Как работает простой и мощный импульсный блок питания

Предлагаем рассмотреть, что такое импульсный блок питания (ИБП), как он работает, а также как сделать это устройство в домашних условиях.

Общая информация о ИБП

ИБП — это устройство, которое выпрямляет сетевое напряжение, а затем формирует из него импульсы частотой более 10 кГц, которые после подаются на специальный импульсный трансформатор.

ИБП представляет собой электронный преобразователь, который включает в себя импульсный регулятор, для эффективного преобразования электрической энергии и широтно-импульсный модулятор (ШИМ). Как и другие источники питания, ИБП передает мощность от источника электросети к нагрузке, в это время преобразовывая напряжение.

Импульсный блок питания
Схема — Импульсный блок питания

В идеале, импульсный блок питания не рассеивает никакой энергии. В противоположность этому, линейный источник питания регулируя выходное напряжение, непрерывно рассеивает энергию на p-n переходе транзистора. Таким образом высокая эффективность преобразования является важным преимуществом импульсного источника питания перед линейным. Кроме того, любой простой импульсный блок питания гораздо более компактен, чем трансформаторный с линейным стабилизатором, но при этом не уступает по эффективности.

Сетевой импульсный блок питания
Фото — Сетевой импульсный блок питания

Импульсные блоки питания используются в качестве замены линейных, так как имеют меньший размер и вес при схожей эффективности.

Видео: как сделать простой блок питания (импульсный)

Принцип действия

Рассмотрим по циклам принцип работы простого импульсного блока питания.

Если ИБП имеет входное напряжение переменного тока к примеру, в компьютере, ПК, ноутбуке, то первый этап заключается в преобразовании входящего переменного напряжения в постоянный. Блок питания с входом, рассчитанным входное напряжение постоянного тока не требует этой стадии. В некоторых блоках питания, например компьютерных, электрическая схема выпрямителя может быть сконфигурирована, как у удвоителя напряжения путем добавления переключателя управляемого вручную или автоматически. Эта функция позволяет работать источникам питания от сети которая обычно выдает 115 В или 230 В.

Выпрямитель сглаживает нерегулируемое переменное напряжение в постоянное, которое затем отправляется в накопительный конденсаторный фильтр. Ток, потребляемый от источника питания этой цепи (выпрямителя) трансформируется в короткие импульсы вокруг пиков напряжения переменного тока.

Данные сигналы имеют значительную энергию высокой частоты, которая уменьшает коэффициент мощности импульсного трансформатора, за счет чего удается уменьшить его габариты. Для коррекции этого явления многие новые ИБП используют специальную PFC схему, чтобы заставить входной ток следовать синусоидальной форме входного напряжения переменного тока и для коррекции коэффициента мощности. Импульсные источники питания, которые используют Active PFC – встречаются в камерах видеонаблюдения, компьютерах, и т. п. поддерживающие входное напряжение от ~ 100 Вольт переменного тока до 250 В.

Импульсный обратноходовый блок питания предназначен для входа переменного напряжения, как правило, так же он может работать и от источника постоянного тока, так как постоянное напряжение будет проходить через мостовой или полумостовой выпрямитель без изменений. Если блок питания предназначен для 115 В и не имеет переключателя напряжения, то требуется напряжение 163 В постоянного тока (115 × √2).

Но этот тип использования может быть вредным для выпрямителя, т.к. он будет использовать половину диодов в выпрямителе для полной нагрузки. Это может привести к перегреву одного из составляющих выпрямителя, из-за чего значительно понижается его долговечность. С другой стороны, если источник питания имеет переключатель режимов входного напряжения 115/230В (компьютерный AT-АТХ блок питания Panasonic, Samsung, dvd-привод Vbulletin), переключатель должен быть установлен в положение 230, и получать требуемое напряжение 325 В постоянного тока (230×√2).

Диоды в этом типе питания будут отлично выпрямлять переменное напряжение, потому что они, по своим характеристикам повторяют двухполярный удвоитель напряжения. Единственным недостатком такого простого блока является его недолговечность.

После того как сетевое напряжение стало выпрямленным оно поступает на инвертор.

Инвертор импульсного блока питания преобразовывает постоянный ток в переменный, запустив его через коммутатор напряжения, чья выходная энергия трансформации очень небольшая, с несколькими десятками витков обмотки трансформатора на частоте десятков или сотен килогерц, он работает как УНЧ. Частота обычно выбирается выше 20 кГц, чтобы сделать её не слышной для человека. Коммутация выполнена в виде многоступенчатого сигнала ШИМ на ключевых MOSFET транзисторах. MOSFET транзисторы представляют собой тип устройств с низким сопротивлением открытого перехода и высокой способностью прохождения больших токов.

Принцип работы импульсного блока питания
Фото — Принцип работы импульсного блока питания

Если выходы должны быть изолированы от входа, как это обычно бывает в сетевых источниках питания, инвертированный переменный ток используется для питания первичной обмотке высокочастотного трансформатора. Трансформатор уже повышает или понижает напряжение на вторичной обмотке до необходимого уровня. На блок-схеме это видно на выходе трансформатора.

Принципиальная схема источника питания
Фото — Принципиальная схема источника питания

Для выходных напряжений выше десяти вольт используются кремниевые диоды. При более низких напряжениях, обычно используются диоды Шоттки в качестве элементов выпрямителя; они имеют преимущества:

  1. Более быстрое время восстановления, чем у кремниевых диодов (позволяет работать с малыми потерями на высоких частотах);
  2. Низкое падение напряжения при прохождении тока. Для еще более низких выходных напряжений, малогабаритные ИБП используют транзистор в качестве синхронных выпрямителей, в таком случае именно в транзисторе происходят основное выпрямление переменного напряжения..

Затем производится сглаживание с помощью фильтра, состоящего из дросселя и конденсатора. При более высоких частотах коммутации, необходимы компоненты с более низкой емкостью и индуктивностью.

Миниатюрный импульсный блок
Фото — Миниатюрный импульсный блок

Более простой неизолированный импульсный источник питания содержит дроссель вместо трансформатора. К такому типу относятся повышающие и понижающие преобразователи. Они принадлежат к простейшему классу с одним входом и одним выходом, которые используют один дроссель и один активный переключатель.

Как сделать блок питания своими руками

Собрать средне-мощный или маломощный импульсный блок питания своими руками для портативного телевизора или планшетного компьютера можно в домашних условиях.

Пошаговое описание, как сделать миниатюрный универсальный самодельный ИБП, который подойдет для настольной светодиодной лампы, приемника, музыкального плеера:

  1. Выберите зарядное устройство, которое может обеспечить достаточный ток для зарядки аккумулятора. Проверьте преобразователи, предназначенные для работы больших внедорожников, если делаете сложную систему.
Схема простого ИБП
Фото — Схема простого ИБП

Проверьте солнечные источники питания для домов и инверторы для больших систем. Убедитесь, что контакты зарядного устройства способны передать мощность для питания вашей нагрузки.

  1. Выберите батареи глубокого цикла. Не используйте автомобильный аккумулятор. Если вы будете использовать гелевые или необслуживаемые батареи, то система буде работать исправно. Для более крупных систем, состоящих из нескольких батарей глубокого цикла, нужно выбирать только AGM или аккумуляторы с жидким электролитом.

Убедитесь, что батареи вентилируются для выхода водорода. Если вы покупаете аккумуляторы с жидким электролитом, убедитесь, что устройство поддерживает выравнивание плотности заряда. Свинцово-кислотные батареи продаются номиналом 6 и 12 вольт. Вам нужно будет соединить их последовательно, чтобы поднять напряжение, или параллельно, чтобы увеличить мощность ампер-часов.

Источник питания с аккумуляторами
Фото — Источник питания с аккумуляторами

Расчет аккумуляторов для импульсных блоков питания с контроллером заряда и без него:

12 вольт = 2x6V – необходимо два 6 вольтовых аккумулятора, соединенных последовательно;

24 вольт = 4x6V или 2x12V батареи в последовательном соединении.

Не смешивайте разные типы батарей. Новые батареи, добавленные в существующий комплект будет способствовать снижению заряда первичных.

  1. Выберите инвертор. Необходимо купить однотактный или двухтактный повышающий инвертор. Мощность инвертора в ваттах, должна быть в 3-7раз больше, чем у номинального тока нагрузки. Инверторы доступны для входных напряжений от 12, 24, 36, 48 и до 96 вольт. Чем выше напряжение, тем лучше, особенно для больших систем. 12 вольт является наиболее распространенным, но ни в коем случае нельзя рассматривать 12 вольт для системы больше, чем 2400 Вт мощности.
  1. При помощи кабелей соедините инвертор, аккумулятор и прочие приборы.Для соединения деталей необходимо брать не тяжелые провода, чтобы они не тянули контакты.Обязательно проверяйте связь при помощи мультиметра.
  1. Отметив полярность на проводах, надежно прикрепите силовой кабель к батарее аккумуляторов и к контроллеру заряда ,это можно сделать с использованием паяльника . При помощи мультиметра проверьте все соединения проводников.
  1. Подготовьте систему зарядки. Подключите зарядное устройство к сети и включите его.
  1. Теперь нужно провести наладку системы импульсного блока питания, рассмотрим, как проверить инвертор. Прикрепите и подключите прибор, если он расположен отдельно от зарядного устройства. Подключите кабели к батареям, отметив полярность. Включите инвертор, и проверьте показания прибора с разными нагрузками переменного тока.

Главные признаки неисправности импульсного блока:

  1. Дым;
  2. Огонь;
  3. Искры.

Оставьте инвертор на ночь с нагрузкой, аналогичной планируемой, и батарею заряжаться на всю ночь. Утром, батарея должна быть полностью заряжена.

  1. Теперь нужно создать защитный шкаф. Можно просто переделать готовый кожух от сгоревшей аппаратуры, смонтировать его с наличием светодиодных или галогеновых лампочек, это практически бесплатно и эффективно.

    Источник бесперебойного питания в боксе
    Фото — Источник бесперебойного питания в боксе

Самодельные импульсные блоки питания проще всего переделывать с уже готовых, на микросхема ШИМ серии IR2151, TL431, UC3842 с автоматическим управлением (регулировкой), их схемотехника идеально подходит для данной работы.

Главное условие – работать с защитой! Нужно надевать перчатки, очки, защитные маски.

Конечно, для работы DVD плеера или лампы освещения можно приобрести дешевый китайский прибор. Но для полевых работ лучше купить импульсный блок питания на 12 В (как для ПК) на микросхемах IR2153, TL494 , его цена довольна приемлема, а схема работы универсальна. Найти прибор можно в любом электротехническом магазине Вашего города.

Также обратите внимание на модели на микросхемах таких фирм как: model APC, Logicpower, CyberPower, FSP, Dyno, Eaton, Robiton, PSU, PSS, TOP, Samsung. Регулярно проводите плановый ремонт техники, платы должны проверятся каждые полгода.


Похожие материалы:


Отзывы и комментарии

Вы можете оставить отзывы и комментарии к записи: "Как работает простой и мощный импульсный блок питания"