Неисправности могут быть вызваны:

• системой размагничивания;
• сетевым фильтром и выпрямителем;
• неисправностью ключа.

Проверяем на предмет короткого замыкания элементы сетевого фильтра, выпрямителя, терморезистор – системы размагничивания, ключ и элементы его обвязки, а также ключевой микросхемы (если блок питания построен на ней).
При нахождении неисправного элемента проанализируйте причины выхода его из строя. Выход из строя транзистора может быть вызван, как скачком напряжения в сети, так и высыханием конденсаторов в первичных цепях.

Блок питания не включается, сетевой предохранитель цел.
Следует проверить на предмет обрыва: сетевой фильтр, выпрямитель, ШИМ — модулятор.
Начните с проверки, есть ли на сетевом конденсаторе С постоянное напряжение около 300В ( если нет, следует искать разрыв в сетевом фильтре, а также проверьте резистор R.
В случае наличия +300В на конденсаторе С, проверьте доходит ли оно до ключевого транзистора. Также следует проверить первичную обмотку сетевого импульсного трансформатора ТР на предмет обрыва.
Если все элементы исправны, а блок питания не включается необходимо проверить поступление импульсов на базу (затвор) транзистора.
Также проверьте цепочку R запуска, обычно это резисторы с большим сопротивлением.

• О полотнах лобзика

Большое разнообразие видов и размеров лобзиков. Начинающему мастеру трудно сразу разобраться в них, он может легко запутаться при выборе правильного полотна для той или иной поделки. Давайте в этой статье рассмотрим типы и описание каждого вида полотна.
Подробнее…

• Внимание! Подделки из Китая!

Сейчас многие покупают товары из Китая. Дешево, доступно, большое разнообразие различных изделий, деталей, наборов и т.д. Но не всегда и у всех можно купить качественный товар. Много попадается некачественного товара, брака и т.п. В статье, ниже расскажем о некоторых из них, касающихся радиолюбительства.

Подробнее…

• Какие сетевые вилки и розетки бывают?

Стандарт электрических вилок и розеток

Те, кто любит путешествовать и бывает в разных странах замечали, что розетки и вилки не везде одинаковые. Так же при заказе различных устройств и приборов, например из Китая предлагается выбрать различные варианты: EU Plug, US Plug, UK Plug, AU Plug. Как не ошибиться в этом? Давайте подробнее разберёмся.

Подробнее…

Популярность: 28 518 просм.

Устройство и принцип работы

Плата импульсного блока питания (ИБП) нередко выполняется в виде отдельного электронного модуля, что является характерной чертой ТВ с небольшой диагональю экрана. В более габаритных моделях она интегрируется в шасси приемника и находится внутри его конструкции (смотрите фото ниже).

В плату БП входят следующие обязательные составляющие:

• Импульсный трансформатор.
• Фильтр сетевого питания, собранный на основе дросселей и конденсаторов.
• Узлы дежурного и рабочего режима.
• Модуль защиты от перегрузок.
• Элементы охлаждения (радиаторы).

Принцип работы БП заключается вприведении сетевого напряжения к виду, удовлетворяющему требованиямэнергоснабжения основных электронных узлов телевизора (включая его матрицу).

Дополнительная информация: Величина и форма питающих потенциалов должны соответствовать рабочим напряжениям и их эпюрам, приводимым в специальных таблицах.

Иногда они указываютсянепосредственно на электрической схеме конкретного устройства.

Восстановление стандартных устройств

Чаще всего в домашних условиях предпринимаются попытки восстановить блоки питания телевизоров и компьютеров. Желательно предварительно найти схему конкретного устройства. Прежде всего это касается телевизоров с кинескопами, так как их ИБП выдают широкий диапазон напряжений. С десктопными ПК проще, ведь их питающие блоки изготовлены по типовой схеме.

Ремонт телевизора

О проблемах с блоком питания свидетельствует неработающий светодиод «спящего» режима. Сначала следует проверить работоспособность сетевого шнура. Если проблема обнаружена не была, тогда можно приступить к предварительным ремонтным работам:

• разборке ТВ и освобождению электронных печатных плат;
• визуальному осмотру ИБП на наличие внешних неисправностей, например, вздутых конденсаторов;
• проверке мест пайки (особое внимание здесь нужно уделить контактам импульсного трансформатора).

Если визуальный осмотр не дал положительных результатов, то последовательно проверяются предохранитель, диоды, конденсаторы и транзисторы. Установить работоспособность микросхем довольно сложно.

Среди основных неисправностей питающих блоков ТВ можно отметить:

• обрыв балластных резисторов;
• выход из строя фильтрующего высоковольтного конденсатора;
• пробой диодного моста;
• неисправность конденсаторов фильтра вторичного напряжения.

Все эти детали, кроме диодов, можно проверить непосредственно на плате. После замены неисправных элементов вместо предохранителя подключается обычная лампа накаливания, и телевизор подключается к сети. Здесь возможны следующие варианты поведения восстановленного агрегата:

• Светодиод «спящего» режима включается, а лампа загорается и начинает затухать. Одновременно с этим на экране появляется растр. В этом случае необходимо проверить показатель напряжения строчной развертки. Если его значение оказалось повышенным, то причина может заключаться в неисправных конденсаторах или оптронных парах.
• Когда светодиод не загорается, растр на экране отсутствует, а лампа вспыхает и гаснет, то нерабочим является генератор импульсов. В такой ситуации нужно проверить напряжение на конденсаторе. Если его значение оказалось менее 280 В, тогда может быть пробит один из диодов моста либо вышел из строя конденсатор.
• Когда лампа горит ярко, нужно снова проверить все элементы ИБП.

Этот алгоритм действий позволит выявить основные неполадки питающего блока телевизора.

Десктопный компьютер

Следует помнить, что ремонт импульсных блоков питания с ШИМ-контроллером отличается сложностью, поэтому в некоторых ситуациях стоит просто заменить ИБП. Именно такие питающие устройства устанавливаются в современные десктопные ПК. О наличии проблемы свидетельствуют следующие признаки:

• компьютер не запускается;
• не вращается кулер ИБП;
• наблюдается многократный запуск питающего устройства.

Для проведения ремонтных работ необходимо извлечь из системного блока ИБП и снять с него кожух. Затем нужно с плат и деталей удалить пыль с помощью кисточки. После этого проводится визуальный осмотр элементов блока, затем к нему подключается нагрузка. Алгоритм дальнейших действий аналогичен ремонту телевизора.

Если из строя вышли транзисторы генератора импульса или ШИМ-контроллер, то стоит просто купить новый ИБП. Это довольно сложное устройство и ремонт импульсных блоков питания такого типа самостоятельно выполнить тяжело.

При проведении ремонтных работ необходимо соблюдать правила безопасности и проявить осторожность. Также стоит правильно оценить свои возможности, ведь порой лучше обратиться к профессионалам.

Устранение неполадки

В первую очередь необходимо разрядить входные конденсаторы. Если этого не сделать, то в процессе ремонта возможно короткое замыкание или другие проблемы, которые приведут к более серьёзным поломкам. Для разрядки можно использовать низкоомный резистор, тестер или обычную лампочку, поднесённые к контактам на несколько секунд. После этого можно выпаивать повреждённые конденсаторы и заменить их рабочими с аналогичной мощностью.

Важно! Любой ремонт блока питания связан с рядом рисков. При неосторожных действиях вы можете нанести ещё больший вред телевизору или даже собственному здоровью. При любых сомнениях в собственных силах следует доверять процедуру починки опытному мастеру.

Видео урок от мастера подробно расскажет о всем процессе ремонта БП:

Что это такое?

В самом общем смысле блок питания представляет из себя источник электричества, который снабжает телевизор необходимым током. Этот модуль позволяет преобразовывать сетевое напряжение до значений, необходимых для полноценного функционирования техники. Как правило, БП включен в комплектацию антенн с усилителем для того, чтобы улучшать прием сигнала.

Блоки питания – универсальные приборы, они могут устанавливаться в других приспособлениях: для улучшения качества сигнала сотовой, спутниковой связи и даже интернета. БП незаменим в ситуации, когда используется Wi-Fi-адаптер, кстати, он также представляет из себя одну из разновидностей антенн. Проще говоря, везде, где используются радиоволны и имеется принимающая антенна, нужен блок питания.

Но мы рассмотрим только те его разновидности, которые требуются для бесперебойной работы телевизионной техники.

Обращаем внимание: актуальность установки и поддержания работоспособности БП прямо связана с тем, что в его отсутствие и починить его бывает очень затратно или даже невозможно.

Телевизионный блок питания выполняет три основные функции:

• преобразование энергии подачи тока в аппаратуру;
• защита от помех подпитывающего напряжения;
• поддержание необходимого уровня напряжения внутри самого телевизора.

Наибольшее распространение получили современные системы, работающие от стандартных сетей в 220 Вт. Такие элементы бывают встроенными в единую конструкцию антенны либо располагающимися отдельно, когда подключение осуществляется через порт.

Если речь идет о встроенных моделях, то обычно применяется бестрансформаторная схема. В этом случае преобразование энергии осуществляется за счёт широтно-импульсной модуляции. Такие блоки питания включаются в самую обычную розетку, их рассчитанная мощность составляет 10 Вт. Этого параметра вполне достаточно для того, чтобы обеспечить питание антенны. Подобные элементы довольно компактны и не занимают много места, но в случае неисправности незамедлительно приводят к выводу из строя всей системы приема сигнала.

Поэтому бывает более практичным приобрести внешние устройства. Они ориентированы на то, что в случае выхода из строя БП некоторый сигнал всё же будет сохранён, хотя, безусловно, хорошим он не будет. В любом случае еще одно достоинство наружных блоков питания сводится к тому, что их можно быстро и просто заменить при необходимости.

Схема работы базируется на трансформаторе. При этом выходное напряжение БП стабилизируется параболическим образом, типовыми параметрами для выходного напряжения стали значения 24, а также 18, 12 и 5 Вт. Более точные цифры определяются в зависимости от технико-эксплуатационных параметров антенны.

Как подключить?

Рассмотрим подробнее, как подсоединить БП. В большинстве случаев в активную антенну усилитель уже вмонтирован. А вот в пассивной – его нет. Чтобы его подключить, в первую очередь необходимо собрать антенный кабель со штекером, который будет предназначен для данных целей. Рассмотрим, как это сделать.

Сначала следует подготовить сам кабель, то есть зачистить его. Для этого острым канцелярским ножом либо скальпелем выполняют тонкий разрез по окружности на удалении 1,5 см от края кабеля. При выполнении этой работы очень важно быть аккуратным и постараться не повредить волоски экранированной оплётки, расположенной сразу под изоляционным слоем.

После того как эти действия будут выполнены, упомянутые волоски нужно осторожно отогнуть, а расположенный около них кусок фольги убрать.

Отступив от загнутого края оплетки примерно 5 мм, необходимо сделать ещё один срез по окружности. Он необходим для того, чтобы удалить внутренний изоляционный слой. После этого кабель, подготовленный к монтажу, следует просунуть под соответствующие крепежи в коробке БП и затянуть винтами.

Обращаем особое внимание на то, что когда подключается провод, его металлизированная оплетка непременно должна иметь контакт с залуженной площадкой, которая является обязательным элементом конструкции любого корпуса БП. Если этого не сделать, то питание на антенну попросту не будет поступать. Нужно учесть и тот факт, что кабельная оплетка ни в коем случае не должна соприкасаться с центральной жилой самого провода. Если это случится, то произойдет короткое замыкание, и индикатор работы модуля не будет функционировать.

Для сведения: при корректном подсоединении блока питания с самим антенным кабелем после выполнения всех необходимых настроек телевизор обычно показывает намного больше каналов, чем прежде.

Как проверить на исправность?

В общем виде наружная диагностика возможных неисправностей и поломок блока питания выглядит следующим образом.

Если внешний вид конденсаторов вызывает у вас хоть какие-то подозрения, то их необходимо сразу же снять и заменить.

Вы заметили перебои с работой дежурного режима – нужно сразу же проверить напряжение на управляемом стабилитроне. Если на выходе данного узла напряжение будет отсутствовать либо иметь слишком низкие значения, следовательно, режим работы нарушен.

Для того чтобы восстановить функциональность элемента, необходимо удостовериться в работоспособности всех остальных деталей схемы. Для этого следует выпаять один контакт подозрительного конденсатора либо резистора, все сгоревшие элементы удалить полностью и сразу же заменить новыми. Если вы увидите участок некачественной пайки – это место нужно залудить с флюсом, а после удостовериться в том, что контакты прочно зафиксированы в зоне крепления.

О восстановлении работоспособности схемы БП и возвращении дежурного режима укажут появление напряжение в 5 В, а также мигание красного светового индикатора на лицевой панели телевизора.

Обращаем внимание на то, что при каждой замене остальных подозрительных элементов необходимо сразу же выполнять проверку – произошли ли изменения на выходе блока питания.

О том, что функциональность оборудования возвращена, можно судить по нормальному включению телевизора и поступлению качественного аудио- и видеоряда.

Возможные неисправности и их причины

О том, что блоку управления телевизором необходим ремонт, могут указать следующие признаки:

• телевизор не включается при нажатии кнопки, при этом светодиодная индикация-лампочка на корпусе не загорается;
• лампочка загорается, но техника не запускается;
• изображение идёт с большим отрывом от звука;
• возникают значительные помехи – возможны изломы и полосы на экране;
• искажение звука – телевизор пищит, тарахтит, издает другие шумы.

Все перечисленные неисправности БП могут быть вызваны несколькими причинами, среди которых выделяют:

• устройство уходит в защиту вследствие короткого замыкания, которое привело к перегоранию БП или отдельных его компонентов;
• нестабильная подача напряжения в сети;
• перегорание предохранителя;
• полный или частичный износ конденсаторов.

Чтобы запустить телевизор и получить полноценное качественное изображение, попробуйте несколько раз повторить включение и выключение агрегата.

Обращаем особое внимание на то, что любые самостоятельные попытки починки телевизора, как правило, приводят только к усугублению проблем с электронными элементами системы или даже полному выходу их из строя. Любые неправильные действия влекут за собой необходимость замены телевизионной материнской платы, стоимость которой доходит до 70% стоимости всего агрегата.

Все элементы сложного электронного оборудования необходимо ремонтировать с точным соблюдением всех правил техники безопасности, в частности, следует предварительно разрядить входные конденсаторы. Не имея специального опыта подобных работ и знаний, вы можете причинить вред не только самому телевизору, но и своему здоровью.

О том, каков принцип работы у блока питания для телевизора, смотрите в следующем видео.

Принцип работы

Импульсный блок питания отличается выпрямлением сетевого напряжения, а затем преобразованием в высокочастотное напряжение. Оно может понизиться до необходимых значений, выпрямится и профильтруется. Сначала ток проходит на мостовой двигатель. Сразу действует ограничитель напряжения (предохраняет). Дальше он идёт через фильтры, где он преобразуется. Для зарядки резисторов нужны конденсаторы. Узел запускается после пробоя динистора. Позже в блоке питания происходит отпирание транзистора.

Если появилась генерация, то диоды начнут работать. Они будут соединены катодами. Посредством отрицательного потенциала можно запереть динистр. В придачу получается ограничение. Чтобы не допустить насыщение транзисторов, есть предохранители, которые работают после пробоя. Для противоположной работы нужен трансформатор. На выходе ток выходит через конденсаторы.

Основные причины поломки

Поломка блока питания в современных LED телевизорах является одной из наиболее часто встречающихся проблем. Повреждение способны вызвать многие факторы, однако специалистами выделяются 4 основные причины:

• Перепады напряжения в сети (поступление сильно пониженного или повышенного выходного напряжения). В результате постоянно скачущего напряжения ухудшается не только работа телевизора, но и приходят в негодность комплектующие элементы. Чтобы не возникало проблем из-за нестабильного напряжения, рекомендуется применять стабилизатор.
• Короткое замыкание. Способно привести к перегоранию многих узлов и деталей устройства, в том числе блока питания.
• Выход из строя сетевого предохранителя. О перегоревшем элементе в первую очередь сообщит индикатор дежурного режима – он не будет светиться.
• Повреждение конденсаторов. Часто возникающая проблема, особенно при длительной эксплуатации телевизора. На изношенность конденсатора оказывают влияние больше временные, чем внешние факторы. О выходе из строя этого элемента можно узнать при визуальной диагностике по его характерному вздутию (выпуклости).

Возникновению неисправностей блока питания также способствуют:

• несоблюдение рекомендаций по эксплуатации;
• нарушение климатического режима;
• разборка устройства без наличия опыта и знаний по устройству техники.

Телевизор не переносит резкого перепада температуры и влажности. Купив его зимой и занеся в отапливаемое помещение, не включайте устройство сразу, что избежать образования внутри конденсата и преждевременного повреждения важных компонентов.

Для самостоятельного ремонта дорогостоящей техники нужно обладать базовыми техническими навыками и специальным инструментарием. Если всего этого нет, лучше сразу обратиться в мастерскую.

Неисправности импульсного блока питания с шим. Быстрый ремонт импульсных блоков питания своими руками

При диагностике телевизионных устройств на отыскание неисправного компонента тратится несоизмеримо больше времени, чем на его замену, особенно, если поиск дефекта осуществляется своими силами, а не профессиональным телемастером. Безусловно, логичнее поручить ремонт специалисту, имеющему опыт и большую практику такого рода работ, но если есть желание, навыки обращения с паяльником и тестером, необходимая техническая документация в виде принципиальной электрической схемы, можно попытаться починить телевизор на дому самостоятельно.

Блок питания современного телевизора, будь то плазменная панель или ЖК, LED тв, представляет собой импульсный источник питания с заданным диапазоном выходных питающих напряжений и номинальной мощностью, отдаваемой в нагрузку по каждому из них. Плата питания может быть выполнена в виде отдельного блока, это характерно для приемников небольших диагоналей, или интегрирована в телевизионное шасси и располагаться внутри устройства.

Характерными признаками неисправности этого блока являются следующие:

Разберем схемотехнику стандартного блока питания и его типовые неисправности на примере телевизора ViewSonic N3260W.

Для полноценного просмотра схемы ее можно открыть в новом окне и увеличить, либо загрузить себе на компьютер или мобильное устройство

Первое, с чего следует начать, это тщательный визуальный осмотр платы на выключенном из сети аппарате. Для этого блок необходимо демонтировать из телевизора, отсоединив разъемы, и обязательно разрядить высоковольтный конденсатор в фильтре — C1. В блоках этой серии телевизоров довольно часто выходят из строя электролитические конденсаторы фильтров вторичных источников питания. Они легко диагностируются по вздутой верхней крышке. Все конденсаторы, внешний вид которых вызывает сомнение, необходимо сразу заменить.

Узел дежурного режима выполнен на IC2 (TEA1532A) и Q4 (04N70BF) с элементами стабилизации выходного напряжения 5V на оптроне IC7 и управляемом стабилитроне ICS3 EA1. Отсутствующее или заниженное напряжение на выходе этого узла, измеренное на конденсаторах CS22, CS28, свидетельствует о его неправильной работе. Опыт восстановления этого участка схемы свидетельствует, что более всего уязвимы элементы IC2, Q7, ZD4 и Q11, R64, R65, R67, которые требуют проверки и замены в случае необходимости. Работоспособность деталей проверяется тестером непосредственно на плате блока. При этом сомнительные комплектующие выпаиваются и тестируются отдельно, для исключения влияния на их показатели соседних элементов схемы. Микросхема IC2 просто подлежит замене.

При наличии на выходе схемы дежурного режима напряжения 5V на лицевой панели телевизора загорается красный светодиод. По команде с пульта или кнопки на лицевой панели телевизора блок питания должен перейти в рабочий режим. Эта команда — Power_ON — в виде высокого потенциала около 5V приходит на 1 вывод разъема CNS1, открывая ключи на QS4 и Q11. При этом на микросхемы IC3 и IC1 подаются питающие напряжения, переводя их в рабочий режим. На 8 вывод IC3 непосредственно с коллектора Q11, на 12 вывод IC1 через ключ Q9 после запуска схемы PFC. Работоспособность схемы коррекция коэффициента мощности (Power Factor Correction) косвенно определяется увеличением напряжения с 310 до 390 вольт, измеренным на конденсаторе C1. Если появились выходные питающие напряжения 12V и 24V, то и основной источник на IC3, Q1, Q2 функционирует в нормальном режиме. Практика показывает низкую надежность UCC28051 и LD6598D в критических условиях, когда ухудшается фильтрация вторичных источников, а их замена носит рядовой характер.

Обобщая опыт ремонта телевизионных блоков питания следует отметить, что самым слабым звеном в их составе являются конденсаторы фильтров, теряющие со временем свои свойства и номинальные параметры. Иногда неисправная «емкость» видна по вздутой крышке, иногда нет. Последствия плохой фильтрации выпрямленного напряжения могут быть самыми разными: от потери работоспособности самого источника питания, до повреждения элементов инвертора или сбоя программного обеспечения у микросхем памяти на материнской плате.

Самостоятельно разобраться во всех причинах и следствиях при ремонте блока питания современного телевизора, правильно его диагностировать без специальных инструментов и приборов весьма затруднительно. Наш совет в таких случаях — . Это не сильно ударит по карману при нынешних невысоких ценах на ремонт телевизионной техники и сэкономит время.

Обратите внимание! Маленькие картинки кликабельны.

В современном мире развитие и устаревание комплектующих персональных компьютеров происходит очень быстро. Вместе с тем один из основных компонентов ПК – форм-фактора ATX – практически не изменял свою конструкцию последние 15 лет .

Следовательно, блок питания и суперсовременного игрового компьютера, и старого офисного ПК работают по одному и тому же принципу, имеют общие методики диагностики неисправностей.

Типовая схема блока питания ATX приведена на рисунке. Конструктивно он представляет собой классический импульсный блок на ШИМ-контроллере TL494, запускающемся по сигналу PS-ON (Power Switch On) с материнской платы. Все остальное время, пока вывод PS-ON не подтянут к массе, активен только источник дежурного питания (Standby Supply) с напряжением +5 В на выходе.

Рассмотрим структуру блока питания ATX подробнее. Первым ее элементом является
:

Его задача – это преобразование переменного тока из электросети в постоянный для питания ШИМ-контроллера и дежурного источника питания. Структурно он состоит из следующих элементов:

• Предохранитель F1 защищает проводку и сам блок питания от перегрузки при отказе БП, приводящем к резкому увеличению потребляемого тока и как следствие – к критическому возрастанию температуры, способному привести к пожару.
• В цепи «нейтрали» установлен защитный терморезистор, уменьшающий скачок тока при включении БП в сеть.
• Далее установлен фильтр помех, состоящий из нескольких дросселей (L1, L2 ), конденсаторов (С1, С2, С3, С4 ) и дросселя со встречной намоткой Tr1 . Необходимость в наличии такого фильтра обусловлена значительным уровнем помех, которые передает в сеть питания импульсный блок – эти помехи не только улавливаются теле- и радиоприемниками, но и в ряде случаев способны приводить к неправильной работе чувствительной аппаратуры.
• За фильтром установлен диодный мост, осуществляющий преобразование переменного тока в пульсирующий постоянный. Пульсации сглаживаются емкостно-индуктивным фильтром.

Источник дежурного питания – это маломощный самостоятельный импульсный преобразователь на основе транзистора T11, который генерирует импульсы, через разделительный трансформатор и однополупериодный выпрямитель на диоде D24 запитывающие маломощный интегральный стабилизатор напряжения на микросхеме 7805. Эта схема хотя и является, что называется, проверенной временем, но ее существенным недостатком является высокое падение напряжения на стабилизаторе 7805, при большой нагрузке приводящее к ее перегреву. По этой причине повреждение в цепях, запитанных от дежурного источника, способно привести к выходу его из строя и последующей невозможности включения компьютера.

Основой импульсного преобразователя является ШИМ-контроллер . Эта аббревиатура уже несколько раз упоминалась, но не расшифровывалась. ШИМ – это широтно-импульсная модуляция, то есть изменение длительности импульсов напряжения при их постоянной амплитуде и частоте. Задача блока ШИМ, основанного на специализированной микросхеме TL494 или ее функциональных аналогах – преобразование постоянного напряжения в импульсы соответствующей частоты, которые после разделительного трансформатора сглаживаются выходными фильтрами. Стабилизация напряжений на выходе импульсного преобразователя осуществляется подстройкой длительности импульсов, генерируемых ШИМ-контроллером.

Всегда являлись важными элементами любых электронных приборов. Задействованы данные устройства в усилителях, а также приемниках. Основной функцией блоков питания принято считать снижение предельного напряжения, которое исходит от сети. Появились первые модели только после того, как была изобретена катушка переменного тока.

Дополнительно на развитие блоков питания повлияло внедрение трансформаторов в схему устройства. Особенность импульсных моделей заключается в том, что в них применяются выпрямители. Таким образом, стабилизация напряжения в сети осуществляется несколько другим способом, чем в обычных приборах, где задействуется преобразователь.

Устройство блока питания

Если рассматривать обычный блок питания, который используется в радиоприемниках, то он состоит из частотного трансформатора, транзистора, а также нескольких диодов. Дополнительно в цепи присутствует дроссель. Конденсаторы устанавливаются разной емкости и по параметрам могут сильно отличаться. Выпрямители используются, как правило, конденсаторного типа. Они относятся к разряду высоковольтных.

Работа современных блоков

Первоначально напряжение поступает на мостовой выпрямитель. На этом этапе срабатывает ограничитель пикового тока. Необходимо это для того, чтобы в блоке питания не сгорел предохранитель. Далее ток проходит по цепи через специальные фильтры, где происходит его преобразование. Для зарядки резисторов необходимо несколько конденсаторов. Запуск узла происходит только после пробоя динистора. Затем в блоке питания осуществляется отпирание транзистора. Это дает возможность значительно снизить автоколебания.

При возникновении генерации напряжения задействуются диоды в схеме. Они соединены между собой при помощи катодов. Отрицательный потенциал в системе дает возможность запереть динистор. Облегчение запуска выпрямителя осуществляется после запирания транзистора. Дополнительно обеспечивается Чтобы предотвратить насыщение транзисторов, имеется два предохранителя. Срабатывают они в цепи только после пробоя. Для запуска обратной связи необходим обязательно трансформатор. Подпитывают его в блоке питания импульсные диоды. На выходе переменный ток проходит через конденсаторы.

Особенности лабораторных блоков

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа построен на активном преобразовании тока. Мостовой выпрямитель в стандартной схеме предусмотрен один. Для того чтобы убирать все помехи, используются фильтры в начале, а также в конце цепи. Конденсаторы импульсный лабораторный блок питания имеет обычные. Насыщение транзисторов происходит постепенно, и на диодах это сказывается положительно. Регулировка напряжения во многих моделях предусмотрена. Система защиты призвана спасать блоки от коротких замыканий. Кабели для них обычно используются немодульной серии. В таком случае мощность модели может доходить до 500 Вт.

Разъемы блока питания в системе чаще всего устанавливаются типа АТХ 20. Для охлаждения блока в корпусе монтируется вентилятор. Скорость вращения лопастей должна регулироваться при этом. Максимальную нагрузку блок лабораторного типа должен уметь выдерживать на уровне 23 А. При этом параметр сопротивления в среднем поддерживается на отметке 3 Ом. Предельная частота, которую имеет импульсный лабораторный блок питания, равна 5 Гц.

Как осуществлять ремонт устройств?

Чаще всего блоки питания страдают из-за сгоревших предохранителей. Находятся они рядом с конденсаторами. Начать ремонт импульсных блоков питания следует со снятия защитной крышки. Далее важно осмотреть целостность микросхемы. Если на ней дефекты не видны, ее можно проверить при помощи тестера. Чтобы снять предохранители, необходимо в первую очередь отсоединить конденсаторы. После этого их можно без проблем извлечь.

Для проверки целостности данного устройства осматривают его основание. Сгоревшие предохранители в нижней части имеют темное пятно, которое свидетельствует о повреждении модуля. Чтобы заменить данный элемент, нужно обратить внимание на его маркировку. Затем в магазине радиоэлектроники можно приобрести аналогичный товар. Установка предохранителя осуществляется только после закрепления конденсатов. Еще одной распространенной проблемой в блоках питания принято считать неисправности с трансформаторами. Представляют они собой коробки, в которых устанавливаются катушки.

Когда напряжение на устройство подается очень большое, то они не выдерживают. В результате целостность обмотки нарушается. Сделать ремонт импульсных блоков питания при такой поломке невозможно. В данном случае трансформатор, как и предохранитель, можно только заменить.

Сетевые блоки питания

Принцип работы импульсных блоков питания сетевого типа основан на низкочастотном снижении амплитуды помех. Происходит это благодаря использованию высоковольтных диодов. Таким образом, контролировать предельную частоту получается эффективнее. Дополнительно следует отметить, что транзисторы применяются средней мощности. Нагрузка на предохранители оказывается минимальная.

Резисторы в стандартной схеме используются довольно редко. Во многом это связано с тем, что конденсатор способен участвовать в преобразовании тока. Основной проблемой блока питания данного типа является электромагнитное поле. Если конденсаторы используются с малой емкостью, то трансформатор находится в зоне риска. В данном случае следует очень внимательно относиться к мощности устройства. Ограничители для пикового тока сетевой импульсный блок питания имеет, а находятся они сразу над выпрямителями. Их основной задачей является контроль рабочей частоты для стабилизации амплитуды.

Диоды в данной системе частично выполняют функции предохранителей. Для запуска выпрямителя используются только транзисторы. Процесс запирания, в свою очередь, необходим для активации фильтров. Конденсаторы также могут применяться разделительного типа в системе. В таком случае запуск трансформатора будет осуществляться намного быстрее.

Применение микросхем

Микросхемы в блоках питания применяются самые разнообразные. В данной ситуации многое зависит от количества активных элементов. Если используется более двух диодов, то плата должна быть рассчитана под входные и выходные фильтры. Трансформаторы также производятся разной мощности, да и по габаритам довольно сильно отличаются.

Заниматься пайкой микросхем самостоятельно можно. В этом случае нужно рассчитать предельное сопротивление резисторов с учетом мощности устройства. Для создания регулируемой модели используют специальные блоки. Такого типа системы делаются с двойными дорожками. Пульсации внутри платы будут происходить намного быстрее.

Преимущества регулируемых блоков питания

Принцип работы импульсных блоков питания с регуляторами заключается в применении специального контроллера. Данный элемент в цепи может изменять пропускную способность транзисторов. Таким образом, предельная частота на входе и на выходе значительно отличается. Настраивать по-разному можно импульсный блок питания. Регулировка напряжения осуществляется с учетом типа трансформатора. Для охлаждения прибора используют обычные куллеры. Проблема данных устройств, как правило, заключается в избыточном токе. Для того чтобы ее решить, применяют защитные фильтры.

Мощность приборов в среднем колеблется в районе 300 Вт. Кабели в системе используются только немодульные. Таким образом, коротких замыканий можно избежать. Разъемы блока питания для подключения устройств обычно устанавливают серии АТХ 14. В стандартной модели имеется два выхода. Выпрямители используются повышенной вольтности. Сопротивление они способны выдерживать на уровне 3 Ом. В свою очередь, максимальную нагрузку импульсный регулируемый блок питания воспринимает до 12 А.

Работа блоков на 12 вольт

Импульсный включает в себя два диода. При этом фильтры устанавливаются с малой емкостью. В данном случае процесс пульсации происходит крайне медленно. Средняя частота колеблется в районе 2 Гц. Коэффициент полезного действия у многих моделей не превышает 78%. Отличаются также данные блоки своей компактностью. Связано это с тем, что трансформаторы устанавливаются малой мощности. В охлаждении при этом они не нуждаются.

Схема импульсного блока питания 12В дополнительно подразумевает использование резисторов с маркировкой Р23. Сопротивление они способны выдержать только 2 Ом, однако для прибора такой мощности достаточно. Применяется импульсный блок питания 12В чаще всего для ламп.

Как работает блок для телевизора?

Принцип работы импульсных блоков питания данного типа заключается в применении пленочных фильтров. Эти устройства способны справляться с помехами различной амплитуды. Обмотка дросселя у них предусмотрена синтетическая. Таким образом, защита важных узлов обеспечивается качественная. Все прокладки в блоке питания изолируются со всех сторон.

Трансформатор, в свою очередь, имеет отдельный куллер для охлаждения. Для удобства использования он обычно устанавливается бесшумным. Предельную температуру данные устройства выдерживают до 60 градусов. Рабочую частоту импульсный блок питания телевизоров поддерживает на уровне 33 Гц. При минусовых температурах данные устройства также могут использоваться, однако многое в этой ситуации зависит от типа применяемых конденсатов и сечения магнитопровода.

Модели устройств на 24 вольта

В моделях на 24 вольта выпрямители применяются низкочастотные. С помехами успешно справляться могут всего два диода. Коэффициент полезного действия у таких устройств способен доходить до 60%. Регуляторы на блоки питания устанавливаются довольно редко. Рабочая частота моделей в среднем не превышает 23 Гц. Сопротивление резисторы могут выдерживать только 2 Ом. Транзисторы в моделях устанавливаются с маркировкой ПР2.

Для стабилизации напряжения резисторы в схеме не используются. Фильтры импульсный блок питания 24В имеет конденсаторного типа. В некоторых случаях можно встретить разделительные виды. Они необходимы для ограничения предельной частоты тока. Для быстрого запуска выпрямителя динисторы применяются довольно редко. Отрицательный потенциал устройства убирается при помощи катода. На выходе ток стабилизируется благодаря запиранию выпрямителя.

Боки питания на схеме DA1

Блоки питания данного типа от прочих устройств отличаются тем, что способны выдерживать большую нагрузку. Конденсатор в стандартной схеме предусмотрен только один. Для нормальной работы блока питания регулятор используется. Устанавливается контроллер непосредственно возле резистора. Диодов в схеме можно встретить не более трех.

Непосредственно обратный процесс преобразования начинается в динисторе. Для запуска механизма отпирания в системе предусмотрен специальный дроссель. Волны с большой амплитудой гасятся у конденсатора. Устанавливается он обычно разделительного типа. Предохранители в стандартной схеме встречаются редко. Обосновано это тем, что предельная температура в трансформаторе не превышает 50 градусов. Таким образом, балластный дроссель со своими задачами справляется самостоятельно.

Модели устройств с микросхемами DA2

Микросхемы импульсных блоков питания данного типа среди прочих устройств выделяются повышенным сопротивлением. Используют их в основном для измерительных приборов. В пример можно привести осциллограф, который показывает колебания. Стабилизация напряжения для него является очень важной. В результате показатели прибора будут более точными.

Регуляторами многие модели не оснащаются. Фильтры в основном имеются двухсторонние. На выходе цепи транзисторы устанавливаются обычные. Все это дает возможность максимальную нагрузку выдерживать на уровне 30 А. В свою очередь, показатель предельной частоты находится на отметке 23Гц.

Блоки с установленными микросхемами DA3

Данная микросхема позволяет устанавливать не только регулятор, но и котроллер, который следит за колебаниями в сети. Сопротивление транзисторы в устройстве способны выдерживать примерно 3 Ом. Мощный импульсный блок питания DA3 с нагрузкой в 4 А справляется. Подсоединять вентиляторы для охлаждения выпрямителей можно. В результате устройства можно использовать при любой температуре. Еще одно преимущество заключается в наличии трех фильтров.

Два из них устанавливаются на входе под конденсаторами. Один фильтр разделительного типа имеется на выходе и стабилизирует напряжение, которое исходит от резистора. Диодов в стандартной схеме можно встретить не более двух. Однако многое зависит от производителя, и это следует учитывать. Основной проблемой блоков питания данного типа считается то, что они не способны справляться с низкочастотными помехами. В результате устанавливать их на измерительные приборы нецелесообразно.

Как работает блок на диодах VD1?

Данные блоки рассчитаны на поддержку до трех устройств. Регуляторы в них имеются трехсторонние. Кабели для связи устанавливаются только немодульные. Таким образом, преобразование тока происходит быстро. Выпрямители во многих моделях устанавливаются серии ККТ2.

Отличаются они тем, что энергию от конденсатора способны передавать на обмотку. В результате нагрузка от фильтров частично снимается. Производительность у таких устройств довольно высокая. При температурах свыше 50 градусов они также могут использоваться.

В зависимости от причин и видов возникших поломок, могут потребоваться различные виды инструментов, обязательно необходимо иметь:

• набор отверток с различными типами рабочих наконечников и размерами;
• изоляционная лента;
• пассатижи;
• нож с острым лезвием;
• паяльный аппарат, припой и флюс;
• оплетка, предназначенная для удаления ненужного припоя;
• тестер или ;
• пинцет;
• кусачки;

В наиболее сложных случаях, когда не удается установить точную причину неполадок, может понадобиться осциллограф.

Ремонт основных неисправностей

После осуществления диагностики, и выявления причин некорректной работы , можно приступать к его ремонту:

1. Скопившуюся внутри блока питания пыль можно просто устранить при помощи обычного бытового пылесоса.
2. Если причина была в неисправном предохранителе , то необходимо приобрести новую деталь, которая имеется во всех соответствующих в магазинах. После этого, осуществляется удаление старого элемента и пайка нового предохранителя. Если эта последовательность действий не помогла, и блок питания так и не заработал, то остается отдать его в мастерскую для диагностики при помощи профессиональных видов оборудования, либо просто приобрести новое устройство.
3. Если проблема была в конденсаторах или , то неисправность исправляется по такому же алгоритму: приобретаются новые детали и впаиваются в схему вместо старых элементов.
4. Если проблема неисправности заключалась в дросселе , то его заменять необязательно, поскольку этот элемент можно починить по довольно легкой методике. Дроссель извлекается из блока питания, после чего его потребуется разобрать и начать сматывать обгоревший провод, при этом, важно внимательно считать сматываемые витки. Затем необходимо подобрать аналогичный провод с равным диаметром и намотать его вместо испорченного проводника, осуществляя такое же количество витков, которое было смотано. После осуществления этих действий, дроссель устанавливается обратно на свое место и, если все было сделано правильно, устройство должно функционировать.
5. Термисторы ремонту не подлежат , их просто меняют на новые элементы, чаще всего это осуществляется вместе с предохранителями.
6. Для профилактики , во время ремонта можно извлечь из устройства кулер и смазать машинным маслом, после чего установить его на место.
7. Если на поверхности платы были обнаружены трещины, которые повредили соединение контактов, то их необходимо закрыть при помощи пайки. Таким же образом исправляется любое нарушение контактов в резисторе, индукторе или .

Устройство

Блоки питания подобного типа являются по своей сути разновидностью стабилизаторов напряжения, устройство которых выглядит следующим образом:

1. Сетевой выпрямитель является одним из основных элементов, который необходим для сглаживания возникающих пульсаций. Также, он требуется для поддержания заряда фильтрующих конденсаторов во включенном режиме и непрекращающейся передаче электроэнергии в нагрузку, если напряжение в главной питающей сети упало ниже допустимых для работы параметров. В его конструкцию входят особые разновидности фильтров, позволяющие подавлять большинство возникающих помех.
2. Преобразователь напряжения , основными составными частями которого являются конвертор и контроллер управляющего устройства.
3. Конвертор также имеет сложную структуру, в которую входит трансформатор импульсного типа, инвертор, ряд выпрямителей и стабилизаторов, которые обеспечивают вторичную подпитку и снабжение нагрузки напряжением. Инвертор необходим для изменения формы постоянного выходного напряжения, которое после процесса преобразования становится переменным напряжением с прямоугольной формой. Наличие трансформатора, функционирующего на высоких частотах со значением выше 20 кГц, обусловлено необходимостью поддержания рабочего состояния инвертора в автогенераторном режиме, а также получения напряжения, которое используется для подпитки контроллера, нагрузочных цепей и ряда защитных схем.
4. Контроллер выполняет функции по управлению транзисторным ключом, который входит в состав инвертора. Помимо этого, он стабилизирует параметры напряжения, подаваемого на нагрузку, и защищает устройство в целом от возможных перегрузок и нежелательных перегревов. Если в блоке питания имеется дополнительная функция, обеспечивающая дистанционное управление устройством, то за ее реализацию также отвечает контроллер.
5. Контроллер блоков питания подобного типа состоит из целого ряда функциональных узлов, таких как источник, обеспечивающий его бесперебойным питанием; защитная система; модулятор длительности импульсов; логическая схема для обработки сигналов и формирователь особого вида напряжения, предназначенного для поступления на транзисторы, располагающие в конверторе.
6. В большинстве современных моделей, присутствуют оптроны, используемые в качестве развязки. Они постепенно заменяют собой трансформаторные разновидности развязки, это происходит благодаря тому, что они занимают меньше свободного пространства и обладают возможностью передачи сигналов в гораздо более широком частотном спектре, но при этом требуют значительного количества промежуточных усилителей.

Основные неисправности и их диагностика

Иногда импульсные блоки питания ломаются и их неисправности могут носить самый разный характер, но существует ряд схожих случаев, на основе которых был составлен список наиболее часто встречающихся видов неисправностей:

1. Нежелательное попадание внутрь устройства пыли, особенно строительной.
2. Выход из строя предохранителя , чаще всего эта проблема вызывается другой неисправностью – выгоранием диодного моста.
3. Отсутствие выходного напряжения при работоспособном и исправном предохранителе. Данная проблема может быть вызвана различными причинами, наиболее часто ими является поломка выпрямительного диода, либо перегорание фильтрационного дросселя в низковольтной области схемы.
4. Выход из строя конденсаторов , чаще всего это случается по следующим причинам: потеря емкости, приводящая к плохому качеству фильтрации напряжения на выходе и повышению уровня рабочих шумов; чрезмерное увеличение параметров последовательного сопротивления; короткое замыкание внутри устройства или разрыв внутренних выводов.
5. Нарушение соединений контактов , которое чаще всего вызывается трещинами в плате.

Если блок питания по каким-либо причинам вышел из строя, то перед самостоятельным проведением любых работ по устранению неполадок необходимо провести тщательную диагностику, чтобы выявить их причины.

В зависимости от разных ситуаций, эта процедура имеет свои особенности:

1. Осмотреть блок питания в целом на наличие скопившейся в нем пыли, которая может быть причиной его некорректной работы.
2. Проверить главную плату на наличие на ее поверхности трещин.
3. Проведение визуального осмотра основной платы блока питания позволяет определить состояние предохранителей. Заметить поломку будет достаточно просто, этот элемент устройства вздуется или полностью разрушится в случае пробоя. Также рекомендуется сразу провести комплексную проверку силового моста, конденсатора фильтра и всех силовых ключей.
4. Если предохранитель находится в исправном состоянии , то необходимо проверить дроссель и электролитные конденсаторы, неисправности также элементарно выявляются визуальным методом по возникшим деформациям либо вздутиям. Сложнее осуществляется диагностика диодного моста или отдельных диодов, их потребуется выпаять из схемы и отдельно проверить при помощи тестера или мультиметра.
5. Проверка конденсатором также осуществляется визуальным методом, поскольку возникшие перегревы могли расплавить электролит и разрушить их корпусы, или при помощи специального прибора, предназначенного для измерения уровня их емкости, если внешних неисправностей выявлено не было.
6. Провести осмотр термистора , который подвержен частым поломкам из-за скачков напряжения или перегревов. Если его поверхность стала черной, а сам он разрушается от легких прикосновений, значит, причина неполадок именно в нем.
7. Проверить контакты всех оставшихся элементов (резистора, трансформатора, индуктора) на возможные нарушения соединения.

Дополнительно при осуществлении диагностики или ремонта импульсных блоков питания рекомендуется следовать следующим советам:

1. Осуществление самостоятельного ремонта подобных устройств является довольно сложным процессом, который требует определенных навыков и знаний, даже если в наличии имеются подробные инструкции. Поэтому, если отсутствует уверенность в своих силах, лучше обратиться к квалифицированному мастеру, чтобы не нанести блоку питания еще более серьезные поломки.
2. Перед началом осуществления любых действий с импульсным блоком питания , его необходимо отключить от электросети. При этом, нажатие соответствующей клавиши на самом устройстве не гарантирует полной безопасности во время ремонта, поэтому необходимо осуществить отключение силового шнура.
3. После того, как блок питания был полностью обесточен, необходимо выждать около 10-15 минут перед началом каких-либо работ. Это время требуется для полной разрядки конденсаторов на плате.
4. Если требуется проведение паяльных работ , то их необходимо осуществлять крайне осторожно, поскольку перегрев места пайки может вызвать отслоение дорожек, а также существует риск их замыкания припоем. Лучше всего, для этих целей подходят паяльные аппараты с параметром мощности, находящимся в диапазоне 40-50Вт.
5. Сбор блока питания после окончания ремонта, допускается производить только после внимательного осмотра мест пайки, в частности, требуется проверка замыкание припоем между дорожками.
6. Рекомендуется обеспечить импульсному блоку питания качественную вентиляцию и охлаждение, которые защитят его загрязнений и перегревов, что минимизирует возможные поломки. Также, не допускается перекрытие вентиляционных отверстий на устройстве.

Промышленные блоки питания нередко выходят из строя, иногда даже и высококачественные и дорогостоящие образцы. В таком случае обычный человек чаще всего выбрасывает и приобретает новое, но причина поломки может быть незначительной, а для радиолюбителя такие устройства представляют немалый интерес в плане изучения и возможности возвращения работоспособности. При том, что зачастую выбрасываются устройства, стоящие немало денег.

Предлагаем пользователям рассмотреть простой ремонт стабилизированного блока питания импульсного типа, основанного на обратноходовом генераторе с обратной связью по току и напряжению, что кроме стабилизации позволяет осуществить и защиту от перегрузки. Блок питается от сети переменного тока с напряжением от 100 до 240 Вольт частоты 50/60 Герц и выдаёт постоянное напряжение 12 Вольт 2 Ампер.

Описываемая здесь неисправность довольно часто встречается в блоках питания указанного типа и имеет следующие симптомы: напряжение на выходе периодически появляется и пропадает с определённой частотой, что визуально наблюдается как вспышки и погасания светодиода индикатора выходного питания:

Если же индикаторный светодиод не установлен, то подобный симптом можно обнаружить стрелочным вольтметром, подключив его к выходу блока питания. При этом стрелка вольтметра периодически будет отклоняться до некоторого значения и возвращаться обратно (может не до конца). Такое явление наблюдается вследствие срабатывания защиты устройства, при превышении напряжения или тока в определённых точках выше допустимого.

Это может произойти как и при коротком замыкании, так и при разрыве цепи. Короткое замыкание чаще всего бывает во время пробоя конденсаторов или полупроводниковых радиоэлементов, таких как диоды или транзисторы. Обрыв же может наблюдаться как у полупроводников, так и резисторов. В любом случае в первую очередь следует визуально осмотреть печатную плату и установленные на ней радиоэлементы.

Диагностика блока питания перед ремонтом

Лучше всего проводить визуальную диагностику с помощью увеличительной лупы:

Ремонт блока питания пошагово с фото

Сгорание резистора могло произойти при долговременном превышении на нём номинальной мощность рассеивания. Сгоревший резистор был выпаян, а его посадочное место было зачищено:

На данный момент по быстрому внешнему осмотру можно выделить хороший сетевой и выходной фильтр, продуманную схемотехнику управления силовым транзистором и хорошую стабилизацию выходного напряжения. Физическое исполнение устройства тоже на высоком уровне, монтаж жёсткий и ровный, пайка чистая, использованы прецизионные радиоэлементы. Всё это позволяет получить устройство высокого качества с точно заданными параметрами и характеристиками.

• Читайте больше о

Особенно опасны полупроводники и конденсаторы в высоковольтных цепях, которые в случае пробоя могут повлечь за собой необратимые последствия для всего устройства при многократном его включении без выявления полного списка повреждённых компонентов. При правильной и внимательной диагностике в большинстве случаев всё заканчивается хорошо и поломку удаётся устранить заменой повреждённых деталей на такие же исправные или близкие по номиналу и параметрам.

Видеоинструкция по ремонту импульсного блока питания:

Импульсные блоки питания — самый ненадежный узел в современных радиоустройствах. Оно и понятно — огромные токи, большие напряжения. Через ИБП проходит вся мощность, потребляемая устройством. При этом не будем забывать, что величина мощности, отдаваемая ИБП в нагрузку, может изменяться в десятки раз, что не может благотворно влиять на его работу.

Большинство производителей применяют простые схемы импульсного блока питания, оно и понятно. Наличие нескольких уровней защиты часто лишь усложняет ремонт и практически не влияет на надежность, так как повышение надежности за счет дополнительной петли защиты компенсируется ненадежностью дополнительных элементов, а при ремонте приходится долго разбираться, что это за детали и зачем они нужны.

Конечно, каждый импульсный блок питания имеет свои характеристики, отличающиеся мощностью, отдаваемой в нагрузку, стабильностью выходных напряжений, диапазоном рабочих сетевых напряжений и другими параметрами, которые при ремонте играют роль, только когда нужно выбрать замену отсутствующей детали.

Понятно, что при ремонте желательно иметь схему. Ну, а если ее нет, простые телевизоры можно ремонтировать и без нее. Принцип работы всех импульсных блоков питания практически одинаков, отличие только в схемных решениях и типах применяемых деталей.

• Как исправить ?

Итак, пошаговая инструкция ремонт импульсного блока питания:

1. Включаем телевизор, убеждаемся, что он не работает, что индикатор дежурного режима не горит. Если он горит, значит дело, скорее всего, не в блоке питания. На всякий случай надо будет проверить напряжение питания строчной развертки.
2. Выключаем телевизор, разбираем его.
3. Проводим внешний осмотр платы телевизора, особенно участка, где размещен блок питания. Иногда могут быть обнаружены вспучившиеся конденсаторы, обгоревшие резисторы и другое. Надо будет в дальнейшем проверить их.
4. Внимательно смотрим пайки, особенно трансформатора, ключевого транзистора/микросхемы, дросселей.
5. Проверяем цепь питания: прозваниваем шнур питания, предохранитель, выключатель питания (если он есть), дроссели в цепи питания, выпрямительный мост. Часто при неисправном ИБП предохранитель не сгорает — просто не успевает. Если пробивается ключевой транзистор, скорее сгорит балластное сопротивление, чем предохранитель. Бывает, что горит предохранитель из-за неисправности позистора, который управляет размагничивающим устройством (петлей размагничивания). Обязательно проверьте на короткое замыкание выводы конденсатора фильтра сетевого питания, не выпаивая его, так как таким образом часто можно проверить на пробой выводы коллектор – эмиттер ключевого транзистора или микросхемы, если в нее встроен силовой ключ. Иногда питание на схему подается с конденсатора фильтра через балластные сопротивления и в случае их обрыва надо проверять на пробой непосредственно на электродах ключа.
6. Проверяем остальные детали блока — диоды, транзисторы, некоторые резисторы. Сначала проверку производим без выпаивания детали, выпаиваем только когда возникло подозрение, что деталь может быть неисправна. В большинстве случаев такой проверки достаточно. Часто обрываются балластные сопротивления. Балластные сопротивления имеют малую величину (десятые Ома, единицы Ом) и предназначены для ограничения импульсных токов, а также для защиты в качестве предохранителей.
7. Смотрим, нет ли замыканий во вторичных цепях питания — для этого проверяем на короткое замыкание выводы конденсаторов соответствующих фильтров на выходах выпрямителей.

Включаем. На этом этапе возможны три варианта:

1. Лампочка ярко вспыхнула, затем притухла, появился растр. Или загорелась индикация дежурного режима. В обоих случаях надо замерить напряжение, питающее строчную развертку — для разных телевизоров оно различно, но не больше 125 Вольт. Часто его величина написана на печатной плате, иногда возле выпрямителя, иногда возле ТДКС. Если оно завышено до 150–160 Вольт, а телевизор находится в дежурном режиме, то переведите его в рабочий режим. В некоторых телевизорах допускается завышение напряжений на холостом ходу (когда строчная развертка не работает). Если в рабочем режиме напряжение завышено, проверьте электролитические конденсаторы в блоке питания только методом замены на заведомо исправный. Дело в том, что часто электролитические конденсаторы в ИБП теряют частотные свойства и на частоте генерации перестают выполнять свои функции несмотря на то, что при проверке тестером методом заряда-разряда конденсатор вроде бы исправен. Также может быть неисправна оптопара (если она есть) или цепи управления оптопарой. Проверьте, регулируется ли выходное напряжение внутренней регулировкой (если таковая имеется). Если не регулируется, то надо продолжить поиск неисправных деталей.
2. Лампочка ярко вспыхнула и погасла. Ни растра, ни индикации дежурного режима не появилось. Это говорит о том, что импульсный блок питания не запускается. Надо измерить напряжение на конденсаторе сетевого фильтра, оно должно быть 280–300 Вольт. Если его нет — иногда ставят балластное сопротивление между мостом сетевого выпрямителя и конденсатором. Еще раз проверить цепи питания и выпрямителя. Если напряжение занижено, может быть оборван один из диодов моста сетевого выпрямителя или, что встречается чаще, потерял емкость конденсатор фильтра сетевого питания. Если напряжение в норме, то нужно еще раз проверить выпрямители вторичных источников питания, а также цепь запуска. Цепь запуска у простых телевизоров состоит из нескольких резисторов, включенных последовательно. Проверяя цепь, надо измерять падение напряжения на каждом из них, измеряя напряжение непосредственно на выводах каждого резистора.
3. Лампочка горит на полную яркость. Немедленно выключите телевизор. Заново проверьте все элементы. И помните — чудес в радиотехнике не бывает, значит вы где-то что-то упустили, не все проверили.

Russian HamRadio — Импульсные блоки питания бытовых радиоустройств.

Apple не произвела революцию в источниках питания; новых транзисторов сделал

Вместо обычного линейного источника питания Холт построил тот, который используется в осциллографах. Он включал и выключал питание не шестьдесят раз в секунду, а тысячи раз; это позволило ему сохранять энергию в течение гораздо меньшего времени и, следовательно, отбрасывать меньше тепла. «Этот импульсный источник питания был столь же революционным, как и материнская плата Apple II», — сказал позже Джобс.«Род не получил большого признания за это в учебниках истории, но он должен. Каждый компьютер теперь использует импульсные блоки питания, и все они копируют дизайн Рода Холта».

История импульсных блоков питания оказалась довольно интересной. Хотя большинство людей рассматривают блок питания как скучную металлическую коробку, на самом деле за этим стоит много технологических разработок. Фактически произошла революция в источниках питания в конце 1960-х — середине 1970-х годов, когда импульсные источники питания пришли на смену простым, но неэффективным линейным источникам питания, но это произошло за несколько лет до выхода Apple II в 1977 году.Заслуга этой революции следует отдать достижениям в полупроводниковой технологии, в частности, усовершенствованиям в переключающих транзисторах, а затем и инновационным ИС для управления импульсными источниками питания [2].

Некоторые сведения об источниках питания

Типичный линейный источник питания использует громоздкий силовой трансформатор для преобразования 120 В переменного тока в низкое напряжение переменного тока, преобразует его в постоянное напряжение низкого напряжения с помощью диодного моста, а затем использует линейный регулятор для понижения напряжения до желаемого уровня. Линейный регулятор — это недорогой, простой в использовании компонент на основе транзистора, который превращает избыточное напряжение в отходящее тепло для получения стабильного выходного сигнала.Линейные источники питания почти несложно спроектировать и изготовить [6]. Однако одним большим недостатком является то, что они обычно расходуют около 50-65% энергии в виде тепла [7], часто требуя больших металлических радиаторов или вентиляторов для отвода тепла. Второй недостаток — они большие и тяжелые. С другой стороны, компоненты (кроме трансформатора) в линейных источниках питания должны работать только с низкими напряжениями, а выход очень стабильный и бесшумный.

Импульсный источник питания работает по совершенно другому принципу: быстрое включение и выключение питания, а не превращение избыточной мощности в тепло.В импульсном источнике питания входная линия переменного тока преобразуется в высоковольтный постоянный ток, а затем источник питания включает и выключает постоянный ток тысячи раз в секунду, тщательно контролируя время переключения, чтобы выходное напряжение в среднем составляло желаемое значение. Теоретически энергия не тратится зря, хотя на практике КПД будет 80% -90%. Импульсные источники питания намного эффективнее, выделяют гораздо меньше тепла и намного меньше и легче линейных источников питания. Основным недостатком импульсного источника питания является то, что он значительно сложнее линейного источника питания и намного сложнее в проектировании.[8] Кроме того, это гораздо более требовательно к компонентам, требуя транзисторов, которые могут эффективно включаться и выключаться на высокой скорости при большой мощности. Переключатели, катушки индуктивности и конденсаторы в импульсном источнике питания могут быть расположены в нескольких различных схемах (или топологиях) с такими названиями, как Buck, Boost, Flyback, Forward, Push-Pull, Half Wave и Full-Wave [9]. ]

История импульсных источников питания до 1977 года

Компьютерная промышленность начала использовать импульсные блоки питания в конце 1960-х годов, и их популярность неуклонно росла. Примеры включают миникомпьютер PDP-11/20 в 1969 г. [20] Honeywell h416R в 1970 г. [21] и мини-компьютер Hewlett-Packard 2100A в 1971 г. [22] [23] К 1971 году компании, использующие импульсные регуляторы, «читали как« Кто есть кто »компьютерной индустрии: IBM, Honeywell, Univac, DEC, Burroughs и RCA, и это лишь некоторые из них.»[21] В 1974 году HP использовала импульсный источник питания для миникомпьютера 21MX, [24] Data General для Nova 2/4, [25] Texas Instruments для 960B, [26] и Interdata для своих мини-компьютеров. [27] В 1975 году HP использовала автономный импульсный источник питания в дисплейном терминале HP2640A, [28] Matsushita для своего миникомпьютера для управления трафиком [29], а IBM — в своем подобном пишущей машинке Selectric Composer [29] и портативном компьютере IBM 5100. . [30] К 1976 году Data General использовала импульсные блоки питания для половины своих систем, Hitachi и Ferranti использовали их [29], настольный компьютер Hewlett-Packard 9825A [31] и калькулятор 9815A [32] использовали их, а decsystem 20 [33] — большой импульсный блок питания.К 1976 году в жилых комнатах появились импульсные источники питания, питающие цветные телевизионные приемники. [34] [35]

Импульсные блоки питания также стали популярными продуктами для производителей блоков питания, начиная с конца 1960-х годов. В 1967 году RO Associates представила первый импульсный источник питания 20 кГц [36], который, как они утверждают, также стал первым коммерчески успешным импульсным источником питания [37]. NEMIC начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в Японии в 1970 году.[38] К 1972 году большинство производителей блоков питания предлагали импульсные блоки питания или собирались предложить их. [5] [39] [40] [41] [42] HP продала линейку импульсных источников питания мощностью 300 Вт в 1973 году [43], а также компактный импульсный источник питания мощностью 500 Вт [44] и импульсный импульсный источник питания мощностью 110 Вт [45] в 1975 году. К 1975 году импульсные источники питания составляли 8% мощности. рынок поставок и быстро растет, движимый улучшенными компонентами и желанием иметь меньшие блоки питания для таких продуктов, как микрокомпьютеры. [46]

Импульсные источники питания были представлены в журналах по электронике того времени, как в рекламных объявлениях, так и в статьях. Electronic Design рекомендовал импульсные источники питания в 1964 году для повышения эффективности [47]. На обложке журнала Electronics World от октября 1971 года был представлен импульсный блок питания мощностью 500 Вт и статья «Блок питания импульсного регулятора». В длинной статье о блоках питания в Computer Design в 1972 году подробно обсуждались импульсные источники питания и растущее использование импульсных источников питания в компьютерах, хотя в ней упоминается, что некоторые компании все еще скептически относились к импульсным источникам питания.[5] В 1973 г. в журнале Electronic Engineering была опубликована подробная статья «Импульсные источники питания: зачем и как» [42]. В 1976 году обложка журнала Electronic Design [48] была озаглавлена ​​«Внезапно переключиться стало проще», описывая новые ИС контроллера импульсного источника питания, Electronics опубликовал длинную статью об импульсных источниках питания [29] Powertec разместила двухстраничную рекламу преимуществ своих импульсных источников питания с крылатой фразой «Большой переключатель — это переключатели» [49], а журнал Byte объявил о импульсных источниках питания Boschert для микрокомпьютеров.[50]

Ключевым разработчиком импульсных блоков питания был Роберт Бошерт, который уволился с работы и в 1970 году начал собирать блоки питания на своем кухонном столе [51]. Он сосредоточился на упрощении импульсных источников питания, чтобы сделать их экономически выгодными по сравнению с линейными источниками питания, и к 1974 году он начал массовое производство недорогих источников питания для принтеров [51] [52], за которым последовала недорогая коммутация мощностью 80 Вт. Электроснабжение в 1976 г. [50] К 1977 году Boschert Inc выросла до компании с 650 сотрудниками [51], которая производила блоки питания для спутников и истребителей F-14 [53], а затем блоки питания для таких компаний, как HP [54] и Sun.Люди часто думают, что настоящее время — уникальное время для технологических стартапов, но Бошерт показывает, что стартапы на кухонном столе происходили даже 40 лет назад.

Развитие импульсных источников питания в 1970-х годах во многом было обусловлено появлением новых компонентов [55]. Номинальное напряжение переключаемых транзисторов часто было ограничивающим фактором [5], поэтому появление в конце 1960-х — начале 1970-х годов высокоэффективных, высокоскоростных и мощных транзисторов по низкой цене значительно увеличило популярность импульсных источников питания.[5] [6] [21] [16] Технология транзисторов развивалась так быстро, что коммерческий блок питания мощностью 500 Вт, представленный на обложке Electronics World в 1971 году, не мог быть построен с транзисторами всего 18 месяцев назад [21]. Как только силовые транзисторы смогут выдерживать сотни вольт, источники питания смогут отказаться от тяжелого силового трансформатора с частотой 60 Гц и работать в автономном режиме непосредственно от сетевого напряжения. Более высокая скорость переключения транзисторов позволила использовать более эффективные и гораздо более компактные источники питания. Введение интегральных схем для управления импульсными источниками питания в 1976 году широко рассматривается как начало эры импульсных источников питания за счет их радикального упрощения.[10] [56]

К началу 1970-х годов стало ясно, что происходит революция. Производитель блоков питания Уолт Хиршберг заявил в 1973 году, что «происходящая сейчас революция в конструкции блоков питания не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен» [57]. В 1977 году во влиятельной книге по источникам питания говорилось, что « считалось, что импульсные регуляторы совершают революцию в отрасли электроснабжения »[58].

Apple II и его блок питания

Стив Джобс сказал, что теперь каждый компьютер копирует революционный дизайн Рода Холта [1]. Но революционен ли этот дизайн? Был ли он сорван с любого другого компьютера?

Как показано выше, ко времени выпуска Apple II на многих компьютерах использовались импульсные блоки питания.Конструкция не является особенно революционной, поскольку аналогичные простые автономные обратноходовые преобразователи продавались Boschert [50] [60] и другими компаниями. В долгосрочной перспективе создание схемы управления из дискретных компонентов, как это сделала Apple, было тупиковой технологией, поскольку будущее импульсных источников питания было за ИС контроллеров ШИМ [2]. Удивительно, что Apple продолжала использовать дискретные генераторы в источниках питания даже через Macintosh Classic, так как контроллеры IC были представлены в 1975 году. [48] Apple действительно перешла на контроллеры IC, например, в Performa [61] и iMac.[62]

Блок питания, который Род Холт разработал для Apple, был достаточно инновационным, чтобы получить патент [63], поэтому я подробно изучил патент, чтобы увидеть, есть ли какие-нибудь менее очевидные революционные особенности. В патенте описаны два механизма защиты источника питания от сбоев. Первый (пункт 1) — это механизм безопасного запуска генератора через вход переменного тока. Второй механизм (пункт 8) возвращает избыточную энергию от трансформатора к источнику питания (особенно при отсутствии нагрузки) через зажимную обмотку на трансформаторе и диод.

Механизм запуска переменного тока не использовался Apple II, [59] но использовался Apple II Plus, [64] Apple III, [65] Lisa, [66] Macintosh, [67] и Mac 128K через Classic.[68] Я не смог найти никаких источников питания сторонних производителей, которые использовали бы этот механизм, [69] за исключением блока питания телевизора 1978 года, [70] и он стал устаревшим контроллерами IC, поэтому этот механизм, похоже, не повлиял на компьютерный блок питания.

Второй механизм в патенте Холта, зажимная обмотка и диод для возврата мощности в обратном преобразователе, использовался в различных источниках питания до середины 1980-х годов, а затем исчез. Некоторые примеры — источник питания Boschert OL25 (1978), [60] Apple III (1980), [65] Документация Apple по источникам питания (1982 г.), [59] Жесткий диск Tandy (1982 г.), [71] Тэнди 2000 (1983), [72] [73] Яблочная Лиза (1983), [66] Apple Macintosh (1984 г.), [67] Commodore Model B128 (1984), [74] Тэнди 6000 (1985), [75] а также От Mac Plus (1986) до Mac Classic (1990).[68] Эта обмотка с обратным зажимом, по-видимому, была популярна в Motorola в 1980-х годах, она фигурирует в техническом описании микросхемы контроллера MC34060 [76], руководстве конструктора 1983 года [77] (где обмотка описывалась как обычная, но необязательная) и в примечании к применению 1984 года. . [78]

Этот зажим с обратным ходом наматывает новаторство Холта, которое сорвали другие компании? Я так думал, пока не нашел книгу по источникам питания 1976 года, в которой подробно описывалась эта обмотка [35], которая испортила мой рассказ. (Также обратите внимание, что в прямых преобразователях (в отличие от обратных преобразователей) эта зажимная обмотка использовалась еще в 1956 г. [79] [80] [81], поэтому ее применение в обратном преобразователе в любом случае не кажется большим скачком. .)

Одним из озадачивающих аспектов обсуждения источников питания в книге Стива Джобса [1] является утверждение о том, что источник питания Apple II «похож на те, что используются в осциллографах», поскольку осциллографы — это всего лишь одно небольшое применение для переключения источников питания. Это утверждение, по-видимому, возникло из-за того, что Холт ранее разработал импульсный источник питания для осциллографов [82], но нет другой связи между источником питания Apple и источниками питания осциллографов.

Наибольшее влияние Apple II на индустрию блоков питания оказала Astec — гонконгская компания, производившая блоки питания.До того, как вышел Apple II, Astec была малоизвестным производителем импульсных инверторов постоянного тока в постоянный. Но к 1982 году Astec стала ведущим в мире производителем импульсных источников питания, почти полностью опираясь на бизнес Apple, и удерживала первое место в течение ряда лет. [83] [84] В 1999 году Astec была приобретена компанией Emerson [85], которая в настоящее время является второй по величине компанией в области энергоснабжения после Delta Electronics. [86]

Малоизвестный факт об источнике питания Apple II заключается в том, что он изначально собирался калифорнийскими домохозяйками из среднего класса как сдельная.[83] Однако по мере роста спроса строительство источника питания было передано Astec, хотя оно стоило на 7 долларов больше. К 1983 году Astec производила 30 000 блоков питания Apple в месяц. [83]

Блоки питания post-Apple

Я буду подробно сравнивать блок питания для ПК IBM 5150 с блоком питания Apple II, чтобы показать их общие черты и различия. Оба они представляют собой автономные источники питания с обратным ходом и несколькими выходами, но это почти все, что у них общего. Несмотря на то, что в блоке питания ПК используется контроллер IC, а в Apple II используются дискретные компоненты, в блоке питания ПК используется примерно в два раза больше компонентов, чем в блоке питания Apple II. В то время как в блоке питания Apple II используется генератор переменной частоты, построенный на транзисторах, в блоке питания ПК используется генератор ШИМ фиксированной частоты, обеспечиваемый микросхемой контроллера NE5560.В ПК используются оптоизоляторы для обеспечения обратной связи по напряжению с контроллером, а в Apple II используется небольшой трансформатор. Apple II напрямую управляет силовым транзистором, в то время как ПК использует управляющий трансформатор. ПК проверяет все четыре выхода мощности на соответствие нижнему и верхнему пределам напряжения, чтобы убедиться, что мощность в норме, и выключает контроллер, если какое-либо напряжение выходит за пределы спецификации. Apple II вместо этого использует лом SCR на выходе 12 В, если это напряжение слишком высокое. В то время как обратноходовой трансформатор ПК имеет одну первичную обмотку, Apple II использует дополнительную первичную фиксирующую обмотку для возврата мощности, а также другую первичную обмотку для обратной связи.ПК обеспечивает линейное регулирование от источников питания 12 В и -5 В, а Apple II — нет. В ПК используется вентилятор, а в Apple II — нет. Понятно, что блок питания IBM 5150 не «сдирает» конструкцию блоков питания Apple II, поскольку между ними почти нет ничего общего. А позже конструкции блоков питания стали еще более разными.

Блок питания IBM PC AT стал де-факто стандартом для блоков питания компьютеров. В 1995 году Intel представила спецификацию материнской платы ATX [88], а блок питания ATX (вместе с вариантами) стал стандартом для блоков питания настольных компьютеров, при этом компоненты и конструкции часто ориентированы именно на рынок ATX.[89]

Компьютерные системы питания стали более сложными с появлением в 1995 году модуля регулятора напряжения (VRM) для Pentium Pro, который требовал более низкого напряжения при более высоком токе, чем источник питания мог обеспечить напрямую. Для обеспечения этого питания Intel представила VRM — импульсный стабилизатор постоянного тока, установленный рядом с процессором, который снижает 12 вольт от источника питания до низкого напряжения, используемого процессором [90]. (Если вы разгоняете свой компьютер, именно VRM позволяет поднять напряжение.) Кроме того, видеокарты могут иметь собственный VRM для питания высокопроизводительного графического чипа. Быстрому процессору может потребоваться 130 Вт от VRM. Сравнение этого с половиной ватта мощности, используемой процессором Apple II 6502 [91], показывает огромный рост энергопотребления современных процессоров. Один только современный процессорный чип может использовать более чем в два раза мощность всего компьютера IBM 5150 или в три раза больше, чем Apple II.

Поразительный рост компьютерной индустрии привел к тому, что потребление энергии компьютерами стало причиной беспокойства об окружающей среде, что привело к появлению инициатив и нормативных актов, направленных на повышение эффективности источников питания.[92] В США сертификация Energy Star и 80 PLUS [93] подталкивает производителей к производству более эффективных «зеленых» источников питания. Эти источники питания обеспечивают большую эффективность с помощью различных методов: более эффективное резервное питание, более эффективные схемы запуска, резонансные схемы (также известные как мягкое переключение и ZCT или ZVT), которые снижают потери мощности в переключающих транзисторах за счет отсутствия питания проходит через них, когда они выключаются, и схемы «активного зажима» для замены переключающих диодов на более эффективные транзисторные схемы.[94] Усовершенствования в технологии MOSFET-транзисторов и высоковольтных кремниевых выпрямителей за последнее десятилетие также привели к повышению эффективности. [92]

Источники питания могут более эффективно использовать мощность сети переменного тока с помощью метода коррекции коэффициента мощности (PFC). [95] Активная коррекция коэффициента мощности добавляет еще одну схему переключения перед основной схемой источника питания. Специальная микросхема контроллера PFC переключает его с частотой до 250 кГц, аккуратно извлекая плавное количество энергии из источника питания для создания высокого напряжения постоянного тока, которое затем подается в обычную схему импульсного источника питания.[13] [96] PFC также иллюстрирует, как блоки питания превратились в товар с очень тонкой маржой, где доллар — это большие деньги. Активная коррекция коэффициента мощности считается особенностью высокопроизводительных источников питания, но ее фактическая стоимость составляет всего около 1,50 доллара США [97].

На протяжении многих лет для блоков питания IBM PC использовалось множество различных микросхем контроллеров, конструкций и топологий, как для поддержки различных уровней мощности, так и для использования преимуществ новых технологий. [98] Микросхемы контроллеров, такие как NE5560 и SG3524, были популярны в ранних ПК IBM.[99] Микросхема TL494 стала очень популярной в конфигурации полумоста, [99] самой популярной конструкции в 1990-х. [100] Серия UC3842 также была популярна для конфигураций прямого преобразователя. [99] Стремление к повышению эффективности сделало двойные прямые преобразователи более популярными [101], а коррекция коэффициента мощности (PFC) сделала контроллер CM6800 очень популярным [102], поскольку одна микросхема управляет обеими цепями. В последнее время стали более распространены прямые преобразователи, генерирующие только 12 В, с использованием преобразователей постоянного тока для обеспечения очень стабильной 3.Выходы 3 В и 5 В. [94] Более подробную информацию о современных источниках питания можно получить из многих источников. [103] [104] [98] [105]

В этом типичном блоке питания XT мощностью 150 Вт используется популярная полумостовая конструкция. Фильтр переменного тока на входе справа. Слева от него находится схема управления / драйвера: микросхема TL494 вверху управляет маленьким желтым приводным трансформатором внизу, который управляет двумя переключающими транзисторами на радиаторах внизу. Слева от него находится больший желтый главный трансформатор с вторичными диодами и регулятором на радиаторах и выходной фильтром слева.Этот полумостовой блок питания полностью отличается от конструкции Apple II с обратной связью. Авторское право на фотографию: larrymoencurly, использовано с разрешения.

Современные компьютеры содержат удивительный набор импульсных источников питания и регуляторов. Современный источник питания может содержать переключающую схему PFC, переключающий обратноходовой источник питания для резервного питания, переключающий прямой преобразователь для генерации 12 вольт, переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный для генерации 5 вольт и переключающий преобразователь постоянного тока в постоянный для генерации 3 .3 вольта, [94] поэтому блок питания ATX можно рассматривать как пять различных импульсных блоков питания в одной коробке. Кроме того, на материнской плате есть импульсный регулятор VRM для питания процессора, а на видеокарте есть еще один VRM, всего семь переключаемых источников питания в типичном настольном компьютере.

Технология импульсных источников питания продолжает развиваться. Одно из разработок — цифровое управление и цифровое управление питанием. [106] Вместо использования аналоговых схем управления микросхемы цифрового контроллера оцифровывают управляющие входы и используют программные алгоритмы для управления выходами.Таким образом, проектирование контроллера источника питания становится вопросом программирования не меньше, чем проектирования аппаратного обеспечения. Цифровое управление питанием позволяет источникам питания обмениваться данными с остальной системой для повышения эффективности и ведения журналов. Хотя сейчас эти цифровые технологии в основном используются для серверов, я ожидаю, что в конечном итоге они перейдут на настольные компьютеры.

Подводя итог, можно сказать, что исходный блок питания для ПК IBM 5150 почти во всех отношениях отличался от блока питания Apple II, за исключением того, что оба блока питания были обратноходовыми.Более современные блоки питания не имеют ничего общего с Apple II. Абсурдно утверждать, что блоки питания копируют дизайн Apple.

Известные конструкторы импульсных источников питания

Ирония в комментарии Стива Джобса о том, что Роду Холту не уделяют должного внимания, заключается в том, что работа Рода Холта описана в десятках книг и статей об Apple, от Revenge of the Nerds, в 1982 [109] до лучших работ 2011 года. продавая биографию Стива Джобса, что делает Рода Холта самым известным дизайнером блоков питания за всю историю.

Заключение

Если вас интересуют источники питания, вам также может понравиться моя статья «Крошечный, дешевый и опасный: внутри (поддельного) зарядного устройства для iPhone».

Примечания и ссылки

[1] Стив Джобс , Уолтер Исааксон, 2011. Дизайн блока питания Рода Холта для Apple II обсуждается на странице 74. Обратите внимание, что описание импульсного блока питания в этой книге довольно искажено.

[2] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Джин Хефтман, Power Electronics Technology, стр 48-53, октябрь 2005 г.

[3] Предварительное планирование площадки: компьютер Cray-1 (1975) В Cray-1 использовались два мотор-генератора мощностью 200 л.с. (150 кВт) для преобразования входного переменного тока 250 А 460 В в регулируемую мощность 208 В, 400 Гц; каждый мотор-генератор был примерно 3900 фунтов. Мощность 208 В, 400 Гц подавалась на 36 отдельных источников питания, в которых использовались двенадцатифазные трансформаторы, но не было внутренних регуляторов. Эти блоки питания образуют 12 верстаков вокруг компьютера Cray. Фотографии силовых компонентов Cray можно найти в Справочном руководстве по аппаратному обеспечению Cray-1 серии S (1981).Эта высокочастотная установка двигатель-генератор может показаться странной, но в IBM 370 использовалась аналогичная установка, см. Объявление: IBM System / 370 Model 145.

[4] Во многих более крупных компьютерах для регулирования использовались феррорезонансные трансформаторы. Например, в блоке питания компьютера IBM 1401 использовался феррорезонансный регулятор мощностью 1250 Вт, см. Справочное руководство, 1401 Data Processing System (1961), стр. 13. В HP 3000 Series 64/68/70 также использовались феррорезонансные трансформаторы, см. Руководство по установке компьютеров Series 64/68/70 (1986), стр. 2-3.DEC использовала феррорезонансные и линейные источники питания почти исключительно в начале 1970-х годов, в том числе для PDP-8 / A (рисунок в «Выбор источника питания вырисовывается большой в сложных конструкциях», Electronics , Oct 1976, volume 49, p111).

[5] «Источники питания для компьютеров и периферийных устройств», Computer Design , июль 1972 г., стр. 55-65. В этой длинной статье о блоках питания много говорится об импульсных блоках питания. Он описывает понижающую (последовательную), повышающую (шунтирующую), двухтактную (инверторную) топологии и полную мостовую топологию.В статье говорится, что номинальное напряжение переключающего транзистора является ограничивающим параметром во многих приложениях, но «высоковольтные высокоскоростные транзисторы становятся все более доступными по низкой цене — важный фактор более широкого использования источников импульсных стабилизаторов». В нем делается вывод, что «Доступность высоковольтных, высокомощных переключающих транзисторов по умеренным ценам дает дополнительный импульс использованию высокоэффективных импульсных обычных [sic] источников питания. В этом году ожидается существенное увеличение их использования.»

В статье также говорится: «Одной из наиболее спорных тем является продолжающаяся дискуссия о ценности импульсных источников питания для компьютерных приложений по сравнению с обычными последовательными транзисторными регуляторами». Это подтверждается некоторыми комментариями производителей. Одним из скептиков была компания Elexon Power Systems, которая «не считает импульсные регуляторы« ответом ». В ближайшем будущем они планируют раскрыть совершенно новый подход к источникам питания ». Другой был Modular Power Inc, который «не рекомендовал переключать регуляторы, за исключением случаев, когда малый размер, легкий вес и высокая эффективность являются основными соображениями, как в портативном и бортовом оборудовании».«Sola Basic Industries» заявила, что «их инженеры крайне скептически относятся к долговременной надежности импульсных стабилизаторов в практических конструкциях массового производства и прогнозируют проблемы с отказом транзисторов».

Раздел статьи, посвященный комментариям производителей, дает представление о технологиях в отрасли электроснабжения в 1972 году: Hewlett Packard »указывает, что сегодня большое влияние оказывает доступность высокоскоростных, сильноточных и недорогих транзисторов, ускоряемая нынешней тенденцией к импульсным стабилизаторам.Компания широко использует переключатели в полном спектре конструкций с высокой мощностью ». Lambda Electronics «широко использует импульсные регуляторы на выходную мощность более 100 Вт», которые предназначены для предотвращения охлаждения вентилятором. Компания Analog Devices предложила прецизионные расходные материалы, в которых для повышения эффективности используются методы переключения. RO Associates «считает, что рост количества импульсных источников питания является серьезным изменением в области проектирования источников питания». Они предлагали миниатюрные источники на 20 кГц и недорогие источники на 60 кГц. Sola Basic Industries »прогнозирует, что производители миникомпьютеров будут использовать больше бестрансформаторных импульсных регуляторов в 1972 году для повышения эффективности и уменьшения размера и веса.» Trio Laboratories «указывает на то, что производители компьютеров и периферийных устройств обращаются к переходу на другой тип, потому что цены сейчас более конкурентоспособны, а приложения требуют меньшего размера».

[6] Практическая конструкция импульсного источника питания, Марти Браун, 1990, стр. 17.

[7] См. Раздел комментариев для подробного обсуждения эффективности линейного источника питания.

[8] Справочник по источникам питания , Марти Браун, 2001. На странице 5 обсуждается относительное время разработки для различных технологий электропитания: линейный регулятор занимает 1 неделю от общего времени разработки, тогда как импульсный стабилизатор с ШИМ требует 8 человеко-месяцев.

[9] Обзор различных топологий можно найти в обзорах SMPS и топологиях источников питания. Подробности см. В Microchip AN 1114: Топологии SMPS и Топологии импульсных источников питания

[10] Лауреат премии за выслугу лет Роберт Маммано, Power Electronics Technology , сентябрь 2005 г., стр. 48-51. В этой статье Silicon General SG1524 (1975) описывается как ИС, открывшая эру импульсных регуляторов и импульсных источников питания.

[11] Справочное руководство по проектированию заказчиков IBM: Блок питания 736, Блок питания 741, Блок распределения питания 746 (1958), стр. 60-17.Блок питания для компьютера 704 состоит из трех шкафов размером с холодильник, заполненных электронными лампами, предохранителями, реле, механическими таймерами и трансформаторами, потребляющими мощность 90,8 кВА. В нем использовалось несколько методов регулирования, включая трансформаторы с насыщаемым реактором и опорное напряжение на основе термисторов. Выходы постоянного тока регулировались переключающим механизмом тиратрона с частотой 60 Гц. Тиратроны — это переключающие вакуумные лампы, которые управляют выходным напряжением (подобно триакам в обычном диммерном переключателе). Это можно рассматривать как импульсный источник питания (см. Источники питания, импульсные регуляторы, инверторы и преобразователи , Irving Gottlieb, pp 186-188).

[12] В своей рекламе Pioneer Magnetics заявляет, что они разработали свой первый импульсный источник питания в 1958 году. Например, см. Electronic Design , V27, p216.

[13] Источник питания с коэффициентом мощности Unity, патент 4677366. Pioneer Magnetics подала этот патент в 1986 году на активную коррекцию коэффициента мощности. См. Также статью Pioneer Magnetics «Почему PFC? страница.

[14] Один из первых импульсных источников питания был описан в «Транзисторный преобразователь-усилитель мощности», Д. А. Пейнтер, General Electric Co., Конференция по твердотельным схемам , 1959, стр. 90-91. Также см. Соответствующий патент 1960 г. 3067378 «Транзисторный преобразователь».

[15] Исследование бездиссипативного преобразователя постоянного тока в преобразователь постоянного тока, Центр космических полетов Годдарда, 1964. Этот обзор транзисторных преобразователей постоянного тока показывает около 20 различных схем переключения, известных в начале 1960-х годов. Обратный преобразователь заметно отсутствует. Многие другие отчеты НАСА о преобразователях энергии за этот период доступны на сервере технических отчетов НАСА.

[16] Подробная история импульсных источников питания представлена ​​в S.J. M.Phil Уоткинса. дипломная работа Автоматическое тестирование импульсных источников питания, в гл. История и развитие импульсных источников питания до 1987 г.

[17] История развития импульсных источников питания, TDK Power Electronics World. Это дает очень краткую историю импульсных источников питания. В TDK также есть удивительно подробное обсуждение импульсных источников питания в комической форме: TDK Power Electronics World.

[18] «Спутниковый источник питания с регулируемой длительностью импульса», Electronics , февраль 1962 г., стр. 47-49. В этой статье Эллиота Джозефсона из Lockheed описывается ШИМ-преобразователь постоянного тока с постоянной частотой для спутников. См. Также патент 3219907 Устройство преобразования мощности.

[19] Система электроснабжения космического корабля, Telstar, 1963. Спутник Telstar получал энергию от солнечных элементов, сохраняя энергию в никель-кадмиевых батареях. Эффективность была критической для спутника, поэтому использовался импульсный стабилизатор напряжения постоянного тока с понижающим преобразователем, преобразующим переменное напряжение батареи в стабильное -16 В постоянного тока при мощности до 32 Вт при КПД до 92%.Поскольку спутнику требовался широкий диапазон напряжений, до 1770 вольт для усилителя RF, были использованы дополнительные преобразователи. Регулируемый постоянный ток преобразовывался в переменный, подавался на трансформаторы и выпрямлялся для получения необходимых напряжений.

[20] В некоторых моделях PDP, таких как PDP-11/20, использовался источник питания H720 (см. Руководство по PDP, 1969). Этот источник питания подробно описан в Руководстве по блоку питания и монтажной коробке H720 (1970). В источнике питания весом 25 фунтов используется силовой трансформатор для генерации 25 В постоянного тока, а затем импульсные регуляторы (понижающий преобразователь) для генерации 230 Вт регулируемого напряжения +5 и -15 вольт.Поскольку транзисторы той эпохи не могли работать с высоким напряжением, напряжение постоянного тока пришлось снизить до 25 вольт с помощью большого силового трансформатора.

[21] «Источник питания импульсного регулятора», Electronics World v86 October 1971, p43-47. Эта длинная статья об импульсных источниках питания была размещена на обложке Electronics World . Статью стоит поискать хотя бы для изображения импульсного блока питания самолета F-111, которое выглядит настолько сложным, что я почти ожидал, что он посадит самолет.Импульсные источники питания, обсуждаемые в этой статье, сочетают в себе импульсный инвертор постоянного и переменного тока с трансформатором для изоляции с отдельным понижающим или повышающим импульсным стабилизатором. В результате в статье утверждается, что импульсные блоки питания всегда будут дороже линейных блоков питания из-за двух каскадов. Однако современные блоки питания сочетают в себе оба этапа. В статье обсуждаются различные источники питания, в том числе импульсный блок питания мощностью 250 Вт, используемый в Honeywell h416R. В статье говорится, что импульсный стабилизатор питания достиг совершеннолетия благодаря новым достижениям в области быстродействующих и мощных транзисторов.На обложке изображен импульсный блок питания мощностью 500 Вт, который, согласно статье, не мог быть построен с транзисторами, доступными всего полтора года назад.

[22] Источник питания Bantam для мини-компьютера, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1971 г. Подробная информация о схемах в патенте «Высокоэффективный источник питания» 3 852 655. Это автономный источник питания мощностью 492 Вт с инверторами, за которыми следуют импульсные стабилизаторы на 20 В.

[23] HP2100A был представлен в 1971 году с импульсным источником питания (см. Основные характеристики HP2100A).Утверждается, что он имеет первый импульсный источник питания в миникомпьютере 25 лет работы в режиме реального времени, но PDP-11/20 был раньше.

[24] Компьютерная система питания для тяжелых условий эксплуатации, стр. 21, Hewlett-Packard Journal , октябрь 1974 г. В миникомпьютере 21MX использовался автономный импульсный пререгулятор мощностью 300 Вт для выработки регулируемого постоянного тока 160 В, который подавался на переключающие преобразователи постоянного тока в постоянный.

[25] Общее техническое руководство по данным Nova 2, 1974. В Nova 2/4 использовался импульсный стабилизатор для генерации 5 В и 15 В, в то время как в более крупном 2/10 использовался трансформатор постоянного напряжения.В руководстве говорится: «При более высоких потерях тока, связанных с компьютером, потери [от линейных регуляторов] могут стать чрезмерными, и по этой причине часто используется импульсный стабилизатор, как в NOVA 2/4».

[26] Модель 960B / 980B для обслуживания компьютеров Модель: источник питания В блоке питания миникомпьютера Texas Instruments 960B использовался импульсный стабилизатор для источника питания 5 В мощностью 150 Вт и линейные регуляторы для других напряжений. Импульсный стабилизатор состоит из двух параллельных понижающих преобразователей, работающих на частоте 60 кГц и использующих переключающие транзисторы 2N5302 NPN (введены в 1969 году).Поскольку транзисторы рассчитаны на максимальное напряжение 60 В, в блоке питания используется трансформатор для понижения напряжения до 35 В, которое подается на регулятор.

[27] Руководство по эксплуатации импульсных регулируемых источников питания M49-024 и M49-026, Interdata, 1974. Эти автономные полумостовые источники питания обеспечивали мощность 120 Вт или 250 Вт и использовались миникомпьютерами Interdata. В генераторе переключения используются микросхемы таймера 555 и 556.

[28] Блок питания 2640A, Hewlett-Packard Journal , июнь 1975 г., стр. 15.«Импульсный источник питания был выбран из-за его эффективности и занимаемой площади». Также техническая информация о терминале данных. Другой интересный момент — это корпус, отлитый из структурной пены (p23), который очень похож на пластиковый корпус Apple II (см. Стр. 73 из Steve Jobs ), сделанный парой лет назад.

[29] «В сложных конструкциях большое значение имеет выбор источников питания», Electronics , Oct 1976, volume 49. p107-114. В этой длинной статье подробно рассматриваются источники питания, в том числе импульсные.Обратите внимание, что Selectric Composer сильно отличается от популярной пишущей машинки Selectric.

[30] Информационное руководство по обслуживанию портативного компьютера IBM 5100. IBM 5100 был портативным компьютером весом 50 фунтов, который использовал BASIC и APL, а также включал монитор и ленточный накопитель. Источник питания описан на стр. 4-61 как небольшой, высокомощный, высокочастотный импульсный импульсный стабилизатор, обеспечивающий 5 В, -5 В, 8,5 В, 12 В и -12 В.

[31] Настольный компьютер HP 9825A 1976 года использовал импульсный стабилизатор для источника питания 5 В.Он также использовал формованный корпус из пеноматериала, предшествующий Apple II; см. 98925A Product Design, Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г., стр. 5.

[32] Калькулятор среднего уровня обеспечивает большую мощность при меньших затратах, В журнале Hewlett-Packard Journal , июнь 1976 г. обсуждается импульсный источник питания 5 В, используемый в калькуляторе 9815A.

[33] Блок питания DEC H7420 описан в Decsystem 20 Power Supply System Description (1976). Он содержит 5 импульсных регуляторов для обеспечения нескольких напряжений и обеспечивает мощность около 700 Вт.В источнике питания используется большой трансформатор для снижения линейного напряжения до 25 В постоянного тока, которое передается на отдельные импульсные регуляторы, которые используют понижающую топологию для получения желаемого напряжения (+5, -5, +15 или +20).

Миникомпьютер Decsystem 20 представлял собой большую систему, состоящую из трех шкафов размером с холодильник. Потребовалось внушительное трехфазное питание мощностью 21,6 кВт, которое регулируется комбинацией импульсных и линейных регуляторов. Он содержал семь источников питания H7420 и около 33 отдельных импульсных регуляторов, а также линейный регулятор для ЦП, который использовал -12 В постоянного тока при 490 А.

[34] Импульсные источники питания для телевизионных приемников стали набирать обороты примерно в 1975–1976 годах. Philips представила TDA2640 для телевизионных импульсных источников питания в 1975 году. Philips опубликовала книгу « Импульсные источники питания в телевизионных приемниках » в 1976 году. Одним из недостатков все более широкого использования импульсных источников питания в телевизорах было то, что они вызывали помехи. с любительским радио, как обсуждалось в Wireless World, v82, p52, 1976.

[35] «Электронное управление мощностью и цифровые методы», Texas Instruments, 1976.В этой книге подробно рассматриваются импульсные источники питания.

В главе IV «Системы инвертора / преобразователя» описывается простой источник обратноходового питания мощностью 120 Вт, использующий силовой транзистор BUY70B, управляемый тиристором. Следует отметить, что в этой схеме используется дополнительная первичная обмотка с диодом для возврата неиспользованной энергии источнику.

В главе V «Импульсные источники питания» описывается конструкция импульсного источника питания 5 В 800 Вт на основе автономного импульсного шунтирующего регулятора, за которым следует преобразователь постоянного тока в постоянный.Он также описывает довольно простой обратноходовой источник питания с несколькими выходами, управляемый SN76549, разработанный для цветного телевидения с большим экраном.

[36] Вехи развития силовой электроники, Ассоциация производителей источников энергии.

[37] В 1967 году RO Associates представила первый успешный импульсный источник питания, импульсный источник питания 20 кГц, 50 Вт, модель 210 (см. «RO сначала в импульсные источники питания», Electronic Business , Volume 9, 1983, p36 .) К 1976 году они претендовали на то, чтобы быть лидерами в области импульсных источников питания.В их патенте 1969 года 3564384 «Высокоэффективный источник питания» описан полумостовой импульсный источник питания, который на удивление похож на источники питания ATX, популярные в 1990-х годах, за исключением схем усилителя, управляющих ШИМ, а не широко распространенной ИС контроллера TL494.

[38] Компания Nippon Electronic Memory Industry Co (NEMIC, которая в итоге стала частью TDK-Lambda) начала разработку стандартизированных импульсных источников питания в 1970 году. История корпорации ТДК-Лямбда.

[39] «Я прогнозирую, что большинство компаний, после нескольких неудачных попыток в области источников питания, к концу 1972 года предложат ряд импульсных источников питания с приемлемыми характеристиками и ограничениями по радиопомехам.», стр. 46, Электронная инженерия , том 44, 1972 г.

[40] Производитель блоков питания Coutant построил блок питания под названием Minic, используя «относительно новую технику импульсного стабилизатора». Инструментальная практика для АСУ ТП и автоматизации , Том 25, стр. 471, 1971 г.

[41] «Импульсные источники питания выходят на рынок», стр. 71, Electronics & Power , февраль 1972 г. Первый «бестрансформаторный» импульсный источник питания поступил на рынок Великобритании в 1972 году, APT SSU1050, который представлял собой регулируемый импульсный источник питания мощностью 500 Вт с использованием полумостовой топологии.Этот 70-фунтовый блок питания считался легким по сравнению с линейными блоками питания.

[42] В этой статье подробно рассказывается о импульсных источниках питания и описываются преимущества автономных источников питания. В нем описан миниатюрный импульсный источник питания полумостового типа MG5-20, созданный Advance Electronics. В статье говорится: «Широкое применение микроэлектронных устройств привело к увеличению объема обычных источников питания. Переключающие преобразователи теперь стали жизнеспособными и предлагают заметную экономию в объеме и весе.» «Импульсные источники питания: почему и как», Малкольм Берчалл, технический директор, подразделение источников питания, Advance Electronics Ltd. Electronic Engineering , Volume 45, Sept 1973, p73-75.

[43] Высокоэффективные модульные источники питания с использованием импульсных регуляторов, Hewlett-Packard Journal , декабрь 1973 г., стр. 15-20. Серия 62600 обеспечивает мощность 300 Вт при использовании автономного импульсного источника питания с полумостовой топологией. Ключевым моментом было внедрение транзисторов на 400 В, 5 А с субмикросекундным временем переключения.«Полный импульсный регулируемый источник питания мощностью 300 Вт едва ли больше, чем просто силовой трансформатор эквивалентного источника с последовательным регулированием, и он весит меньше — 14,5 фунтов по сравнению с 18 фунтами трансформатора».

[44] Сильноточный источник питания для систем, которые широко используют 5-вольтовую логику ИС, Hewlett-Packard Journal , апрель 1975 г., стр. 14-19. Импульсный источник питания 62605M мощностью 500 Вт для OEM-производителей, размер и вес которых составляет 1/3 и 1/5 от линейных источников питания. Использует автономную полумостовую топологию.

[45] Модульные источники питания: модели 63005C и 63315D: в этом источнике питания мощностью 110 Вт 5 В использовалась топология автономного прямого преобразователя и конвекционное охлаждение без вентилятора.

[46] «Проникновение коммутационных источников питания на рынок источников питания США вырастет с 8% в 1975 году до 19% к 1980 году. Это растущее проникновение соответствует мировой тенденции и представляет собой очень высокие темпы роста». Для такого прогнозируемого роста было указано несколько причин, в том числе «доступность более качественных компонентов, снижение […] общей стоимости и появление продуктов меньшего размера (таких как микрокомпьютеры), которые делают желательными блоки питания меньшего размера». Электроника, Том 49. 1976. Стр. 112, врезка «Что насчет будущего?»

[47] Сеймур Левин, «Импульсные регуляторы питания для повышения эффективности».»Electronic Design, 22 июня 1964 г. В этой статье описывается, как импульсные регуляторы могут повысить эффективность с менее чем 40 процентов до более чем 90 процентов при значительной экономии размера, веса и стоимости.

[48] На обложке Electronic Design 13 от 21 июня 1976 г. говорится: «Внезапно переключение стало проще. Импульсные источники питания могут быть разработаны с использованием на 20-50 дискретных компонентов меньше, чем раньше. Одна ИС выполняет все функции управления, необходимые для двухтактный выходной дизайн.ИС называется регулирующим широтно-импульсным модулятором. Чтобы узнать, предпочитаете ли вы переключение, перейдите на страницу 125. «На странице 125 есть статья» Управление импульсным источником питания с помощью одной схемы LSI «, в которой описаны ИС импульсных источников питания SG1524 и TL497.

[49] В 1976 году Powertec запустила двухстраничную рекламу, описывающую преимущества импульсных источников питания, под названием «Большой переход к коммутаторам». В этой рекламе описывались преимущества блоков питания: с удвоенной эффективностью они выделяли 1/9 тепла.У них были 1/4 размера и веса. Это обеспечило повышенную надежность, работало в условиях обесточивания и могло выдерживать гораздо более длительные перебои в подаче электроэнергии. Powertec продала линейку импульсных блоков питания мощностью до 800 Вт. Они предложили импульсные источники питания для систем с дополнительной памятью, компьютерных мэйнфреймов, телефонных систем, дисплеев, настольных приборов и систем сбора данных. Страницы 130-131, Электроника в49, 1976.

[50] Byte magazine, p100 В июне 1976 года был анонсирован новый импульсный блок питания Boschert OL80, обеспечивающий 80 Вт при двухфунтовом блоке питания по сравнению с 16 фунтами для менее мощного линейного блока питания.Это также было рекламировано в Microcomputer Digest, февраль 1976 г., стр. 12.

[51] Роберт Бошерт: Человек многих шляп меняет мир источников питания: он начал продавать импульсные источники питания в 1974 году, сосредоточившись на том, чтобы сделать импульсные источники питания простыми и недорогими. В заголовке говорится, что «Роберт Бошерт изобрел импульсный источник питания», что должно быть ошибкой редактора. В статье более обоснованно утверждается, что Бошерт изобрел недорогие импульсные источники питания для массового использования. В 1974 году он произвел в больших объемах недорогой импульсный источник питания.

[52] Руководство по техническому обслуживанию коммуникационного терминала Diablo Systems HyTerm модели 1610/1620 показаны двухтактный источник питания Boschert 1976 года и полумостовой источник питания LH Research 1979 года.

[53] Опыт Boschert с F-14 и спутниками рекламировался в рекламе Electronic Design , V25, 1977, где также упоминалось серийное производство для Diablo и Qume.

[54] Необычный импульсный источник питания использовался в компьютере HP 1000 A600 (см. Техническую и справочную документацию) (1983).Блок питания 440 Вт обеспечивал стандартные выходы 5 В, 12 В и -12 В, а также выход переменного тока 25 кГц 39 В, который использовался для распределения мощности на другие карты в системе, где она регулировалась. В автономном двухтактном источнике питания, разработанном Boschert, использовалась специальная микросхема HP IC, чем-то напоминающая TL494.

[55] В 1971 году для поддержки автономных импульсных источников питания были представлены многочисленные линейки переключающих транзисторов 450 В, такие как серия SVT450, серия 40850–4085 от RCA и серия 700V SVT7000.

[56] ШИМ: от одного чипа к гигантской отрасли, Power Electronics Technology , октябрь 2005 г. В этой статье описывается история создания ИС управления источником питания, от SG1524 в 1975 году до отрасли с многомиллиардным оборотом.

[57] «Революция в конструкции источников питания, происходящая в настоящее время, не будет завершена до тех пор, пока трансформатор на 60 Гц не будет почти полностью заменен», — Вальтер Хиршберг, ACDC Electronics Inc., Калифорния. «Новые компоненты вызывают революцию в источниках питания», p49, Canadian Electronics Engineering , v 17, 1973.

[58] Импульсный и линейный источник питания, конструкция преобразователя мощности , Pressman 1977 «Импульсные регуляторы, которые совершают революцию в отрасли электроснабжения из-за их низких внутренних потерь, небольшого размера, веса и стоимости, конкурентоспособной по сравнению с традиционными последовательными или линейными источниками питания».

[59] Несколько источников питания Apple описаны в документе Apple Products Information Pkg: Astec Power Supplies (1982). Блок питания Apple II Astec AA11040 — это простой дискретный блок питания с обратным ходом и несколькими выходами.В нем используется переключающий транзистор 2SC1358. Выход 5 В сравнивается со стабилитроном и обратной связью управления и изолируется через трансформатор с двумя первичными обмотками и одной вторичной. В нем используется зажимная обмотка обратного диода.

AA11040-B (1980) имеет существенные модификации схемы обратной связи и управления. В нем используется переключающий транзистор 2SC1875 и источник опорного напряжения TL431. AA11040-B, по-видимому, использовался для Apple II + и Apple IIe (см. Форум hardwaresecrets.com).Шелкография на печатной плате источника питания говорит о том, что она защищена патентом 4323961, который, как оказалось, является «автономным источником питания постоянного тока с обратным ходом», разработанным Эллиотом Джозефсоном и переданным Astec. Схема в этом патенте в основном представляет собой немного упрощенный AA11040-B. Изолирующий трансформатор обратной связи имеет одну первичную и две вторичные обмотки, противоположные AA11040. Этот патент также напечатан на плате источника питания Osborne 1 (см. Разборку Osborne 1), которая также использует 2SC1875.

В Apple III Astec AA11190 используется фиксирующая обмотка обратного диода, но не схема запуска переменного тока Холта.Используется переключающий транзистор 2SC1358; схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. В источнике питания дисковода Apple III Profile AA11770 использовалась фиксирующая обмотка обратноходового диода, переключающий транзистор 2SC1875; опять же, схема обратной связи / управления очень похожа на AA11040-B. AA11771 аналогичен, но добавляет еще один TL431 для выхода AC ON.

Интересно, что в этом документе Apple перепечатывает десять страниц «Руководства по источникам питания постоянного тока» HP (версия 1978 года, используемая Apple), чтобы предоставить справочную информацию по импульсным источникам питания.

[60] Обратные преобразователи: твердотельное решение для недорогого импульсного источника питания, Electronics , декабрь 1978 г. В этой статье Роберта Бошерта описывается источник питания Boschert OL25, который представляет собой очень простой дискретно-компонентный источник обратноходового питания мощностью 25 Вт с 4 выходами. Он включает в себя зажимную обмотку обратного диода. Он использует источник опорного напряжения TL430 и оптоизолятор для обратной связи с выхода 5 В. В нем используется переключающий транзистор MJE13004.

[61] В Macintosh Performa 6320 используется микросхема контроллера SMPS AS3842, как видно на этом рисунке.AS3842 — это версия контроллера тока UC3842 от Astec, который был очень популярен для преобразователей прямого тока.

[62] Детали источника питания для iMac найти сложно, и используются разные источники питания, но, если собрать воедино различные источники, iMac G5, похоже, использует контроллер PFC TDA4863, пять силовых МОП-транзисторов 20N60C3, ШИМ-контроллер SG3845, напряжение TL431. ссылки и контроль мощности с помощью WT7515 и LM339. Также используется 5-контактный встроенный коммутатор TOP245, вероятно, для питания в режиме ожидания.

[63] Источник питания постоянного тока, №4130862. который был подан в феврале 1978 г. и выдан в декабре 1978 г. Блок питания, указанный в патенте, имеет некоторые существенные отличия от блока питания Apple II, созданного Astec. Большая часть логики управления находится на первичной стороне в патенте и вторичной стороне в реальном источнике питания. Кроме того, в патенте используется оптическая связь с обратной связью, а в источнике питания используется трансформатор. Блок питания Apple II не использует обратную связь по переменному току, описанную в патенте.

[64] Подробное обсуждение блока питания Apple II Plus можно найти на сайте applefritter.com. В описании источник питания ошибочно называется топологией прямого преобразователя, но это топология обратного хода. Неудобно, что это обсуждение не соответствует схемам блока питания Apple II Plus, которые я нашел. Заметные различия: в схеме используется трансформатор для обеспечения обратной связи, в то время как в обсуждении используется оптоизолятор. Кроме того, обсуждаемый источник питания использует вход переменного тока для запуска колебаний транзистора, а схема — нет.

[65] Apple III (1982 г.). Этот блок питания Apple III (050-0057-A) практически полностью отличается от блока питания Apple III AA11190. Это дискретный источник питания обратного хода с переключающим транзистором MJ8503, управляемым тиристором, фиксирующей обмоткой обратного хода и 4 выходами. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь переключения контролирует выход -5 В с операционным усилителем 741 и подключается через трансформатор. Он использует линейный регулятор на выходе -5 В.

[66] Яблочная Лиза (1983).Еще один дискретный источник питания с обратным ходом, но значительно более сложный, чем Apple II, с такими функциями, как резервное питание, дистанционное включение через симистор и выход +33 В. Для переключения в нем используется силовой транзистор MJ8505 NPN, управляемый тиристором. Он использует схему запуска переменного тока Холта. Обратная связь по переключению контролирует напряжение +5 В (по сравнению с линейно регулируемым выходом -5 В) и подключается через трансформатор.

[67] Блок питания Macintosh. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта.В нем используется переключающий транзистор 2SC2335, управляемый дискретным генератором. Коммутационная обратная связь контролирует выход +12 В с помощью стабилитронов и операционного усилителя LM324 и подключается через оптоизолятор.

[68] Схема Mac 128K, Обсуждение Mac Plus. Этот источник питания с обратным ходом использует обмотку диодных зажимов и схему запуска переменного тока Холта. В нем используется переключающий транзистор 2SC2810, управляемый дискретными компонентами. Обратная связь по переключению контролирует выход 12 В и подключается через оптоизолятор.Интересно, что в этом документе утверждается, что блок питания, как известно, был склонен к сбоям из-за того, что в нем не использовался вентилятор. Блок питания Mac Classic выглядит идентичным.

[69] Коммутационный блок питания TEAM ST-230WHF 230 Вт. Эта схема — единственный компьютерный блок питания стороннего производителя, который я обнаружил, который подает необработанный переменный ток в схему привода (см. R2), но я уверен, что это всего лишь ошибка чертежа. R2 должен подключаться к выходу диодного моста, а не к входу. Сравните с R3 в почти идентичной схеме привода в этом блоке питания ATX.

[70] Микропроцессоры и микрокомпьютеры и импульсные источники питания , Брайан Норрис, Texas Instruments, McGraw-Hill Company, 1978 г. В этой книге описываются импульсные источники питания для телевизоров, которые используют сигнал переменного тока для запуска колебаний.

[71] Блок питания жесткого диска Tandy (Astec AA11101). В этом обратноходовом источнике питания мощностью 180 Вт используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. В генераторе используются дискретные компоненты. Обратная связь от шины 5 В сравнивается с опорным напряжением TL431, а обратная связь использует трансформатор для изоляции.

[72] Блок питания Tandy 2000 (1983 г.). Этот источник питания с обратным ходом мощностью 95 Вт использует микросхему контроллера MC34060, переключающий транзистор MJE12005 и имеет обмотку фиксатора обратного хода. Он использует MC3425 для контроля напряжения, имеет линейный регулятор для выхода -12 В и обеспечивает обратную связь на основе выхода 5 В по сравнению с опорным сигналом TL431, проходящим через оптоизолятор. На выходе 12 В используется стабилизатор магнитного усилителя.

[73] В The Art of Electronics есть подробное обсуждение источника питания Tandy 2000 (стр. 362).

[74] Модель Commodore B128. В этом источнике питания с обратным ходом используется обмотка с зажимом диода. В нем используется переключающий транзистор MJE8501, управляемый дискретными компонентами, а обратная связь переключения контролирует выход 5 В с помощью опорного сигнала TL430 и изолирующего трансформатора. Выходы 12 В и -12 В используют линейные регуляторы.

[75] Tandy 6000 (Astec AA11082). В этом блоке питания с обратным ходом мощностью 140 Вт используется обмотка с зажимом диода. Схема представляет собой довольно сложную дискретную схему, поскольку в ней используется повышающая схема, описанная в патенте Astec 4326244, также разработанном Эллиотом Джозефсоном.В нем используется переключающий транзистор 2SC1325A. У него немного необычный выход 24 В. Один выход 12 В линейно регулируется LM317, а выход -12 В управляется линейным регулятором MC7912, но другой выход 12 В не имеет дополнительной регулировки. Обратная связь осуществляется с выхода 5 В с использованием источника напряжения TL431 и развязывающего трансформатора. Здесь есть красивая фотография блока питания.

[76] Документация на микросхему контроллера MC34060 (1982 г.).

[77] Руководство разработчика схем и компонентов импульсных источников питания, The Switchmode Guide , Motorola Semiconductors Inc., Паб. № SG79, 1983. R J. Haver. Для обратного преобразователя фиксирующая обмотка описывается как дополнительная, но «обычно присутствует, чтобы позволить энергии, накопленной в реактивном сопротивлении утечки, безопасно вернуться в линию вместо того, чтобы лавина переключающего транзистора».

[78] «Обеспечение надежной работы силовых полевых МОП-транзисторов», примечание к приложению Motorola 929, (1984) показывает источник питания с обратным ходом, использующий MC34060 с фиксирующей обмоткой и диодом. Его можно скачать с datasheets.org.uk.

[79] Для получения дополнительной информации о форвард-конвертерах см. История прямого преобразователя, Switching Power Magazine , vol.1, No. 1, pp. 20-22, июл 2000 г.

[80] Первый импульсный преобразователь с диодной обмоткой был запатентован в 1956 году компанией Philips, патент 2,920,259 «Преобразователь постоянного тока».

[81] Другой патент, показывающий обмотку с возвратной энергией с диодом, — это патент Hewlett-Packard от 1967 года 3313998. Импульсно-регуляторный источник питания с цепью возврата энергии

[83] «Коммутационные блоки растут в чреве компьютеров», Электронный бизнес , том 9, июнь 1983 г., стр. 120-126. В этой статье подробно описывается бизнес-сторона импульсных блоков питания. В то время как Astec была ведущим производителем импульсных источников питания, Lambda была ведущим производителем источников питания переменного и постоянного тока, поскольку она продавала большие количества как линейных, так и импульсных источников питания.

[84] «Стандарты: переключение вовремя для поставок», Electronic Business Today , vol 11, p74, 1985. В этой статье говорится, что Astec является ведущим в мире производителем блоков питания и лидером в области импульсных блоков питания. Astec выросла почти исключительно на поставках блоков питания Apple. В этой статье также упоминаются компании-поставщики электроэнергии из «большой пятерки»: ACDC, Astec, Boschert, Lambda и Power One.

[85] Astec становится 100% дочерней компанией Emerson Electric, Business Wire , 7 апреля 1999 г.

[86] Отраслевой отчет о крупнейших энергоснабжающих компаниях за 2011 год — Power Electronics Industry News, v 189, март 2011 г., консультанты по микротехнике. Также, Энергетическая промышленность продолжает марш к консолидации, Power Electronics Technology, май 2007 обсуждает различные консолидации.

[87] Документация SAMS по фотофакту для IBM 5150 содержит подробную схему источника питания.

[88] В Википедии представлен обзор стандарта ATX. Официальная спецификация ATX находится в формфакторах.орг.

[89] ON Semiconductor, как и Fairchild, имеет эталонные образцы блоков питания ATX. Некоторые ИС, разработанные специально для приложений ATX, это SG6105 Power Supply Supervisor + Regulator + PWM, NCP1910 High Performance Combo Controller for ATX Power Supplies, ISL6506 Multiple Linear Power Controller with ACPI Control Interfaces, и SPX1580 Ultra Low Dropout Voltage Regulator.

[90] Корпорация Intel представила рекомендацию о коммутационном преобразователе постоянного тока рядом с процессором в Руководстве по распределению питания процессора Intel AP-523 Pentium Pro, в котором представлены подробные спецификации для модуля регулятора напряжения (VRM).Подробная информация об образце VRM приведена в разделе «Заправка мегапроцессора — обзор конструкции преобразователя постоянного тока в постоянный ток» с использованием UC3886 и UC3910. Более свежие спецификации VRM содержатся в Рекомендациях по проектированию Intel Voltage Regulator Module (VRM) и Enterprise Voltage Regulator-Down (EVRD) 11 (2009 г.).

[91] В таблице данных микропроцессоров R650X и R651X указано типичное значение рассеиваемой мощности 500 мВт.

[92] Технологии преобразования энергии для компьютерных, сетевых и телекоммуникационных систем питания — прошлое, настоящее и будущее, М.М. Йованович, Лаборатория силовой электроники Delta, Международная конференция по преобразованию энергии и приводам (IPCDC), Санкт-Петербург, Россия, 8-9 июня 2011 г.

[93] Программа 80 Plus описана в разделе «Сертифицированные источники питания и производители 80 PLUS», где описаны различные уровни 80 PLUS: бронзовый, серебряный, золотой, платиновый и титановый. Базовый уровень требует КПД не менее 80% при различных нагрузках, а более высокие уровни требуют все более высокого КПД. Первые блоки питания 80 PLUS вышли в 2005 году.

[94] Несколько случайных примеров блоков питания, которые сначала генерируют всего 12 В и используют преобразователи постоянного тока для генерации выходных сигналов 5 В и 3,3 В: Эталонный дизайн высокоэффективного блока питания ATX 255 Вт от ON Semiconductor (80 Plus Silver), NZXT HALE82 power обзор блока питания, обзор блока питания SilverStone Nightjar.

[95] Источники питания используют только часть электроэнергии, подаваемой по линиям электропередач; это дает им плохой «коэффициент мощности», который тратит энергию и увеличивает нагрузку на нижние линии.Вы можете ожидать, что эта проблема возникает из-за быстрого включения и выключения импульсных источников питания. Однако плохой коэффициент мощности на самом деле происходит из-за начального выпрямления переменного и постоянного тока, при котором используются только пики входного переменного напряжения.

[96] Основы коррекции коэффициента мощности (PFC), Указания по применению 42047, Fairchild Semiconductor, 2004.

[97] Правильный выбор размеров и разработка эффективных источников питания утверждает, что активная коррекция коэффициента мощности добавляет около 1,50 доллара к стоимости источника питания мощностью 400 Вт, активный фиксатор добавляет 75 центов, а синхронное выпрямление добавляет 75 центов.

[98] Многие источники схем электроснабжения доступны в Интернете. Некоторые андизм danyk.wz.cz, а также smps.us. Несколько сайтов, которые предоставляют загрузку схем источников питания, — это eserviceinfo.com и elektrotany.com.

[99] Информацию о типовой конструкции блока питания ПК см. В FAQ по SMPS. В разделах «Описание Боба» и «Комментарии Стива» обсуждаются типичные блоки питания для ПК на 200 Вт, использующие микросхему TL494 и конструкцию полумоста.

[100] В тезисе 1991 г. говорится, что TL494 все еще использовался в большинстве импульсных источников питания ПК (по состоянию на 1991 г.).Разработка импульсного источника питания 100 кГц (1991 г.). Мыс Техникон Тезисы и диссертации. Документ 138.

[101] Введение в двухтранзисторную прямую топологию для источников питания с эффективностью 80 PLUS, EE Times, 2007.

[102] hardwaresecrets.com заявляет, что CM6800 является самым популярным контроллером PFC / PWM. Это замена ML4800 и ML4824. CM6802 — более «зеленый» контроллер в том же семействе.

[103] Анатомия импульсных источников питания, Габриэль Торрес, Hardware Secrets, 2006.В этом учебном пособии очень подробно описывается работа и внутреннее устройство блоков питания ПК с подробными изображениями реальных внутренних устройств блока питания. Если вы хотите точно знать, что делает каждый конденсатор и транзистор в блоке питания, прочтите эту статью.

[104] Презентация блока питания ON Semiconductor’s Inside представляет собой подробное математическое руководство по принципам работы современных блоков питания.

[105] Справочное руководство по источнику питания SWITCHMODE, ON Semiconductor. Это руководство содержит большое количество информации об источниках питания, топологиях и многих примерах реализации.

[106] Некоторые ссылки на цифровое управление питанием: «Дизайнеры обсуждают достоинства цифрового управления питанием», EE Times , декабрь 2006 г. Глобальный рынок ИС для цифрового управления питанием к 2017 году достигнет 1,0 миллиарда долларов. Системный контроллер цифровой ШИМ TI UCD9248. Эталонная схема цифрового питания переменного / постоянного тока с универсальным входом и коррекцией коэффициента мощности, EDN , апрель 2009 г.

[107] Руди Севернс, лауреат премии за выслугу лет, Power Electronics Technology , сентябрь 2008 г., стр. 40-43.

[108] Куда ушли все гуру ?, Power Electronics Technology , 2007. В этой статье обсуждается вклад многих новаторов в области источников питания, включая Сола Гиндоффа, Дика Вайза, Уолта Хиршберга, Роберта Окада, Роберта Бошерта, Стива Голдмана, Аллена Розенштейна, Уолли Херсома , Фил Кётч, Яг Чопра, Уолли Херсом, Патрицио Винчиарелли и Марти Шлехт.

[109] История разработки Холтом источника питания для Apple II впервые появилась в статье Пола Чиотти Revenge of the Nerds (не имеющей отношения к фильму) в журнале California в 1982 году.

Принцип работы и технология импульсной схемы питания цветного телевизора Panasonic

Поделитесь принципиальной схемой импульсного источника питания для цветного телевизора Panasonic, структурной схемой импульсного источника питания, поймите структуру и принцип работы схемы импульсного источника питания для цветного телевизора Panasonic, а также рабочий процесс переключения питания цветного телевизора Panasonic цепь питания.

Принципиальная схема импульсного блока питания для цветного телевизора Panasonic

Схема импульсного блока питания показана на рисунке 1.

Источник питания 220 В переменного тока фильтруется тремя линейными фильтрами l870, l871 и l872, выпрямляется мостом d801, фильтруется c818, а затем добавляется к первому выводу ic801 через переключающий трансформатор T801.

В то же время входное переменное напряжение выпрямляется с помощью d808, r804, 805 для зарядки C811. Когда напряжение зарядки повышается до 16,0 В, то есть когда напряжение пятого вывода ic801 составляет 16,0 В, полевой МОП-транзистор ic801 начинает включаться, и ток течет через обмотку t801p2.p1. Индуцированная электродвижущая сила создается во вторичных обмотках V1, V2, S1, s5a, S6, S7, S3, S5b, S4 и S5b. Индуцированные электродвижущие силы V1 и V2 выпрямляются с помощью d803 и фильтруются с помощью C811, чтобы сформировать напряжение около 14,7 В постоянного тока, как рабочее напряжение на выводе 5 ic801.

Индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) в обмотках S1 и s5a выпрямляется с помощью d831, фильтруется с помощью c833 и l831, и напряжение 140 В + B выводится для выходной цепи линии; на этой ветви, после того, как напряжение снижается с помощью r860, создается канал постоянного напряжения +30 В для питания основного и вспомогательного высокочастотного тюнера BT и источника питания полевого выхода.

Индуцированная электродвижущая сила в обмотках S6 и S7 выпрямляется с помощью d830 и фильтруется с помощью c831, а затем напряжение + 25 В постоянного тока выводится с r833 для схемы усилителя мощности звука.

После первой цепи d834 и d834 напряжение второй цепи фильтруется с помощью d834, и источник питания d834 V используется для схемы «картинка в картинке» (PIP); третья цепь подается на трехконтактный регулятор напряжения ic805 (an7809-lb) после фильтрации L845, r842 и C840, а затем генерируется напряжение + 9 В постоянного тока после фильтрации c841 для цепи малого сигнала всей машины.

Индуцированная электродвижущая сила в обмотках S4, S5b выпрямляется фильтрами R848, l840, d836, c843, l841 и l844, а затем выдает напряжение + 5 В постоянного тока для питания процессора. Электрик мир

IC801 (strm6833bf04) — это специальная толстопленочная интегральная схема для стабилизации напряжения и защиты импульсного источника питания.

Рабочий процесс следующий: при напряжении пятого вывода 16,0 В начинает заряжаться внутренний конденсатор С3.Когда напряжение зарядки составляет 3,0-5,0 В, силовой МОП-транзистор включен. При этом C2 начинает заряжаться. При зарядке 0,75 В генератор перестает колебаться, и силовой МОП транзистор отключается.

После этого C2 быстро разряжается до 0 В, C3 начинает разряжаться, и напряжение медленно уменьшается с 5 В. Когда напряжение на обоих концах G падает до 3 В, генератор снова начинает вибрировать, и силовой МОП транзистор снова включается.

Практика доказала: IC 801 (strm6833bf04) для цветного телевизора Panasonic m18m core — это специальная толстопленочная интегральная схема для стабилизации и защиты импульсного напряжения питания.Он используется более десяти лет и не имеет никаких недостатков. Можно сказать, что это качественная толстопленочная интегральная схема. Внутренняя структура показана на рисунке 2.

просмотров публикации:
24

Импульсный источник питания | Engineering

Импульсный источник питания или SMPS — это электронный блок питания (PSU), который включает импульсный стабилизатор — внутреннюю схему управления, которая быстро включает и выключает ток нагрузки для стабилизации выходное напряжение.

Классификация []

SMPS можно разделить на четыре типа в соответствии с формами входных и выходных сигналов, как показано ниже.

• Вход переменного тока, выход постоянного тока: выпрямитель, автономный преобразователь
• Вход постоянного тока, выход постоянного тока: преобразователь напряжения, преобразователь тока или преобразователь постоянного тока в постоянный
• AC in, AC out: преобразователь частоты, циклоконвертер
• DC in, AC out: инвертор

AC и DC — это сокращения для переменного и постоянного тока.

Использует []

используются вместо линейных регуляторов, когда требуются более высокий КПД, меньший размер или меньший вес.Импульсные блоки питания в бытовых продуктах, таких как персональные компьютеры, часто имеют универсальные входы, что означает, что они могут принимать питание от большинства сетевых источников по всему миру с частотами от 50 Гц до 60 Гц и напряжением от 100 В до 240 В (хотя руководство может потребоваться переключатель «диапазона» напряжения). Однако они сложнее и дороже. Их коммутируемые токи могут вызвать проблемы с шумом, если не будут тщательно подавлены, а простые конструкции могут иметь низкий коэффициент мощности.

Тест []

В случае телевизоров, например, можно проверить отличное регулирование источника питания, используя вариак.Например, в некоторых моделях Philips питание включается, когда напряжение достигает примерно 90 вольт. С этого момента можно изменять напряжение с помощью вариакета и доходить до 40 вольт и до 260, и изображение не будет показывать абсолютно никаких изменений.

SMPS в сравнении с линейными блоками питания []

Доступны два основных типа регулируемых источников питания: SMPS и линейные. Причины выбора того или иного типа можно резюмировать следующим образом.

• Размеры и вес.В линейных источниках питания используется трансформатор, работающий от сети с частотой 50/60 Гц. Этот компонент больше и тяжелее в несколько раз, чем соответствующий меньший трансформатор в SMPS, который работает на более высокой частоте (всегда выше самой высокой слышимой частоты, примерно от 50 кГц до 200 кГц)
• Эффективность. Линейные источники питания регулируют свою мощность, используя более высокое напряжение на начальных этапах, а затем расходуя часть его в виде тепла для улучшения качества электроэнергии. Эта потеря мощности необходима для схемы и может быть уменьшена, но никогда не устранена путем улучшения конструкции, даже теоретически.SMPS потребляют ток при полном напряжении в зависимости от переменного рабочего цикла и могут увеличивать или уменьшать потребляемую мощность для регулирования нагрузки по мере необходимости. Следовательно, хорошо спроектированный SMPS будет более эффективным.
• Тепловая мощность или рассеиваемая мощность. Неэффективный источник питания должен генерировать больше тепла для питания той же электрической нагрузки. Следовательно, ИИП будет производить меньше тепла.
• Сложность. Линейные блоки питания могут быть спроектированы и собраны новичками с относительно небольшим количеством деталей.Напротив, SMPS сложны и их трудно хорошо спроектировать; они часто требуют использования трансформаторов и катушек индуктивности, изготовленных на заказ. На поведение SMPS может существенно повлиять расположение компонентов на печатной плате.
• Радиочастотные помехи. Токи в ИИП переключаются с высокой частотой. Это связано с тем, что его внутренний генератор Армстронга работает на высокой частоте. Этот высокочастотный генератор может создавать нежелательные электромагнитные помехи.Экранирование радиочастоты необходимо для предотвращения мешающих помех. Однако линейные блоки питания обычно не создают помех.
• Электронный шум на выходных клеммах. Недорогие линейные блоки питания с плохой стабилизацией могут испытывать небольшое напряжение переменного тока, «скачущее» на выходе постоянного тока при удвоенной частоте сети (100/120 Гц). Эти «пульсации» обычно порядка милливольт, и их можно подавить с помощью конденсаторов фильтра большего размера или более совершенных регуляторов напряжения. Это небольшое переменное напряжение может вызвать проблемы в некоторых цепях.Качественные линейные блоки питания намного лучше подавят пульсации. ИИП не имеют «ряби», более шумны по электрическому принципу, чем хороший линейный БП.
• Звуковой шум. Линейные блоки питания обычно издают слабый низкочастотный гул на частоте сети, но его редко можно услышать. (За это отвечает трансформатор.) SMPS с их меньшими трансформаторами обычно не слышны (если у них нет вентилятора, в случае большинства компьютерных SMPS). Неисправные SMPS могут генерировать высокие звуки, поскольку они действительно создают акустический шум на частоте генератора.
• Коэффициент мощности. Ток, потребляемый SMPS, не является синусоидальным и не совпадает по фазе с формой волны напряжения питания. Наиболее распространенные конструкции SMPS имеют посредственный коэффициент мощности около 0,6, и их использование в персональных компьютерах и компактных люминесцентных лампах представляет растущую проблему для распределения энергии. Цепи коррекции коэффициента мощности (PFC) могут уменьшить эту проблему и требуются в некоторых странах (в частности, в Европе) в соответствии с законодательством. Коррекция коэффициента мощности пока широко не требуется и не используется в Северной Америке.Линейные блоки питания также не имеют единичных коэффициентов мощности, но не так проблемны, как SMPS.

Как работает SMPS []

Блок-схема сетевого ИИП переменного / постоянного тока с регулировкой выходного напряжения.

Выпрямительный каскад []

Переменный ток, полуволновые и двухполупериодные выпрямленные сигналы

Если SMPS имеет вход переменного тока, то его первая задача — преобразовать вход в постоянный ток. Это называется исправлением . Схема выпрямителя может быть сконфигурирована как удвоитель напряжения путем добавления переключателя, управляемого вручную или автоматически.Он производит нерегулируемое постоянное напряжение, которое затем направляется на большой конденсатор фильтра. Ток, потребляемый этой схемой выпрямителя из сети, возникает короткими импульсами около пиков переменного напряжения. Эти импульсы обладают значительной высокочастотной энергией, что снижает коэффициент мощности. Следующие ниже ИИП могут использовать специальные методы управления, чтобы заставить средний входной ток следовать синусоидальной форме входного переменного напряжения, поэтому разработчик должен попытаться скорректировать коэффициент мощности.SMPS с входом постоянного тока не требует этого этапа. SMPS, предназначенный для входа переменного тока, часто может работать от источника постоянного тока, поскольку постоянный ток проходит через каскад выпрямителя без изменений. (Пользователь должен проверить руководство перед тем, как попробовать это!)

Если используется переключатель входного диапазона, выпрямительный каскад обычно конфигурируется для работы как удвоитель напряжения при работе в диапазоне низкого напряжения (~ 120 В переменного тока) и как прямой выпрямитель при работе от высокого напряжения (~ 240 В переменного тока). диапазон. Если переключатель входного диапазона не используется, то обычно используется двухполупериодный выпрямитель, а последующий инверторный каскад просто спроектирован так, чтобы быть достаточно гибким, чтобы принимать широкий диапазон постоянного напряжения, которое будет создаваться каскадом выпрямителя.В более мощных ИИП может использоваться автоматическое переключение диапазонов в той или иной форме.

Инверторный каскад []

Инверторный каскад преобразует постоянный ток либо непосредственно со входа, либо из выпрямительного каскада, описанного выше, в переменный ток, пропуская его через силовой генератор, выходной трансформатор которого очень мал с небольшим количеством обмоток на частоте в десятки или сотни килогерц (кГц. ). Частота обычно выбирается выше 20 кГц, чтобы люди не слышали ее. Компьютерные источники питания работают от 360 вольт постоянного тока.Выходное напряжение оптически связано со входом и, таким образом, очень жестко регулируется. Переключение осуществляется с помощью полевых МОП-транзисторов, которые представляют собой тип транзистора с низким сопротивлением в открытом состоянии и высокой пропускной способностью по току. Этот раздел относится к блоку, обозначенному на блок-схеме «Chopper».

Преобразователь напряжения []

Если требуется изолировать выход от входа, как это обычно бывает в сетевых источниках питания, инвертированный переменный ток используется для управления первичной обмоткой высокочастотного трансформатора.Это преобразует напряжение на вторичной обмотке вверх или вниз до необходимого выходного уровня. Этой цели служит выходной трансформатор на блок-схеме.

Если требуется выход постоянного тока, выход переменного тока трансформатора выпрямляется и сглаживается фильтром, состоящим из катушек индуктивности и конденсаторов. Чем выше частота переключения, тем меньше требуются компоненты по стоимости.

Более простые неизолированные источники питания содержат катушку индуктивности вместо трансформатора. К этому типу относятся повышающие преобразователи , понижающие преобразователи и так называемый «повышающий-понижающий преобразователь».Они относятся к простейшему классу преобразователей с одним входом и одним выходом, в которых используется одна катушка индуктивности и один активный переключатель (MOSFET). Понижающий преобразователь снижает входное напряжение прямо пропорционально отношению времени активного включения к общему периоду переключения, называемому коэффициентом заполнения. Например, идеальный понижающий преобразователь со входом 10 В, работающий при скважности 50%, будет производить среднее выходное напряжение 5 В. Контур управления с обратной связью используется для поддержания (регулирования) выходного напряжения путем изменения продолжительности включения для компенсации изменений входного напряжения.Выходное напряжение повышающего преобразователя всегда больше входного напряжения, а выходное напряжение повышающего напряжения инвертируется, но может быть больше, равно или меньше величины его входного напряжения. Существует множество вариаций и расширений этого класса преобразователей, но эти три составляют основу почти всех изолированных и неизолированных преобразователей постоянного тока в постоянный. Добавляя вторую катушку индуктивности, можно реализовать преобразователи Cuk и SEPIC или путем добавления дополнительных активных переключателей можно реализовать различные мостовые преобразователи.

В других типах ИИП вместо катушек индуктивности и трансформаторов используется конденсаторно-диодный умножитель напряжения. В основном они используются для генерации высокого напряжения при малых токах.

Постановление []

Схема обратной связи контролирует выходное напряжение и сравнивает его с опорным напряжением, которое устанавливается вручную или с помощью электроники на желаемый выход. Если есть ошибка в выходном напряжении, схема обратной связи компенсирует, регулируя время, с которым MOSFET включаются и выключаются.Эта часть блока питания называется импульсным стабилизатором. Этой цели служит «Контроллер измельчителя», показанный на блок-схеме. В зависимости от конструкции / требований безопасности, контроллер может содержать или не содержать изолирующий механизм (например, оптопары), чтобы изолировать его от выхода постоянного тока. Коммутационные источники в компьютерах, телевизорах и видеомагнитофонах имеют эти оптопары для жесткого контроля выходного напряжения.

Регуляторы разомкнутого контура не имеют цепи обратной связи. Вместо этого они полагаются на подачу постоянного напряжения на вход трансформатора или катушки индуктивности и предполагают, что выход будет правильным.

Коэффициент мощности []

В отличие от большинства других устройств, импульсные источники питания, как правило, представляют собой устройства постоянного питания, потребляющие больше тока при снижении напряжения в сети. Кроме того, как и во многих статических выпрямителях, максимальное потребление тока происходит на пиках цикла формы волны. Это означает, что базовые импульсные источники питания, как правило, производят больше гармоник в сети электропитания и имеют худший коэффициент мощности, чем другие типы устройств. Это может вызвать проблемы со стабильностью в некоторых ситуациях, например, в системах аварийных генераторов или при очень высоких нагрузках в обычной электросети (поскольку это может привести к увеличению тока нейтрали и повышенному нагреву сетевых трансформаторов).Однако доступны более качественные импульсные источники питания с коррекцией коэффициента мощности (PFC); они предназначены для создания практически резистивной нагрузки в сети. Европейские нормативные стандарты теперь начинают требовать коррекции коэффициента мощности и уменьшения гармоник.

Типы []

Импульсные источники питания можно классифицировать по топологии схемы.

• Понижающий преобразователь (один индуктор; выходное напряжение <входное напряжение)
• Повышающий преобразователь (один индуктор; выходное напряжение> входного напряжения)
• понижающе-повышающий преобразователь (с одним дросселем; выходное напряжение может быть больше или меньше входного)
• Обратный преобразователь (использует выходной трансформатор; позволяет использовать несколько выходов и изоляцию входа-выхода)
• прямой преобразователь (использует выходной трансформатор; позволяет использовать несколько выходов и изоляцию входа-выхода)
• Преобразователь uk (использует конденсатор для хранения энергии; выдает отрицательное напряжение на положительный вход)
• Инвертирующий заряд-накачка (модифицированный uk с одним дросселем; выходное напряжение отрицательное и выше положительного входного напряжения)
• Преобразователь SEPIC (два индуктора; выходное напряжение может быть выше или ниже входного)

Внешние статьи []

Список литературы []

• Роберт В.Эриксон и Драган Максимович Основы силовой электроники Второе издание ISBN 0792372700.
• Нед Мохан, Торе М. Унделэнд, Уильям П. Роббинс (2002). Силовая электроника: преобразователи, применение и конструкция . Вайли. ISBN 0-471-22693-9.
• Мухаммад Х. Рашид (2003 г.). Силовая электроника: схемы, устройства и приложения . Прентис Холл. ISBN 0-131-22815-3.
• Фанг Линь Ло, Хун Е (2004). Расширенные преобразователи постоянного тока в постоянный .CRC Press. ISBN 0-849-31956-0.
• Минлян Лю (2006). Делаем понятные схемы с переключаемыми конденсаторами . Эльзевир. ISBN 0-750-67907-7.
• Фанг Линь Ло, Хун Е, Мухаммад Х. Рашид (2005). Силовая цифровая силовая электроника и приложения . Эльзевир. ISBN 0-120-88757-6.
• Абрахам И. Прессман (1997). Импульсный источник питания . Макгроу-Хилл. ISBN 0-070-52236-7.

Основы проектирования источников питания: активная коррекция коэффициента мощности

Вот заключение нашей серии статей «Основы проектирования источников питания»! Сначала мы представили концепцию коэффициента мощности, а затем обсудили коррекцию коэффициента мощности (PFC) и то, как реализовать пассивную PFC.Здесь мы углубимся в активную коррекцию коэффициента мощности и когда вы захотите ее использовать.

Для любой конструкции блока питания мощностью более 100 Вт предпочтительным типом коррекции коэффициента мощности является активная коррекция коэффициента мощности (Active PFC), поскольку она обеспечивает более легкое и эффективное управление коэффициентом мощности. Активный PFC состоит из импульсного регулятора, работающего на высокой частоте коммутации, способного генерировать теоретический коэффициент мощности более 95%. Активная коррекция коэффициента мощности автоматически корректирует входное напряжение переменного тока и поддерживает широкий диапазон входных напряжений.Одним из недостатков Active PFC является дополнительная стоимость, связанная с дополнительной сложностью, необходимой для его реализации.

Схема активной коррекции мощности

На схеме ниже показаны основные элементы схемы активной коррекции коэффициента мощности. Схема управления измеряет как входное напряжение (контакт 2 на контроллере), так и ток (RS и контакты 3 и 11 на контроллере) и регулирует время переключения и рабочий цикл, чтобы представить синфазное напряжение и токовую нагрузку на Вход.

Активный PFC, показанный выше, имеет форму повышающего регулятора, и в результате напряжение, возникающее на нагрузке (R1), должно быть больше, чем максимальное значение пикового напряжения, появляющегося на входе . Обычно напряжение постоянного тока устанавливается на 10–20 В выше ожидаемого максимального пикового входного напряжения. При разработке универсального входного источника питания (87–266 В среднеквадратического значения при 47–63 Гц) выходное напряжение постоянного тока от PFC на входе преобразователя постоянного тока будет установлено на уровне 386–396 В.

Используя активную схему коррекции коэффициента мощности, можно обеспечить любое входное напряжение 87 266 В (среднеквадратичное значение) и относительно легко достичь коэффициента мощности 0,98.

Регулятор повышения PFC

Ниже представлена ​​базовая блок-схема регулятора повышения PFC. В отличие от стандартного входа источника питания, здесь нет удерживающего конденсатора непосредственно через мостовой выпрямитель, поэтому не возникает большого пускового тока или переходных токов, когда входное напряжение поднимается выше напряжения на конденсаторе. PFC работает, индуцируя ток в катушке индуктивности (L1, см. Рисунок 1 выше) и заставляя ток отслеживать входное напряжение.

Схема управления определяет как входное напряжение, так и ток, протекающий по цепи. Контролируя время включения в переключателе (Q1), который помещает L1 на выход выпрямителя, ток в катушке увеличивается по мере увеличения входного напряжения. Переключатель периодически выключается, и напряжение на конце стока повышается до тех пор, пока ток в катушке индуктивности не достигнет уровня заряда. Обычно этот уровень устанавливается на несколько вольт выше пикового выходного напряжения мостового выпрямителя.Для правильной работы регулятора выходное напряжение повышающего регулятора должно быть выше входного напряжения.

Также измеряется выходное напряжение постоянного тока повышающего регулятора, и цикл заряда-разряда на катушке индуктивности регулируется для поддержания постоянного выходного напряжения. Существует требование, чтобы частота переключения повышающего преобразователя была намного выше, чем частота сети, обычно эти преобразователи переключаются на частотах от 20 кГц до 100 кГц. Более высокая частота позволяет использовать небольшую катушку индуктивности.Для сравнения, индуктор в пассивном PFC, описанном ранее, должен находиться в диапазоне 150–300 мГн, тогда как индуктор, необходимый в активном PFC, имеет порядок 10–30 мкГн. Разница составляет целых четыре порядка. Это позволяет использовать физически небольшие и легкие детали с низкими потерями.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества активного PFC:

• Коэффициент мощности ≥ 0,95
• Постоянное промежуточное напряжение для управления преобразователем постоянного тока в постоянный, упрощает требования и упрощает преобразователь постоянного тока в постоянный.
• Маленькие светоиндуктивные компоненты.
• Широкий диапазон входных напряжений, может работать с 87 В — 266 В, 47 Гц — 63 Гц без переключения
• Большая гибкость и управляемость

Основными недостатками Active PFC являются:

• Более высокая общая стоимость и сложность
• Требуется лучшая фильтрация для предотвращения попадания высокочастотного хэша в линию
• Компоненты с более высоким напряжением, чем требуется для пассивного PFC

Что такое импульсный источник питания (SMPS)? Типы, блок-схема, работа и применение SMPS

Определение : SMPS, аббревиатура от S witch M ode P ower S upply — тип блока питания, который выдает регулируемый выход постоянного тока. с использованием методов переключения полупроводников.По сути, здесь регулируемый выходной сигнал постоянного тока преобразуется в нерегулируемый входной сигнал переменного или постоянного тока. Иногда его также называют импульсным источником питания или импульсным источником питания.

Этот блок питания предназначен для обеспечения энергией нагрузки от источника с помощью коммутирующих устройств. Прежде чем подробнее остановиться на SMPS, сначала позвольте нам иметь представление о —

Что такое блок питания?

Блок питания или блок питания — это электрическое устройство, которое берет энергию от источника и подает ее на нагрузку.Иногда люди используют термины «источник питания» и «источник питания» как синонимы. Так это правильно?

Очевидно, нет. Источник питания — это объект, который хранит энергию с целью подачи ее на различные блоки, когда это необходимо, например, батарея . Однако источник питания — это устройство, которое преобразует энергию, полученную от любого источника питания, в форму, которая может использоваться для работы электрических или электронных схем. Таким образом, он образует связь между источником и нагрузкой.

Хотя источники электроэнергии имеют энергию в форме таких величин, как напряжение или ток, использование источника питания необходимо. Это так, потому что он изменяет эти электрические величины в форме, подходящей для работы нагрузки.

В основном источники питания подразделяются на две категории, а именно ,

• Линейный источник питания
• Импульсный источник питания

Линейный источник питания — это тот, который используется для преобразования нерегулируемого входного сигнала переменного или постоянного тока в регулируемый выходной сигнал постоянного тока.Но принцип работы LPS и SMPS разный. Кроме того, это считается менее эффективным подходом, при котором непрерывное тепловыделение вызывает потери мощности. Он включает в себя последовательно включенный регулятор напряжения, который подходит для приложений с низкой выходной мощностью.

В линейном источнике питания приложенное входное переменное напряжение сначала понижается с помощью трансформатора. Дополнительный диодный выпрямитель используется для выпрямления переменного сигнала.

После выпрямления сигнал фильтруется с помощью конденсаторного фильтра.Несмотря на фильтрацию, нерегулируемый сигнал постоянного тока затем подается в схему линейного регулятора напряжения, которая выдает на выходе регулируемый сигнал постоянного тока.

По сути, SMPS был изобретен, чтобы преодолеть недостаток LPS, поскольку он очень эффективен. Кроме того, в отличие от линейного источника питания, он подходит для приложений, где требуется более высокий выходной ток или напряжение, поскольку включает в себя импульсные стабилизаторы. По этой причине импульсный источник питания назван так.

Введение в SMPS

Различные электрические и электронные нагрузки получают питание от батарей.Но батареи не обеспечивают регулируемую мощность, поскольку они предлагают очень высокое или очень низкое напряжение. Итак, для получения регулируемого выхода постоянного тока используется SMPS.

В отличие от линейного источника питания, в котором используется стандартный линейный метод регулирования напряжения, импульсный источник питания представляет собой устройство, которое выполняет регулирование напряжения нерегулируемого сигнала с использованием методов полупроводниковой коммутации . Он считается высокоэффективным, поскольку снижает энергопотребление, тем самым демонстрируя уменьшение количества рассеиваемого тепла.Таким образом, были заменены традиционные линейные блоки питания.

SMPS включает переключающий транзистор (силовой MOSFET) для регулирования напряжения. Во время работы транзистор переключается между включенным состоянием и выключенным состоянием таким образом, что когда он включен, он полностью проводит ток с незначительным падением напряжения на нем. Когда он выключен, он пытается полностью заблокировать ток. Таким образом, переключение между состоянием включения (насыщение) и состоянием выключения (отключение) происходит на высокой частоте, и, таким образом, устройство действует как идеальный переключатель .

Здесь следует отметить, что если трансформатор работает на высокой частоте, то размер устройства уменьшается. Следовательно, общий размер ИИП невелик и имеет меньший вес, что является еще одним преимуществом перед линейными источниками питания.

Типы импульсных источников питания

Линейные регуляторы всегда обеспечивают понижающий тип регулирования напряжения. Однако это не относится к импульсному источнику питания, поскольку он может обеспечивать как повышающий, так и понижающий тип регулирования напряжения.Это приводит к дальнейшей классификации SMPS как:

• понижающий импульсный источник питания : Он состоит из схемы понижающего регулятора, которая выполняет преобразование постоянного тока в постоянный. Слово « баксов» соответствует вычитанию или вычитанию . Он в основном выполняет преобразование высокого напряжения постоянного тока в низкое значение той же полярности.
• Импульсный импульсный источник питания : Он имеет схему регулятора повышающего типа для преобразования сигнала постоянного тока низкого уровня в сигнал высокого уровня.Слово « boost» означает, что сложить или увеличить , таким образом, импульсный импульсный стабилизатор увеличивает уровень напряжения питания, сохраняя полярность такой же, как у входного сигнала.
• Импульсный источник питания с понижающим и повышающим режимами : Этот SMPS выполняет комбинированную работу понижающего и повышающего регулятора. В этой топологии выходной сигнал имеет инвертированный характер, напряжение которого может быть больше или меньше входного напряжения питания в зависимости от рабочего цикла.

Наряду с этими тремя, еще два типа значительных smps — это обратный преобразователь и прямой преобразователь.

Известно, что это три основные операции переключения, обычно называемые топологиями схемы переключения режима .

Блок-схема и работа SMPS

Основными компонентами ИИП являются следующие :

1. Входной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
2. Высокочастотный переключатель (силовой транзистор или полевой МОП-транзистор)
3. Трансформатор силовой
4. Выходной выпрямитель и фильтр (диодный выпрямитель и конденсаторный фильтр)
5. Цепь управления (компаратор и широтно-импульсный модулятор)

На приведенном ниже рисунке представлена ​​функциональная блок-схема SMPS :

Первоначально нерегулируемый входной сигнал переменного тока от источника подается на входной выпрямитель и схему фильтра.Здесь входной сигнал переменного тока выпрямляется для генерации сигнала постоянного тока и дополнительно сглаживается, чтобы удалить из него высокочастотную составляющую шума. Выход постоянного тока (все еще в нерегулируемом виде) подается на силовой транзистор, который действует как высокочастотный переключатель.

Здесь сигнал постоянного тока подвергается прерыванию (переключению). Эта схема действует как идеальный переключатель, т. Е. Когда силовой транзистор (схема прерывателя) находится во включенном состоянии, через него проходит ток с незначительным падением напряжения, и на выходе транзистора получается сигнал постоянного тока.Однако в выключенном состоянии силового транзистора через него не проходит ток, что приводит к максимальному падению напряжения внутри него. Таким образом, на выходе не будет напряжения.

Следовательно, в соответствии с действием переключения силового транзистора на его выходной стороне будет получено постоянное напряжение. Частота прерывания играет решающую роль в поддержании желаемого уровня постоянного напряжения .

Полученный сигнал постоянного тока на выходе схемы прерывателя подается на первичную обмотку высокочастотного силового трансформатора.Здесь понижающий трансформатор преобразует сигнал высокого напряжения в сигнал низкого напряжения, который дополнительно подается на вход блока выходного выпрямителя и фильтра. Это просто отфильтровывает нежелательные остатки из сигнала, чтобы обеспечить регулируемый сигнал постоянного тока на выходе.

Схема управления, представленная здесь, действует как цепь обратной связи для всего устройства. Это включает в себя компаратор и широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Выходной сигнал постоянного тока выпрямителя и фильтра подается в схему управления, где усилитель ошибки, который действует как компаратор, сравнивает полученное постоянное напряжение с опорным значением.

Если выходное напряжение постоянного тока больше заданного значения, то необходимо уменьшить частоту прерывания. Уменьшение частоты прерывания приведет к уменьшению выходной мощности и, следовательно, выходного напряжения постоянного тока. Однако, если выход постоянного тока меньше эталонного значения, частота прерывания увеличивается. При увеличении частоты прерывания возрастает выходное напряжение постоянного тока.

Широтно-импульсный модулятор в приведенной выше схеме отвечает за генерацию сигнала с фиксированной частотой с широтно-импульсной модуляцией, рабочий цикл которого определяет частоту прерывания.

По сути, коэффициент заполнения — это отношение продолжительности включения к общему времени цикла (т. Е. Времени включения + выключения). Следовательно, путем внесения необходимых корректировок в ширину импульсов, частота прерывания регулируется, следовательно, может быть получен регулируемый выход постоянного тока.

Преимущества

1. Он более эффективен, чем линейные блоки питания. Обычно КПД ИИП находится в пределах 60% — 95% .
2. За счет высокочастотной работы устройства габаритные размеры небольшие и менее громоздкие.Таким образом, компактно.
3. Недорого, потому что меньше тепловыделение.
4. Полученное выходное напряжение может быть больше или меньше входного напряжения питания.

Недостатки

1. Возникновение переходных всплесков из-за переключающего действия — одна из основных проблем. Это может вызвать радиочастотные помехи, поэтому изоляция является обязательной.
2. Схема сложная. Кроме того, регулирование (управление) напряжения является сложной задачей.
3. Надлежащая фильтрация необходима для устранения шума и всплесков.

Применение ИИП

Устройства, изобретенные в соответствии с новейшими технологиями, требуют высокоэффективного источника питания, предлагаемого SMPS. Таким образом, он находит применение в различных усилителях мощности, персональных компьютерах, системах безопасности и железнодорожных системах, телевизорах, моторных приводах и т. Д.

Руководство по проектированию цепей для преобразователей постоянного тока в постоянный (1/10)

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

Это руководство содержит советы по проектированию цепей преобразователей постоянного тока в постоянный.Как спроектировать схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, которые удовлетворяют требуемым спецификациям при различных ограничениях, описано с использованием как можно большего количества конкретных примеров.

Свойства цепей преобразователя постоянного / постоянного тока (такие как КПД, пульсации и переходная характеристика нагрузки) могут быть изменены с помощью их внешних частей. Оптимальные внешние части обычно зависят от условий эксплуатации (входных / выходных характеристик). Цепь источника питания часто используется как часть цепей коммерчески доступных продуктов и должна быть спроектирована так, чтобы удовлетворять ограничениям, таким как размер и стоимость, а также требуемым электрическим характеристикам.Обычно стандартные схемы, перечисленные в каталогах, разрабатываются путем выбора таких деталей, которые могут обеспечить приемлемые свойства в стандартных условиях эксплуатации. Эти детали не обязательно оптимальны для индивидуальных условий эксплуатации. Следовательно, при разработке отдельных продуктов стандартные схемы должны быть изменены в соответствии с их индивидуальными техническими требованиями (такими как эффективность, стоимость, монтажное пространство и т. Д.). Разработка схемы, удовлетворяющей требованиям спецификации, обычно требует большого опыта и знаний.В этом руководстве с использованием конкретных данных описано, какие части следует изменить и как их изменить для выполнения требуемых операций без специальных знаний и опыта. Вы сможете быстро и успешно управлять схемами преобразователя, не выполняя сложных расчетов схем. Вы можете проверить свой проект либо путем тщательного расчета позже самостоятельно, либо с помощью специалистов, обладающих знаниями и опытом, если вы чувствуете себя неуверенно.

Типы и характеристики преобразователей постоянного тока в постоянный

доступны в двух типах схем:

1. Неизолированные типы:
   • Базовый (одна катушка) тип
   • Емкостная муфта (двухкатушечная) типа ―― SEPIC, Zeta и др.
   • Нагнетательный насос (без переключаемого конденсатора / катушки) тип
2. Изолированные типы:
   • Типы трансформаторной муфты―― Тип переднего трансформатора
   • Типы трансформаторной муфты Обратный трансформатор типа

Характеристики отдельных типов приведены в таблице 1.

В схеме базового типа работа ограничена либо повышением, либо понижением для минимизации количества деталей, а входная и выходная стороны не изолированы.На рисунке 1 показана повышающая схема, а на рисунке 2 — понижающая. Эти схемы обеспечивают такие преимущества, как небольшой размер, низкая стоимость и небольшая пульсация, и спрос на них растет в соответствии с потребностями в уменьшении размеров оборудования.

Рисунок 1: Повышающая схема

Рисунок 2: Понижающая схема

С SEPIC и Zeta конденсатор вставляется между V _IN и V _OUT повышающей цепи и понижающей схемой основного типа, и добавляется одна катушка.Они могут быть сконфигурированы как повышающие или понижающие преобразователи постоянного / постоянного тока с использованием повышающей ИС контроллера постоянного тока и понижающего контроллера постоянного тока, соответственно. Однако, поскольку некоторые ИС контроллеров постоянного / постоянного тока не предполагается использовать с этими типами цепей, убедитесь, что ваши ИС контроллеров постоянного / постоянного тока могут использоваться с этими типами цепей. Конденсаторная связь типа с двумя катушками имеет преимущество, позволяющее обеспечить изоляцию между V _IN и V _OUT . Однако увеличенные катушки и конденсаторы снизят эффективность.В частности, во время понижения эффективность существенно снижается, обычно примерно до 70-80%.

Тип нагнетательного насоса не требует змеевика, что позволяет минимизировать площадь и высоту установки. С другой стороны, этот тип не обеспечивает высокую эффективность для приложений, которым требуется широкий спектр выходных мощностей или больших токов, и ограничивается приложениями для управления белыми светодиодами или для питания ЖК-дисплеев.

Цепь изолированного типа также известна как первичный источник питания (основной источник питания).Этот тип широко используется для преобразователей переменного тока в постоянный, которые генерируют мощность постоянного тока в основном из имеющегося в продаже источника переменного тока (от 100 В до 240 В), или для приложений, в которых требуется изоляция между входной и выходной сторонами для устранения шумов. В этом типе входная и выходная стороны разделены с помощью трансформатора, а повышением, понижением или реверсом можно управлять, изменяя коэффициент трансформации трансформатора и полярность диода. Таким образом, вы можете отключить множество источников питания из одной силовой цепи.Если используется обратный трансформатор, схема может состоять из относительно небольшого количества частей и может использоваться в качестве цепи вторичного источника питания (местного источника питания). Обратный трансформатор, однако, требует пустот, чтобы предотвратить магнитное насыщение сердечника, увеличивая его размеры. Если используется прямой трансформатор, можно легко найти большой источник энергии. Эта схема, однако, требует схемы сброса на первичной стороне, чтобы предотвратить намагничивание сердечника, увеличивая количество частей.Кроме того, стороны входа и выхода IC контроллера должны быть заземлены отдельно.

Основные принципы работы преобразователей постоянного тока в постоянный

Принципы работы повышения и понижения в схемах преобразователя постоянного / постоянного тока будут описаны с использованием самого основного типа. Цепи других типов или схемы, использующие катушки, могут считаться составленными из комбинации повышающей схемы и понижающей схемы или их прикладных схем.

На рисунках 3 и 4 показаны операции повышающей цепи.На рисунке 3 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который снижает эффективность при малой нагрузке. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен. На рисунке 4 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока, а левый край катушки принудительно фиксируется на V _IN для подачи питания для увеличения напряжения до V _OUT для работы в режиме повышения.Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. Однако, если полевой транзистор включен слишком долго, время подачи питания на выходную сторону становится слишком коротким, и потери в течение этого времени увеличиваются, что снижает эффективность преобразования. Следовательно, значение максимальной нагрузки (отношение времени включения / выключения) обычно определяется таким образом, чтобы поддерживать соответствующее значение.

В режиме повышения тока токи, показанные на рисунках 3 и 4, повторяются:

Рисунок 3: Ток при включении полевого транзистора в повышающей цепи

Рисунок 4: Ток при отключении полевого транзистора в повышающей цепи

На рисунках 5 и 6 показаны операции понижающей схемы.На рисунке 5 показан ток при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который ухудшит эффективность в условиях малой нагрузки. Когда полевой транзистор включен, электрическая энергия накапливается в L и подается на выходную сторону. На рисунке 6 показан ток при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее текущее значение и включает SBD. В это время напряжение на левом крае катушки принудительно падает ниже 0 В, уменьшая напряжение на V _OUT .Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. С понижающей схемой, когда полевой транзистор включен, питание может подаваться на выходную сторону, и нет необходимости определять максимальную нагрузку. Следовательно, если входное напряжение ниже, чем выходное напряжение, полевой транзистор остается включенным. Однако, поскольку операция повышения отключена, выходное напряжение также снижается до уровня входного напряжения или ниже.

В режиме понижения токи, показанные на рисунках 5 и 6, повторяются:

Рисунок 5: Ток при включении полевого транзистора в понижающей цепи

Рисунок 6: Ток при отключении полевого транзистора в понижающей цепи

4 критических момента при проектировании схем преобразователя постоянного тока в постоянный

Среди технических требований для цепей преобразователя постоянного / постоянного тока критическими считаются следующие:

1. Стабильная работа (не может быть нарушена из-за сбоя в работе, такого как ненормальное переключение, перегорание или перенапряжение)
2. Высокая эффективность
3. Малая пульсация на выходе
4. Хорошая реакция на переходные процессы при нагрузке

Эти свойства можно до некоторой степени улучшить, изменив ИС преобразователя постоянного тока в постоянный ток и внешние детали.Вес этих четырех свойств зависит от конкретного приложения. Далее рассмотрим, как выбирать отдельные детали для улучшения этих свойств.

Следующая страница

Выбор частоты коммутации DC / DC преобразователя

Как работают схемы импульсных источников питания (SMPS)

SMPS — это аббревиатура от слова Switch Mode Power Supply. Название ясно предполагает, что концепция имеет какое-то или полностью отношение к импульсам или переключению используемых устройств.Давайте узнаем, как адаптеры SMPS работают для преобразования сетевого напряжения в более низкое постоянное напряжение.

Преимущество топологии SMPS

В адаптерах SMPS идея состоит в том, чтобы переключить входное напряжение сети на первичную обмотку трансформатора, чтобы на вторичной обмотке трансформатора можно было получить более низкое значение постоянного напряжения.

Однако вопрос в том, то же самое можно сделать с обычным трансформатором, так зачем нужна такая сложная конфигурация, когда функционирование может быть просто реализовано через обычные трансформаторы?

Что ж, концепция была разработана именно для того, чтобы исключить использование тяжелых и громоздких трансформаторов с более эффективными версиями схем питания SMPS.

Хотя принцип работы очень похож, результаты сильно отличаются.

Наше сетевое напряжение также представляет собой пульсирующее напряжение или переменный ток, который обычно подается в обычный трансформатор для требуемых преобразований, но мы не можем уменьшить размер трансформатора даже при токе всего 500 мА.

Причина в том, что наши входы сети переменного тока имеют очень низкую частоту.
При 50 Гц или 60 Гц значение чрезвычайно низкое для реализации их в выходах с большим постоянным током с использованием трансформаторов меньшего размера.

Это связано с тем, что с уменьшением частоты потери на вихревые токи с намагниченностью трансформатора увеличиваются, что приводит к огромным потерям тока из-за тепла, и, следовательно, весь процесс становится очень неэффективным.

Для компенсации вышеуказанных потерь используются относительно большие сердечники трансформатора с соответствующей толщиной провода, что делает весь блок тяжелым и громоздким.

Импульсный источник питания решает эту проблему очень умно.

Если более низкая частота увеличивает потери на вихревые токи, это означает, что увеличение частоты приведет к прямо противоположному эффекту.

Это означает, что если частота увеличивается, трансформатор можно сделать намного меньше, но при этом он будет обеспечивать более высокий ток на их выходах.

Это именно то, что мы делаем со схемой SMPS. Давайте разберемся в функционировании с помощью следующих пунктов:

Как работают адаптеры SMPS

На схеме импульсного источника питания входной переменный ток сначала выпрямляется и фильтруется для получения постоянного тока соответствующей величины.

Вышеупомянутый постоянный ток применяется к конфигурации генератора, содержащей высоковольтный транзистор или МОП-транзистор, установленный на первичной обмотке небольшого ферритового трансформатора с хорошими размерами.

Схема становится автоколебательной конфигурацией, которая начинает колебаться с некоторой заранее определенной частотой, установленной другими пассивными компонентами, такими как конденсаторы и резисторы.

Частота обычно выше 50 кГц.

Эта частота индуцирует эквивалентное напряжение и ток на вторичной обмотке трансформатора, определяемые количеством витков и шириной SWG провода.

Из-за использования высоких частот потери на вихревые токи становятся пренебрежимо малыми, а выход постоянного тока с высоким током может быть получен через трансформаторы с ферритовым сердечником меньшего размера и относительно более тонкую проволочную обмотку.

Однако вторичное напряжение также будет на первичной частоте, поэтому оно снова выпрямляется и фильтруется с помощью диода быстрого восстановления и конденсатора высокой емкости.

Результатом на выходе является идеально отфильтрованный низкий постоянный ток, который можно эффективно использовать для управления любой электронной схемой.

В современных версиях ИИП на входе вместо транзисторов используются high-end микросхемы.
Микросхемы оснащены встроенным высоковольтным МОП-транзистором для поддержания высокочастотных колебаний и многими другими функциями защиты.

Что делают встроенные средства защиты SMPS

Эти ИС имеют соответствующие встроенные схемы защиты, такие как защита от лавин, защита от перегрева и защита от перенапряжения на выходе, а также функцию импульсного режима.

Защита от лавин гарантирует, что ИС не будет повреждена во время быстрого включения питания.

Защита от перегрева обеспечивает автоматическое отключение ИС, если трансформатор неправильно намотан, и потребляет больше тока от ИС, что делает ее опасно горячей.

Пакетный режим — интересная функция, включенная в современные блоки SMPS.

Здесь выходной постоянный ток возвращается на чувствительный вход ИС. Если по какой-то причине, обычно из-за неправильной вторичной обмотки или выбора резисторов, выходное напряжение поднимается выше определенного заранее определенного значения, IC отключает переключение входа и пропускает переключение в прерывистые всплески.

Это помогает контролировать напряжение на выходе, а также ток на выходе.