Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Практическая электроника, Ремонт бытовой техники, Электрические приборы и устройства » Блоки питания электронных устройств - устройство и принцип работы основных схем
Количество просмотров: 87355
Комментарии к статье: 6


Блоки питания электронных устройств - устройство и принцип работы основных схем


Значительная часть производимой электрической энергии прежде чем достигнуть конечного потребителя, подвергается разнообразным процессам преобразования. Эти манипуляции включают в себя трансформацию, регулирование, стабилизацию, выпрямление, инвертирование, фильтрацию, преобразование напряжения в ток и многие другие.

Особенно активно ведется разработка мощных преобразовательных устройств, базирующихся на силовых полупроводниковых транзисторах и вентилях. Эти устройства нацелены на обеспечение вторичного электропитания для различных областей применения, таких как радиоэлектронная аппаратура, системы автоматики, вычислительная техника, медицинская аппаратура и многое другое.

Ключевой аспект эффективности использования электрической энергии в радиоэлектронной аппаратуре, информационно-измерительной и вычислительной технике в значительной мере зависит от методов преобразования, регулирования и стабилизации напряжения, а также средств их реализации.

Сетевые электронные блоки питания

Электронные устройства можно условно разделить на две группы: мобильные и стационарные. Первые из них используют так называемые первичные источники питания, - гальванические батареи или аккумуляторы, которые имеют запас электроэнергии.

Здесь сразу вспоминаются мобильные телефоны, фотоаппараты, пульты дистанционного управления и много других портативных устройств. В этом случае аккумуляторы и батареи вне конкуренции, поскольку заменить их попросту нечем. Единственным неудобством, платой за мобильность является то, что время действия таких устройств ограничено емкостью батарей, и, как правило, невелико. Исключением из этого правила являются, разве что, наручные часы. Потребление энергии у них очень низкое, что заложено на стадии проектирования, поэтому на одной батарейке часы могут ходить целый год, а то и больше.

Стационарные устройства, как правило, получают питание от вторичных источников. Такие источники собственной энергии не вырабатывают, а лишь преобразуют электрический ток до требуемых параметров: из сетевого напряжения 220В блоки питания вырабатывают пониженные напряжения, необходимые для питания полупроводниковой аппаратуры. Такие блоки питания часто называются сетевыми.

Блоки питания электронных устройств

Опасные сетевые блоки питания

Самыми простейшими являются блоки питания с гасящим конденсатором или резистором. Подобные блоки описывались в радиотехнических журналах в девяностые годы прошлого века. КПД таких блоков питания крайне мал не более 20%, поэтому они применяются для питания устройств, мощность которых не более единиц ватт: можно запитать одну – две микросхемы.

Основным недостатком подобных блоков является то, что они гальванически не развязаны от первичной сети, в результате чего вся схема – потребитель также находится под опасным потенциалом. Прикосновение к элементом такой схемы совсем нежелательно, и даже опасно. Поэтому налаживание подобных конструкций выполняется с использованием развязывающего трансформатора, описанного в статье «Как изготовить трансформатор безопасности».

Но даже при таком налаживании эти схемы все равно остаются опасными, поэтому рекомендовать их для применения не следует. Если все же такой схемы не избежать (какой смысл делать отдельный источник для питания фотореле, которое висит высоко на столбе?), то остается надеяться на аккуратность и грамотность пользователя.

Опасный блок питания

Безопасные блоки с гасящим конденсатором

Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети описана в статье «Терморегулятор для сварки пластмасс» и показана на рисунке 1. Автор схемы В. Кузнецов.

Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети
Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети

Рисунок 1. Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети

Схема подробно описана в упомянутой статье, была многократно повторена (не один десяток раз) и показала отличные результаты. Поэтому здесь отметим только основные моменты. Сетевое напряжение через гасящий конденсатор C1 выпрямляется мостом VD1 и стабилизируется на уровне 24В стабилизатором на транзисторе VT3. От этого стабилизатора питается генератор, выполненный на транзисторах VT1, VT2. «Силовой» трансформатор Тр2 выполнен на ферритовом кольце диаметром 20 мм.

Такой трансформатор на частоте 40…50 КГц может выдать в нагрузку мощность до 7 ватт, что вполне достаточно для питания схемы, описанной в статье. Выходные напряжения стабилизируются простейшими параметрическими стабилизаторами на стабилитронах VD5, VD6. Благодаря наличию развязывающего трансформатора Тр2, питаемая нагрузка гальванически развязана от сети, что обеспечивает электробезопасность схемы.

Представьте себе, как бы выглядела термопара, находящаяся под потенциалом сети! Но следует заметить, что все, что изображено на схеме справа от сердечника трансформатора Тр2, находится под потенциалом сети, и требует аккуратного и осторожного обращения. Еще одна схема безопасного блока питания с гасящим конденсатором показана на рисунке 2.

Схема безопасного блока питания с гасящим конденсатором

Рисунок 2. Схема безопасного блока питания с гасящим конденсатором

Первичная обмотка трансформатора малогабаритных блоков питания содержит несколько (четыре…семь) тысяч витков сверхтонкого провода,- 0,05…0,06мм . Чтобы такую обмотку не мотать предлагается с помощью гасящего конденсатора снизить напряжение на первичной обмотке до 30…40В. В этом случае первичная обмотка содержит не более 600…700 витков достаточно толстого провода (0,1…0,15мм). Вторичная обмотка рассчитывается как обычно на требуемое напряжение.

Трансформатор можно намотать на магнитопроводе Ш12*15 от абонентского громкоговорителя. Более точно значение напряжений можно подобрать при помощи конденсатора C1. За счет использования трансформатора выход блока питания гальванически развязан от сети. Мощности подобного блока питания вполне хватало, чтобы запитать простенький генератор (шесть или семь микросхем серии К561) для настройки телевизоров. Напряжение питания было сделано 9 В. Подробно об устройстве и налаживании этого блока питания можно прочитать в журнале «Радио» №12_98.

Блок питания с трансформатором

Блоки питания современной аппаратуры

Современная аппаратура промышленного изготовления, например, компьютеры, музыкальные центры, телевизоры, - большей частью имеет импульсные источники питания.

Основная идея таких источников в следующем. Выпрямленное напряжение сети преобразуется инвертором в переменное частотой в несколько десятков, а иногда и сотен килогерц. На таких частотах трансформаторы получаются очень малых размеров, что позволяет значительно уменьшить габариты и массу блоков питания.

После трансформатора импульсные напряжения выпрямляются и сглаживаются фильтрами, размер которых за счет высокой частоты также невелик по сравнению с традиционными блоками питания, работающих на частоте сети. Стабилизация выходных напряжений осуществляется в первичной цепи при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ, что также способствует повышению КПД и уменьшению габаритов блока питания.

Не столь давно считалось, что импульсные источники питания оправдывают себя лишь начиная от мощности не менее 100 Ватт. При этом основным критерием считалась удельная мощность, т.е. мощность, приходящаяся на 1 кубический дециметр объема блока питания. При мощности импульсного источника ниже 100 Вт, удельная мощность импульсного источника получалась ниже, чем у обычного блока питания. Попросту сказать, габариты импульсного источника могли получиться больше, чем у обычного трансформаторного.

Но техника не стоит на месте, элементная база электроники развивается очень быстро. Современная промышленность освоила производство импульсных источников мощностью всего в несколько ватт, достаточно вспомнить хотя бы зарядные устройства для сотовых телефонов и «пальчиковых» аккумуляторов.

Здесь уже просто на глаз видно, что удельная мощность таких источников выше, чем аналогичных «зарядников» (совсем недавно были и такие) с сетевым трансформатором. Вот так хорошо дело обстоит в промышленном производстве: на одном только обмоточном проводе, да трансформаторном железе и миниатюрных корпусах получается огромная экономия.

Импульсный блок питания

В условиях же любительского технического творчества для изготовления конструкции в единственном экземпляре вполне подходит традиционный источник питания с сетевым трансформатором. Хотя изредка приходится искать нестандартные решения проблемы электропитания, например при ремонте аппаратуры.

Импульсный блок питания из электронного трансформатора

Вот, пожалуйста, наглядный практический пример. В звуковом микшере импортного производства почему-то произошел обрыв первичной обмотки силового трансформатора, который был выполнен на кольцевом магнитопроводе.

Мощность данного трансформатора была около 20 Вт, что наводило на грустные размышления о том, что количество витков первичной обмотки, скорее всего, не одна тысяча витков (чем меньше размеры трансформатора, тем большее количество витков приходится на один вольт, и провод тоньше). А перематывать вручную на кольце… Но и это было не главным: высота кольцевого трансформатора была настолько мала, что заменить другим, уже готовым Ш-образным возможности не представлялось, не позволяли габариты корпуса.

Решить вопрос позволило применение электронного трансформатора, правда, потребовалась некоторая доработка, которая описана в статье «Как сделать блок питания из электронного трансформатора?». Смысл переделки в том, что электронный трансформатор рассчитан на работу с лампами накаливания, которые к нему подключены постоянно, то есть запуск трансформатора происходит под нагрузкой. Если же нагрузки нет, то схема не запускается. Тот же эффект наблюдается при незначительной нагрузке.

Представьте себе, что нагрузка мощный усилитель звуковой частоты: как только прекратился звук, - пауза, так блок питания выключился и больше не запустился. Вот доработка электронного трансформатора и сводится к тому, чтобы блок питания на его основе включался и работал даже без нагрузки.

Электронный трансформатор как раз тот случай, где изготовление импульсного источника упрощено до предела: все уже сделано, детали все на месте, трансформаторы уже все намотаны, а цена просто смешная. Просто набор «Сделай сам»! Даже в случае неудачного эксперимента, выбросить будет совсем не жалко. Если детали покупать в розницу, получится намного дороже. Поэтому в домашних условиях проще изготовить обычный трансформаторный блок питания.

Сетевые адаптеры из Китая

В случае, когда мощность нагрузки невелика, спасти положение вполне может сетевой адаптер китайского производства. Это всем известный блок, выполненный в виде большой сетевой вилки с хвостом, оканчивающимся разъемом, который, почему-то называют «джек». Внутри вилки находится сетевой трансформатор мощностью не более 5…7 ватт, выпрямительный мостик и сглаживающий конденсатор.

В некоторых блоках имеется движковый переключатель, позволяющий ступенчато изменять выходное напряжение в пределах 5…15В. Выходное напряжение, указанное на переключателе, соответствует работе под нагрузкой. Например, если указано 12В, то без нагрузки можно намерять почти 18В. Просто конденсатор заряжается до амплитудного значения. Но под нагрузкой, все-таки, будет 12В, что соответствует величине действующего значения переменного напряжения.

Китайский блок питания

Конструкция подобных адаптеров упрощена до предела: китайцы не удосужились даже установить предохранитель. Да по большому счету не слишком он тут и нужен. Первичная обмотка намотана таким тонким проводом, что он сам по себе является неплохим предохранителем. Если первичная обмотка сгорит, то остается этот адаптер просто выбросить и купить новый.

Цена таких адаптеров невелика, чтобы заниматься их ремонтом. Экономия обмоточного провода в этих адаптерах очень заметна. Такие блоки питания заметно греются даже на холостом ходу, без нагрузки.

В следующей статье будет рассказано, как можно самостоятельно сделать простой и надежный блок питания для домашней лаборатории.

Борис Аладышкин 

Продолжение статьи: Блоки питания для домашней лаборатории

 

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Практическая электроника, Ремонт бытовой техники, Электрические приборы и устройства

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Как сделать блок питания из электронного трансформатора
  • Как изготовить трансформатор безопасности
  • Применение трансформаторов в источниках электропитания
  • Стабилизированные источники питания
  • Что такое импульсный блок питания и чем он отличается от обычного аналогово ...
  • Блоки питания для домашней лаборатории
  • Чем отличается блок питания для светодиодных ламп и электронный трансформат ...
  • Как запитать аккумуляторный шуроповерт от электрической сети
  • Как получить двадцать четыре вольта из компьютерного блока питания
  • Как устроен электронный трансформатор
  • Категория: Практическая электроника, Ремонт бытовой техники, Электрические приборы и устройства

    Стабилизатор переменного напряжения, Источники питания

      Комментарии:

    #1 написал: Вадим |

    Рисунок 1. Схема блока питания с гасящим конденсатором и гальванической развязкой от сети.

    Текст после рисунка: "Но следует заметить, что все, что изображено на схеме справа от сердечника трансформатора Тр2, находится под потенциалом сети, и требует аккуратного и осторожного обращения".

    Уважаемый Борис Аладышкин, эти два абзаца ПРОТИВОРЕЧАТ друг другу. Все что изображено на схеме справа от сердечника трансформатора Тр2 НЕ НАХОДИТСЯ под потенциалом сети.

    Администраторам форума нужно какое-нибудь рецензирование организовать до публикации подобных опусов, иначе фигня получается.

      Комментарии:

    #2 написал: Борис Аладышкин |

    Да, согласен, почему-то перепутал лево и право, ну просто "сено - солома" получается! Конечно же, под потенциалом сети находится все, что левее трансформатора ТР2. 

      Комментарии:

    #3 написал: Владимир |

    Ну не так уж трудно сообразить, что имелись в виду цепи, завязанные на первичную обмотку трансформатора.

      Комментарии:

    #4 написал: Олег |

    Блок питания - это устройство, используемое для питания и обеспечения энергией цепей электронных устройств, таких как: телевизоры, компьютеры, принтеры, зарядное устройство для мобильного телефона, различные электрические приборы и т. д. Блок питания отвечает за преобразование переменного тока от линии электропередачи, в постоянный ток, который используется в электронных устройствах, обеспечивая различные напряжения, необходимые для компонентов, обычно включая защиту от перенапряжения или колебаний тока. Простые источники питания состоя из четырех основных компонентов: трансформатора, выпрямителя, фильтра и, наконец, регулятора. Импульсные источники питания используются, когда требуется компактная и недорогая конструкция. В состав коммутируемого источника входят сложные схемы. 

      Комментарии:

    #5 написал: Роберт |

    Отказы блока питания, пожалуй, самые распространенные поломки, затрагивающие электронные устройства. Это связано с несколькими причинами. Прежде всего, системы, подающие ток на остальные цепи, напрямую подвержены любым входным помехам — скачкам напряжения, перепадам мощности и т. д. Вторая причина – использование некачественных комплектующих в стабилизаторах и преобразователях, особенно разлагаемых электролитических конденсаторов. Третья причина – отсутствие должных защит, которые могли бы уберечь узлы силового агрегата от выхода из строя. Перегрев, перегрузка и особенно короткое замыкание могут быть «смертельными» для чрезмерно упрощенной схемы. К сожалению, бывает, что последствием выхода из строя блока питания или преобразователя является нежелательное повышение напряжения в цепи питания. Другими словами, сбой вызывает цепную реакцию и повреждает не один, а несколько элементов устройства. Такие ситуации не только вызывают разочарование потребителей или даже убытки, вызванные простоями в производственных условиях, но и увеличивают затраты на ремонт и затрудняют обслуживание машин и приборов, работающих в сложных системах автоматизации. В связи с этим особое внимание следует уделить подбору элементов блока питания. Они должны не только соответствовать параметрам схемы (с разумным допуском), но и быть качественными и долговечными. 

      Комментарии:

    #6 написал: Сергей |

    Недостатком безопасных блоков с гасящим конденсатором является то, что они не обеспечивают полной защиты от поражения электрическим током, так как конденсатор может выйти из строя и вызвать короткое замыкание. Кроме того, такие блоки не подходят для работы с высокими напряжениями и токами, так как они могут не обеспечить достаточной защиты.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.