Чем отличается импульсный блок питания от обычного
Перейти к содержимому

Чем отличается импульсный блок питания от обычного

  • автор:

Чем отличается импульсный блок питания от обычного: особенности и отличия

Подавляющее большинство современной электроники работает на постоянном токе с малыми значениями силы и напряжения. Например, роутеры потребляют 12 вольт и 5 ампер, а смартфоны в большинстве случаев – 5 вольт и 2 ампера. Вот только в бытовой сети распространяется совершенно другой ток – переменный, с частотой 60 Гц, напряжением 220 вольт и (обычно) силой до 6 ампер.

Соответственно, для использования электронных приборов в бытовой сети этот ток надо как-то преобразовать. Для этих целей и используются блоки питания. Их задача – трансформация тока для придания ему определённых параметров напряжения, силы, а также частоты (превращения переменного в постоянный).

И если требуется выбрать подходящий блок питания либо соорудить самостоятельно, то чаще всего можно встретить два варианта – обычный, он же трансформаторный, и импульсный. И в чём разница, кроме конструкционной сложности, не всегда понятно. Поэтому в этой статье мы разберёмся, чем отличается импульсный блок питания от обычного, рассмотрим их особенности и отличия.

Обычные блоки питания (трансформаторного типа)

Обычные блоки питания

Трансформаторные блоки питания – одни из первых устройств для преобразования электричества. Они относятся к аналоговому типу, отличаются конструкционной простотой и сравнительно высокой надёжностью. Впрочем, и существенные недостатки вроде слишком крупных габаритов у них также имеются.

Основной функциональный элемент таких БП – трансформатор. Он состоит из двух индукционных катушек. На первую подаётся электричество из бытовой 220-вольтовой сети и создаёт электромагнитное поле. Оно, в свою очередь, наводит индукцию и создаёт электродвижущую силу на второй. Таким образом достигается понижение напряжения.

В дальнейшем электрический ток, созданный на понижающей катушке, передаётся на выпрямляющее устройство. Как правило, оно состоит из нескольких силовых диодов, включённых по схеме моста. Для сглаживания пульсирующего напряжения используется конденсатор, подключённый параллельно диодному мосту, а затем силовые транзисторы его стабилизируют.

В итоге на выходе формируется постоянный ток заданного напряжения и силы. Для регулирования параметров его работы используются специальные резисторы подстройки, включаемые в схему стабилизации.

Обычные БП (трансформаторного типа) характеризуются максимальной конструкционной простотой. В принципиальной схеме элементарного устройства – всего три детали: система катушек, диодный мост и конденсатор.

Ключевые достоинства обычных блоков питания:

  1. Простота сборки и конструирования. БП необходимой мощности можно собрать самостоятельно – достаточно лишь понимать принцип работы и точно осознавать, для каких целей планируется использовать аппарат;
  2. Высокая надёжность и долговечность. При правильной эксплуатации срок работы аппаратов практически не ограничен. Так, сегодня ещё можно найти функционирующие модели, выпущенные более нескольких десятилетий назад;
  3. Доступность комплектующих. Все необходимые детали можно приобрести на радиорынках, у радиолюбителей и в специальных магазинах, заказывать какие-то определённые микросхемы из-за рубежа не требуется;
  4. Не создают паразитные радиоволновые токи. Благодаря этому помехи в питающей сети или в конечных потребителях практически не наблюдаются.

Ключевые недостатки обычных блоков питания:

  1. Низкий КПД. При передаче электричества трансформаторным способом огромная часть мощности просто теряется. Кроме того, из-за использования стабилизатора на выходе для получения стабильных параметров работы часть КПД дополнительно теряется;
  2. Крупногабаритные. Причём чем мощнее БП – тем больше его вес и размеры. Как следствие, высокомощные и вовсе могут быть маломобильными;
  3. Создают значительное электромагнитное поле. Тем самым они могут образовывать наводки в других линиях передачи сигнала – например, коаксиальных кабелях или «витой паре».

Все эти недостатки оказываются настолько критическими, что сегодня обычные БП в быту практически не используются. Вместо этого применяются импульсные.

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания

Импульсные блоки питания имеют сложную конструкцию и являются устройствами инверторного типа. Их ключевое отличие от обычных заключается в том, что входное напряжение подаётся сразу на выпрямитель. Затем оно формирует импульсы определённой частоты. За это отвечает отдельная подсистема управления, так что импульсные БП являются полноценными цифровыми устройствами.

Поскольку импульсные БП отличаются конструкционной и принципиальной сложностью, рассматривать схему их работы в рамках этой статьи не целесообразно. и

  1. Ток из сети поступает на сетевой фильтр, минимизирующий входящие и исходящие искажения;
  2. Преобразователь трансформирует синусоиду переменного тока в импульсный постоянный ток;
  3. Инвертор, контролируемый через модуль управления, формирует из импульсного постоянного тока прямоугольные высокочастотные сигналы;
  4. Ток поступает на импульсный трансформатор, который подаёт напряжение на различные элементы самого БП, а также на нагрузку;
  5. После этого ток поступает на выходной выпрямитель, а затем сглаживается на выходном фильтре.

Такая система обеспечивает не только высокий коэффициент полезного действия, но и малые размеры устройства. Причём чем выше частота импульсов – тем компактнее БП за счёт уменьшения габаритов трансформатора.

Ключевые достоинства импульсных блоков питания:

  1. Высокий КПД, составляющий, как правило, около 98%. Небольшие потери создаются их-за переходных процессов, возникающих при переключении ключа. Но они слишком незначительны, чтобы брать их в расчёт;
  2. Компактные размеры и малый вес. Это достигается за счёт того, что импульсным БП не требуется массивный трансформатор.

Ключевые недостатки импульсных блоков питания:

  1. Конструкционная сложность. Собрать такое устройство в домашних условиях без знаний в области электроники или электротехники практически невозможно;
  2. Заметный нагрев при работе. Поэтому высокомощные импульсные БП оснащаются дополнительными системами охлаждения, которые приводят к увеличению размера и массы устройства;
  3. Наличие высокочастотных помех. Как следствие, для использования в чувствительной аппаратуре такие блоки питания оснащаются фильтром помех, но и он не даёт 100% защиты от такого «мусорного сигнала»;
  4. Мощность нагрузки должна входить в номинальный диапазон. При превышении или понижении её будут наблюдаться изменения выходного напряжения. Как правило, производители предусматривают это явление и устанавливают защиту от подобных нештатных ситуаций.

Компактные размеры и высокое значение КПД помогли импульсным БП распространиться максимально широко. Сегодня они применяются в зарядных устройствах мобильной электроники, компьютерной и бытовой техники, а также в системах электронного балласта осветительных приборов.

Сравнение импульсного и обычного блоков питания

Сравним эти два типа устройств, определив, какие лучше использовать в той или иной ситуации.

Тип блока питания

Обычный (трансформаторный)

Напряжение сначала понижается, а затем выравнивается

Напряжение сначала преобразуется, а затем понижается

Некоторые высокоточные и чувствительные к ВЧ-помехам устройства

Коэффициент полезного действия

Небольшой, особенно с учётом потерь на стабилизаторе

Как правило, крупные

Как правило, малые

Высокочастотные помехи в выходном токе

Требование максимальной и минимальной мощностей нагрузки

При прочих равных предпочтительнее использовать импульсные БП. Они обеспечивают больший КПД, а ещё весят от нескольких десятков граммов. Но в некоторых высокоточных, прецизионных устройствах лучше применять обычные (трансформаторные) модели, поскольку они не засоряют выходной сигнал помехами.

Импульсные блоки питания — основные преимущества

В этой статье мы попробуем представить достоинства импульсных блоков питания, так сказать, вообще, в принципе. Это значит, что по определённому набору характеристик, как это будет показано дальше, этот тип вторичного питания имеет ряд несомненных преимуществ. Например, в отношении трансформаторного типа блока питания, отчего он и пользуется заслуженной популярностью. Однако! Это не значит, что импульсный блок питания (ИБП) панацея на все случаи жизни и может во всём заменить альтернативные приборы.

Вначале, о блоках питания вообще. Эти устройства предназначены для преобразования энергии первичных (других) источников питания, чтобы обеспечивать работу различных приборов. Они преобразуют напряжение, ток и другие параметры, которые потребляет данное устройство. Так, они могут стабилизировать, регулировать, управлять и т.д. Сами блоки питания бывают интегрированными и не интегрированными.

Ну, а теперь, собственно, об импульсных блоках питания.

Вкратце, как работает ИБП?

блоки питания

Импульсный блок питания — это инверторная система, т.е. когда постоянный ток преобразуется в переменный. При этом происходит изменение величины частоты или напряжения, либо, и того и другого вместе. Есть ИБП, работающие с гальванической развязкой (бесконтактное управление). Есть варианты где применяются малогабаритные трансформаторы. И это имеет своё объяснение, так как, чем выше частота, тем выше эффективность работы трансформатора, при этом требования к размеру сердечника уменьшаются, а мощность достигается сопоставимая. Стабилизция ИБГ осуществляется за счёт отрицательной обратной связи.

Преимуществ ИБП наберётся немало, поэтому мы их будем нумеровать для чёткости восприятия.

Достоинства импульсных блоков питания.

1. Меньший вес. Также достигается использованием (мы уже упоминали выше) малогабаритных трансформаторов, при той же передаваемой мощности. Использованием конденсаторов меньшей ёмкости, что тоже уменьшает габариты выходного фильтра напряжения. Повышенная частота преобразования этому как раз способствует. Потом, конструктивно его можно выполнить по более простой однополупериодной схеме и при этом не переживать, что увеличатся пульсации выходного напряжения.

2. Более высокий КПД (до 98%). Ответ прост — малые потери. Обусловлено это наличием в схемотехнике высокочастотного элемента вместо сетевого трансформатора, и ключевого элемента вместо стабилизатора. А так как основную часть времени ключевые элементы находятся в стабильном состоянии, т.е. либо включены, либо выключены, то потери, происходящие в основном при переходных процессах, сведены к минимуму.

3. Меньшая цена. И это при сопоставимой передаваемой мощности и надёжности альтернативных устройств. Дешевле стоит силовая часть устройства, за счёт унификации элементной базы, разработке ключевых транзисторов высокой мощности и ещё из-за того, что в трансформаторные БП входят дорогостоящие металлы и в больших объёмах.

4. Широкий диапазон питающего напряжения и частоты. Просто не сопоставимый с линейным трансформатором в той же ценовой категории! На деле это даёт большую универсальность в применении в разных местах, где есть большие отличия по напряжению и частоте в стандартных розетках.

5. Надёжность. Её обеспечивают встроенные цепи защиты от различных «вредных» ситуаций. Это и перегрузки, и короткое замыкание, и различные скачки напряжения. Также если произошла переполюсовка выходных цепей. Потом, импульсные БП меньше греются, что уменьшает вероятность перегревания прибора.

Сказали «за», нельзя не сказать и «против». А то как – то идеально получается.

Где ИБП не так сильны?

В частности, они «плохо переносят» понижение мощности нагрузки. Могут просто не запуститься. Или, параметры выходных напряжений могут выходить за допустимые нормы. Далее, и это хорошо известный факт, импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех. Хотя, считается, что в хорошо проработанных схемах, этот недостаток существенно нивелируется. ( Но, думается, что в приборах, где принципиально важно отсутствие помех, будет использована альтернатива). И, наконец, если в работе прибора от сети не предусмотрена гальваническая развязка, то это затрудняет последующий его ремонт.

Теперь, если вы решили купить импульсный блок питания, вы знаете, с чем будете иметь дело.

Импульсный блок питания или линейный: какой выбрать?

Импульсный блок питания или линейный. История вопроса

Наверно ни для кого не секрет, что большинство специалистов, радиолюбителей и просто технически грамотных покупателей источников питания с опаской относятся к импульсным блокам питания, отдавая предпочтение линейным.

Причина проста и понятна. Репутация импульсных блоков питания серьезно подорвана еще в 80-х годах, во времена массовых отказов отечественных цветных телевизоров, низкокачественной импортной видеотехники, оснащенных первыми импульсными блоками питания.

Что мы имеем на сегодняшний день? Практически во всех современных телевизорах, видеоаппаратуре, бытовой технике, компьютерах используются импульсные блоки питания. Все меньше и меньше сфер применения линейных (аналоговых, параметрических) источников. Линейный источник электропитания сегодня в бытовой аппаратуре практически не найдёшь. А стереотип остался. И это не консерватизм, несмотря на бурный прогресс электроники, преодоление стереотипов происходит очень медленно.

Давайте попробуем объективно посмотреть на сегодняшнее положение и попробуем изменить мнение специалистов. Рассмотрим «стереотипные» и присущие импульсным блокам питания недостатки: сложность, ненадёжность, помехи.

Импульсный блок питания. Стереотип «сложность»

Да, импульсные блоки питания сложные, точнее сказать сложнее аналоговых, но намного проще компьютера или телевизора. Вам не нужно разбираться в их схемотехнике, так же как и в схемотехнике цветного телевизора. Оставьте это профессионалам. Для профессионалов там нет ничего сложного.

Импульсный блок питания. Стереотип «ненадёжность»

Элементная база импульсного блока питания не стоит на месте. Современная комплектация, применяемая в импульсных блоках питания, позволяет сегодня с уверенностью сказать: ненадёжность – это миф. В основном надежность импульсного блока питания, как и любого другого оборудования, зависит от качества применяемой элементной базы. Чем дороже импульсный блок питания, тем дороже элементная база в нем. Высокая интеграция позволяет реализовать большое количество встроенных защит, которые порой недоступны в линейных источниках.

Импульсный блок питания. Стереотип «помехи»

В схемотехнике импульсных блоков питания заложено формирование мощных импульсов и затухающих колебаний в обмотках трансформатора. Эти коммутационные процессы предопределяют широкий спектр паразитного излучения.
Поэтому корпус и соединительные провода источника могут стать антенной для излучения радиопомех. Но если конструкция импульсного блока питания тщательно проработана, о помехах можно забыть. Кроме этого, благодаря современным технологиям импульсные блоки питания позволяют существенно сгладить пульсации сетевого напряжения.

А какие достоинства импульсного блока питания?

Импульсный блок питания. Высокий КПД

Высокий КПД (до 98%) импульсного блока питания связан с особенностью схемотехники. Основные потери в аналоговом источнике это сетевой трансформатор и аналоговый стабилизатор (регулятор). В импульсном блоке питания нет ни того ни другого. Вместо сетевого трансформатора используется высокочастотный, а вместо стабилизатора — ключевой элемент. Поскольку основную часть времени ключевые элементы либо включены, либо выключены, потери энергии в импульсном блоке питания минимальны. КПД аналогового источника может быть порядка 50 %, то есть половина его энергии (и ваших денег) уходит на нагрев окружающего воздуха, проще говоря, улетают на ветер.

Импульсный блок питания. Небольшой вес

Импульсный блок питания имеет меньший вес за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса импульсного блока питания в разы меньше аналогового.

Импульсный блок питания. Меньшая стоимость

Спрос рождает предложение. Благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности сегодня мы имеем низкие цены силовой базы импульсных блоков питания. Чем больше выходная мощность, тем дешевле стоит источник по сравнению со стоимостью аналогичного линейного источника. Кроме того, главные компоненты аналогового источника (медь, железо трансформатора, радиаторы из алюминия) постоянно дорожают.

Импульсный блок питания. Надёжность

Вы не ослышались, надежность. На сегодняшний момент импульсные блоки питания надёжнее линейных за счет наличия в современных блоках питаниях встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например, от короткого замыкания, перегрузки, скачков напряжения, переполюсовки выходных цепей. Высокий КПД обуславливает меньшие теплопотери, что в свою очередь обуславливает меньший перегрев элементной базы импульсного блока питания, что так же является показателем надёжности.

Импульсный блок питания. Требования к сетевому напряжению

Что творится в отечественных электросетях, вы наверно знаете не понаслышке. 220 Вольт в розетке скорее редкость, чем норма. А импульсные блоки питания допускают широчайший диапазон питающего напряжения, недостижимого для линейного. Типовой нижний порог сетевого напряжения для импульсного блока питания — 90…110 В, любой аналоговый источник при таком напряжении в лучшем случае «сорвется в пульсации» или просто отключится.

Итак, импульсный или линейный? Выбор в любом случае за вами, мы лишь хотели помочь вам объективно взглянуть на импульсные блоки питания и сделать правильный выбор. Только не забывайте, что качественный источник – это источник сделанный профессионально, на базе качественных комплектующих. А качество это всегда цена. Бесплатный сыр только в мышеловке. Впрочем последняя фраза в равной мере относится к любому источнику, и к импульсному и к аналоговому.

Читайте также по теме

  • ДИНовские и РЭКовские источники питания
  • SKAT STELBERRY – блоки питания для питания профессионального аудиооборудования
  • ИБП резервный, интерактивный, он-лайн
  • Источники бесперебойного питания 220 В
  • Как выбрать блок бесперебойного или резервного питания

Сравнение линейного и импульсного лабораторных блоков питания

Сравнение линейного и импульсного лабораторных блоков питания

Здравствуйте.

С вами интернет-магазин Electronoff! Если поискать в интернете стабилизаторы напряжения, или лабораторные блоки питания, что практически одно и то же, то можно найти два варианта — линейные и импульсные. Сегодня мы разберем, чем же они различаются, функционально и в рабочем плане, расскажем принципы их работы.

Сильно вдаваться в подробности не будем, но основную информацию попробуем рассказать.

Начнем с линейных стабилизаторов.

Их яркими примерами есть популярные микросхемы серии L78xx. Грубо говоря, такие стабилизаторы работают как обычный резистор – всю “лишнюю” энергию, которая не идет в нагрузку, они гасят на себе. Например, возьмем светодиод. Ему нужно 3 вольта, а на входе у нас 12 вольт. Линейный стабилизатор опустит напряжение до 3-х вольт, а оставшиеся 9 вольт, скажем так, “съест” — превратит их в нагрев себя же.

У них эффективность тем больше, чем меньше разница напряжений. Например, если светодиоду нужно 3 вольта, а на входе у нас 5 — стабилизатор скушает 2 вольта и нагреется совсем чуть-чуть. А если мы подадим 30 вольт — ему придется сожрать целых 27 вольт, и нагрев от этого будет значительно больше.

Можно даже посчитать.

  • Возьмем ток через светодиод равным 100 мА, или 0.1 А.
  • Из рассчета рассеиваемой мощности, P=U*I, при входном напряжении 5 вольт стабилизатор рассеет 2*0.1 = 0.2 Вт, а при входных 30 вольтах уже 27*0.1=2.7 Вт, то есть в 13.5 раз больше.
  • При условии, что сам светодиод потребляет 0.3 Вт, эффективность во втором случае получается ну совсем никакая.

Но не стоит думать, что эти стабилизаторы совсем уж плохие. У них присутствует несколько существенных преимуществ.

Первое — дешевизна и надежность Сделать нормально работающий стабилизатор можно буквально из трех деталей, причем две будут необязательными
Второе — отсутствие пульсаций и помех на выходе При правильной компоновке на выходе получается ровная линия напряжения при любой нагрузке. А это очень важно для чувствительных к разным наводкам и пульсациям схем на электронных компонентах

К тому же, промышленные блоки питания минимизируют разницу напряжений при помощи трансформаторов с несколькими обмотками. Таким образом всегда работают в оптимальном режиме.

А вот импульсные лабораторные бп немного сложнее. В них не происходит “съедания” лишнего напряжения, они его преобразуют. Образно говоря, это регулируемый трансформаторчик, который подчиняется “трансформаторным” законам сохранения энергии — если на входе было большое напряжение и маленький ток, то на выходе можем получить, скажем, маленькое напряжение и большой ток (больше, чем входной).

В теории такой стабилизатор может иметь КПД, близкое к 100% (но потреи всегда есть — в магнитопроводе, прит нагреве радиодеталей), и производители стремятся быть как можно ближе к этому значению.
С помощью импульсного метода можно делать небольшие, но при этом очень мощные источники питания.

Звучит хорошо, но на практике всё не так радужно.

Импульсные стабилизаторы значительно сложнее в плане схемотехники и производства. В их составе должна быть специализированная микросхема, которая подключается к преобразующему трансформатору или катушке. К ним нужна дополнительная обвязка, и все это дело использует для преобразования большую переменную частоту (поскольку преобразование может происходить только с переменным током (или же импульсным, откуда и название)).

А следовательно возникают следующие возможные проблемы:

  1. Пульсации на выходе. Так как напряжение преобразуется импульсами, эти импульсы могут сохраняться и на выходе стабилизатора, просачиваясь в нагрузку. Особенно неприятно это чувствовать на усилителях звука и других чувствительных схемах — датчиках, сенсорах, таймерах и так далее.
    Пульсации создают помехи не только на частоте преобразования, но и на гармониках этой частоты. К тому же, если основная частота или ее гармоники попадают в звуковой диапазон, то блок питания будет издавать противное пищание, изводящее нашу и без того хрупкую нервную систему.
  2. Помимо этого, куча электроники делает всю схему более хрупкой и “капризной”.
    В качественных промышленных импульсных источниках питания, конечно, пульсации сведены к минимуму, а также предусмотрены всевозможные защиты и настройки, чтобы ничего не ломалось. А вот самостоятельно сделать такой блок без определенного багажа знаний проблематично.

Подводя итоги:

✓ Линейный стабилизатор “в лоб съедает” всю лишнюю энергию, более простой, дешевый и надежный, но значительно менее эффективный. Эффективность тем меньше, чем больше разница между входным и выходным напряжением.

✓ Импульсный стабилизатор (преобразует начальное напряжение в требуемое, сохраняя всю (ну, в идеале, всю) энергию, то есть значительно более эффективный — ему практически безразлична разница между входным и выходным напряжением. Но при этом он значительно более сложный в разработке, наладке и производстве, а из-за этого и более дорогой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *