Импульсный блок питания: характерные особенности

Импульсный блок питания представляет собой инверторную систему. В нем происходит выпрямление переменного входного напряжения. Далее постоянное напряжение, полученное в результате предыдущей операции, преобразуется в импульсы прямоугольной формы с повышенной частотой и определенной сжатостью либо в импульсы, подаваемые напрямую на выходной фильтр низких частот или на трансформатор.

Конструктивные особенности

Простой импульсный блок питания может включать в свой состав малогабаритные трансформаторы, что объясняется довольно просто: с ростом частоты эффективность работы трансформатора повышается, а требования к габаритам сердечника, необходимым для передачи соответствующей мощности, заметно уменьшаются. Чаще всего подобный сердечник выполняется из ферромагнитных сплавов, а для тех устройств, что работают с низкой частотой, применяется электротехническая сталь.

За счет чего прибор обеспечивает стабильность?

Импульсный блок питания функционирует так, что напряжение в нем стабилизируется за счет отрицательной обратной связи. С ее помощью можно осуществлять поддержку выходного напряжения на примерно одинаковом уровне, вне зависимости от величины его нагрузки и колебаний на входе. Обратная связь может быть организована одним из нескольких способов. Если используется импульсный блок питания с гальванической развязкой от сети, то самыми распространенными способами может стать использование связи при помощи одной из обмоток трансформатора на выходе либо посредством оптрона. Скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера изменяется в зависимости от того, какой величиной характеризуется сигнал обратной связи, а он зависит от выходного напряжения. Если нет необходимости в развязке, то чаще всего применяют простой делитель резистивного типа. Это позволяет блоку питания поддерживать выходное напряжение на стабильном уровне.

Достоинства

Импульсный блок питания обладает целым рядом достоинств, особенно если сравнивать его со стабилизаторами аналогичной мощности. Меньший вес достигается благодаря тому, что при повышении частоты уместно использовать трансформаторы малых размеров при условии, что их подаваемая мощность находится на том же уровне. У линейных стабилизаторов основная масса складывается за счет тяжелых мощных силовых трансформаторов с низкой частотой, а также крупных радиаторов силовых элементов, функционирующих в линейном режиме. Повышенная частота преобразования позволяет очень сильно уменьшить габариты фильтра выходного напряжения. Тут уместно устанавливать конденсаторы меньшей емкости, в сравнении с выпрямителями, функционирующими на промышленной частоте. Выпрямитель вполне может быть выполнен по довольно простой однополупериодной схеме, что полностью исключает риск увеличения пульсаций напряжения на выходе.

Производительность

Импульсный блок питания характеризуется существенно более высоким коэффициентом полезного действия в сравнении со стабилизаторами благодаря тому, что в последних потери связаны с переходными процессами в те моменты, когда производится переключение основного элемента. Так как ключевые элементы находятся в одном из состояний, то есть они включены или выключены, речь идет о минимальных потерях электроэнергии.

Другие достоинства

Импульсные блоки питания стоят гораздо меньше, чем стабилизаторы, так в них используется унифицированная элементная база, а также ключевые транзисторы высокой мощности. Кроме того, здесь допускается использование силовых элементов меньшей мощности, так как они работают в ключевом режиме. Надежность блоков питания вполне сравнима с аналогичным параметром линейных стабилизаторов. В современной оргтехнике, вычислительной технике, а также бытовой электронике чаще всего используются именно импульсные блоки питания. А линейные на текущий момент времени сохранились только в некоторых областях:

- в качестве питающих элементов для слаботочных управляющих плат высококачественной бытовой техники: микроволновых печей, стиральных машин, котлов отопления и колонок;

- для управляющих устройств малой мощности сверхвысокой и высокой надежности, рассчитанной на длительную непрерывную эксплуатацию при полном отсутствии обслуживания либо при его затруднении (например, автоматизация процессов на производстве либо цифровые вольтметры в электрических щитах).

Импульсные блоки питания отличаются широким диапазоном питающей частоты и напряжения, которые недостижимы для аналогичного по стоимости линейного оборудования. На практике это говорит о возможности применения одного и того же прибора для цифровой электроники в разных уголках мира, где имеются значительные отличия по напряжению и частоте в розетках. В большинстве современных блоков питания имеется встроенная цепь защиты от разнородных непредвиденных ситуаций, к примеру, от отсутствия нагрузок на выходе либо короткого замыкания.

Недостатки

Импульсные блоки питания обладают и определенными недостатками в сравнении с линейными. Основная часть схемы прибора работает от сети без гальванической развязки, что существенно затрудняет ремонт подобных приспособлений. Импульсный блок питания для усилителя, как и для всей прочей аппаратуры, характеризуется тем, что создает высокочастотные помехи, что связано с сами принципом его работы. Часто приходится применять определенные методы помехоподавления, которые очень часто не приводят к полному их устранению. Именно поэтому импульсные блоки питания во многих случаях невозможно использовать для некоторой аппаратуры. Обычно у этих приспособлений имеется ограничение на минимальную нагрузку в плане мощности. Если этот параметр ниже необходимого, то может просто не произойти запуска блока, либо его параметры выходного напряжения не будут укладываться в допустимые отклонения.

Устройство

Можно перечислить основные узлы блока питания. Сетевой выпрямитель выполнен из двух дросселей ЭМП, фильтра помех и развязки статики, входного сетевого предохранителя и диодного моста, откуда и питается основная схема источника. Ядро первичной цепи состоит из накопительной фильтрующей емкости, ключевого силового транзистора, схемы обратной связи, импульсного трансформатора и оптопары. Во вторичной цепи источника питания выходное напряжение поступает с вторичной трансформаторной обмотки, выпрямительных диодов, фильтрующих конденсаторов, силовых дросселей.

Принцип работы импульсных блоков питания

Сетевое напряжение поступает на выпрямитель, после чего происходит его сглаживание емкостным фильтром. С конденсатора фильтра происходит его перемещение на транзисторный коллектор, который играет роль ключа. Управляющее устройство отвечает за включение-выключение транзистора. Надежный запуск блока питания обеспечивается задающим генератором, выполненным на микросхеме. Ее питание осуществляется цепочкой резисторов. Работа оптопары регулируется ключевым транзистором и задающим генератором.