- Робота аналогових блоків живлення
- Принцип дії імпульсних пристроїв
- Робота інвертора в блоці живлення
- Плюси і мінуси імпульсних блоків
- Збирання імпульсного блоку живлення
Сучасні електронні пристрої розраховані на роботу від слабких струмів від 1-2 до 6-12 вольт. Раніше таку напругу досягалося шляхом використання аналогових або трансформаторних блоків живлення , Які в даний час майже не використовуються. В першу чергу це пов'язано з великими габаритними розмірами, нерідко перевищують розміри підключеного приладу. На зміну цим джерелам прийшов імпульсний блок живлення, схема якого забезпечує стабільну і надійну роботу електронних приладів. Для того щоб зробити правильний вибір, необхідно добре уявляти собі конструктивні особливості і принцип дії цих пристроїв.
Робота аналогових блоків живлення
Попередниками імпульсних пристроїв довгий час були аналогові блоки живлення, обладнані знижувальним трансформатором. На малюнку спрощеної структурної схеми добре видно, що цей прилад встановлений на самому вході. За допомогою понижувального трансформатора амплітуда напруги живлення перетвориться з мережевих 220 В до потрібного значення.
Після цього синусоїдальний струм потрапляє в випрямляч, де перетворюється в імпульсний. Дана процедура здійснюється за допомогою напівпровідникових випрямних елементів - діодів, підключених за схемою діодного моста.
Наступним елементом є блок, що складається з фільтра, що згладжує і стабілізатора. Згладжування напруги здійснюється конденсатором, які мають відповідну розрахункову місткість. Після виконується стабілізація, щоб уникнути провалів напруги в разі збільшення навантаження. Дана схема приведена в дуже спрощеному вигляді, оскільки в блоках живлення 12В цього типу існують додаткові елементи у вигляді вхідного фільтра та захисних ланцюгів, що не роблять істотного впливу на загальну функціональність пристрою.
Основним обмеженням використання трансформаторних блоків є їх надмірна маса і габаритні розміри. наприклад, понижуючий трансформатор 220/12 з номінальною потужністю 250 Вт важить приблизно 4 кг, а його довжина, ширина і висота складають 125х124х89 мм. Даний фактор робить неможливим використання таких приладів в сучасних мініатюрних пристроях.
Принцип дії імпульсних пристроїв
Імпульсні пристрої - ПІП працюють абсолютно за іншим принципом, суттєво відрізняється від аналогових блоків живлення. Це підтверджують і структурні схеми, в якій відсутній вхідний понижуючий трансформатор.
Принцип роботи такого джерела живлення здійснюється на практиці в такій послідовності:
- Спочатку харчування потрапляє в мережевий фільтр, який зведе до мінімуму вхідні та вихідні мережеві перешкоди, які утворюються в результаті робочих процесів.
- Далі починає діяти блок, в якому синусоїдальна напруга перетвориться в імпульсна. Разом з ним починається робота фільтра, що згладжує.
- Після цього в робочий процес включається інвертор, що формує високочастотні прямокутні сигнали. Для зворотного зв'язку з інвертором використовується блок управління.
- Імпульсний трансформатор - ІТ забезпечує автоматичний генераторний режим, подачу напруги на окремі ділянки ланцюгів, захист, управління контролером і навантаження. Крім того, ІТ забезпечує гальванічну розв'язку між ланцюгами з високим і низьким напругою. Для його сердечника використані феррімагнітниє матеріали, що забезпечують надійну передачу високочастотних сигналів в діапазоні від 20 до 100 кГц.
- На наступному етапі починається робота вихідного випрямляча, що працює з напругою високої частоти. Його конструкція виконана на основі швидкодіючих напівпровідникових елементів - діодів Шотки .
- По завершенні процесу напруга згладжується на вихідному фільтрі, після чого воно вже надходить на навантаження.
Робота інвертора в блоці живлення
Інвертор є основним елементом імпульсного блоку. Його основна функція полягає в високочастотної модуляції, яка може бути виконана частотно-імпульсним, фазоімпульсним і широтно-імпульсним (ШІМ) способами.
У практичній роботі схема імпульсного блоку живлення найчастіше використовує останній варіант, що відрізняється простим виконанням і постійної комунікаційної частотою.
Робота цього контролера виконується за наступною схемою, наведеною на малюнку вище:
- За допомогою генератора, що задає частоти, відбувається формування прямокутних сигналів з частотою, що відповідає опорному значенню. Ці сигнали служать базою для формування Uп, що має пилкоподібну форму і надходить на Кшимов, тобто, на вхід компаратора.
- До другого входу компаратора виконується підводка сигналу Uус, що приходить з регулюючого підсилювача. В результаті, сигнал, сформований підсилювачем буде являти собою пропорційну різницю опорного напруги (U п) і регулює сигналу від ланцюга зворотного зв'язку (Uрс).
- За допомогою цього способу утворюється замкнута ланцюг, що забезпечує управління напругою на виході, утворюючи тим самим своєрідний лінійно-дискретний функціональна одиниця. На виході відбувається формування імпульсів, тривалість яких залежить від різниці між опорним і керуючим сигналами. На основі даного вузла виникає напруга, що дозволяє управляти ключовим транзистором інвертора.
Стабілізація вихідної напруги здійснюється шляхом контролю над його рівнем. Якщо воно змінюється, то відповідно відбувається і пропорційне зміна напруги Uрс - регулює сигналу. За рахунок цього зменшується або збільшується тривалість часового проміжку між імпульсами. В результаті потужність вторинної ланцюга змінюється і вихідна напруга стабілізується. Гальванічна розв'язка, якої обладнуються всі імпульсні блоки живлення, забезпечує безпеку між живильною мережею і зворотним зв'язком і виконується за допомогою оптронів.
Плюси і мінуси імпульсних блоків
У порівнянні з аналоговими перетворювачами такої ж потужності, імпульсні блоки мають безсумнівні переваги:
- Незначна маса і габарити, оскільки в конструкції відсутній понижуючий трансформатор низької частоти і керуючі елементи, що вимагають великих радіаторів для відведення тепла. Перетворення високочастотних сигналів привело до зниження ємності конденсаторів, встановлених в фільтрах і їх габаритних розмірів.
- У них значно вище коефіцієнт корисної дії, так як більшість втрат пов'язано лише з перехідними процесами. В аналогових же системах велика кількість енергії постійно втрачається через електромагнітних перетворень.
- Завдяки напівпровідникових елементів, значно знижується вартість вироби.
- Вхідна напруга має більш широким діапазоном. Імпульсні блоки можна підключати до будь-яких мереж, оскільки для них не має значення частота і амплітуда.
- Всі пристрої надійно захищені від коротких замикань, перевантажень та інших нестандартних ситуацій.
Однак, навіть такі досконалі пристрої мають певні недоліки. В першу чергу, це перешкоди, викликані високочастотним перетворювачем. Через це потрібно установка фільтра для придушення цих перешкод. Він не завжди достатньо ефективний, тому застосування імпульсних блоків обмежена для спільної експлуатації з високоточною апаратурою.
Використання цих пристроїв висуває особливі вимоги до підключається навантаженні, яка не повинна бути занадто високою або занадто низькою. У разі перевищення струмом рівня нижнього або верхнього порогу, вихідна напруга за своїми характеристиками буде значно відрізнятися від номінального.
Збирання імпульсного блоку живлення
Досить часто виникають ситуації, коли потрібно зібрати імпульсний блок живлення своїми руками для конкретного електронного обладнання. За основу можна взяти імпульсний трансформатор, наявний в комп'ютерному блоці і зробити досить потужний ДБЖ. Схема досить проста, що не вимагає окремих налаштувань.
Основою полумостового драйвера служить мікросхема IR2151. Посилення сигналу генератора здійснюється за допомогою потужного польового транзистора, що закріплюється на теплоотводе.
Найпростіший імпульсний блок живлення буде складатися з наступних деталей: термистора, резистора на 47 кому, діода FR107, електролітичних конденсаторів і інших деталей, позначених на схемі.
Подібні саморобні блоки живлення можуть використовуватися для досить потужних електронних пристроїв. При бажанні їх можна завжди підігнати за параметрами під конкретний прилад.