Статията е за импулсни захранвания (наричани по-нататък UPS), които днес получиха най-много широко приложениевъв всички съвременни електронни устройства и домашни продукти.
Основният принцип на работа на UPS е трансформирането на мрежата AC напрежение(50 Hertz) в променливо високочестотно напрежение с правоъгълна форма, което се трансформира до необходимите стойности, коригира и филтрира.
Преобразуването се осъществява с помощта на мощни транзистори, работещи в режим на ключ и импулсен трансформатор, като заедно образуват RF преобразувателна верига. Що се отнася до дизайна на схемата, има два възможни варианта за преобразуватели: първият е изпълнен според веригата на импулсния автоосцилатор, а вторият е с външно управление (използван в повечето съвременни радиоелектронни устройства).
Тъй като честотата на преобразувателя обикновено се избира средно от 20 до 50 килохерца, размерите на импулсния трансформатор и следователно на цялото захранване са достатъчно сведени до минимум, което е много важен фактор за съвременното оборудване.
Опростена диаграма на импулсен преобразувател с външно управление вижте по-долу:

Преобразувателят е направен на транзистор VT1 и трансформатор T1. Мрежовото напрежение през мрежовия филтър (SF) се подава към мрежовия токоизправител (CB), където се коригира, филтрира се от филтърния кондензатор Cf и през намотката W1 на трансформатора T1 се подава към колектора на транзистора VT1. Когато се приложи правоъгълен импулс към базовата верига на транзистора, транзисторът се отваря и през него протича нарастващ ток Ik. Същият ток ще тече и през намотката W1 на трансформатора T1, което ще доведе до факта, че магнитният поток се увеличава в сърцевината на трансформатора, докато ЕМП на самоиндукция се индуцира във вторичната намотка W2 на трансформатора. В крайна сметка на изхода на VD диода ще се появи положително напрежение. Освен това, ако увеличим продължителността на импулса, приложен към основата на транзистора VT1, напрежението във вторичната верига ще се увеличи, защото ще се отдели повече енергия, а ако намалим продължителността, напрежението ще намалее съответно. По този начин, чрез промяна на продължителността на импулса в основната верига на транзистора, можем да променим изходните напрежения вторична намотка T1, и следователно за стабилизиране на изходните напрежения на PSU. Единственото нещо, което е необходимо за това е схема, която да генерира тригерни импулси и да контролира тяхната продължителност (широчина). Като такава схема се използва PWM контролер. PWM означава модулация на ширината на импулса. ШИМ контролерът включва главен генератор на импулси (който определя честотата на преобразувателя), вериги за защита и управление и логическа схема, която контролира продължителността на импулса.
За да стабилизира изходните напрежения на UPS, веригата на PWM контролера "трябва да знае" стойността на изходните напрежения. За тези цели се използва верига за проследяване (или верига за обратна връзка), направена на оптрона U1 и резистора R2. Увеличаването на напрежението във вторичната верига на трансформатора Т1 ще доведе до увеличаване на интензитета на светодиодното излъчване и следователно до намаляване на съпротивлението на прехода на фототранзистора (които са част от оптрона U1). Което от своя страна ще доведе до увеличаване на спада на напрежението на резистора R2, който е свързан последователно с фототранзистора и намаляване на напрежението на пин 1 на PWM контролера. Намаляването на напрежението кара логическата схема, която е част от PWM контролера, да увеличава продължителността на импулса, докато напрежението на 1-ви изход съвпадне с зададените параметри. Когато напрежението намалее, процесът е обратен.

UPS използва 2 принципа за внедряване на вериги за проследяване - "директен" и "индиректен". Методът, описан по-горе, се нарича "директен", тъй като напрежението за обратна връзка се взема директно от вторичния токоизправител. При "индиректно" проследяване напрежението на обратната връзка се отстранява от допълнителната намотка на импулсния трансформатор:

Намаляването или увеличаването на напрежението на намотката W2 също ще доведе до промяна в напрежението на намотката W3, което също се прилага към щифт 1 на PWM контролера чрез резистор R2.
Мисля, че разбрахме веригата за проследяване, сега нека разгледаме такава ситуация като късо съединение (късо съединение) в товара на UPS. В този случай цялата енергия, дадена на вторичната верига на UPS, ще бъде загубена и изходното напрежение ще бъде почти нула. Съответно веригата на PWM контролера ще се опита да увеличи продължителността на импулса, за да повиши нивото на това напрежение до подходящата стойност. В резултат на това транзисторът VT1 ще бъде по-дълъг и по-дълъг в отворено състояние и токът, протичащ през него, ще се увеличи. В крайна сметка това ще доведе до повреда на този транзистор. UPS е проектиран да предпазва инверторния транзистор от свръхток в такива необичайни ситуации. Базира се на резистора Rprotect, свързан последователно към веригата, през която протича колекторният ток Ik. Увеличаването на тока Ik, протичащ през транзистора VT1, ще увеличи спада на напрежението в този резистор и следователно напрежението, подадено към щифт 2 на PWM контролера, също ще намалее. Когато това напрежение падне до определено ниво, което съответства на максимума допустим токтранзистор, логическата верига на PWM контролера ще спре да генерира импулси на пин 3 и захранването ще премине в режим на защита или, с други думи, ще се изключи.
В заключение темата бих искала да опиша по-подробно предимствата на UPS. Както вече споменахме, честотата на импулсния преобразувател е доста висока и следователно общите размери на импулсния трансформатор са намалени, което означава, колкото и парадоксално да звучи, цената на UPS е по-малка от традиционен PSU, тъй като има по-малко потребление на метал за магнитната верига и мед за намотките, дори въпреки факта, че броят на частите в UPS се увеличава. Друго предимство на UPS е малкият капацитет на филтърния кондензатор на вторичния токоизправител в сравнение с конвенционалното захранване. Намаляването на капацитета стана възможно чрез увеличаване на честотата. И накрая, ефективността на импулсното захранване достига 85%. Това се дължи на факта, че UPS консумира енергия електрическа мрежасамо по време на отворения транзистор на преобразувателя, когато е затворен, енергията се прехвърля към товара поради разреждането на филтърния кондензатор на вторичната верига.
Недостатъците включват усложняването на веригата на UPS и увеличаването на импулсния шум, излъчван от самия UPS. Увеличаването на шума се дължи на факта, че преобразувателният транзистор работи в ключов режим. В този режим транзисторът е източник на импулсен шум, който възниква в моментите на преходни процеси на транзистора. Това е недостатък на всеки транзистор, работещ в ключов режим. Но ако транзисторът работи с ниско напрежение (например транзисторна логика с напрежение от 5 волта), това не е проблем, в нашия случай напрежението, приложено към колектора на транзистора, е приблизително 315 волта. За да се бори с тези смущения, UPS използва по-сложни мрежови филтърни вериги от конвенционалните PSU.

Между трансформатор и импулс, както и техните предимства и недостатъци. Например трансформаторно захранване, което включва трансформатор, който изпълнява функцията за понижаване на мрежовото напрежение до предварително определено, такъв дизайн се нарича понижаващ трансформатор.

Захранванията, работещи в импулсен режим, са импулсен преобразувателили инвертор. В импулсните захранващи устройства променливото напрежение на входа първо се коригира и след това се формират импулси с необходимата честота. Такова захранване, за разлика от обикновения силов трансформатор, със същата мощност, има много по-малко загуби и малки общи размери, получени в резултат на високочестотно преобразуване. p>

Трансформаторни захранвания

Най-често срещаното захранване се счита за дизайн, който включва понижаващ трансформатор, специфичното му задължение е да понижи входното напрежение. Първичната му намотка е навита за работа с мрежово напрежение. В допълнение към понижаващия трансформатор, в такъв захранващ блок е инсталиран и токоизправител, сглобен на диоди, като правило се използват две двойки токоизправителни диоди ( диоден мост) и филтърни кондензатори. Такова устройство се използва за преобразуване на еднопосочно пулсиращо променливо напрежение в постоянно. Нерядко се използват и други структурно изпълнени устройства, например изпълняващи функцията за удвояване на напрежението в токоизправителите. В допълнение към изглаждащите пулсационни филтри може да има и елементи на филтър за шум висока честотаи пренапрежения, защитна верига срещу късо съединение, полупроводникови устройства за стабилизиране на напрежение и ток.

Схема на най-простия трансформаторен захранващ блок с токоизправител с пълна вълна

Предимства на трансформаторните захранвания

Импулсни захранвания

Разлики между импулсно захранване и конвенционално- импулсните захранвания са инверторно устройство и са неразделна част от устройствата за непрекъсваемо захранване. В импулсните блокове променливото напрежение на входа първо се коригира и след това формира импулси с определена честота. Преобразуваното изходно постоянно напрежение има високочестотни правоъгълни импулси, подавани към трансформатора или директно към изходния нискочестотен филтър. Трансформаторите с малък размер често се използват в импулсни захранвания - това се дължи на факта, че с увеличаване на честотата ефективността на устройството се увеличава, като по този начин се намаляват изискванията за размерите на магнитната верига, необходими за доставяне на еквивалентна мощност. По принцип такава магнитна верига е направена от феромагнитни материали, служещи като проводници на магнитния поток. Разлики в източника на захранванепо-специално от сърцевината на нискочестотен трансформатор, за производството на който се използва електрическа стомана.

Разлики между импулсно захранване и конвенционално- стабилизирането на напрежението, което се случва в импулсните захранвания, се дължи на веригата за отрицателна обратна връзка. OOS дава възможност да се осигури изходното напрежение на доста стабилно ниво, независимо от периодичните скокове на входното напрежение и стойността на съпротивлението на натоварването. Отрицателната обратна връзка може да бъде създадена и по други начини. Относително импулсни източницизахранване с галванична изолация от електрическата мрежа, най-често използваният метод в такива случаи е формирането на връзка с помощта на изходната намотка на трансформатора или използването на оптрон. Като се вземе предвид стойността на сигнала за отрицателна обратна връзка, която зависи от изходното напрежение, работният цикъл на импулсните сигнали на изходния щифт на PWM контролера се променя. Ако е възможно да се направи без галванична изолация, тогава в този случай се използва конвенционален делител на напрежение, монтиран върху фиксирани резистори. В крайна сметка захранването осигурява стабилно изходно напрежение.

Принципна диаграма на най-простото импулсно захранване с един цикъл

Предимства на импулсните захранвания

● Ако сравним линеен стабилизатор и импулсен стабилизатор по отношение на изходната мощност, тогава последният има някои предимства:
● Относително леко тегло, което се дължи на факта, че с увеличаване на честотата е възможно да се използват трансформатори с малки размери с подобна изходна мощност.
● Голямото тегло на линейния стабилизатор се получава чрез използването на масивни силови трансформатори, както и тежки радиатори на захранващи компоненти.
● Висока ефективност, която е около 98%, получена поради факта, че редовните загуби, възникващи в устройствата за стабилизиране на импулса, зависят от преходните процеси в етапа на превключване на ключа.
● Тъй като ключовете са в стабилно или включено или изключено състояние за по-дълъг период от време, то съответно загубите на енергия са незначителни;
● Относително ниска цена в резултат на освобождаването на голям брой необходими електронни компоненти, по-специално появата на транзисторни ключове с висока мощност на пазара на електронни стоки. ● В допълнение към всичко това е необходимо да се отбележи значително ниската цена на импулсни трансформатори с подобна мощност, предавана на товара.
● Предлага се в по-голямата част от захранващите устройства установени схемизащита срещу всякакви необичайни ситуации, като защита срещу късо съединение или ако товарът не е свързан към изхода на устройството.

Технологичният прогрес не стои неподвижен и днес импулсните блокове са заменили захранващите устройства от трансформаторен тип. Има много причини за това, но най-важните са:

• Простота и евтиност на производството;
• Лекота на използване;
• Компактност и значително удобни габаритни размери.

Прочетете ръководството за избор на детектор скрито окабеляванеи как да го използвате.

От техническа гледна точка импулсното захранване е устройство, което коригира мрежовото напрежение и след това формира импулс от него с честотна характеристика 10 kHz. Струва си да се отбележи, че ефективността на това техническо устройство достига 80%.

Принцип на действие

Всъщност целият принцип на работа на импулсно захранване се свежда до факта, че устройство от този тип е насочено към коригиране на напрежението, което се подава към него, когато е свързано към мрежата, и след това образува работен импулс, поради което това електрическо устройство може да функционира.

Много хора питат какви са основните разлики между импулсно устройство и конвенционално? Всичко се свежда до факта, че е повишено спецификациии по-малки размери. Освен това импулсният блок дава повече енергия от стандартната си версия.

Видове

В момента на територията Руска федерацияако е необходимо, можете да намерите импулсни захранвания от следните разновидности и категории:

Схема

Всички импулсни захранвания, в зависимост от обхвата на работа и технически характеристикиимат различни схеми:

Първоначалното разпространение на импулсни захранвания (IPB) е получено главно в телевизори, по-късно - във видеорекордери, видео оборудване и други домакински уреди, което се дължи главно на две причини. Първо, чувствителността на телевизорите и видеорекордерите към генерираните импулсни смущения в захранването е много по-ниска от например оборудването за възпроизвеждане на звук, особено висококачественото. Второ, телевизионните приемници и видеорекордерите се характеризират с относително постоянство и сравнително малко количество (10 ... 80 W) мощност, консумирана при натоварване.

Флуктуациите в тази мощност при кинескопните телевизори се дължат на промени в яркостта на екрана при смяна на сцени и е не повече от 20 W (приблизително 30% от максималната консумация на енергия). За видеорекордерите колебанията в мощността, консумирана в товара, възникват главно само при превключване на режимите на работа на механизма за задвижване на лента (LPM) и не надвишават няколко вата. Например, в стерео усилвател с изходна мощност 2 х 20 вата, колебанието на мощността достига 70-80 вата (приблизително 70-80% от максималната консумация на енергия). Следователно за този клас радиооборудване UPS се оказват по-скъпи поради необходимостта от използване на мощни двутактови вериги на преобразуватели (конвертори), по-сложни стабилизатори, филтри и др.

В тази връзка дизайнерите както на по-ранни, така и на съвременни модели телевизори, видео техника и др домакински уреди, като правило, се придържат към добре установените принципи на надеждност, ефективност и простота по отношение на изграждането на импулсни захранвания. Основните усилия са насочени преди всичко към подобряване и микроминиатюризация елементна база, повишаване на надеждността на UPS (включително чрез въвеждане на различни защити) и разширяване на работния диапазон на захранващото ги мрежово напрежение.

Структурна схема на импулсно захранване

На практика при проектирането на импулсни захранвания за телевизори и видеорекордери най-широко се използват UPS, базирани на регулируем преобразувател с безтрансформаторен вход.

Блоковата схема на импулсно захранване се състои от два основни елемента: мрежов токоизправител CB и преобразувател на напрежение PN.

Мрежовият токоизправител изпълнява функциите за коригиране на мрежовото напрежение Uc и изглаждане на вълните, осигурява плавен режим на зареждане на филтърните кондензатори, когато PSU е включен, непрекъснато захранване на товара при краткотрайни спадове на напрежението под допустимото ниво и намалява нивото на смущения чрез използването на специални филтри за потискане на шума (по-подробно, методите за борба със смущенията в импулсните захранвания ще бъдат обсъдени по-късно).

Преобразувателят на напрежение включва преобразувател Kv и контролер (управляващо устройство) K. Преобразувателят от своя страна се състои от регулируем инвертор AND, импулсен трансформатор T, токоизправители B и стабилизатори CM на вторичното захранващо напрежение Un. Инверторът преобразува постояннотоковото изходно напрежение на CB в променлива правоъгълна вълна. Импулсният трансформатор работи с повишена честота (повече от 20 kHz) и осигурява режим на автогенератор на инвертора, като получава необходимите напрежения за захранване на самия контролер, вериги за защита и вериги за натоварване на PSU, както и галванична изолация на мрежата от товара.

Контролерът извършва импулсно управление на мощен транзисторен превключвател на инвертора (поради посочените по-горе причини само преобразуватели, базирани на едноцикличен самовъзбуждащ се инвертор (осцилатори), се използват главно в телевизори и видео оборудване). Освен това на контролера са поверени функциите за стабилизиране на напрежението при натоварване, както и защита на захранването от пренапрежение (усилване), претоварване на изходния ток, спадове на напрежението (buck) и прегряване. В някои конструкции функцията на устройството за дистанционно включване / изключване е допълнително внедрена директно във веригата на контролера.

Ориз. 1. Обобщена блокова схема на импулсно захранване

UPS контролерът включва следните функционални възли: захранване на IPK контролера; модулатор на продължителността на импулса MDI; устройство за ултразвукова защита; логическа схема на LAN за комбиниране на MDI и US сигнали; FUN драйвер за управляващо напрежение за мощен преобразувателен транзистор.

В контролерите за телевизионно и видео оборудване като правило се използват IPC вериги на базата на вериги за задействане, които са свързани за кратко към изходното напрежение на мрежовия токоизправител, последвано от превключване към захранване от специална намотка на импулсен трансформатор T.

Модулаторът на продължителността на импулса (MDI) генерира импулсна последователност с дадено съотношение на продължителността на импулса към продължителността на паузата (работен цикъл). В зависимост от метода за управление на мощен транзистор на преобразувател в MDI могат да се използват следните видове модулация: фазово-импулсен (PIM); честотно-импулсен (PFM); широчина на импулса (PWM). В импулсните захранвания най-широко се използват MDI, базирани на PWM, поради простотата на внедряване на веригата, а също и защото в преобразувателите на напрежение с PWM честотата на превключване остава непроменена и се променя само продължителността на импулса. В PIM и PFM преобразувателите честотата на превключване се променя по време на процеса на регулиране, което е основният им недостатък, който ограничава използването на TV и VM в UPS (шум).

Ориз. 2. Структурна схема на модулатора на продължителността на импулса

Ще разгледаме по-подробно принципите на изграждане и работа на MDI, базирани на модулация с ширина на импулса (PWM модулатор). MDI включва следните функционални възли (фиг. 2): източник на еталонно напрежение ION; усилвател на сигнала за грешка (несъответствие) USO; главен осцилатор ZG; трион генератор на напрежение GPN; ШИМ компаратор ШК.

Ориз. 3. Графики, характеризиращи работата на ШИМ модулатора

PWM модулаторът работи по следния начин. CG генерира правоъгълни трептения (фиг. 3, а) с честота, равна на работната честота на преобразувателя на напрежение. Образува се от тези трептения в ГПН напрежение на трион Up (фиг. 3, b) влиза във входа на ШИМ компаратора ShK, чийто друг вход получава сигнал от изхода на усилвателя на сигнала за грешка. Изходният сигнал на USO Uos е пропорционален на разликата между еталонното напрежение и напрежението, генерирано от веригата за обратна връзка Uoc. По този начин напрежението Ush е сигнал за несъответствие, чието ниво се променя пропорционално на промяната в тока на натоварване In или изходното напрежение Uout на PSU (вижте фиг. 1). В резултат на такава схема се образува затворена верига за регулиране на нивото на изходното напрежение.

ШИМ компараторът е линейно-дискретна функционална единица на MDI. Входът, към който се подава трионообразното напрежение, е референтният вход, а вторият вход е контролният вход. Изходният сигнал е ШК-импулсен. Продължителността на изходните импулси (фиг. 3., в) се определя от нивото на излишък на управляващия сигнал Uosh над еталонния Up и се променя по време на работа в съответствие с промяната на входния управляващ сигнал. Модулираните по времетраене изходни импулси на СК през логическата схема на LS (виж фиг. 1) се подават към формирователя на управляващо напрежение FUN, в който управляващият сигнал се генерира чрез превключване на мощния превключващ транзистор на преобразувателя.

Стабилизирането на изходното напрежение Un се осъществява поради факта, че когато изходното напрежение на преобразувателя се промени, напрежението на обратната връзка Uoc също се променя, което води до промяна в продължителността на импулсите на изхода на SC, а това от своя страна , причинява промяна в мощността, подадена към вторичните вериги. Това гарантира стабилността на изходното напрежение на PV по отношение на средната стойност.

Едно от основните изисквания към импулсните захранвания е да се осигури галванична изолация на захранващата мрежа и товара, свързан чрез вериги за обратна връзка към ултразвуковото защитно устройство и усилвателя на сигнала за грешка USO.

Понастоящем като разединителни елементи се използват оптоелектронни двойки (оптрони) или трансформатори. Безспорните предимства на изолацията на оптрона в сравнение с изолацията на трансформатора са неговата технологичност, малки размери и възможност за предаване на сигнали в широк честотен диапазон.

Въпреки това, изолацията на трансформатора позволява да се работи с по-малък брой междинни усилватели в UPS контролера, за да се улесни свързването с високоволтови източници на сигнали за обратна връзка (например в захранващи устройства за телевизори, които използват обратни импулси за PWM контрол). ред сканиране). Понастоящем обаче, когато разработват импулсни захранващи устройства, дизайнерите все повече предпочитат вериги за разделяне на оптрон.

В заключение отбелязваме, че основната тенденция в подобряването на импулсните захранвания за битово видео оборудване е преходът от дизайни, базирани на дискретни елементи, към дизайни на захранвания, които са почти изцяло направени на интегрални схеми. На първо място, това се отнася до веригите на UPS контролерите и стабилизаторите на вторичното натоварване. Отделно е необходимо да се каже за мощни високоволтови транзисторни ключове. В момента все повече се използват IC контролери с вграден превключвател за захранване, а биполярните транзистори се заменят с мощни CMOS транзистори. Основните предимства на CMOS превключвателите са тяхното по-просто управление, повишена устойчивост на вторичен срив поради намаляване на вероятността от локално ненагряване на кристала, повишена (до 0,1 -1,0 MHz) честота на превключване (няма натрупване на заряд в тях).

Неразделна част от всеки компютър е захранване (PSU). То е толкова важно, колкото и останалата част от компютъра. В същото време закупуването на захранване е доста рядко, тъй като доброто PSU може да осигури захранване за няколко поколения системи. Като се има предвид всичко това, закупуването на захранване трябва да се вземе много сериозно, тъй като съдбата на компютъра е пряко зависима от работата на захранването.

Основното предназначение на захранването егенериране на захранващо напрежение, което е необходимо за функционирането на всички PC устройства. Основните захранващи напрежения на компонентите са:

• +3.3V

Има и допълнителни напрежения:

За изпълнение галванична изолациядостатъчно е да направите трансформатор с необходимите намотки. Но за да захраните един компютър, имате нужда от много енергия. мощност, особено за съвременни компютри. За компютърно захранванетрябва да се произведе трансформатор, който не само да има голям размер, но и да тежи много. Въпреки това, с увеличаване на честотата на захранващия ток на трансформатора, за да се създаде същият магнитен поток, са необходими по-малко завои и по-малко напречно сечение на магнитната верига. В захранващите блокове, изградени на базата на преобразувател, честотата на захранващото напрежение на трансформатора е 1000 или повече пъти по-висока. Това ви позволява да създавате компактни и леки захранвания.

Най-простото импулсно захранване

Помислете за блокова диаграма на проста превключване на тока, който е в основата на всички импулсни захранвания.

.

Първият блок го прави преобразуване на променливо мрежово напрежение в постоянно. Такива конверторсе състои от диоден мост, който коригира променливото напрежение, и кондензатор, който изглажда пулсациите на коригираното напрежение. Това боке също съдържа допълнителни елементи: филтри на мрежовото напрежение срещу пулсации на генератора на импулси и термистори за изглаждане на токовия удар в момента на включване. Тези елементи обаче могат да бъдат пропуснати, за да се спестят разходи.

Следващият блок е генератор на импулси, който генерира импулси с определена честота, които захранват първична намоткатрансформатор. Честотата на генериране на импулси на различните захранващи устройства е различна и е в диапазона 30 - 200 kHz. Трансформаторът изпълнява основните функции на захранването: галванична изолация от мрежата и понижаване на напрежението до необходимите стойности.

Променливото напрежение, получено от трансформатора, се преобразува от следващия блок в постоянно напрежение. Блокът се състои от диоди за коригиране на напрежението и пулсационен филтър. В този блок пулсационният филтър е много по-сложен, отколкото в първия блок и се състои от група кондензатори и дросел. За да спестят пари, производителите могат да инсталират малки кондензатори, както и дросели с ниска индуктивност.

Първият импулсен захранващ блокпредставени двутактов или еднотактов конвертор. Push-pull означава, че процесът на генериране се състои от две части. В такъв преобразувател два транзистора се отварят и затварят на свой ред. Съответно, в едноцикличен преобразувател, един транзистор се отваря и затваря. Схеми на двутактни и едноциклични преобразуватели са представени по-долу.

.

Разгледайте елементите на схемата по-подробно:

X2 - конектор за захранване на веригата.

X1 - конектор, от който се отстранява изходното напрежение.

R1 - съпротивление, което задава първоначалното малко отместване на клавишите. Необходимо е за по-стабилно стартиране на процеса на трептене в преобразувателя.

R2 е съпротивлението, което ограничава базовия ток на транзисторите, това е необходимо за защита на транзисторите от изгаряне.

TP1 - Трансформаторът има три групи намотки. Първата изходна намотка генерира изходното напрежение. Втората намотка служи като товар за транзисторите. Третият формира управляващото напрежение за транзисторите.

В началния момент на включване на първата верига транзисторът е леко открехнат, тъй като към основата се прилага положително напрежение през резистора R1. През открехнатия транзистор протича ток, който протича и през втората намотка на трансформатора. Токът, протичащ през намотката, създава магнитно поле. Магнитното поле създава напрежение в останалите намотки на трансформатора. В резултат на това се създава положително напрежение върху намотка III, което допълнително отваря транзистора. Процесът продължава, докато транзисторът влезе в режим на насищане. Режимът на насищане се характеризира с факта, че при увеличаване на приложения управляващ ток към транзистора изходният ток остава непроменен.

Тъй като напрежението в намотките се генерира само в случай на промяна магнитно поле, неговият растеж или спад, тогава липсата на увеличение на тока на изхода на транзистора, следователно, ще доведе до изчезването на ЕМП в намотките II и III. Загубата на напрежение в намотката III ще доведе до намаляване на степента на отваряне на транзистора. И изходният ток на транзистора ще намалее, следователно магнитното поле също ще намалее. Намаляването на магнитното поле ще създаде напрежение с противоположна полярност. Отрицателното напрежение в намотката III ще започне да затваря още повече транзистора. Процесът ще продължи, докато магнитното поле изчезне напълно. Когато магнитното поле изчезне, отрицателното напрежение в намотка III също ще изчезне. Процесът ще започне да се повтаря отново.

Push-pull преобразувателят работи на същия принцип, но разликата е, че има два транзистора и те се отварят и затварят на свой ред. Тоест, когато едното е отворено, другото е затворено. Веригата на двутактния преобразувател има голямото предимство да използва цялата верига на хистерезис. магнитопроводтрансформатор. Използването само на една секция от хистерезисната верига или намагнитването само в една посока води до много нежелани ефекти, които намаляват ефективността на преобразувателя и влошават неговата производителност. Следователно, основно схемата на двутактов преобразувател с трансформатор за фазово изместване се използва навсякъде. Във вериги, където са необходими простота, малък размер и ниска мощност, все още се използва верига с един цикъл.

ATX форм фактор захранвания без корекция на фактора на мощността

Преобразувателите, разгледани по-горе, въпреки че са готови устройства, са неудобни за използване на практика. Честотата на преобразувателя, изходното напрежение и много други параметри "плават", променят се в зависимост от промяната: захранващо напрежение, изходно натоварване на преобразувателя и температура. Но ако клавишите се управляват от контролер, който може да изпълнява стабилизиране и различни допълнителни функции, тогава можете да използвате веригата за захранване на устройствата. Захранващата верига, използваща PWM контролер, е доста проста и като цяло е генератор на импулси, изграден върху PWM контролер.

ШИМ - широчинно импулсна модулация. Позволява ви да регулирате амплитудата на сигнала на преминалия нискочестотен филтър (филтър ниски честоти) с промяна в продължителността или работния цикъл на импулса. Основните предимства на ШИМ са високата ефективност на усилвателите на мощност и големите възможности за приложение.

Тази схема на захранване има ниска мощност и използва транзистор с полеви ефекти като ключ, което позволява да се опрости веригата и да се отървете от допълнителни елементи, необходими за управление на транзисторни превключватели. AT високомощни захранващи устройства PWM контролерима контроли ("Драйвер") изходен ключ. IGBT транзисторите се използват като изходни ключове в захранвания с висока мощност.

Мрежовото напрежение в тази верига се преобразува в постоянно напрежение и се подава през ключа към първата намотка на трансформатора. Втората намотка служи за захранване на микросхемата и образуване на напрежение за обратна връзка. PWM контролерът генерира импулси с честота, която се задава от RC веригата, свързана към пин 4. Импулсите се подават на входа на ключа, който ги усилва. Продължителността на импулсите варира в зависимост от напрежението на пин 2.

Помислете за истинска ATX захранваща верига. Има много повече елементи и има повече допълнителни устройства в него. Червените квадратчета на захранващата верига са условно разделени на основни части.

ATX захранваща верига 150-300 W

За захранване на чипа на контролера, както и за генериране на напрежение в режим на готовност от +5, което се използва от компютъра, когато е изключен, във веригата има друг преобразувател. На диаграмата той е обозначен като блок 2. Както можете да видите, той е направен според схемата на преобразувател с един цикъл. Вторият блок също има допълнителни елементи. По принцип това са вериги за поглъщане на пренапрежения, които се генерират от преобразувателния трансформатор. Чип 7805 - регулаторът на напрежение генерира напрежение в режим на готовност от + 5V от коригираното напрежение на преобразувателя.

Често в блока за генериране на напрежение в режим на готовност са инсталирани нискокачествени или дефектни компоненти, което води до намаляване на честотата на преобразувателя до звуковия диапазон. В резултат на това се чува скърцане от захранването.

Тъй като захранването се захранва от AC напрежение 220V, а преобразувателят се нуждае от захранване постоянно напрежение, напрежението трябва да се преобразува. Първият блок извършва коригиране и филтриране на променливото мрежово напрежение. Този блок също така съдържа блокиращ филтър срещу смущения, генерирани от самото захранване.

Третият блок е PWM контролерът TL494. Той изпълнява всички основни функции на захранването. Предпазва захранването от късо съединение, стабилизира изходното напрежение и генерира PWM сигнал за управление на транзисторни ключове, които са заредени на трансформатора.

Четвъртият блок се състои от два трансформатора и две групи транзисторни ключове. Първият трансформатор генерира управляващо напрежение за изходните транзистори. Тъй като контролерът TL494 PWM генерира сигнал с ниска мощност, първата група транзистори усилва този сигнал и го предава на първия трансформатор. Втората група транзистори, или изходни, се натоварват на главния трансформатор, който формира основните захранващи напрежения. Такава по-сложна схема за управление на изходните ключове се прилага поради сложността на управлението биполярни транзистории защита на ШИМ контролера от високо напрежение.

Петият блок се състои от диоди на Шотки, които коригират изходното напрежение на трансформатора, и нискочестотен филтър (LPF). Нискочестотният филтър се състои от електролитни кондензатори със значителен капацитет и дросели. На изхода на нискочестотния филтър има резистори, които го натоварват. Тези резистори са необходими, така че след изключване на капацитета на захранването да не останат заредени. На изхода на токоизправителя за мрежово напрежение има и резистори.

Останалите елементи, които не са оградени в блока, са вериги, образуващи " здравни сигнали". Тези вериги изпълняват работата по защита на захранването от късо съединение или следят изправността на изходните напрежения.

Сега да видим как печатна електронна платка 200 W захранванеелементи са разположени. Фигурата показва:

Кондензатори, които филтрират изходните напрежения.

Поставете незапоени кондензатори на филтъра за изходно напрежение.

Индуктори, които филтрират изходните напрежения. По-голямата бобина не само играе ролята на филтър, но и действа като феромагнитен стабилизатор. Това ви позволява леко да намалите изкривяванията на напрежението с неравномерно натоварване на различни изходни напрежения.

Чип PWM стабилизатор WT7520.

Радиатор, на който са монтирани диоди на Шотки за напрежение + 3,3 V и + 5 V, и обикновени диоди за напрежение + 12 V. Трябва да се отбележи, че често, особено при по-старите захранвания, на същия радиатор се поставят допълнителни елементи. Това са елементи за стабилизиране на напрежението + 5V и + 3.3V. В съвременните захранвания на този радиатор се поставят само диоди на Шотки за всички основни напрежения или полеви транзистори, които се използват като токоизправителен елемент.

Основният трансформатор, който извършва формирането на всички напрежения, както и галванична изолация от мрежата.

Трансформатор, който генерира управляващи напрежения за изходните транзистори на преобразувателя.

Преобразувател, който генерира напрежение в режим на готовност + 5V.

Радиаторът, върху който са разположени изходните транзистори на преобразувателя, както и транзисторът на преобразувателя, който формира напрежението в режим на готовност.

Филтърни кондензатори за мрежово напрежение. Не е нужно да са двама. За да се образува биполярно напрежение и да се образува средна точка, са инсталирани два кондензатора с еднакъв капацитет. Те разделят изправеното мрежово напрежение наполовина, като по този начин образуват две свързани напрежения с различна полярност обща точка. В единични захранващи вериги има само един кондензатор.

Мрежови филтърни елементи от хармоници (смущения), генерирани от захранването.

Диодни мостови диоди, които коригират променливотоковото напрежение на мрежата.

Захранване 350 Wнастроен еквивалентно. Веднага прави впечатление голямата платка, увеличените радиатори и по-големият преобразувателен трансформатор.

Филтърни кондензатори за изходно напрежение.

Радиатор, който охлажда диодите, които коригират изходното напрежение.

PWM контролер AT2005 (подобен на WT7520), който извършва стабилизиране на напрежението.

Основният трансформатор на преобразувателя.

Трансформатор, който генерира управляващо напрежение за изходните транзистори.

Преобразувател на напрежение в режим на готовност.

Радиатор, който охлажда изходните транзистори на преобразувателите.

Филтър за мрежово напрежение от смущения в захранването.

диоден мост диоди.

Филтърни кондензатори за мрежово напрежение.

Разглежданата схема отдавна се използва в захранването и сега понякога се среща.

Захранвания във формат ATX с корекция на фактора на мощността

В разглежданите схеми натоварването на мрежата е кондензатор, свързан към мрежата чрез диоден мост. Зареждането на кондензатора става само ако напрежението върху него е по-малко от мрежовото. В резултат на това токът е импулсен, което има много недостатъци.

Изброяваме тези недостатъци:

1. токовете въвеждат по-високи хармоници (смущения) в мрежата;
2. голяма амплитуда на тока на потребление;
3. значителна реактивна съставка в тока на потребление;
4. мрежовото напрежение не се използва през целия период;
5. Ефективността на такива схеми е от малко значение.

Нови захранванияима подобрена съвременна схема, има още един допълнителен блок - коректор на фактора на мощността (PFC). Той извършва подобряване на фактора на мощността. Или по обикновен езикпремахва някои от недостатъците на мостовия токоизправител на мрежовото напрежение.

S=P + jQ

Формула за брутната мощност

Факторът на мощността (KM) характеризира каква част от общата мощност на активния компонент и каква част от реактивната. По принцип можем да кажем защо да вземем предвид реактивната мощност, тя е въображаема и не носи полза.

Да кажем, че имаме определено устройство, захранване, с фактор на мощността 0,7 и мощност 300 вата. От изчисленията се вижда, че нашето захранване има обща мощност (сумата от реактивна и активна мощност) повече от посочената на него. И тази мощност трябва да се дава от 220V захранваща мрежа. Въпреки че тази мощност не е полезна (дори електромерът не я оправя), тя все още съществува.

Тоест, вътрешните елементи и мрежовите проводници трябва да са с мощност 430 W, а не 300 W. И представете си случая, когато факторът на мощността е равен на 0,1 ... Поради това Градската мрежа забранява използването на устройства с фактор на мощността под 0,6 и ако бъдат открити такива, собственикът се глобява.

Съответно, кампаниите бяха разработени нови схеми за захранване, които имаха KKM. Първоначално дросел с голяма индуктивност, включен на входа, се използва като PFC, такова захранване се нарича захранване с PFC или пасивно PFC. Такова захранване има увеличен КМ. За постигане на желания KM е необходимо захранващите устройства да бъдат оборудвани с голям дросел, тъй като входният импеданс на захранването е капацитивен характерпоради монтираните кондензатори на изхода на токоизправителя. Инсталирането на дросел значително увеличава масата на захранването и увеличава KM до 0,85, което не е толкова много.

Включване на газта за корекция на KM

Поради ниската ефективност на пасивния PFC, в захранването беше въведена нова PFC схема, която се основава на PWM стабилизатор, зареден на дросел. Тази схема носи много предимства на захранването:

• разширен диапазон на работно напрежение;
• стана възможно значително да се намали капацитетът на филтърния кондензатор на мрежовото напрежение;
• значително повишен CM;
• намаляване на теглото на захранването;
• повишаване на ефективността на захранването.

Има и някои недостатъци на тази схема. намаляване на надеждността на PSUи неправилна работа с някои непрекъсваеми захранвания I при превключване между режими на батерия/мрежа. Неправилната работа на тази верига с UPS се дължи на факта, че капацитетът на филтъра за мрежово напрежение е значително намалял във веригата. В момента, когато напрежението изчезне за кратко време, токът на KKM се увеличава значително, което е необходимо за поддържане на напрежението на изхода на KKM, в резултат на което защитата срещу късо съединение (късо съединение) в UPS е активиран.

Ако погледнете веригата, тогава това е генератор на импулси, който е зареден на индуктора. Мрежовото напрежение се изправя чрез диоден мост и се подава към ключа, който е натоварен с дросел L1 и трансформатор T1. Трансформаторът е въведен за обратна връзка на контролера с ключа. Напрежението от индуктора се отстранява с помощта на диоди D1 и D2. Освен това напрежението се отстранява последователно с помощта на диоди, след това от диодния мост, след това от индуктора и зарежда кондензаторите Cs1 и Cs2. Ключът Q1 се отваря и индукторът L1 натрупва енергия с желаната стойност. Количеството акумулирана енергия се регулира от продължителността на отвореното състояние на ключа. Колкото повече енергия се съхранява, толкова повече напрежение ще даде индукторът. След изключване на ключа натрупаната енергия се връща от индуктора L1 през диода D1 към кондензаторите.

Тази операция ви позволява да използвате цялата синусоида на променливото напрежение на мрежата, за разлика от вериги без PFC, както и да стабилизирате напрежението, захранващо преобразувателя.

В съвременните вериги за захранване, често използвани двуканални PWM контролери. Една микросхема изпълнява работата както на преобразувателя, така и на PFC. В резултат на това броят на елементите в захранващата верига е значително намален.

Помислете за веригата прост блок 12V захранване с помощта на ML4819 двуканален PWM контролер. Една част от захранването изпълнява формирането на константа стабилизирано напрежение+380V. Другата част е преобразувател, който генерира постоянно стабилизирано напрежение + 12V. KKM се състои, както в случая, разгледан по-горе, от ключа Q1, индуктора L1 на трансформатора за обратна връзка T1, зареден върху него. Диоди D5, D6 зареждат кондензатори C2, ° C3, ° C4. Преобразувателят се състои от два ключа Q2 и Q3, заредени на трансформатора T3. Импулсното напрежение се коригира от диодния модул D13 и се филтрира от индуктора L2 и кондензаторите C16, ° C18. С помощта на патрона U2 се формира напрежението за регулиране на изходното напрежение.

Помислете за дизайна на захранването, в което има активен KKM:

1. Табло за управление на токова защита;
2. Индуктор, който действа като филтър за напрежение + 12V и + 5V, и функцията за групова стабилизация;
3. Филтърен дросел на напрежение +3.3V;
4. Радиатор, върху който са поставени токоизправителни диоди на изходните напрежения;
5. Главен преобразувателен трансформатор;
6. Трансформатор, който управлява ключовете на главния преобразувател;
7. Трансформатор на спомагателен преобразувател (формиращ напрежение в режим на готовност);
8. Контролна платка за корекция на фактора на мощността;
9. Радиатор, охладителен диоден мост и ключове на главния преобразувател;
10. Филтри за мрежово напрежение срещу смущения;
11. Коректор на фактора на мощността на дросела;
12. Филтърен кондензатор за мрежово напрежение.

Конструктивни характеристики и видове съединители

Обмисли видове конекторикоито може да присъстват в захранването. На задна стеназахранванеконектор за свързване мрежов кабел и превключете. Преди това до конектора на захранващия кабел имаше и конектор за свързване на мрежовия кабел на монитора. По избор могат да присъстват и други елементи:

• индикатори за мрежовото напрежение или състоянието на захранването
• бутони за управление на вентилатора
• бутон за превключване на входното мрежово напрежение 110 / 220V
• USB портове, вградени в USB хъб захранване
• друго.

На задната стена се поставят все по-малко вентилатори, които дърпат въздух от захранването. Цялата купа на вентилатора е поставена в горната част на захранването поради по-голямото пространство за монтаж на вентилатора, което позволява голям и тих активен охлаждащ елемент. На някои захранвания дори са монтирани два вентилатора и отгоре, и отзад.

От предната стена захранващ кабел на дънната платка. В някои захранвания, модулни, той, подобно на други проводници, е свързан чрез конектор. Фигурата по-долу показва.

Можете да видите, че всяко напрежение има свой собствен цвят на проводника:

• Жълт цвят - +12 V
• Червен цвят - +5 V
• Оранжев цвят - + 3.3V
• Черен цвят - обикновен или смлян

За други напрежения, цветовете на проводниците за всеки производител може да варират.

Фигурата не показва конекторите за допълнително захранване за видеокарти, тъй като те са подобни на конектора за допълнително захранване на процесора. Има и други видове конектори, които се намират в маркови компютри от DelL, Apple и други.

Електрически параметри и характеристики на захранващите устройства

Захранването има много електрически параметри, повечето от които не са отбелязани в паспорта. На страничния стикер на захранването обикновено са отбелязани само няколко основни параметъра - работни напрежения и мощност.

Захранваща мощност

Мощността често е посочена на етикета с голям шрифт. Мощността на захранването, характеризира колко може да даде електрическа енергияустройства, свързани към него дънна платка, видеокарта, твърд диск и др.).

На теория е достатъчно да се сумира консумацията на използваните компоненти и да се избере захранващ блок с малко по-висока мощност за резерв. За отчитане на мощносттададените препоръки са доста подходящи. в паспорта на видеокартата, ако има, процесорен термопакет и др.

Но всъщност всичко е много по-сложно, защото захранването произвежда различни напрежения - 12V, 5V, -12V, 3.3V и т.н. Всяка линия на напрежение е проектирана за собствена мощност. Логично беше да се мисли, че тази мощност е фиксирана и тяхната сума е равна на мощността на захранването. Но има един трансформатор в захранването за генериране на всички тези напрежения, използвани от компютъра (с изключение на напрежението в режим на готовност + 5V). Вярно, рядко се среща, но все пак може да се намери захранване с два отделни трансформатора, но такива захранвания са скъпи и най-често се използват в сървъри. Обикновените ATX PSU имат един трансформатор. Поради това мощността на всяка линия на напрежение може да се колебае: тя се увеличава, ако другите линии са слабо натоварени, и намалява, ако другите линии са силно натоварени. Поради това често се пише на захранвания максимална мощноствсяка линия и в резултат на това, ако се сумират, мощността ще излезе дори повече от реалната мощност на захранването. По този начин производителят може да обърка потребителя, например, като обяви твърде голяма номинална мощност, която захранването не е в състояние да осигури.

Имайте предвид, че ако компютърът има недостатъчно захранване, тогава това ще доведе до неправилна работа на устройствата ( замръзване, рестартиране, щракане на главите на твърдия диск), до невъзможност включване на компютъра. И ако в компютъра е инсталирана дънна платка, която не е проектирана за мощността на компонентите, които са инсталирани на нея, тогава дънната платка често функционира нормално, но с течение на времето захранващите конектори изгарят поради постоянното им нагряване и окисляване.

Стандарти и сертификати

Когато купувате PSU, на първо място трябва да разгледате наличието на сертификати и съответствието им със съвременните международни стандарти. На захранващите устройства най-често можете да намерите индикация за следните стандарти:

Съществуват и компютърни стандарти на форм фактор ATX, които определят размерите, дизайна и много други параметри на захранването, включително допустимите отклонения на напрежението при натоварване. Днес има няколко версии на стандарта ATX:

1. ATX 1.3 стандарт
2. ATX 2.0 стандарт
3. ATX 2.2 стандарт
4. ATX 2.3 стандарт

Разликата между версиите на стандартите ATX се отнася главно до въвеждането на нови конектори и нови изисквания към захранващите линии на захранването.

Препоръки за избор на захранване

Кога прави необходимостта от закупуване на ново захранване ATX, тогава първо трябва да определите мощността, която е необходима за захранване на компютъра, в който ще бъде инсталиран този PSU. За да го определите, достатъчно е да обобщите мощността на компонентите, използвани в системата, например с помощта на специален калкулатор. Ако това не е възможно, тогава можем да изхождаме от правилото, че за среден компютър с една видеокарта за игри е достатъчно захранване от 500–600 вата.

Като се има предвид, че повечето от параметрите на захранванията могат да бъдат установени само чрез тестване, ние силно препоръчваме да се запознаете с тестовете и прегледите на възможни кандидати като следваща стъпка - модели на захранване, които са налични във вашия район и отговарят на вашите изисквания поне по отношение на осигурената мощност. Ако това не е възможно, тогава е необходимо да изберете според съответствието на захранването със съвременните стандарти (колкото по-голямо е числото, толкова по-добре), докато е желателно да има верига AKKM (APFC) в захранването. Когато купувате захранване, също е важно да го включите, ако е възможно на мястото на закупуване или веднага след пристигането си у дома, и да видите как работи, така че захранването да не издава скърцане, бръмчене или друг външен шум.

Като цяло трябва да изберете захранване, което е мощно, добре направено, с добри декларирани и действителни електрически параметри, а също така се оказва лесно за използване и тихо по време на работа, дори и при голямо натоварване. И в никакъв случай не трябва да спестявате няколко долара при закупуване на захранване. Не забравяйте, че стабилността, надеждността и издръжливостта на целия компютър зависи главно от работата на това устройство.

Добави коментар

Напишете пълни коментари, отговори като "благодаря за статията" не се публикуват!