрическая форма; F – плоская батарея;

— цифры в конце: порядковый номер в международной классификации.

Первичные элементы питания

Солевые имеют напряжение 1,6 В. Емкость среди элементов питания наименьшая, она составляет 400-800 мАч. Солевые элементы питания предназначены для работы в устройствах с низким и средним потреблением тока. Это могут быть часы, пульты дистанционного управления, сигнализации. Рекомендуют чередовать комплекты новых и уже поработавших батареек, не дождавшись полного разряда. Солевые элементы можно использовать в широком диапазоне температур от -20 до 55 градусов Цельсия.

Щелочные элементы имеют напряжение 1,5 В. Емкость составляет 1500-3000 мАч. Так как емкость щелочных элементов питания в несколько раз больше раз больше чем у солевых, то их целесообразно использовать их в устройствах со средним и высоким потреблением энергии. Таких, как фотовспышки, портативные радиостанции, плееры, диктофоны и мощные фонари. Щелочные элементы имеют диапазон рабочих температур от -30 до 55 градусов Цельсия.

Воздушно-цинковые имеют напряжение 1,4 В, емкость от 70 до 600 мАч и могут эксплуатироваться в диапазоне температур от -18 до 50 градусов Цельсия. Одним из активных элементов электрохимической реакции выступает воздух. Поэтому конструкция элементов предполагает наличие отверстий для беспрепятственного поступления воздуха. Применяются в слуховых аппаратах, реже в фототехнике.

Литиевые обычно выпускаются в «кнопочном» исполнении с напряжением 1,5 и 3 В. Литиевые элементы характеризуются наибольшим напряжением при минимальных габаритах, работоспособны в широком интервале температур — от -30 до 65 градусов Цельсия. Недостаток – высокая стоимость. Применяются в фотографическом оборудовании, в наручных часах, калькуляторах, для поддержания памяти компьютеров и в схемах резервного питания.

Вторичные элементы питания

Вторичные элементы питания по применению можно разделить на две основных группы: бытовые аккумуляторы(те которые взаимозаменяемы с первичными элементами) и промышленные. Промышленные аккумуляторы используются в портативных компьютера, телефонах, рациях, сборках аккумуляторных батарей, видеокамерах.

Распространенные системы аккумуляторов:

— никель-кадмиевая: напряжение питания 1,2 В, способны выдерживать до 1000 циклов заряд-разряд, имеют емкость до 1100 мАч (для элемента размера АА). Применяются в устройствах со средним и высоким потреблением тока. В современных аккумуляторах этого типа устранен «эффект памяти» при заряде. Недостатком является экологическая не безопасность в виду присутствия солей кадмия;

— никель-металлгидридная: напряжение питания 1,2 В, емкость выше чем у никель-кадмиевых. По составу своему, не могут иметь «эффекта памяти» при заряде. Экологически безопасны. При заряде необходимо следить за температурой – необходимо специальное зарядное устройство. Боятся перегрева при зарядке, переполюсовке при заряде(если элементы с разным уровнем заряда) и охлаждения;

— литий-ионная: имеет наибольшую емкость, более 1000 циклов перезарядки, экологически безопасны, не имеют «эффекта памяти», работают в широком диапазоне температур. Применяются в энергоемких устройствах(видеокамеры, переносные ПК).

Свинцовые элементы в основном используют для пуска двигателей автомобилей. В них также есть аноды, сделанные из ячеистого свинца, и катоды — из оксида свинца. Оба электрода погружены в электролит — серную кислоту. Из-за свинца эти батареи очень тяжелы.

Технология позволяет модернизировать аккумуляторы для специальных нужд, например для использования в устройствах с большими циклами разряда (где батареи используются в качестве единственного источника питания) или в устройствах обеспечения бесперебойного питания, например, в больших центрах обработки информации. Свинцовые батареи также обладают низким внутренним сопротивлением и поэтому могут вырабатывать очень большие токи. В отличие никель-кадмиевых, они не подвержены эффекту памяти. Кроме того, такие батареи достаточно долго живут и они предсказуемы. Не маловажным приимуществом свинцовых элементов питания их относительно низкая стоимость.

Более подробную информацию Вы можете получить у специалистов компании Партнёр, а так же купить электронные компоненты.

Источник

Первичные источники питания

Первичный источник питания преобразует неэлектрические виды энергии в электрическую. Наиболее широко известны такие первичные источники питания как батарейки, бензогенераторы или теплоэлектростанции. Любые радиотехнические устройства и системы с точки зрения обеспечения электрической энергией могут быть представлены в виде схемы, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема питания радиоэлектронных устройств

На этом рисунке обозначено: ПИП — первичный источник питания — преобразует неэлектрические виды энергии в электрическую; ВИП — вторичный источник питания — преобразует электрическую энергию к виду удобному для потребителя (нагрузки) и собственно нагрузка — радиоэлектронная аппаратура (РЭА).

К первичным источникам питания обычно относят:

Химические источники
Термогенераторы
Солнечные батареи
Атомные батареи
Топливные элементы
Электрические машины (постоянного и переменного тока)

Химические источники тока

Это сухие гальванические элементы, кислотные и щелочные аккумуляторы. Наибольшее распространение получили кислотные аккумуляторные батареи (АБ). Типовые зарядно-разрядные характеристики одного кислотного элемента приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Зарядно–разрядные характеристики кислотного элемента

В процессе разряда напряжение быстро уменьшается до 2 В, а затем медленно спадает до 1,8 В. Разряд ниже 1,8 В на один элемент нежелателен, так как в нём начинаются необратимые процессы. Номинальным считается напряжение U = 2 В.

При заряде кислотного аккумулятора его напряжение быстро растёт до , а затем медленно до 2,4 В, т.е. восстановление активной массы аккумулятора закончено и начинается бурное выделение кислорода и водорода, заряд окончен. Для герметичных аккумуляторов это недопустимо, поэтому их помещают в специальный, прочный корпус «панцирь», выдерживающий высокое давление, добавляют газопоглотители и строго выдерживают режим заряда. Номинальная ёмкость аккумулятора — количество электричества, которое может отдать аккумулятор при 10-часовом режиме разряда (С₁₀), неизменном токе и температуре.

Солнечные батареи

Работа солнечных батарей основана на вентильном фотоэффекте в полупроводниках (фото–ЭДС на p–n переходе). Под действием света электроны переходят на более высокий энергетический уровень, поддерживая ток во внешней цепи. Спектральные характеристики некоторых источников приведены на рисунке 3.

Рисунок 3. Спектральные характеристики солнечного света и солнечных батарей

Максимальная чувствительность кремниевого (Si) фотоэлемента находится на границе инфракрасного (ИК) излучения ( ). Селеновые (Se) фотоэлементы лучше согласуются по длине волны с солнечным светом и охватывают видимую часть спектра (0,4 мкм — фиолетовый цвет, 0,55 мкм — зелёный, 0,65 мкм — красный), что не всегда удобно. Поэтому используют кремний, который значительно шире распространён на земле.

Известно, что энергетическая освещённость Земли в солнечной системе составляет примерно 1 кВт/м 2 , но это на экваторе. В средних широтах около 300 Вт/м 2 , но это летом, а зимой примерно 80 Вт/м 2 . Извлечь эту энергию можно при помощи кремниевых фотоэлементов с коэффициентом полезного действия (теоретический КПД равен 22,5%, у арсенид–галиевых фотоэлементов теоретический КПД — 33,3%). Для получения 5В, 40мА требуется около фотоэлементов, поэтому о больших мощностях для промышленности речи пока не идёт. Их используют на космических летательных аппаратах с поверхностью солнечных батарей в сотни квадратных метров, а также для зарядки АБ в местах, удалённых от населённых пунктов.

Существует мнение, что солнечная энергия является экзотической и её практическое использование — дело отдалённого будущего. Стоимость солнечных элементов составляет , а стоимость электроэнергии . При использовании солнечных батарей возникает проблема суточного и сезонного накопления энергии, которая решается с помощью аккумуляторной батареи.

Топливные элементы

Топливные элементы преобразуют энергию химического топлива в электрическую энергию, без реакции горения. Действие этих элементов основано на электрохимическом окислении углеводородного топлива (водород, пропан, метан, керосин) в среде окислителя. Другими словами Топливные элементы представляют собой «неистощимые батарейки», к которым непрерывно подводится топливо и окислитель (воздух).

Различают следующие основные типы топливных элементов:

фосфорнокислые. Их КПД составляет около 40 %, а при совместном использовании и электричества и попутного тепла — около 80 %. Рабочая температура находится в пределах . Эти топливные элементы требуют некоторого времени для выхода на рабочий режим при холодном старте, но отличаются простой конструкцией и высокой стабильностью. На базе этих элементов созданы энергоустановки мощностью сотни киловатт.
твердополимерные. Они отличаются компактностью, высокой надёжностью и экологической чистотой. КПД составляет примерно 45 %, рабочая температура — около . В качестве топлива используется водород. Но здесь применяются катализаторы из платины и её сплавов. Поэтому стоимость энергии относительно высокая. Тем не менее, обладая уникальными качествами, они имеют хорошую перспективу для широкого применения.
Топливные элементы на расплавленном карбонате. Данный тип топливных элементов относится к высокотемпературным устройствам. Рабочая температура порядка . В качестве топлива используется природный газ. КПД достигает 55 %. В связи с большим количеством выделяемого тепла, успешно применяются для создания стационарных источников электрической и тепловой энергии.
твердооксидные. Здесь, вместо жидкого электролита применяется твердый керамический материал, что позволяет достигать высоких рабочих температур . КПД твердооксидных топливных элементов достигает 50 % и они могут работать на различных видах углеводородного топлива, что создаёт перспективу для использования в промышленных установках большой мощности.

Топливные элементы имеют разную рабочую температуру и у каждого своя область применения.

Поскольку напряжение и ток единичного топливного элемента невелики при плотности тока до 500 мА/см 2 , то для получения заданных характеристик топливные элементы соединяют в батареи. Для постоянного получения электроэнергии следует в батарею непрерывно подводить окислитель и топливо.

Топливные элементы отличает высокая надёжность (нет подвижных частей как в двигателе внутреннего сгорания) и термостабильность, а удельная энергия вдвое выше, чем у аккумуляторных батарей. По этой причине современные электромобили используют именно топливные элементы.

Термогенераторы

Работа термогенераторов основана на термоэлектрическом эффекте — нагреве контакта двух проводников или полупроводников, что приводит к появлению на их свободных (холодных) концах ЭДС, называемой термо–ЭДС. Величина этой термо–ЭДС , где — разность температур холодного и горячего концов термопары, — коэффициент термо-ЭДС, зависящий от материала термопары. Термоэлементы соединяют последовательно в батареи. На рисунке 4 приведена обобщенная схема термобатареи, а на рисунке 5 — зависимость термо–ЭДС некоторых термопар от температуры.

Рисунок 4. Обобщенная схема термобатареи

Рисунок 5. Зависимость термо–ЭДС некоторых термопар от температуры

На этом рисунке приведена величина термо–ЭДС термопар: 1 — Платина и медь; 2 — Платина и железо; 3 — Медь и железо. Из зависимостей термо-ЭДС, приведенных на рисунке 5 видно, что величины термо–ЭДС довольно малы, а создать большую разность температур для металлов проблематично из-за их высокой теплопроводности, поэтому чаще используют полупроводники с ЭДС около 1мв/°C. Современные термогенераторы выпускают на напряжение до 150 В и ток до 500 А при общем КПД порядка .

Рисунок 6. Внешний вид термобатареи

Атомные батареи

Принцип построения атомных батарей известен из курса общей физики. Одним из электродов является радиоактивный изотоп, вторым электродом служит металлическая оболочка. Под действием излучения на электродах создаётся разность потенциалов в несколько киловольт при токе единицы миллиампер. Срок службы атомных элементов — несколько лет. В настоящее время созданы низковольтные атомные батареи, работающие по принципу фотоэлементов, причём их излучение не превышает уровня общего фона.

Рисунок 7. Низковольтная атомная батарея: 1 — радиоактивный изотоп; 2 — полупроводник; 3 — отрицательный электрод; 4 — нагрузка, потребитель энергии

Рассмотрим принцип работы низковольтной атомной батареи. На поверхности полупроводника наносится слой радиоактивного вещества, излучаемый этим слоем, поток бета частиц бомбардирует атомы полупроводника, выбивая из него очень большое количество медленных электронов.Так как выбитые электроны могут двигаться только в одном направлении, они накапливаются на металлическом коллекторе, приваренном к другой стороне полупроводника и образующим с полупроводником контакт Шотки, обладающий односторонней проводимостью. Между коллектором и полупроводником возникает разность потенциалов. Для повышения кпд батареи часто вместо чистого полупроводника используют p-n переход в качестве контакта с односторонней проводимостью. Также существуют батареи использующие для генерации электронов эффект термоэлектронной эмиссии, так называемые термоэмиссионные генераторы. Принцип действия таких батарей аналогичен работе высоковольтных атомных батарей, описанных выше. В данных батареях используются изотопы, ядерные реакции в которых приводят к разогреву катода. Горячий катод испускает медленные электроны, которые, достигая анод, заряжают его отрицательно, в то время как катод заряжается положительно.Одним из веских оснований к применению данных источников энергии служит ряд преимуществ перед другими источниками энергии (практическая необслуживаемость, компактность и др), и решающим основанием явилась громадная энергоемкость изотопов. Практически по массовой и объемной энергоемкости распад используемых изотопов уступает лишь делению ядер урана, плутония и др в 4-50 раз, и превосходит химические источники энергии (аккумуляторы, топливные элементы и др.) в десятки и сотни тысяч раз.

Рисунок 8. Внешний вид миниатюрного ядерного элемента питания

Большинство современных ядерных батарей используют для сбора частиц полупроводники. Увы, но со временем «ловушка» приходит в негодность. Ученые из Университета Миссури заменили твердый полупроводник жидким, что и позволило не только сделать батарею миниатюрной, но и долговечной. Ее внешний вид приведен на рисунке 9.

Рисунок 9. Внешний вид миниатюрного ядерного элемента питания

Электрические машины

Преобразуют механическую энергию движения (поступательного или вращательного) в электрическую и наоборот. Выпускаются на большой диапазон токов и напряжений. Электрические машины делятся на электрические машины постоянного и переменного тока. При одинаковой мощности электрические машины переменного тока имеют в лучшие массо-объёмные показатели, чем машины постоянного тока. Поэтому 98% электроэнергии в мире вырабатывается электрическими машинами переменного тока. Их недостатками считается присутствие акустических шумов, а наличие подвижных частей определяет надёжность системы электроснабжения. Но инерционность электрических машин делает невозможными кратковременные провалы напряжения сети, что положительно сказывается на качестве электроснабжения.

В зависимости от того, чем вращают генератор переменного тока различают:

гидро–генераторы (привод от водяной турбины гидроэлектростанции). Это тихоходные генераторы большой мощности при скорости вращения до 1500 об/мин;
турбо–генераторы (привод от паровой турбины тепловой электростанции). Это скоростные генераторы с числом оборотов в минуту до 3000 и более;
дизель–генераторы (привод от двигателя внутреннего сгорания бензинового или дизельного). Правильнее называть двигатель–генераторная установка (ДГУ), хотя исторически называют “дизелем”. Дизельные двигатели более неприхотливы, надёжны и широко используются в резервных источниках электропитания на предприятиях связи, радиопередающих и телевизионных центрах и для электроснабжения небольших населённых пунктов;
газо–генераторы. Это двигатель внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, которое по сравнению с другими сгорает при малом количестве воздуха без дыма и копоти. Его легко транспортировать на любые расстояния. Природный газ получают на газовых месторождениях, а попутный газ — на нефтепромыслах;
ветро–генераторы. Ветер — неиссякаемый источник энергии. Однако надёжность такого электроснабжения зависит от силы ветра и поэтому пригодно не во всех географических зонах. Ветро–генераторы выпускаются промышленностью на мощности от 200 Вт до 1000 кВт при необходимой скорости ветра от 6 до 14 м/сек, но они создают акустические шумы, влияние которых на флору и фауну далеко не однозначно. В нашей стране широкого применения пока не нашли, хотя считаются перспективными;
био–генераторы. Генераторы, приводимые в действие мускульной силой человека. На первых полярных станциях «Северный Полюс» зарядка аккумуляторных батарей для радиостанции проводилась “велотренажёром”, нагрузкой которого был автомобильный генератор постоянного тока. Если одна лошадиная сила равна примерно 730 Вт электрической мощности, то тренированный человек может вырабатывать порядка 50 Вт в течение (езда в гору на велосипеде!). Затем нужен отдых. Отсюда можно сделать вывод, что производство электрической энергии является далеко не лёгкой задачей.

Рисунок 10. Внешний вид дизель-генераторной установки

Дизель-генераторные установки обычно обладают большей мощностью и применяются для электропитания крупных предприятий связи, в составе которых применяется более энергопотребляющая радиоэлектронная аппаратура.

Рисунок 11. Внешний вид бензогенератора

Бензогенераторы могут применяться для гарантированного электроснабжения базовых станций сотовых систем связи, ретрансляторов, ремонтных служб или автомастерских.

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Источник

Источник питания. Принцип работы и характеристики. Аккумуляторы и блоки бесперебойного питания

Источник питания – это специальное устройство, которое обеспечивает электропитанием различные потребители энергии. Источники питания подразделяются на первичные и вторичные.

К первой группе относятся преобразователи. Основное их назначение – преобразовывать любой вид энергии в электрическую. То есть первичный источник питания является генератором электрической энергии.

Первичные источники питания включают в свой состав химические источники тока (гальванические элементы, топливные элементы, аккумуляторы, редокси-элементы) и прочие источники тока (фотоэлектрические преобразователи, электромеханические источники тока, термоэлектрические преобразователи, МГД-генераторы, радиоизотопные источники энергии).

Вторичные источники преобразуют электрическую энергию. Они позволяют получить электропитание для различных устройств с требуемыми параметрами. В эту группу входят трансформаторы и автотрансформаторы, стабилизаторы напряжения, стабилизаторы тока, импульсные преобразователи, вибропреобразователи, инверторы, умформеры.

Выбор блока питания(БП)

При выборе или разработке БП следует учитывать условия эксплуатации, характер нагрузки, требования к безопасности и т. д. Параметры должны соответствовать требованиям питаемого прибора. Желательно наличие устройства защиты, небольшой вес и габариты.

Источник питания является частью электронной аппаратуры, поэтому выход за пределы допуска любого из его параметров может привести к неустойчивой работе или отказу всего устройства.

Основные типы вторичных источников питания

Сетевые БП входят в состав любого радиоэлектронного устройства. Они подразделяются на следующие типы:
— бестрансформаторные;
— линейные;
— импульсные.

Бестрансформаторные

Эти устройства очень просты, дешевы, не требуют настройки. Схема источника питания состоит всего из нескольких элементов: входной цепи, выпрямителя и параметрического стабилизатора. Устройства рассчитаны на ток до сотен мА. Имеют малый вес и габариты. Потребитель питается от сети через гасящий конденсатор или резистор и постоянно находится под сетевым напряжением. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность: нельзя касаться неизолированных элементов.

Линейные

Начали применять в радиоэлектронной технике в начале 20 века. К настоящему времени устарели и применяются в основном в дешевых конструкциях из-за присущих им недостатков: большого веса и габаритов, низкого КПД. Преимуществами линейных источников питания являются простота и высокая надежность, низкий уровень шумов и излучений.

Принцип действия блока питания чрезвычайно прост. Входное напряжение поступает на трансформатор, понижается до требуемой величины, выпрямляется, сглаживается конденсатором и подается на вход стабилизатора, который состоит из транзистора и схемы управления. «Излишки» напряжения компенсируются регулирующим транзистором. Поэтому на нем выделяется значительная мощность в виде тепла. Линейный источник питания целесообразно применять при токах потребления до 1А.

Импульсные БП

В электронных устройствах, которые потребляют ток от 1 до 5 ампер, используют импульсные блоки питания. Принцип действия таких устройств основан на преобразовании сетевого напряжения в переменный ток высокой частоты. Высокочастотные трансформаторы имеют небольшой вес и габариты. Поэтому импульсные источники питания значительно меньше и легче линейных. Отличительной особенностью этих устройств является большой уровень паразитных излучений, что приводит к необходимости экранирования и фильтрации высокочастотных помех.

Особое место занимают импульсные источники питания с бестрансформаторным входом и высокочастотным преобразователем, рассчитанным на работу с частотами 20-400 кгц. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 90% и более. Но пока они не нашли широкого применения из-за высокой стоимости, сложности устройства, низкой надежности, большого уровня помех.

Особенности источников питания постоянного тока

Эти устройства предназначены для получения стабильного постоянного напряжения или тока. Соответственно, они имеют режимы стабилизации как по току, так и по напряжению. То есть при максимальном изменении тока напряжение практически не меняется, и аналогично при значительных колебаниях напряжения величина тока остается постоянной.

Имеется режим отсечки тока. В этом режиме с питаемого устройства снимается напряжение, если ток превышает установленную величину.
Современный источник питания имеет несколько регулируемых выходов и дополнительные выходы на фиксированные напряжения (3,3V, 5V, 12V …).

Управление работой БП осуществляется встроенным микроконтроллером. Режимы работы и отдельные параметры записываются в ячейки памяти.
Мощность источника питания зависит от назначения прибора и решаемых задач. Предприятия-изготовители выпускают приборы малой (до 100 Вт), средней (до 300 Вт) и большой (свыше 300 Вт) мощности.

Чем отличаются источники бесперебойного и резервного питания

Источник резервного питания подключается к аппаратуре лишь при пропадании напряжения в сети. Подключение может осуществляться в автоматическом или ручном режиме.

Источники бесперебойного питания (ИБП) используются в аппаратуре, в которой отсутствует сетевой блок питания. Они подключены постоянно и обеспечивают нагрузку стабильным питанием. ИБП является одновременно основным и резервным источником питания. При пропадании напряжения в сети он автоматически переключается на резервное питание.

В состав источника бесперебойного питания входят сетевой блок питания, источник резервного питания (аккумуляторная батарея), зарядное устройство, схема коммутации.

Основные виды ИБП, особенности применения

Периодические внезапные отключения электроэнергии стали обычным явлением в нашей жизни. К сожалению, такие скачки напряжения существенно сокращают жизнь бытовой техники, приводят к потере электронных данных.

Избежать неприятных последствий помогают источники бесперебойного питания. Современный рынок представляет широкий ассортимент этих приборов. Принцип работы весьма прост: устройство включают в электросеть, а к нему подключают бытовые приборы. Если сеть функционирует нормально, бесперебойник только накапливает энергию. При пропадании электроэнергии в работу включается ИБП.

ИБП бывают следующих видов:

• Резервный ИБП. Подходит для офисной техники, компьютеров, бытового применения. КПД около 99%. Это хороший источник бесперебойного питания. Цена вполне доступная. К сожалению, такие бесперебойники работают не только при отключении электричества, но и при изменении его параметров, поэтому износ аккумуляторной батареи увеличивается. В этом случае можно предложить использовать дополнительный внешний источник питания.

• Линейно-интерактивные ИБП. Работают только в случае полного отключения питания. Их можно применять для офисного оборудования, отопительных котлов, вычислительной техники.

• ИБП с двойным преобразованием. Это самый дорогой источник бесперебойного питания. Цена его превышает 50 тыс. рублей, но он того стоит. ИБП с двойным преобразованием доводят показания сети до отличных параметров. Время переключения при сбоях — меньше 1 мс. Используются они для питания медицинской техники, серверов, высокочувствительного оборудования.

Замена аккумуляторных батарей ИБП

Аккумуляторные батареи – источники питания тока – являются самым слабым элементом ИБП. 90% неисправностей ИБП связано с выходом из строя аккумулятора. В ИБП, как правило, устанавливают свинцовые необслуживаемые герметизированные аккумуляторы. Электролитом служит гелеобразная масса на основе серной кислоты. Это один из самых дешевых видов аккумуляторов. В то же время они достаточно эффективны (малое внутреннее сопротивление, низкий саморазряд).

Свинцовые аккумуляторы не допускают сильной разрядки. В этом случае они быстро теряют емкость. Срок их службы не превышает 5 лет. Высокая температура и частые разряды заметно сокращают срок службы аккумулятора.
Критерии выбора аккумуляторов для ИБП:
• Аккумулятор должен иметь требуемые напряжение и размеры.
• Желательно устанавливать аккумуляторы от известных производителей.
• Для ИБП годятся только специально предназначенные для них аккумуляторные батареи или батареи определенных марок.

Источник

Источники питания и свет

Ppyple

В данном разделе можно выбрать и купить источники тока для питания бытовой аппаратуры, зарядные устройства, лампы освещения, фонари, а также аксессуары к указанному оборудованию.

Источники питания для бытовой электроники можно разделить на две группы:

сетевые,
автономные.

Сетевые устройства по сути являются преобразователями электроэнергии стационарной сети переменного тока в электрическую энергию низкого напряжения постоянного тока. К ним относятся блоки питания и сетевые адаптеры.

Устройства второй группы отдают электроэнергию без подключения к стационарной электрической сети и могут работать автономно в любом месте. Автономные элементы питания, в свою очередь, делятся на:

первичные (невозобновляемые),
вторичные (возобновляемые).

Первичные источники тока получают свой заряд в процессе производства и отдают его за счет электрохимической реакции, а после полного разряда не восстанавливаются и не заряжаются повторно. То есть, используются только один раз. Такие элементы обычно называют батарейками.

Вторичные элементы после изготовления заряда не имеют. Для использования их необходимо зарядить, зато такие источники тока можно использовать многократно. Такие устройства называются аккумуляторами.

Аккумуляторы

Аккумуляторы являются самым распространенным источником тока для электроники и бытовой техники. Аккумуляторы и аккумуляторные батареи (АКБ) имеют много разновидностей в зависимости от цели использования.

В настоящее время самыми распространенными для электроники являются литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 и никель-металл-гидридные элементы AA. В источниках бесперебойного питания и детских электромобилях используются гелевые аккумуляторы.

Зарядные устройства для аккумуляторов

Для наполнения аккумуляторов электрической энергией применяются зарядные устройства (ЗУ), работающие от стационарной электросети. Зарядные устройства могут быть рассчитаны под одновременный заряд одного или нескольких аккумуляторов различных типоразмеров и химического состава, иметь ручной или автоматический контроль заряда, различные режимы работы. Подробное описание особенностей работы ЗУ дано в соответствующем разделе.

Внешние аккумуляторы для мобильных телефонов

Внешние аккумуляторы для телефонов , называемые также Power Bank, используются в качестве источника тока для заряда мобильных устройств в случаях, когда подключение к стационарной электрической сети для заряжания невозможно или неудобно. Внешние аккумуляторы имеют гораздо большую емкость, чем штатные АКБ сотовых телефонов, и позволяют подзарядить устройство несколько раз.

Батарейки

Батарейки, наряду с аккумуляторами, часто используются в бытовой электронике. Их отличия от аккумуляторов заключаются в следующем:

возможность использования сразу после покупки,
более длительная работа после установки в устройство,
однократное применение.

В связи со свойствами батареек, их нельзя зарядить для повторного использования. Поэтому зарядных устройств для них не существует. Все разнообразие батареек и описание их особенностей дано в данном каталоге.

Батарейные боксы и адаптеры

В связи с очень широкой номенклатурой батареек, не всегда есть возможность приобрести необходимый типоразмер элементов. Также часто требуется вместо какого-либо источника тока, например специфической плоской батарейки 3336, использовать другие элементы питания. Решить задачу в данном случае помогают батарейные боксы и адаптеры, служащие переходниками.

Блоки питания

Блоки питания относятся к сетевым источникам электрической энергии. Они используются как для работы электронных устройств от стационарной электрической сети, так и в составе некоторых зарядных устройств. Данные источники питания конструктивно могут быть выполнены в виде устройств с сетевым шнуром и вилкой для включения в электросеть, так и виде адаптеров, удерживающихся на электрической розетке. Сетевые источники питания могут иметь одно фиксированное напряжение или несколько переключаемых, различную выходную мощность, комплектные переходники под различные устройства. Все блоки питания можно увидеть и выбрать подходящий в соответствующем разделе.

Автомобильные преобразователи

Автомобильные преобразователи , часто называемые инвертерами (inverter), служат для возможности использования электрических устройств, рассчитанных на работу от сети 220 В переменного тока, от аккумулятора автомобиля. Они преобразовывают электрическую энергию постоянного тока от аккумулятора 12 В в электроэнергию переменного тока с напряжением 220 В. Таким образом, получается использовать электроинструмент даже там, где нет стационарной электросети, но куда может подъехать автомобиль или можно принести аккумулятор.

Преобразователи напряжения

Преобразователи напряжения 220 В / 110 В, или AC-AC конвертеры, используются для питания аппаратуры, рассчитанной на работу от стационарной электрической сети 110 В. При выборе преобразователя напряжения следует учитывать мощность, которую он может максимально выдавать. Преобразователи 220/110 могут быть выполнены в виде трансформатора или импульсного преобразователя. Трансформатор обеспечивает лучшую синусоидальную форму напряжения, но не стабилизирует его. Импульсный преобразователь имеет большую мощность при одинаковых с трансформатором размерах и стабилизирует напряжение, но не обеспечивает его чистую синусоидальную форму.

Стабилизаторы напряжения и источники бесперебойного питания

Стабилизатор предназначен для поддержания постоянного напряжения стационарной электрической сети на входе питаемого устройства. Стабилизатор также осуществляет защиту от резких скачков напряжения и короткого замыкания. Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для запитывания устройств напряжением 220 В переменного тока от встроенных аккумуляторов во время кратковременного пропадания сети. Время работы зависит от используемых в источнике бесперебойного питания АКБ и тока потребителей.

Фонари и лампы освещения

В разделе фонари находятся переносные источники освещения со встроенными элементами питания (батарейками или аккумуляторами). В настоящее время наибольшее распространение получили светодиодные фонари, как более экономичные источники света, чем с лампами накаливания. Светодиодные источники света также представлены в виде светильников, как автономных, так и работающих от сети. В подразделе аксессуаров для фонарей вы найдете футляры, крепления, фильтры, рассеиватели, кнопки и удлинители.

В каталоге ламп освещения вы можете выбрать светодиодные источники света и энергосберегающие лампочки, как для бытового освещения, так и для фотостудий.

Аксессуары для источников питания

Среди аксессуаров для источников питания в соответствующих подразделах находятся электрические переходники-адаптеры, разветвители, кабели питания, измерительное оборудование и таймеры. Среди аксессуаров также следует отметить не требующий питания светящийся тритиевый брелок, дающий слабое освещение за счет находящегося в нем газа Трития.

Купить аккумуляторы и батарейки, зарядные устройства и средства освещения с доставкой в Екатеринбург можно в нашем интернет-магазине «Вольта».

© Все права защищены. Компания ВОЛЬТА 2003 — 2021.
Указанная стоимость товаров и условия их приобретения действительны по состоянию на текущую дату. Для уточнения информации о наличии и характеристиках указанных товаров и/или услуг, пожалуйста, обращайтесь к менеджерам интернет-магазина с помощью специальной формы связи или по телефону 8(800)7758003
интернет-магазин цифровой техники ВОЛЬТА

Источник

Особенности источников питания постоянного тока

БЛОКИ ПИТАНИЯ

Блок питания (БП) — электротехнический прибор, выполняющий функцию преобразования первичного напряжения (электрической сети, аккумулятора) в величину, требующуюся для работы различного типа оборудования:

котлов отопления;
сварочных аппаратов;
светодиодных лент;
компьютеров, телевизоров и пр.

Наиболее распространенный вариант БП подразумевает преобразование 220 Вольт переменного напряжения (U) в пониженное постоянное.

Кроме этого, блоки питания могут осуществлять гальваническую развязку между входными и выходными цепями. При этом коэффициент трансформации (отношение входного и выходного напряжений) может быть равным единице.

Кроме того, достаточно часто бытовые блоки питания могут оснащаться встроенными дополнительными устройствами: стабилизаторами, регуляторами. индикаторами и пр.

ВИДЫ И ТИПЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

В первую очередь классификация источников питания осуществляется по принципу действия. Основных вариантов здесь два:

трансформаторный (линейный);
импульсный (инверторный).

Трансформаторный блок состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный. Далее устанавливается фильтр (конденсатор), сглаживающий пульсации и прочие элементы (стабилизатор выходных параметров, защита от коротких замыканий, фильтр высокочастотных (ВЧ) помех).

Преимущества трансформаторного блока питания:

высокая надежность;
ремонтопригодность;
простота конструкции;
минимальный уровень помех или их отсутствие;
низкая цена.

Недостатки — большой вес, крупные габариты и небольшой КПД.

Импульсный блок питания — инверторная система, в которой происходит преобразование переменного напряжения в постоянное, после чего генерируются высокочастотные импульсы, которые проходят ряд дальнейших преобразований (подробнее здесь). В устройстве с гальванической развязкой импульсы передаются к трансформатору, а при отсутствии таковой — напрямую к НЧ фильтру на выходе устройства.

Благодаря формированию ВЧ сигналов, в импульсных блоках питания применяются малогабаритные трансформаторы, что позволяет уменьшить размеры и вес устройства. Для стабилизации напряжения используется отрицательная обратная связь, благодаря которой на выходе поддерживается постоянный уровень напряжения, не зависящий от величины нагрузки.

Достоинства импульсного блока питания:

компактность;
небольшой вес;
доступная цена и высокий КПД (до 98%).

Кроме того, следует отметить наличие дополнительных защит, обеспечивающих безопасность применения устройства. В таких БП часто предусмотрена защита от короткого замыкания (КЗ) и выхода из строя при отсутствии нагрузки.

Минусы — работа большей составляющей схемы без гальванической развязки, что усложняет ремонт. Кроме того, устройство является источником помех высокой частоты и имеет ограничение на нижний предел нагрузки. Если мощность последней меньше допустимо параметра, агрегат не запустится.

Инвертор — популярное среди автовладельцев устройство, способное преобразовывать постоянное U 12/24 Вольта в переменное 220 Вольт. Инверторные БП питаются от автомобильного аккумулятора U. Применяя устройств, стоит учесть, что оно подходит для электроприемников, не требующих идеальной синусоидальной формы сигнала. Кроме того, стоит учитывать мощность подключаемых приборов.

Преимущества:

небольшие габариты и вес;
наличие защиты от скачков напряжения;
простота и удобство применения.

Недостатки — относительно высокая стоимость, а также небольшая надежность микропроцессорной управляющей платы.

Стабилизированные блоки питания — устройства, дополненные, как уже говорилось, стабилизатором, обеспечивающим постоянство напряжения на выходе устройства.

Бесперебойный (резервный) блок питания — источник, который включается в работу при кратковременном отключении электросети.

Некоторые из них имеют дополнительную защиту (например, от помех в сети). Такие блоки питания используются в системах с повышенными требованиями к надежности электроснабжения, например, видеонаблюдения или сигнализации.

Бесперебойные источники бывают резервными и интерактивными. Особенность вторых в наличии на входе стабилизатора напряжения, обеспечивающего ступенчатую регулировку.

ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКА ПИТАНИЯ

При выборе блока питания стоит принимать во внимание ряд характеристик, среди которых:

мощность;
выходное напряжение и ток;
а также наличие дополнительных опций и возможностей.

Параметр, который измеряется в Вт или В*А. При выборе устройства стоит брать во внимание наличие пусковых токов у многих электроприемников (насосов, поливных систем, холодильников и прочих). В момент пуска потребляемая мощность вырастает в 5-7 раз.

Что касается остальных случаев, блок питания выбирается с учетом суммарной мощности питающихся приборов с рекомендуемым запасом в 20-30%.

Входное напряжение.

В России этот параметр составляет 220 Вольт. Если использовать БП в Японии или США, потребуется устройство с входным напряжением на 110 Вольт. Кроме того, для инверторных блоков питания эта величина может составлять — 12/24 Вольта.

Выходное напряжение.

При выборе прибора стоит ориентироваться на номинальное напряжение применяемого потребителя (указывается на корпусе прибора). Это может быть 12 Вольт, 15,6 Вольта и так далее. При выборе стоит покупать изделие, максимально приближенное к требуемому параметру. Например, для питания устройства на 12,1 V подойдет блок на 12 V.

Тип выходного напряжения.

Большая часть приборов питается от стабилизированного постоянного напряжения, но есть и те, которым подойдет постоянное нестабилизированное или переменное. С учетом этого критерия выбирается и конструкция. Если потребителю достаточно нестабилизированного постоянного U на входе, БП со стабилизированным напряжением на выходе также подойдет.

Выходной ток.

Параметр этот может и не указываться, но при знании мощности его можно рассчитать. Мощность (P) равна напряжению (U), умноженному на ток (I). Следовательно, для расчета тока необходимо мощность поделить на напряжение. Имеющийся параметр пригодится для выбора подходящего блока питания под конкретную нагрузку.

Коэффициент полезного действия.

Большая мощность блока питания — еще не гарантия хорошей работы. Не менее важным параметром является КПД, отражающий эффективность преобразования энергии, и ее передачи к прибору. Чем выше КПД, тем эффективнее используется блок, и тем меньше энергии идет на нагрев.

Защита от перегрузок.

Многие источники оборудованы защитой от перегрузок, обеспечивающей отключение БП в случае превышения уровня тока, потребляемого из сети.

Защита от глубокого разряда.

Ее задача заключается в разрыве цепи питания при полном разряде АКБ (характерно для бесперебойных БП). После восстановления питания работоспособность устройства восстанавливается.

Кроме перечисленных выше опций, в блоке питания может быть предусмотрена защита от КЗ, от перегрева, перегрузки по току, повышенному и пониженному напряжению.

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

Источник

Блок питания это источник напряжения или тока

Блок питания в широком смысле — это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию сети переменного тока в электроэнергию с необходимыми параметрами (ток, напряжение, частота, форма напряжения), для питания других устройств, требующих эти параметры. То есть блок питания — это преобразователь.

Устройство.

В простейшем классическом варианте блок питания — это трансформатор, понижающий или повышающий переменное напряжение за счет электромагнитной индукции. Если требуется преобразование формы напряжения из переменного (AC) в постоянное (DC) — блок питания AC-DC, то используется выпрямитель напряжения. Также, в классическом блоке питания AC-DC присутствует фильтр пульсаций, создаваемых выпрямителем.

Трансформатор классического блока питания.

Классический вариант во многом оправдан благодаря своей простоте, надежности, доступности компонентов и отсутствию создаваемых радиопомех. Но из-за большого веса и габаритов, увеличивающихся пропорционально мощности, металлоемкости, а также низкого КПД при стабильном выходном напряжении, классические трансформаторные блоки питания уходят в прошлое. На смену им приходят импульсные блоки питания, о которых подробно и пойдет речь.

Импульсные блоки питания представляют собой инверторную систему, в которой входящее электричество сначала выпрямляется, после преобразуется в ток высокой частоты и определенной скважности с амплитудой прямоугольных импульсов, а потом происходит преобразование трансформатором и пропускание через фильтр низкой частоты. За счет повышения эффективности работы трансформатора с ростом частоты, снижаются требования к габаритам и металлоемкости по сравнению с классическими блоками питания.

Устройство импульсного блока питания.

Импульсные блоки питания получили широкое распространение благодаря ряду достоинств: значительно меньшие габариты и вес при сравнимой мощности; намного более высокий КПД (до 98%), благодаря устойчивости состояния ключевых элементов — потери возникают только при включении или выключении; меньшая стоимость — это стало возможным из-за повсеместного выпуска необходимых конструктивных элементов и разработке транзисторов повышенной мощности; сравнительная надежность; больший диапазон входных частот и напряжений — импульсный блок питания одинаково стабильно работает в диапазоне от 110 до 250 вольт и при частоте 50-60 Гц, что делает возможным использование техники с импульсными блоками питания повсеместно; безопасность при коротком замыкании.

Справедливости ради стоит сказать, что импульсные блоки питания не лишены минусов — сложность или невозможность ремонта, наличие высокочастотных радиопомех. Благодаря современным технологиям, эти минусы преодолимы, о чем свидетельствует широкое распространение, популярность и востребованность таких блоков на рынке.

Но, благодаря широкому распространению и большому разнообразию импульсных блоков питания в продаже, отличающихся функционально и характеристиками, иногда очень сложно подобрать необходимый. Попробуем разобраться в основных отличиях импульсных блоков, в их характеристиках и особенностях, а также ответим на вопрос: на что нужно обратить внимание, если вы хотите купить блок питания.

Особенности характеристик импульсных блоков питания.

В первую очередь, блоки питания делятся по функциональности преобразования. Одни блоки питания преобразуют электроэнергию таким образом, что на выходе получается стабилизированное напряжение при необходимой мощности — это AC-DC блоки питания. Другие преобразуют электроэнергию так, что на выходе получается стабилизированный ток постоянного значения в заданных диапазонах напряжения — это, так называемые, драйверы.

И те и другие блоки питания имеют определенную максимальную выходную мощность. Но, если в первом случае постоянным остается напряжение при возрастании тока в зависимости от мощности потребителей электроэнергии, то во втором случае постоянной остается сила тока, а в зависимости от мощности потребителей меняется напряжение на выходе. Диапазон изменения в драйверах ограничен, поэтому они распространены менее широко. Используются, в основном, в светотехнике, где заранее известны необходимые параметры тока.

Проще говоря, если вам нужен блок питания с необходимым током, например 700мА, при определенной мощности, то вам нужно выбирать драйвер. Если же вам нужен источник питания заданного напряжения и мощности, то нужен AC-DC блок питания.

При подборе блока питания важно учитывать его основные характеристики. С драйверами проще: все, что нужно о них знать, как правило, известно в рамках спецификации потребителя энергии. Встречаются драйверы в основном в составе готовых электротехнических изделий.

Чуть сложнее с AC-DC блоками питания. Современные блоки питания могут иметь различные характеристики выходного напряжения. Как правило, это: 5 вольт, 12 вольт, 24 вольта. Встречаются блоки питания и с другими выходными характеристиками: 3,3 вольта, 18 вольт, 32 вольта и прочие, но они менее распространены в отличие от первых, которые популярны в наружной и интерьерной рекламе и в декоративном освещении. Блоки питания необходимы, в большинстве случаев, для подключения светодиодных модулей, лент, линеек, для питания другой декоративной светотехники.

В зависимости от количества потребляемой электроэнергии и мощности подключаемых потребителей выбирается мощность блока питания. Тут необходимо учитывать, что при включении и выключении характеристики блока нестабильны, а также то, что в процессе работы в ту или иную сторону могут меняться характеристики входного электричества, поэтому блок подбирается с запасом по мощности, который составляет 1,2 — 1,3 от мощности подключаемых потребителей. Перегрузка блока по мощности может вывести его из строя или приведет к неправильному функционированию.

Другим важным критерием выбора, когда вы собираетесь купить блок питания, является область его использования. Это также актуально для драйверов. Блок может использоваться внутри помещения или на улице. Во втором случае он может быть размещен на стене или на горизонтальной плоскости, в тени или на солнце, может подвергаться, атмосферному воздействию в виде осадков снега и прочего, либо может быть размещен под крышей или козырьком. Все это влияет на то, с какой степенью защиты IP и в каком корпусе выбрать блок питания.

Блок питания MeanWell в корпусе-сетке

Влагозащищенный блок питания в пластиковом корпусе

Источник

Источник питания. Принцип работы и характеристики. Аккумуляторы и блоки бесперебойного питания

Выбор блока питания(БП)

Основные типы вторичных источников питания

Бестрансформаторные

Линейные

Импульсные БП

Особенности источников питания постоянного тока

Чем отличаются источники бесперебойного и резервного питания

Основные виды ИБП, особенности применения

ИБП бывают следующих видов:

Замена аккумуляторных батарей ИБП

Источник

Блок питания

Блок питания (БП) — устройство, предназначенное для формирования напряжения, необходимого системе, из напряжения электрической сети. Чаще всего блоки питания преобразуют переменный ток сети 220 В частотой 50 Гц (для России, в других странах используют иные уровни и частоты) в заданный постоянный ток.

Содержание

Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

где n — число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f — частота переменного напряжения, S — площадь сечения магнитопровода, B — индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

Простота конструкции
Надёжность
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира — Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Источник

Блоки питания. Виды и работа. Особенности и применение

Вторичные источники питания являются неотъемлемой частью конструкции любого радиоэлектронного устройства. Они предназначены для того, чтобы преобразовывать переменное или постоянное напряжение электросети или аккумулятора в постоянное или переменное напряжение, требуемое для работы устройства, это блоки питания.

Источники питания бывают не только включены в схему какого-либо устройства, но и могут выполнятся в виде отдельного блока и даже занимать целые цеха электроснабжения.

К блокам питания предъявляется несколько требований. Среди них: высокий КПД, высокое качество выходного напряжения, наличие защит, совместимость с сетью, небольшие размеры и масса и др.

Среди задач блока питания могут числится:

Передача электрической мощности с минимумом потерь;
Трансформация одного вида напряжения в другое;
Формирование частоты отличной от частоты тока источника;
Изменение величины напряжения;
Стабилизация. Блок питания должен на выходе выдавать стабильный ток и напряжение. Эти параметры не должны превышать или быть ниже определенного предела;
Защита от короткого замыкания и других неисправностей в источнике питания, которые могут привести к поломке устройства, которое обеспечивает блок питания;
Гальваническая развязка. Метод защиты от протекания выравнивающих и других токов. Такие токи могут приводить к поломкам оборудования и поражать людей.

Но зачастую перед блоками питания в бытовых приборах стоят только две задачи – преобразовывать переменное электрическое напряжение в постоянное и преобразовывать частоту тока электросети.

Среди блоков питания наиболее распространены два типа. Они различаются по конструкции. Это линейные (трансформаторные) и импульсные блоки питания.

Линейные блоки питания

Изначально источники питания изготавливались только в таком виде. Напряжение в них преобразовывается силовым трансформатором. Трансформатор понижает амплитуду синусоидальной гармоники, которая затем выпрямляется диодным мостом (бывают схемы с одним диодом). Диоды преобразуют ток в пульсирующий. А далее пульсирующий ток сглаживается с помощью фильтра на конденсаторе. В конце ток стабилизируется с помощью триода.

Чтобы просто понять, что происходит, представьте себе синусоиду – именно так выглядит форма напряжения, поступающего в наш блок питания. Трансформатор как бы сплющивает эту синусоиду. Диодный мост горизонтально рубит ее пополам и переворачивает нижнюю часть синусоиды наверх. Уже получается постоянное, но все еще пульсирующее напряжение. Фильтр конденсатора доделывает работу и «прижимает» эту синусоиду до такой степени, что получается почти прямая линия, а это и есть постоянный ток. Примерно так, возможно, чересчур просто и грубо, можно описать работу линейного блока питания.

Плюсы и минусы линейных БП

К преимуществам относится простота устройства, его надежность и отсутствие высокочастотных помех в отличие от импульсных аналогов.

К недостаткам можно отнести большой вес и размер, увеличивающиеся пропорционально мощности устройства. Также триоды, идущие в конце схемы и стабилизирующие напряжение снижают КПД устройства. Чем стабильнее напряжение, тем большие его потери будут на выходе.

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания такой конструкции появились в 60-ых годах прошлого века. Они работают по принципу инвертора. То есть, не только преобразуют постоянное напряжение в переменное, но и меняют его величину. Напряжение из электросети попадая в прибор выпрямляется входным выпрямителем. Затем амплитуда сглаживается входными конденсаторами. Получаются высокочастотные импульсы прямоугольной формы с определенным повторением и длительностью импульса.

Дальнейший путь импульсов зависит от конструкции блока питания:

В блоках с гальванической развязкой импульс попадает в трансформатор.
В БП без развязки импульс идет сразу на выходной фильтр, который срезает нижние частоты.

Импульсный БП с гальванической развязкой

Высокочастотные импульсы из конденсаторов попадают в трансформатор, который отделяет одну электрическую цепь от другой. В этом и заключается суть гальванической развязки. Благодаря высокой частотности сигнала эффективность трансформатора повышается. Это позволяет снизить в импульсных БП массу трансформатора и его размеры, а, следовательно, и всего устройства. В импульсных трансформаторах в качестве сердечника используются ферромагнитные соединения. Это также позволяет снизить габариты устройства.

Конструкция такого типа предполагает преобразование тока в три этапа:

Широтно-импульсный модулятор;
Транзисторный каскад;
Импульсный трансформатор.

Что такое широтно-импульсный модулятор

По-другому этот преобразователь называется ШИМ-контроллер. Его задача состоит в том, чтобы изменять время, в течении которого будет подаваться импульс прямоугольной формы. Модулятор меняет время, в течении которого импульс остается включенным. Он меняет время, в которое импульс не подается. Но частота подачи при этом остается одинаковой.

Как стабилизируется напряжение в импульсных БП

Во всех импульсных БП реализован вид обратной связи, при котором с помощью части выходного напряжения компенсируется влияние входного напряжения на систему. Это позволяет стабилизировать случайные входные и выходные изменения напряжения

В системах с гальванической развязкой для создания отрицательной обратной связи применяются оптроны. В БП без развязки обратная связь реализована делителем напряжения.

Плюсы и минусы импульсных БП

Из плюсов можно выделить меньшую массу и размеры. Высокий КПД, за счет снижения потерь, связанных с процессами перехода в электрических цепях. Меньшая цена в сравнении с линейными БП. Возможность использования одних и тех же БП в разных странах мира, где параметры электросети отличаются между собой. Наличие защиты от короткого замыкания.

Недостатками импульсных БП является их невозможность работы на слишком высоких или слишком низких нагрузках. Не подходят для отдельных видов точных устройств, поскольку создают радиопомехи.

Применение

Линейные блоки питания активно вытесняются их импульсными аналогами. Сейчас линейные БП можно встретить в стиральных машинах, СВЧ-печах, системах отопления.

Импульсные БП применяются почти везде: в компьютерной технике и телевизорах, в медицинской технике, в большинстве бытовых приборов, в оргтехнике.

Источник