Назначение блока питания как делятся блоки питания

Обновлено: 02.07.2024

Термин «блок питания» на слуху, пожалуй, у всех. Считается очевидным, что он нужен для работы бытовой и промышленной аппаратуры. Но что скрывается в «черном ящике» (зачастую, в буквальном смысле), мало кто из пользователей задумывался хоть раз. А иногда такие знания бывают полезными.

Что такое блок питания и для чего нужен

Немногие потребители напрямую питается переменным напряжением 220 вольт. Большинству из них требуется постоянное напряжение определенного уровня – обычно, от 3,3 до 24 вольт. Блок питания - это преобразователь сетевого напряжения (будем называть его первичным) в постоянное напряжение (вторичное). В некоторых случаях в качестве первичного источника питания может выступать, например, бортовая сеть автомобиля или мотоцикла. В ней чаще всего используется напряжение 12 вольт (бывает и 6, и 24 вольта). Для некоторых потребителей этого достаточно. Некоторым нужно большее или меньшее напряжение. В этом случае используют повышающий или понижающий DC-DC преобразователь, который также представляет собой блок питания.

Еще под этим термином скрываются приборы, которые в быту называют зарядными устройствами. Их применяют большей частью для зарядки аккумуляторов мобильных устройств (или автомобилей), но они также являются блоками питания.

Виды БП их ключевые отличия плюсы и минусы

Разделить блоки питания на категории можно по разным критериям. Например, встроенные и переносные. Встроенные используются для питания только того устройства, частью которого они являются. Пример – БП телевизоров, компьютеров и т.п.

Техника с встроенными блоками часто имеет выводы для питания внешних устройств. Для этой цели служат, например USB-порты ПК (помимо функции передачи данных).

К переносным относятся источники питающих напряжений ноутбуков, мобильных телефонов, планшетов и т.п. От них можно осуществить энергоснабжение и других устройств – аналогичных или имеющие подходящие параметры по электропитанию.

Также можно разделить БП по первичному источнику (сетевые или автомобильные), по возможности регулирования, по наличию стабилизации и по другим критериям. Но все же главным различием, во многом определяющим потребительские качества и область применения источников, является их схемотехника.

Трансформаторные источники

Это самый традиционный источник вторичных напряжений, его схема отработана десятилетиями:

понижающий трансформатор;
выпрямитель;
сглаживающий фильтр;
стабилизатор - регулируемый или с фиксированным выходом (может отсутствовать);
выходной сглаживающий фильтр (если есть стабилизатор).

Схема такого источника несложна, в нем содержится немного элементов, дорогостоящие компоненты отсутствуют. Проблема лишь в массогабаритных показателях. С ростом выходной мощности потребуется более мощный трансформатор, который намотан на сердечнике из трансформаторного железа. Также с увеличением выходного тока появляются проблемы отведения тепла от диодов выпрямителя, решаемая применением громоздких металлических радиаторов. Для сглаживания пульсаций на мощной нагрузке требуются оксидные конденсаторы большей емкости, а это также рост габаритов и веса. Если для поддержания заданного напряжения применяется линейный стабилизатор, то на его регулируемом элементе падает большая мощность.

Все это привело к тому, что в настоящее время область применения таких БП значительно сузилась. Они применяются лишь в качестве маломощных источников, а также там, где предъявляются особые требования к чистоте выходного напряжения. Реально увидеть такой источник сейчас можно, пожалуй, только в старых телевизорах и звукотехнике производства прошлых лет.

Бестрансформаторные

Существует техническое решение, позволяющее несколько снизить вес традиционного источника. Вместо трансформатора применяется балластный резистор или емкость. На нем падает излишек напряжения.

У устроенного по подобному принципу БП есть существенные недостатки:

на балласте впустую рассеивается большая мощность;
выходное напряжение в отсутствие стабилизатора имеет ярко выраженную зависимость от нагрузки.

А самое главное – в такой схеме отсутствует гальваническая развязка от первичного источника, и все элементы блока находятся под полным сетевым напряжением относительно земли. Поэтому такие БП используются крайне редко, в качестве совсем уж дешевых зарядных устройств.

Импульсные

Самые распространенные источники питания для бытовой и промышленной техники – импульсные. Их выходная часть содержит все те же элементы, что и традиционные устройства:

трансформатор, преобразующий первичное напряжение во вторичное;
выпрямитель;
сглаживающий фильтр.

Принципиальное отличие от рассмотренной выше схемы состоит в том, что первичная обмотка трансформатора питается от напряжения относительно высокой частоты, а это ведет:

к уменьшению массы и габаритов трансформатора (его можно выполнить на ферритовом сердечнике);
снижению потребной емкости выходных конденсаторов.

Чтобы из сетевого напряжения частотой 50 Гц получить импульсы высокой частоты, используется специальный преобразователь – инвертор. Сначала сетевое напряжение выпрямляется до постоянного, а потом ключами инвертора нарезается на импульсы. Силовые элементы (обычно, транзисторы) работают в ключевом режиме, поэтому на них рассеивается относительно небольшая мощность.

Инвертор по отношению к трансформатору является первичным источником, поэтому возникает еще одно преимущество – стабилизировать напряжение на выходе можно воздействием на инвертор с помощью обратной связи. Цепи стабилизации получаются компактными и почти не потребляющими мощности. Минусы таких источников – сложная схемотехника и большое количество высокочастотных составляющих в выходном напряжении. Первый недостаток при токах уже выше 2..3 А нивелируется легкостью и компактностью. Второй в большинстве случаев несущественен.

Типы в зависимости от назначения

Большинство пользователей мало интересуется, по какой схеме собран их источник питания. И такой подход оправдан (за исключением, если БП бестрансформаторный – в этом случае полезно знать, что он представляет собой источник повышенной опасности). В быту источники делятся по другим критериям.

Мощные

Деление блоков питания на виды по мощности достаточно условно. Граница между мощными и маломощными источниками нормативной документацией не устанавливается. Условную границу по току можно провести на уровне 3..5 ампер, по мощности – 15-25 ватт. Все, что выше этой черты считается мощными блоками питания. Разграничение примерно проходит по БП для ноутбуков.

В быту к этому типу источников питающего напряжения относят, в том числе, сетевые преобразователи для светодиодных лент. Имея выходной уровень, например, 12 вольт, они могут обеспечивать ток и 10, и 20 ампер – в зависимости от исполнения (мощные БП часто выполняются с вентилятором принудительного охлаждения). Это составляет мощность 120 или 240 ватт.

Маломощные

К этому типу БП относятся зарядные устройства для мобильных гаджетов. Чаще всего они выдают ток до 2 ампер (при 5 вольтах мощность составит до 10 ватт). Этого достаточно для зарядки аккумуляторов в обычном режиме. Для реализации режима быстрой зарядки потребуется ток не менее 5 А. Также существуют источники на ток 0,5..1 А. Они малопригодны для восстановления запаса энергии телефона или планшета, но их назначение - зарядка беспроводных наушников или аккумуляторов для других маломощных устройств.

Ультратонкие

К этой категории относятся БП с толщиной от 12 до 20 мм при мощности до 200 ватт и до 35 мм при мощности до 400 ватт. Их удобно прятать в детали интерьера или применять в условиях ограниченного пространства. Такие источники нужны для обустройства рекламных вывесок, лайтбоксов и т.п.

Так выглядит ультратонкий импульсный источник питания.

Влагозащищенные

По степени защиты источники вторичных напряжений можно разделить на обычные и влагозащищенные. Чтобы определить, к какой категории относится источник, надо найти на его шильдике или в технической документации обозначение вида IP ZY, где Z – цифра от 0 до 6, обозначающая защиту от попадания внутрь твердых частиц, а вторая цифра Y (от 0 до 9) – защита от воды. Чем выше значение, тем выше защищенность. Так, IP20 означает, что БП никак не защищен от попадания воды, а IP 67 – что устройство выдержит погружение на глубину до 100 см на полчаса. Надо понимать, что за все надо платить, и, выбирая БП для применения в жилом помещении, нет экономического смысла приобретать прибор с высоким уровнем защищенности. Наоборот, источник, который предназначен для работы на улице, должен иметь уровень влагозащищенности хотя бы 3. Если класс защиты будет ниже, то БП проработает до первого дождя.

Если вместо одной из цифр обозначение IP содержит литеру X (например, IP2X), это означает, что устройство не сертифицировано по данной защите (хотя она может присутствовать).

С активным охлаждением

Мощные блоки питания часто выполняются с вентилятором для повышения эффективности отвода тепла. За счет этого несколько уменьшаются габариты радиаторов (и всего блока), но при работе такой БП издает заметный шум. Это надо учитывать при выборе источника вторичных напряжений для работы внутри помещений.

Основные характеристики для выбора

В первую очередь источники питания выбираются, прежде всего, по выходному напряжению – одному или нескольким необходимым.

Дальше надо определить, что будет первичным источником. Во многих случаях это бытовая сеть 220 вольт, но иногда надо запитать нагрузку от бортсети автомобиля или мотоцикла.

Далее надо обратить внимание на мощность источника питания в ваттах (или максимальный ток нагрузки в амперах). Если даже БП подойдет по напряжению, а выходной ток недостаточен, то обеспечить потребителя электроэнергией не получится. Напряжение, ток и мощность для постоянного тока связаны единой формулой:

P=U*I, где:

Как по параметрам подобрать блок питания для компьютера

Зная две величины, всегда можно вычислить третью.

Если выходная мощность (или ток) превышают потребную для имеющейся нагрузки, то БП использовать можно, но он будет дороже.

Потом надо определить и другие критерии, которые могут оказаться важными:

исполнение устройства;
разъем (могут понадобиться переходники или переделка);
другие параметры.

Что касается разъемов, в этом плане все стремится к упорядочиванию и стандартизации. Прошли те времена, когда каждый производитель оснащал свои БП собственным терминалом. Сейчас большую часть рынка занимают Lightning, MicroUSB и USB Type С. Последний тип терминала выглядит наиболее перспективным. Возможно, он и станет мировым стандартом.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Осознанный подход к выбору БП служит залогом долгой службы устройства. Если он подобран в соответствии с условиями работы, определять период работы будет только качество его изготовления.

Содержание

Подбираем БП по мощности

Как бы просто это не звучало, но для того, чтобы определить мощность будущего блока питания, необходимо сложить потребляемую мощность всех компонентов ПК и сделать небольшой запас, на случай каких-либо изменений или модернизации. Также следует учесть один момент, который заключается в том, что блоки питания от не именитых брендов часто завышают свои характеристики, или указанная мощность БП рассчитана при максимальной нагрузке. Таким образом, если БП будет работать на пике мощности постоянно, это, несомненно, приведет к уменьшению его срока службы и может привести к различным сбоям в питании. Если при выборе вы все же отдали предпочтение малоизвестному бренду, следует покупать БП с запасом мощности хотя бы в полтора раза, а лучше в два раза. Добавлю, что мощность БП следует подбирать из значений номинального потребления всех компонентов ПК, а не пиковых значений. Для покрытия пикового энергопотребления мы как раз и берем БП с запасом мощности.

Что касается реальных цифр, следует сказать, что для офисного ПК или компьютера для бытовых задач хватит БП с мощностью до 400 Вт. Что касается современных ПК для игр, часто приходится использовать БП с мощностью 800-900 Вт и более. При выборе блока питания рекомендую также не забывать о потреблении энергии систем охлаждения и всевозможных декоративных подсветках. Для вашего удобства в интернете можно найти специальный калькулятор для расчета.

Энергоэффективность и КПД

КПД определяет соотношение потребляемой мощности БП к реальной выходной его мощности. Для облегчения задачи выбора «правильного» для вас БП существует специальная стандартизация Energy Star. Если я не ошибаюсь, последняя версия этого стандарта 4.0, но насколько я знаю, обновления в этой версии стандарта было довольно давно. В любом случае, сейчас этот стандарт заключается в следующих требованиях и маркировках:

80 Plus. В таких БП эффективность составляет не ниже 80%
80 Plus Bronze. Самый распространенный тип, эффективность не ниже 82%
80 Plus Silver. В этом стандарте КПД составляет не менее 85%
80 Plus Gold. В этом типе КПД превышает 87%
80 Plus Platinum. Это самые эффективные устройства с КПД не менее 90%

Эта небольшая деталь крайне важна при выборе и на нее точно следует опираться. Конечно, покупать БП без этой сертификации вообще не стоит. А оптимальным решением по цене и эффективности могут стать блоки с маркировкой 80 Plus Bronze. Эти блоки на сегодняшний день являются самими распространенными. К примеру, если вы приобретаете БП с мощностью 800 Вт со стандартом 80 Plus Bronze, его реальная выходная мощность составит 656 Вт.

Форм-фактор и типы подключения

Не стоит забывать о том, что существуют разные форм-факторы БП, это сделано для совместимости с различными типами корпусов ПК. Самым распространенным типом БП и корпусов для них являются устройства с маркировкой ATX. Но еще существуют БП с другими форм-факторами SFX, TFX и EPS. Эта характеристика обязательно будет указана на БП.

Также обращаю ваше внимание на то, что существует два типа подключения оборудования к БП.

Стандартный тип. В этом типе все разъемы для подключения оборудования уже стационарно установлены и их нельзя поменять. То есть провода с разъемами буквально впаяны в БП. Это классическое и самое распространенное решение. Такие БП бывают с разными разъемами для ЦПУ (к примеру, на 4 или 8 контактов), а также могут отличаться по разъемам для материнских плат (на 24 контакта и на 20 контактов для старых моделей или серверных плат). Также на такие БП могут быть абсолютно со всеми возможные разъемы. Обычно используется самые распространенные современные разъемы, но все же перед покупкой стоит этот момент проверить.

Модульный тип. Это более дорогое решение, обычно используется в ПК с прозрачной крышкой корпуса. В таком типе устройства к БП подключается только то оборудование, которое установлено в ПК в данный момент. Таким образом, можно избежать лишнего нагромождения неиспользуемых проводов.

Что такое PFC

PFC – это система, обеспечивающая автоматическую коррекцию выходной мощности в зависимости от входящих изменений в токе. Очень полезная и необходимая функция, особенно при использовании дорогостоящего оборудования. Также стоит знать, что система PFC делится на два типа: PPFS, APFC.

PPFS – это пассивная система, обычно применяется в более дешевых моделях БП, такая система обладает небольшой способностью сглаживания токов.

APFC – это активная система, уже более дорогая, поскольку она выполнена на отдельной плате, и по сути является еще одним питающим элементом. Такая система может сглаживать большие перепады в токе и обеспечивает стабильную выходную мощность и ток.

Применяем знания на практике

Исходя из вышеизложенной базовой информации, можно приступить к выбору блока питания. Для начала определяемся с форм-фактором и типом подключения БП. Затем подбираем мощностью будущего БП, исходя из суммарного энергетического потребления вашего оборудования опираясь на запас и КПД (стандартизацию Energy Star). Также можно обратить внимание на охлаждение блока питания. Здесь чем больше лопасти вентилятора, тем меньше производят они шума и лучше охлаждают. Также есть модели БП с пассивным охлаждением, в таких моделях для отвода тепла используется большой алюминиевый радиатор.

Ну, а на этом все, надеюсь, публикация была полезна для вас. Спасибо, что дочитали статью до конца. Также можете посетить мой блог на сайте. Там вы найдете еще больше различных статей и обзоры разных устройств.

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.

Примером такого использование может служить энергоснабжение помещений с высокой степенью опасности поражения электрическим током, например, ванных комнат.

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

ВИДЫ И ТИПЫ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

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).

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.

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.

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

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%.

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.

По-хорошему рабочий ток должен превышать на 10-20% максимально потребляемый ток устройства.

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

Блок питания — важная часть любого электронного устройства. От надёжности этого узла зависит правильное и длительное функционирование всей системы. В статье мы выясним, что такое блоки питания (БП), для чего нужны и какие бывают.

Определение и назначение

Согласно техническому определению, блок питания — это электрическое устройство, предназначенное для формирования напряжений питания. БП — вторичный источник электропитания.

Открываем техдокументацию и читаем. Вторичный источник электропитания преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения, например, промышленной сети в электроэнергию с параметрами, необходимыми для работы вспомогательных устройств.

Делаем вывод: назначение блока питания — обеспечение устройств, работающих от электроэнергии, напряжением с заданными параметрами, необходимыми для их функционирования.

Важно! Если прибору требуется несколько разных напряжений (например, ПК), то блок питания имеет несколько выходных каналов — каждый на свою величину.

Виды блоков питания и их различия

По конструктивному исполнению все БП бывают двух типов:

Первый тип, как можно догадаться из его названия, встраивается в устройство, которое он питает. Подавляющее большинство бытовой техники имеет встраиваемые так называемые собственные блоки питания. Их задача — преобразовать сетевое напряжение 220 В 50 Гц в одно или несколько необходимых для работы устройства.

Полезно! Внутренним будет считаться и БП в компьютере, хотя он и сделан как отдельный съёмный модуль.

Внешний БП представляет собой отдельный модуль в собственном корпусе. Питание с такого модуля подаётся на устройство по кабелю. Обычно такое решение применяют для малогабаритной аппаратуры и аппаратуры с низким энергопотреблением.

А теперь интересный вопрос — зарядка на мобильный телефон или смартфон — это блок питания или зарядное устройство? Для многих — зарядное устройство. Тогда дополнительный вопрос — БП для ноутбука — это блок питания или зарядное устройство? И здесь мнение будет однозначным — и то и другое.

Тогда почему у телефона только зарядник? Кто из нас не работал с разряженным смартфоном, воткнутым в розетку? Да все работали, когда очень надо, а батарея села. Таким образом, и зарядник мобильника, и БП ноутбука — два в одном — это и блок питания, и зарядное устройство.

А вот, например, с аккумуляторным шуруповёртом всё иначе. У него именно зарядное устройство, а не блок питания, поскольку рабочий ток оно обеспечить шуруповёрту не может.

То же самое можно сказать и про автомобильное зарядное устройство — зарядить аккумулятор автомобиля оно может, но обеспечить стартеру необходимый для пуска двигателя ток — нет.

Просмотренные БП бывают 4 видов:

со стабилизацией напряжения;
со стабилизацией тока;
со стабилизацией напряжения и тока;
без стабилизации.

Первый вид обеспечивает заданное стабильное выходное напряжение, которое не зависит от входного, если величина последнего не выходит за допустимые пределы или устройство не потребляет мощность большую, чем может выдать БП. В противном случае простые источники выходят из режима стабилизации, а то и из строя, более «умные» аварийно отключают устройство и отключаются сами, не допуская поломки. Большинство новых блоков питания собрано по схеме со стабилизацией напряжения.

Блоки питания со стабилизацией тока подключают к устройствам, которым нужен стабильный ток. При изменении потребляемой мощности такой блок меняет величину напряжения так, чтобы проходящий через него ток остался неизменным.

Схемы со стабилизацией напряжения и тока часто внедряют в лабораторные блоки питания и автомобильные зарядники. При увеличении потребляемой мощности нагрузкой такой БП поддерживает установленное напряжение, а ток растёт. Когда ток, пройдя через питаемое устройство, достигнет установленного значения, источник начинает держать его (ток) на заданном уровне, при необходимости снижая напряжение.

И наконец, четвёртый вид — без стабилизации — подключают к устройствам, некритичным к величине питающих напряжений. Выходное напряжение в них напрямую зависит от величины входного.

Ну и в завершение поделим блоки питания по принципу работы:

трансформаторные;
импульсные;
с гасящим конденсатором.

Рассмотрим принцип работы каждого типа блоков питания подробнее.

Устройство трансформаторного блока питания

До недавнего времени блоки питания этого типа использовались в подавляющем большинстве электронных механизмов. Посмотрим, как выглядит схема простейшего трансформаторного БП.

Источник состоит из трансформатора T1, выпрямителя VD1, простейшего стабилизатора VT1, R2, VD2 и сглаживающего фильтра С2, С3, С4. Трансформатор здесь основной узел. Его задача понизить или повысить напряжение первичного источника до необходимой величины. В нашем примере трансформатор понижающий — он преобразует сетевое 220 В в 7 В, необходимых для работы следующих узлов.

Трансформатор имеет две или более индуктивно связанные обмотки. На одну из обмоток, называемую первичной, подаётся напряжение первичного источника. Протекающий по ней переменный ток намагничивания создаёт переменный магнитный поток в магнитопроводе. В результате электромагнитной индукции переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех остальных обмотках ЭДС индукции.

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Важно! Трансформаторы могут работать только с напряжениями переменного тока. Если первичный источник выдаёт постоянный ток, то применяют другие типы преобразователей величины напряжения. К примеру, импульсные.

Пониженное переменное напряжение поступает на двухполупериодный выпрямитель, собранный по мостовой схеме. В результате его работы оно преобразуется в постоянное пульсирующее. Первичный фильтр, состоящий из конденсатора С2, сглаживает пульсации, превращая пульсирующее напряжение в постоянное.

Выпрямленное и сглаженное — поступает на простейший параметрический стабилизатор, который поддерживает выходное на заданном уровне (в нашем примере 5 В) даже при небольших колебаниях величины напряжения первичного источника. Оно дополнительно сглаживается конденсаторами С3, С4 и поступает на нагрузку. Если стабилизация не нужна, то блок питания будет состоять только из трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра.

Достоинства и недостатки трансформаторного блока питания большая масса и габариты, катастрофически увеличивающиеся с мощностью; металлоёмкость (магнитопровод и обмотки с относительно большим числом витков);

Устройство и работа импульсного блока питания (ИБП)

Принцип работы такого блока питания в корне отличается от принципа действия трансформаторной конструкции. Здесь входное напряжение сначала преобразуется в постоянное, затем в переменное импульсное высокой (порядка десятков кГц) частоты, а уже после этого понижается при помощи импульсного трансформатора и снова выпрямляется.

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Важно! Импульсные БП бывают и повышающими. Кроме того, они могут работать с первичными источниками постоянного тока. При этом схема первичного выпрямителя из схемы исключается.

Структурная схема простейшего импульсного блока питания

В приведённой схеме напряжение первичного источника выпрямляется при помощи мостового выпрямителя, сглаживается и поступает на импульсный трансформатор через электронный ключ, собранный на транзисторе.

Узел G представляет собой генератор с изменяемой скважностью. Он периодически открывает ключ, и на первичную обмотку трансформатора поступают импульсы, наводящие ЭДС во вторичных обмотках. После разнополярное импульсное напряжение (уже приведённое к необходимой величине) снова выпрямляется, сглаживается и поступает на нагрузку.

Особый интерес представляет обмотка 4 с отдельным выпрямителем, напряжение с которой поступает обратно в блок питания. Это обмотка стабилизации. Далее, с неё подаётся на блок стабилизации BS, который управляет скважностью задающего генератора.

В зависимости от напряжения на этой обмотке скважность (длительность импульсов относительно пауз) генератора автоматически изменяется в ту или иную сторону, а значит, и изменяется выходное напряжение на всех обмотках, поддерживая их на заданном уровне при колебаниях величины входного.

Полезно. Существуют схемы импульсных БП без обратной связи, а значит, источников питания без стабилизации напряжения. Такие блоки питания, например, часто используют в недорогих компактных люминесцентных лампах.

Все приведённые схемы импульсных блоков питания являются простейшими и, конечно, не годятся для серьёзного оборудования. Для примера посмотрим, из чего состоит блок питания персонального компьютера.

Сначала обратим внимание на сетевой фильтр, который устраняет импульсные помехи по сети первичного источника. Дальше — снова выпрямитель и управляемый генератор (инвертор). Только он двухтактный, что существенно повышает КПД источника и его выходную мощность. Потом — всё тот же импульсный трансформатор, но не один, а два. Один основной, второй маломощный и управляется отдельным генератором. Его задача — создание дежурного питания, когда основной БП и сам ПК выключены.

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Почему импульсные трансформаторы мощностью до 500 Вт такие маленькие? Дело в том, что размеры магнитопровода, а значит, и трансформатора зависят от частоты, при которой он работает. Чем выше частота, тем меньший магнитопровод можно использовать. Работай он на частоте 50 Гц, то был бы размером с силикатный кирпич.

Дальше необходимые для работы напряжения с основного трансформатора поступают на выпрямители, сглаживающие конденсаторы и снова фильтры, подавляющие высокочастотные помехи. Есть, конечно, и узел стабилизации, который дополнительно является блоком защиты от перегрузки и короткого замыкания. Этот же узел следит за наличием и величиной всех выходных напряжений. Если хотя бы одно из них выйдет за допустимые пределы, материнской плате будет подана команда экстренной остановки системы.

С узлом регулировки оборотов вентилятора всё понятно. Этот узел измеряет температуру на силовых элементах блока питания и по показателям регулирует обороты вентилятора. Это существенно снижает шум от работы БП при сохранении необходимой степени охлаждения. Этот же блок поднимет тревогу, если вентилятор внезапно остановится.

Габариты и вес. Если мы собрали блок питания мощностью 500 Вт для ПК по трансформаторной схеме, то он бы занял всё место в корпусе ПК. Про вес лучше вообще не упоминать — он бы был неподъёмным. Собранные же на трансформаторах небольших размеров ИБП получаются компактными и лёгкими. Большой диапазон питающих напряжений и частоты. Любой ПК легко запустится и будет отлично работать, скажем, в США, где напряжение в розетках 100–127 В при частоте 60 Гц. Высокий КПД. Коэффициент полезного действия ИБП исключительно высок и может достигать 98 %. Для вторичных источников питания это очень много. Схемы на трансформаторах обычно ограничиваются КПД 70 % и менее. высокочастотные электромагнитные помехи и помехи по линиям питания.

Устройство и работа блока питания с гасящим конденсатором

Это самый простой тип блоков питания. В него включены: конденсатор, выпрямитель и стабилизатор. Вот и весь БП.

В принципе, он мало отличается от трансформаторной схемы, но самого трансформатора здесь нет. Его роль исполняют неполярные высоковольтные конденсаторы. Как они гасят излишек электроэнергии? Дело в том, что в цепях переменного тока конденсатор представляет собой реактивное сопротивление. На нём падает часть напряжения, остальная его часть, величина которой зависит от ёмкости конденсаторов, поступает на выпрямитель, сглаживается конденсатором C3, стабилизируется простейшим параметрическим стабилизатором и поступает на нагрузку.

Стабилитрон VD2 защищает последующие цепи БП от перенапряжения в случае, если нагрузка окажется отключенной. Тогда стабилитрон откроется, войдёт в режим стабилизации, и напряжение на выходе выпрямителя останется на допустимом уровне.

Резистор R2 служит для безопасности конструкции. Он разряжает конденсаторы С1, С2, как только мы выдернем вилку питания БП из розетки. В противном случае нас может ударить током, даже если мы просто возьмёмся за контакты вилки.

низкая нагрузочная способность, которая обычно составляет десятки миллиампер; Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники. Основным недостатком такой схемы будет отсутствие гальванической развязки с первичным источником питания. Это означает, что при работе от электросети все элементы, включая элементы питаемого оборудования, будут под опасным для жизни напряжением.

Как подобрать для питания конкретной нагрузки

Предположим, нам необходимо запитать какую-то конструкцию или готовый механизм. Как подобрать подходящий БП? Для этого учитываем три основных критерия:

необходимое для прибора напряжение;
потребляемый прибором ток;
наличие или отсутствие стабилизаторов тока или напряжения.

Пусть нам нужно питать низковольтный светодиодный прожектор. Рассчитан он, как указал производитель, на напряжение 12 В, потребляемая мощность 7 Вт.

Сначала рассчитываем потребляемый осветителем ток: 7 : 12 = 0,58 А. Как правило, осветительные приборы требуют стабилизации тока. Значит, нам нужен БП со стабилизатором тока на 580 А. Попробуем найти такой источник питания в интернете. Вот он. Ток стабилизации, правда, на 20 мА больше положенного, но это некритично, поскольку найти источник на точно заданный ток невозможно.

Теперь запитаем магнитолу. Точно так же рассчитываем, читаем на шильдике или измеряем ток на максимальной громкости. Предположим, 8А. Напряжение электропитания бортовой сети автомобиля нам известно — 12–14 В. Какая стабилизация нужна? В принципе, никакой — в автомагнитоле есть встроенный стабилизатор. Важно, чтобы БП выдавал 12–14 В и обеспечивал ток до 10 А (с запасом). Это составит 140 Вт.

В принципе, ничего плохого не будет, если мы возьмём 12-вольтовый БП со стабилизацией напряжения. Но найти сейчас в продаже БП без стабилизатора достаточно сложно.

Для питания светодиодной ленты, конечно, мы выберем БП соответствующей мощности со стабилизатором напряжения 12 или 24 В (зависит от типа используемой ленты).

Импульсный, с трансформатором или гасящим конденсатором? От последнего лучше сразу отказаться — очень опасно. Но если БП будет встроен в прибор, и его никто не будет разбирать, то останется на крайний случай. При этом, конечно, питаемое устройство должно быть маломощным.

Ну а импульсный или трансформаторный — тут решать каждому индивидуально. Если потребляемые токи большие, лучше предпочесть импульсные приборы, поскольку трансформаторные большего размера и веса. Малое потребление? Подойдёт и трансформаторный, особенно если он уже лет 5 валяется на чердаке без дела.

Единственное, выбирая импульсный БП, не следует забывать про электромагнитные помехи и помехи по цепям питания, которые он создаёт. Если в помещении есть оборудование, чувствительное к электромагнитным помехам, то, конечно, нужно выбирать трансформаторную конструкцию.

Вот мы и выяснили, что такое блок питания и для чего служит. Каких типов и видов бывают и чем отличаются друг от друга. Теперь мы без проблем подберём БП для своих целей.

Читайте также: