Трансформаторные и импульсные источники питания

Трансформаторные и импульсные источники питания

Трансформаторные и импульсные источники питания

Комплексные системы безопасности \\ 19.07.2010 15:02 \\ ООО "Ви-Конт" \\ Самара

Достоинства и недостатки. Трансформаторный БП состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора. Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется.

Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора, у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение. Затем устанавливается выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель).

 

Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр, сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

 

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ, стабилизаторы напряжения и тока

 

 

Схема простейшего трансформаторного БП c двухполупериодным выпрямителем
 

 

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):
( 1 / n ) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin ( f * t ), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

 

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

 

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = ( от 55 до 70 ) / S в см2.

 

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

 

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

 

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

 

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

 

Достоинства трансформаторных БП

  • Простота конструкции
  • Надёжность
  • Доступность элементной базы
  • Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)
  • Недостатки трансформаторных БП
  • Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
  • Металлоёмкость
  • Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

 

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой. В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности, либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы — это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

 

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи. Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона. В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения. Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

 

Принципиальная схема простейшего однотактного импульсного БП  

 

Достоинства импульсных БП

 

  • Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:
  • меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
  • значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
  • меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
  • сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
  • широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
  • наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе

 

Недостатки импульсных БП

  • Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
  • Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
  • В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.

Статьи Комплексные системы безопасности

Развенчание мифов о мобильном доступе

Развенчание мифов о мобильном доступе

Комплексные системы безопасности \\ 23.08.2016 16:17 \\ HID Global \\ Комментарии()

Развенчание распространенных мифов, связанных с применением мобильных устройств для контроля доступа.

Пожаротушение в котельной

Пожаротушение в котельной

Комплексные системы безопасности \\ 13.04.2016 11:01 \\ ЗАО "НПГ Гранит-Саламандра" \\ Комментарии()

В современных котельных работает оборудование, нагревающее и подающее теплоноситель в коммуникации ЖКХ. Данные помещения должны оснащаться установками пожаротушения и пожарной сигнализацией, так как работа нагревательного оборудования неизменно связана с рисками воспламенения.

Преимущества конвергенции для контроля доступа

Преимущества конвергенции для контроля доступа

Комплексные системы безопасности \\ 29.01.2016 15:47 \\ HID Global \\ Комментарии()

Предоставление различных ИТ и СКУД пропусков на одной смарт-карте или смартфоне, использование одного и того же набора процессов помогает повысить удобство работы и значительно повышает безопасность, одновременно со снижением текущих операционных затрат.

Смартфоны: открывая двери новым возможностям

Смартфоны: открывая двери новым возможностям

Комплексные системы безопасности \\ 15.12.2015 20:36 \\ HID Global \\ Комментарии()

Обладая разнообразными возможностями и множеством приложений, смартфон стал важной частью повседневной жизни для многих. Исследовательская компания Gartner недавно сделал прогноз, что мировые поставки мобильных телефонов превысят 2 млрд единиц в 2016 году.

Безопасность на предприятии, системы безопасности для бизнеса

Комплексные системы безопасности \\ 09.12.2015 13:43 \\ Разбег Системы безопасности Ставрополь \\ Комментарии()

Система безопасности предприятий - понятие, не имеющее на сегодняшний день чётких очертаний. Для каждого предприятия она своя. Однако, в неё непременно входит охрана предприятий, позволяющая осуществлять производственный процесс на должном, определённом законодательством, уровне.

Что считать импортом? Обзор ситуации на рынке источников питания

Комплексные системы безопасности \\ 18.11.2015 14:08 \\ К-Инженеринг \\ Комментарии()

Начавшаяся волна импортозамещения, безусловно, затронула и рынок систем безопасности. В данной статье попытаемся на примере сектора рынка источников бесперебойного питания разобраться, всегда ли оно будет уместным, на какие критерии следует обратить внимание при выборе отечественной замены, а также как отреагируют различные системы безопасности ну запущенную текущей действительностью волну.

Рынок ИБП: перемены неизбежны!

Рынок ИБП: перемены неизбежны!

Комплексные системы безопасности \\ 18.11.2015 13:44 \\ К-Инженеринг \\ Комментарии()

В данной статье мы попытаемся описать возможные направления технического развития источников бесперебойного питания (ИБП), исходя из тех рамок, в которые нас поставила отечественная экономика. Заранее отмечу, что при грамотном техническом подходе для российских производителей ИБП эти рамки отнюдь не выглядят сдерживающими развитие отечественного продукта.

Мобильный доступ с помощью Bluetooth Smart и NFC

Комплексные системы безопасности \\ 01.10.2015 23:49 \\ HID Global \\ Комментарии()

Современное поколение систем контроля доступа обеспечивает более безопасные и развитые способы управления учетными данными, в том числе благодаря использованию такого нового форм-фактора, как мобильные устройства.

Видеодетекторы дыма и огня: раннее обнаружение

Видеодетекторы дыма и огня: раннее обнаружение

Комплексные системы безопасности \\ 05.08.2015 10:28 \\ Macroscop \\ Комментарии()

Программные детекторы дыма и огня находят широкое применение на разных типах объектов. В отличие от аппаратных датчиков, они способны распознавать дым или огонь по изображению, что позволяет обнаружить возгорание раньше, контролировать бόльшие площади, использовать их для обнаружения огня в помещении и на протяженных территориях (например, в парках или лесных массивах).

Обнаружение оставленных предметов. Анализ двух прогрессивных методов

Комплексные системы безопасности \\ 31.07.2015 14:49 \\ Macroscop \\ Комментарии()

Современные программные комплексы предоставляют целый спектр инструментов для ситуационного контроля объектов различного рода. В рамках обеспечения антитеррористической безопасности в большинстве видеосистем, размещенных в общественных местах (безопасных городов, банков, торговых центров, рынков, вокзалов, аэропортов, метро) большой популярностью пользуется детектор оставленных предметов. Детектор позволяет регистрировать объекты, которые находились в движении, а затем остановились на заданный промежуток времени.

Книги

Системы охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации

ISBN: 978-5-7695-6218-1
Год: 2010 (май)
Страниц: 512

 

 

Учебное пособие представляет собой 5-е издание, дополненное и переработанное. Книга незаменима при обучении специалистов по монтажу любых видов сигнализаций: пожарных, охранных и охранно-пожарных. Представлены также общие сведения об организации охраны на объекте.

Технические средства охраны

Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения

ISBN: 978-5-9912-0025-7
Год: 2008
Страниц: 496

 

Учебное пособие поможет при прохождении теоретических курсов специалистами в области охраны. Здесь есть всё об эксплуатации технических средств охраны. Это второе, дополненное издание, созданное на основе лекций.

Технические средства охраны

Системы контроля и управления доступом

Год: 2010
Страниц: 272

 

Книга адресована широкому кругу лиц, занятых в области службы безопасности на различного уровня объектах. Прилагается перечень нормативных материалов.

 

Технические средства охраны

вверх