Блок питания

редактировать
Простой настольный блок питания общего назначения, используемый в электронных лабораториях, с выходным разъемом питания, видимым в нижнем левом углу, и входным разъемом питания (не показано), расположенный сзади

A . Источник питания представляет собой электрическое устройство, которое подает электроэнергию на электрическую нагрузку. Основная функция источника питания - преобразовывать электрический ток от источника в правильное напряжение, ток и частоту для питания. Загрузка. В результате источники питания иногда называют преобразователями электроэнергии. Некоторые источники питания представляют собой отдельные автономные части оборудования, а другие встроены в устройства нагрузки, которые они питают. Примеры последних включают источники питания, используемые в настольных компьютерах и устройствах бытовой электроники. Другие функции, которые могут выполнять источники питания, включают ограничение тока, потребляемого нагрузкой, до безопасных уровней, отключение тока в случае электрической неисправности, регулирование мощности для предотвращения электронного шума или скачки напряжения на входе от достижения нагрузки, коррекция коэффициента мощности и накопление энергии, чтобы он мог продолжать питать нагрузку в случае временного прерывания источника питания ( источник бесперебойного питания ).

Все источники питания имеют входное соединение питания, которое получает энергию в виде электрического тока от источника, и одно или несколько выходных соединений питания, которые подают ток на нагрузку. Источником питания может быть электрическая сеть, например электрическая розетка, устройства хранения энергии, такие как батареи или топливные элементы, генераторы или генераторы, преобразователи солнечной энергии или другой источник питания. Вход и выход обычно представляют собой проводные соединения цепи, хотя некоторые источники питания используют беспроводную передачу энергии для питания своих нагрузок без проводных соединений. Некоторые источники питания также имеют другие типы входов и выходов для таких функций, как внешний мониторинг и управление.

Содержание

  • 1 Общая классификация
    • 1.1 Функциональные возможности
    • 1.2 Упаковка
    • 1.3 Метод преобразования мощности
  • 2 типа
    • 2.1 Источник питания постоянного тока
      • 2.1.1 Преобразование переменного тока в постоянный источник питания
      • 2.1.2 Импульсный источник питания
      • 2.1.3 Емкостный (бестрансформаторный) источник питания
      • 2.1.4 Линейный регулятор
    • 2.2 Источники питания переменного тока
      • 2.2.1 Адаптер переменного тока
    • 2.3 Программируемый источник питания
    • 2.4 Источник бесперебойного питания
    • 2.5 Высоковольтный источник питания
    • 2.6 Биполярный источник питания
  • 3 Спецификация
  • 4 Управление температурой
  • 5 Защита от перегрузки
    • 5.1 Ограничение тока
  • 6 Применение
    • 6.1 Компьютеры
    • 6.2 Электромобили
    • 6.3 Сварка
    • 6.4 Самолет
    • 6.5 Автоматизация
    • 6.6 Медицина
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Общая классификация

Регулируемый регулируемый источник питания постоянного тока для монтажа в стойку

Функциональный

Источники питания классифицируются по разным категориям, в том числе по функциональным характеристикам. Например, регулируемый источник питания - это источник, который поддерживает постоянное выходное напряжение или ток, несмотря на изменения тока нагрузки или входного напряжения. И наоборот, выход нерегулируемого источника питания может значительно измениться при изменении его входного напряжения или тока нагрузки. Регулируемые источники питания позволяют программировать выходное напряжение или ток с помощью механических элементов управления (например, регуляторов на передней панели источника питания), либо с помощью входа управления, либо и тем, и другим. Регулируемый регулируемый источник питания - это регулируемый и регулируемый источник питания. Изолированный источник питания имеет выходную мощность, которая электрически не зависит от входной мощности; это отличается от других источников питания, которые имеют общее соединение между входом и выходом питания.

Упаковка

Настольный электронный блок питания

Блоки питания упаковываются по-разному и соответственно классифицируются. Настольный источник питания - это автономный настольный блок, используемый в таких приложениях, как тестирование и разработка схем. Источники питания с открытой рамой имеют только частичный механический корпус, иногда состоящий только из монтажного основания; они обычно встроены в машины или другое оборудование. Монтаж в стойку Блоки питания предназначены для крепления в стандартные стойки для электронного оборудования. Интегрированный источник питания - это тот, который использует общую печатную плату со своей нагрузкой. Внешний источник питания, адаптер переменного тока или блок питания - это источник питания, расположенный в шнуре питания переменного тока нагрузки, который подключается к розетке; Настенная бородавка - это внешний источник питания, интегрированный с самой розеткой. Они популярны в бытовой электронике из-за их безопасности; опасный основной ток 120 или 240 вольт преобразуется в более безопасное напряжение перед тем, как попасть в корпус прибора.

Метод преобразования мощности

Источники питания можно условно разделить на линейные и переключаемые. Линейные преобразователи мощности обрабатывают входную мощность напрямую, при этом все компоненты преобразования активной мощности работают в своих линейных рабочих областях. В импульсных преобразователях мощности входная мощность преобразуется в импульсы переменного или постоянного тока перед обработкой компонентами, которые работают преимущественно в нелинейных режимах (например, транзисторы, которые проводят большую часть своего времени в режиме отсечки или насыщения). Мощность «теряется» (преобразуется в тепло), когда компоненты работают в линейных областях, и, следовательно, переключающие преобразователи обычно более эффективны, чем линейные преобразователи, поскольку их компоненты проводят меньше времени в линейных рабочих областях.

Типы

Источник питания постоянного тока

Источник питания постоянного тока - это источник постоянного напряжения, который подает на нагрузку постоянное напряжение. В зависимости от конструкции источник питания постоянного тока может питаться от источника постоянного тока или от источника переменного тока, например от сети.

Источник переменного тока в постоянный

Схема базового источника питания переменного тока в постоянный, с изображением (от LR) трансформатора, двухполупериодного мостового выпрямителя, фильтрующего конденсатора и резисторной нагрузки

Источники питания постоянного тока использовать переменный ток электросети в качестве источника энергии. В таких источниках питания будет использоваться трансформатор для преобразования входного напряжения в более высокое или более низкое напряжение переменного тока. выпрямитель используется для преобразования выходного напряжения трансформатора в переменное постоянное напряжение, которое, в свою очередь, пропускается через электронный фильтр для преобразования его в нерегулируемое постоянное напряжение.

Фильтр устраняет большую часть, но не все колебания напряжения переменного тока; оставшееся напряжение переменного тока называется пульсацией. Допустимое отклонение электрической нагрузки от пульсаций определяет минимальную степень фильтрации, которую должен обеспечивать источник питания. В некоторых приложениях допускается высокая пульсация, поэтому фильтрация не требуется. Например, в некоторых приложениях для зарядки аккумуляторов можно реализовать источник постоянного тока с питанием от сети, состоящий только из трансформатора и одного выпрямительного диода, с резистором, включенным последовательно с выходом для ограничения зарядного тока.

Импульсный источник питания

В импульсном источнике питания (SMPS) вход сети переменного тока напрямую выпрямляется, а затем фильтруется для получения постоянного напряжения. Результирующее постоянное напряжение затем включается и выключается на высокой частоте с помощью электронной коммутационной схемы, создавая, таким образом, переменный ток, который проходит через высокочастотный трансформатор или катушку индуктивности . Переключение происходит на очень высокой частоте (обычно 10 кГц - 1 МГц), что позволяет использовать трансформаторы и фильтрующие конденсаторы, которые намного меньше, легче и дешевле, чем те, которые используются в линейных источниках питания, работающих на частота сети. После вторичной обмотки индуктивности или трансформатора высокочастотный переменный ток выпрямляется и фильтруется для получения выходного напряжения постоянного тока. Если в SMPS используется достаточно изолированный высокочастотный трансформатор, выход будет электрически изолирован от сети; эта функция часто важна для безопасности.

Импульсные источники питания обычно регулируются, и для поддержания постоянного выходного напряжения в источнике питания используется контроллер обратной связи, который отслеживает ток, потребляемый нагрузкой. Рабочий цикл переключения увеличивается по мере увеличения требований к выходной мощности.

SMPS часто включают в себя функции безопасности, такие как ограничение тока или схему лома, чтобы защитить устройство и пользователя от повреждений. В случае обнаружения аномального сильноточного потребления энергии импульсный источник питания может предположить, что это прямое короткое замыкание, и отключится до того, как будет нанесен ущерб. Блоки питания ПК часто подают на материнскую плату сигнал power good ; отсутствие этого сигнала предотвращает работу при аномальных напряжениях питания.

Некоторые SMPS имеют абсолютный предел минимального выходного тока. Они могут выводить мощность только выше определенного уровня и не могут работать ниже этого уровня. В условиях холостого хода частота схемы ограничения мощности увеличивается до большой скорости, в результате чего изолированный трансформатор действует как катушка Тесла, вызывая повреждение из-за возникающих в результате скачков мощности очень высокого напряжения. Импульсные источники питания со схемами защиты могут на короткое время включаться, но затем отключаться, когда нагрузка не обнаружена. Очень небольшая маломощная фиктивная нагрузка, такая как керамический силовой резистор или 10-ваттная лампочка, может быть присоединена к источнику питания, чтобы позволить ему работать без присоединенной первичной нагрузки.

Импульсные источники питания, используемые в компьютерах, исторически имели низкие коэффициенты мощности, а также являлись значительными источниками сетевых помех (из-за наведенных гармоник линии питания и переходные процессы). В простых импульсных источниках питания входной каскад может искажать форму волны линейного напряжения, что может отрицательно влиять на другие нагрузки (и приводить к низкому качеству электроэнергии для других потребителей коммунальных услуг) и вызывать ненужный нагрев проводов и распределительного оборудования. Кроме того, клиенты несут более высокие счета за электроэнергию при работе с нагрузками с более низким коэффициентом мощности. Чтобы обойти эти проблемы, некоторые компьютерные импульсные источники питания выполняют коррекцию коэффициента мощности и могут использовать входные фильтры или дополнительные переключающие каскады для уменьшения линейных помех.

Емкостный (бестрансформаторный) источник питания

A емкостной источник питания (бестрансформаторный источник питания) использует реактивное сопротивление конденсатора для снижения напряжения сети до меньшего переменного напряжения. Как правило, результирующее пониженное напряжение переменного тока затем выпрямляется, фильтруется и регулируется для получения постоянного выходного напряжения постоянного тока.

Выходное напряжение не изолировано от сети. Следовательно, чтобы не подвергать людей и оборудование воздействию опасного высокого напряжения, все, что подключено к источнику питания, должно быть надежно изолировано.

Конденсатор понижения напряжения должен выдерживать полное сетевое напряжение, а также должен иметь достаточную емкость, чтобы поддерживать максимальный ток нагрузки при номинальном выходном напряжении. Взятые вместе, эти ограничения ограничивают практическое использование этого типа источника питания в приложениях с низким энергопотреблением.

Линейный регулятор

Функция линейного регулятора напряжения заключается в преобразовании переменного напряжения постоянного тока в постоянное, часто конкретное, более низкое напряжение постоянного тока. Кроме того, они часто обеспечивают функцию ограничения тока для защиты источника питания и нагрузки от перегрузки по току (чрезмерного, потенциально разрушительного тока).

Постоянное выходное напряжение требуется во многих источниках питания, но напряжение, обеспечиваемое многими источниками энергии, будет изменяться в зависимости от изменения импеданса нагрузки. Кроме того, когда источником энергии является нерегулируемый источник питания постоянного тока, его выходное напряжение также будет изменяться с изменением входного напряжения. Чтобы обойти это, в некоторых источниках питания используется линейный регулятор напряжения для поддержания постоянного значения выходного напряжения, независимо от колебаний входного напряжения и сопротивления нагрузки. Линейные регуляторы также могут уменьшить величину пульсаций и шума на выходном напряжении.

Блоки питания переменного тока

Блок питания переменного тока обычно получает напряжение от стенной розетки (блок питания ) и использует трансформатор для повышения или понижения напряжения до желаемое напряжение. Также может иметь место некоторая фильтрация. В некоторых случаях напряжение источника совпадает с выходным напряжением; это называется разделительным трансформатором . Другие трансформаторы питания переменного тока не обеспечивают изоляцию от сети; они называются автотрансформаторами ; автотрансформатор с регулируемым выходом известен как variac. Другие типы источников питания переменного тока предназначены для обеспечения почти постоянного тока, а выходное напряжение может варьироваться в зависимости от импеданса нагрузки. В случаях, когда источником питания является постоянный ток (например, автомобильная аккумуляторная батарея), можно использовать инвертор и повышающий трансформатор для преобразования его в мощность переменного тока. Портативное питание переменного тока может обеспечиваться генератором, приводимым в действие дизельным или бензиновым двигателем (например, на строительной площадке, в автомобиле или лодке, или от резервного источника энергии для аварийных служб), ток которого передается на схема регулятора для обеспечения постоянного напряжения на выходе. Некоторые виды преобразователей переменного тока не используют трансформатор. Если выходное напряжение и входное напряжение одинаковы, а основное назначение устройства - фильтровать мощность переменного тока, его можно назвать стабилизатором линии. Если устройство предназначено для обеспечения резервного питания, его можно назвать источником бесперебойного питания. Схема может быть спроектирована с топологией умножителя напряжения для непосредственного повышения мощности переменного тока; раньше таким применением был вакуумный ламповый приемник переменного / постоянного тока.

. В настоящее время источники питания переменного тока можно разделить на однофазные и трехфазные системы. «Основное различие между однофазным и трехфазным питанием переменного тока - постоянство подачи». Источники питания переменного тока также могут использоваться для изменения частоты и напряжения, они часто используются производителями для проверки пригодности своей продукции для использования в других странах. 230 В 50 Гц или 115 60 Гц или даже 400 Гц для испытаний авионики.

Адаптер переменного тока

Переключаемое зарядное устройство для мобильного телефона

Адаптер переменного тока - это блок питания, встроенный в сетевой штекер. Адаптеры переменного тока также известны под разными другими названиями, такими как «вилка» или «сменный адаптер», или сленговыми терминами, такими как «стенная бородавка». Адаптеры переменного тока обычно имеют один выход переменного или постоянного тока, который передается по проводному кабелю к разъему, но некоторые адаптеры имеют несколько выходов, которые могут передаваться по одному или нескольким кабелям. «Универсальные» адаптеры переменного тока имеют сменные входные разъемы для работы с различными напряжениями сети переменного тока.

Адаптеры с выходами переменного тока могут состоять только из пассивного трансформатора (плюс несколько диодов в адаптерах выхода постоянного тока), или они могут использовать схему переключения. Адаптеры переменного тока потребляют энергию (и создают электрические и магнитные поля), даже если они не подключены к нагрузке; по этой причине их иногда называют «электрическими вампирами», и их можно подключать к удлинителям, чтобы их можно было удобно включать и выключать.

Программируемый источник питания

Программируемый источник питания

A программируемый источник питания - это тот, который позволяет дистанционно управлять его работой через аналоговый вход или цифровой интерфейс, такой как RS232 или GPIB. Контролируемые свойства могут включать в себя напряжение, ток и, в случае источников питания переменного тока, частоту. Они используются в широком спектре приложений, включая автоматическое тестирование оборудования, мониторинг роста кристаллов, производство полупроводников и генераторы рентгеновского излучения.

В программируемых источниках питания обычно используется встроенный микрокомпьютер для управления и контроля работы источника питания. Источники питания, оборудованные компьютерным интерфейсом, могут использовать проприетарные протоколы связи или стандартные протоколы и языки управления устройствами, такие как SCPI.

Источник бесперебойного питания

Источник бесперебойного питания (ИБП) получает питание от двух или больше источников одновременно. Обычно он питается напрямую от сети переменного тока, одновременно заряжая аккумулятор. В случае пропадания или пропадания электросети аккумулятор мгновенно берет на себя, так что нагрузка никогда не прерывается. Мгновенно здесь следует определять скорость электричества в проводниках, которая несколько близка к скорости света. Это определение важно, потому что передача высокоскоростных данных и услуги связи должны иметь непрерывность / НИКАКИХ разрывов этой услуги. Некоторые производители используют квазистандарт в 4 миллисекунды. Однако при высокой скорости передачи данных даже 4 мс времени при переходе от одного источника к другому недостаточно. Переход должен быть выполнен в перерыве перед методом make. ИБП, отвечающий этому требованию, называется Истинным ИБП или Гибридным ИБП. Время работы ИБП чаще всего зависит от батарей и в сочетании с генераторами. Это время может варьироваться от примерно 5-15 минут до буквально часов или даже дней. Во многих компьютерных установках времени работы от батарей хватает только на то, чтобы у операторов было время для правильного выключения системы. Другие схемы ИБП могут использовать двигатель внутреннего сгорания или турбину для подачи энергии во время отключения электроэнергии от электросети, и время работы от батареи зависит от того, сколько времени требуется генератору, чтобы быть в сети, и критичности обслуживаемого оборудования. Такая схема используется в больницах, центрах обработки данных, call-центрах, сотовых станциях и центральных телефонных аппаратах.

Источник высокого напряжения

Источник высокого напряжения 30 кВ с разъемом Федерального стандарта, используемый в электронных микроскопах

A Источник высокого напряжения - это источник, который выводит сотни или тысячи вольт. Используется специальный выходной разъем, предотвращающий искрение, пробой изоляции и случайный контакт с человеком. Соединители Федерального стандарта обычно используются для приложений с напряжением выше 20 кВ, хотя другие типы соединителей (например, соединитель SHV ) могут использоваться при более низких напряжениях. Некоторые высоковольтные источники питания имеют аналоговый вход или цифровой интерфейс связи, который можно использовать для управления выходным напряжением. Источники питания высокого напряжения обычно используются для ускорения и управления электронными и ионными пучками в таком оборудовании, как генераторы рентгеновского излучения, электронные микроскопы и сфокусированный ионный пучок столбцов, а также в различных других приложениях, включая электрофорез и электростатику.

Высоковольтные источники питания обычно направляют большую часть своей входной энергии на инвертор, который, в свою очередь, управляет умножителем напряжения или высоковольтным трансформатором с большим передаточным числом, или обоими (обычно трансформатор, за которым следует умножитель) для получения высокого напряжения. Высокое напряжение выводится из источника питания через специальный соединитель и также подается на делитель напряжения , который преобразует его в сигнал измерения низкого напряжения, совместимый с низковольтной схемой. Сигнал измерения используется контроллером с обратной связью, который регулирует высокое напряжение, управляя входной мощностью инвертора, и он также может выводиться из источника питания, чтобы позволить внешней схеме контролировать выходное высокое напряжение.

Биполярный источник питания

Биполярный источник питания (Kepco BOP 6-125MG)

Биполярный источник питания работает во всех четырех квадрантах напряжения / тока Декартова плоскость, что означает, что она будет генерировать положительные и отрицательные напряжения и токи, необходимые для поддержания регулирования. Когда его выход управляется аналоговым сигналом низкого уровня, он фактически представляет собой узкополосный операционный усилитель с высокой выходной мощностью и плавным переходом через ноль. Этот тип источника питания обычно используется для питания магнитных устройств в научных приложениях.

Спецификация

Пригодность конкретного источника питания для приложения определяется различными атрибутами источника питания, которые обычно перечислены в спецификации источника питания. Обычно указанные атрибуты для источника питания включают:

  • Тип входного напряжения (переменный или постоянный) и диапазон
  • КПД преобразования энергии
  • Величина напряжения и ток, который он может подавать на свою нагрузку
  • Насколько стабильно его выходное напряжение или ток при различных условиях линии и нагрузки
  • Как долго он может подавать энергию без дозаправки или подзарядки (применимо к источникам питания, использующим портативные источники энергии)
  • Диапазон рабочих температур и температур хранения

Обычно используемые сокращения, используемые в спецификациях источников питания:

  • SCP - Защита от короткого замыкания
  • OPP - Overpower (защита от перегрузки)
  • OCP - Защита от перегрузки по току
  • OTP - Защита от перегрева
  • OVP - Защита от перенапряжения
  • UVP - Защита от пониженного напряжения

Thermal Management

Источник питания электрической системы имеет тенденцию выделять много тепла. Чем выше КПД, тем больше тепла отводится от агрегата. Есть много способов управлять теплом блока питания. Типы охлаждения обычно делятся на две категории - конвекция и теплопроводность. Общие методы конвекции для охлаждения электронных источников питания включают естественный поток воздуха, принудительный поток воздуха или другой поток жидкости над устройством. Общие методы кондуктивного охлаждения включают теплоотводы, холодные пластины и термические соединения.

Защита от перегрузки

Источники питания часто имеют защиту от короткого замыкания или перегрузки, которые могут повредить источник питания или вызвать пожар. Предохранители и автоматические выключатели представляют собой два обычно используемых механизма защиты от перегрузки.

Предохранитель содержит короткий кусок провода, который плавится при протекании слишком большого тока. Это эффективно отключает источник питания от нагрузки, и оборудование перестает работать до тех пор, пока не будет выявлена ​​проблема, вызвавшая перегрузку, и не будет заменен предохранитель. В некоторых источниках питания используется очень тонкая перемычка , припаянная на месте в качестве предохранителя. Конечный пользователь может заменить предохранители в блоках питания, но для доступа к предохранителям в потребительском оборудовании и их замены могут потребоваться инструменты.

Автоматический выключатель содержит элемент, который нагревает, изгибает и запускает пружину, отключающую цепь. Как только элемент остынет и проблема будет выявлена, выключатель можно будет сбросить и подать питание.

Некоторые блоки питания используют термовыключатель, расположенный в трансформаторе, а не предохранитель. Преимущество состоит в том, что он позволяет потреблять больший ток в течение ограниченного времени, чем устройство может обеспечивать непрерывно. Некоторые такие вырезы являются самовосстанавливающимися, некоторые - одноразовыми.

Ограничение тока

Некоторые источники питания используют ограничение тока вместо отключения питания в случае перегрузки. Используется два типа ограничения тока: электронное ограничение и ограничение импеданса. Первый типичен для лабораторных блоков питания, второй - для источников питания мощностью менее 3 Вт.

A Ограничитель тока с обратной связью снижает выходной ток до значения, намного меньшего, чем максимальный ток без повреждения.

Приложения

Источники питания являются основным компонентом многих электронных устройств и поэтому используются в самых разных приложениях. Этот список представляет собой небольшой пример множества применений источников питания.

Компьютеры

Современный компьютерный блок питания - это импульсный блок питания, который преобразует мощность переменного тока из сети в несколько напряжений постоянного тока. Импульсные источники питания заменили линейные из-за улучшений стоимости, веса, эффективности и размеров. Разнообразный набор выходных напряжений также требует сильно различающихся требований к потребляемому току.

Электромобили

Электромобили - это те, которые используют энергию, вырабатываемую при производстве электроэнергии. Блок питания является частью необходимой конструкции для преобразования энергии высоковольтной аккумуляторной батареи автомобиля.

Сварка

Дуговая сварка использует электричество для соединения металлов путем их плавления. Электроэнергия обеспечивается источником сварочного тока и может быть переменного тока или постоянного тока. Для дуговой сварки требуются высокие токи, обычно от 100 до 350 ампер. Некоторые типы сварки могут использовать всего 10 ампер, в то время как в некоторых случаях точечной сварки используются токи до 60 000 ампер в течение чрезвычайно короткого времени. Источники питания для сварки состояли из трансформаторов или двигателей, приводящих генераторов ; современное сварочное оборудование использует полупроводники и может включать в себя микропроцессорное управление.

Самолет

Как коммерческим, так и военным бортовым системам требуется источник питания постоянного или переменного тока для преобразования энергии в полезное напряжение. Они могут часто работать на частоте 400 Гц в интересах экономии веса.

Автоматизация

Это относится к конвейерам, сборочным линиям, считывателям штрих-кодов, камерам, двигателям, насосам, полуфабрикатам и многому другому.

Медицина

Сюда входят аппараты ИВЛ, инфузионные насосы, хирургические и стоматологические инструменты, средства визуализации и кровати.

См. Также

  • icon Портал электроники
  • icon Портал энергетики

Ссылки

Внешние ссылки

Искать источник питания в Викисловаре, бесплатный словарь.
Викискладе есть носители, относящиеся к Источники питания.
Последняя правка сделана 2021-06-02 13:12:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте