БЛОКИ ПИТАНИЯ: ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
 Фото: i2hard.ru Практически вся современная электроника работает от постоянного тока с небольшим значением напряжения и сравнительно небольшими токами. Как правило, это — 3, 5 и 12В, реже — 19, 24, 36 и 48В. Тем временем, в бытовой электросети напряжение совсем другое — переменный ток напряжением 220В и частотой 50Гц. Соответственно, для питания электронных устройств от бытовой сети этот ток надо как-то преобразовать. Для этих целей и используются блоки питания. Их задача — преобразование тока для получения определённых параметров напряжения, силы и рода тока (превращения переменного в постоянный). Блок питания может быть как отдельным устройством (внешний блок питания, адаптер), так и частью самогó устройства, которое от него питается. Чаще всего можно встретить два варианта — трансформаторный и импульсный блок питания. В чём разница, кроме названия, не всегда понятно. Поэтому мы разберёмся, чем отличается импульсный блок питания от трансформаторного, рассмотрим их особенности и отличия. ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ  Фото: magnitola.org Трансформаторные блоки питания — одни из первых устройств для преобразования напряжения. Они отличаются сравнительной простотой и довольно высокой надёжностью. Впрочем, и существенные недостатки у них тоже есть. Их основной элемент — низкочастотный трансформатор. Он состоит из двух (или больше) обмоток, надетых на массивный сердечник (магнитопровод), собранный из пластин электротехнической стали. На одну обмотку — она называется первичной — подаётся электричество из бытовой сети и создаёт магнитное поле в сердечнике. Оно, в свою очередь, создаёт напряжение на всех остальных обмотках. Обмотки подобраны таким образом, чтобы на вторичной обмотке создавалась нужная величина напряжения. В дальнейшем переменный электрический ток, созданный вторичной обмоткой, превращается в постоянный с помощью диодов, как правило, соединённых по мостовой схеме. Для сглаживания пульсаций напряжения используется конденсатор, подключённый параллельно выходу диодного моста, а затем напряжение стабилизируется. В итоге на выходе получается постоянный ток нужного напряжения и силы. Трансформаторные блоки питания отличаются простотой конструкции. Простейший блок питания состоит из трёх деталей: трансформатор, диодный мост и конденсатор. Достоинства: — Простота сборки: блок питания необходимой мощности можно собрать самостоятельно, достаточно лишь понимать принцип работы и точно знать нужные параметры. — Высокая надёжность и долговечность: при правильной эксплуатации срок службы трансформаторных блоков питания практически не ограничен. Так, сегодня можно найти работающие модели, выпущенные несколько десятков лет назад. — Ремонтопригодность: как правило, все необходимые детали можно приобрести на радиорынках и в специальных магазинах, искать какие-то особые детали не требуется. — Не создают паразитные высокочастотные помехи: благодаря этому трансформаторные блоки питания чаще используются в чувствительной аппаратуре. — Гальваническая развязка входа и выхода блока питания: они не имеют электрического контакта между собой и связаны только магнитными потоком в сердечнике трансформатора. Гальваническая развязка может быть нарушена только при пробое между обмотками, но такое возможно только при повреждениях трансформатора. Недостатки: — Невысокий коэффициент полезного действия: как правило, КПД низкочастотного трансформатора не превышает 80%. Кроме того, из-за использования стабилизатора на выходе для получения стабильного значения напряжения часть энергии дополнительно теряется в виде тепла. — Большие габариты и масса: причём, чем мощнее блок питания, тем больше его вес и размеры. Как следствие — мощные блоки питания и вовсе могут быть стационарными. — Создают сильный низкочастотный гул, который можно услышать в тишине. Кроме того, низкочастотные пульсации напряжения могут всплыть в виде шума в аудиоаппаратуре. Эта проблема частично решается увеличением ёмкости сглаживающих конденсаторов на выходе блока питания. — Требовательность к питающему напряжению: при перепадах входного напряжения, напряжение на выходе также сильно изменяется. При работе от источников бесперебойного питания с "модифицированной синусоидой" на выходе, параметры также могут отличаться от заявленных, а работа трансформаторных блоков питания от постоянного тока вообще невозможна в принципе. ИМПУЛЬСНЫЕ  Фото: vk.com В отличие от обычного трансформаторного, импульсные источники питания — это сложное электронное устройство. В них переменный ток из бытовой электросети вначале выпрямляется с помощью диодного моста, превращаясь в постоянный, а затем из него формируются высокочастотные импульсы прямоугольной формы. Эти импульсы поступают на высокочастотный трансформатор, со вторичной обмотки которого выходит напряжение нужной величины, которое снова выпрямляется и сглаживается конденсатором. В импульсных блоках питания также применены трансформаторы, но они имеют гораздо меньшие размеры и массу. Это вызвано тем, что при возрастании частоты при одинаковой мощности требуется магнитопровод меньших размеров. В основном, такой магнитопровод изготавливается из феррита, а не из стали. Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания возникает за счёт цепи обратной связи, которая даёт возможность обеспечивать выходное напряжение на достаточно стабильном уровне, независимо от перепадов напряжения на входе и сопротивления нагрузки. Поэтому некоторые современные блоки питания спокойно работают в диапазоне от 100 до 240В на входе, выдавая стабильное напряжение как на холостом ходу (при отсутствии нагрузки на выходе), так и при максимальной нагрузке. Как правило, обратная связь обеспечивается либо за счёт отдельной вторичной обмотки трансформатора, либо за счёт применения оптопары. Благодаря этому обеспечивается полная гальваническая развязка блока питания (вход и выход соединены только магнитным потоком в трансформаторе и световым потоком в оптопаре). Впрочем, гальванической развязки может и не быть, так как, кроме оптопары, может стоять конденсатор, фактически соединяющий вход и выход блока питания. Если это — принципиальный вопрос, нужно уточнять в характеристиках блока питания или у поставщиков, либо путём вскрытия корпуса. Поскольку входное напряжение из сети сразу же выпрямляется, импульсные блоки питания гораздо менее критичны к частоте и форме входного напряжения. Большинство из них нормально работают даже от постоянного тока и от источников с "модифицированной синусоидой" на выходе. Достоинства: — Высокий коэффициент полезного действия, составляющий, как правило, до 95%. Небольшие потери создаются из-за переходных процессов, возникающих в схеме, но они слишком незначительны, чтобы брать их в расчёт. — Гораздо меньшие габариты и масса: это достигается за счёт того, что импульсным блокам питания не требуется массивный трансформатор. — Меньшая зависимость от параметров входного напряжения: импульсные блоки питания могут работать от 100 до 240В, в том числе от постоянного тока и от "модифицированной синусоиды". Недостатки: — Сложность конструкции: изготовить или отремонтировать импульсный блок питания в домашних условиях без знаний в области электроники и специальных приборов (таких как осциллограф) практически невозможно. — Наличие высокочастотных помех: как следствие — для использования в чувствительной аппаратуре такие блоки питания оснащаются фильтром помех, но и он не даёт полной защиты. — При превышении или сильном снижении мощности нагрузки, возможна нестабильная работа блока питания, вплоть до выхода из строя. Желательно — чтобы мощность нагрузки входила в номинальный диапазон. Поэтому не стóит оставлять зарядники для телефонов постоянно включёнными в сеть (без телефона). Многие производители предусматривают это и устанавливают защиту от различных нештатных ситуаций.
|