Источник питания. Принцип работы и характеристики. Аккумуляторы и блоки бесперебойного питания

Источник питания – это специальное устройство, которое обеспечивает электропитанием различные потребители энергии. Источники питания подразделяются на первичные и вторичные.

К первой группе относятся преобразователи. Основное их назначение – преобразовывать любой вид энергии в электрическую. То есть первичный источник питания является генератором электрической энергии.

Первичные источники питания включают в свой состав химические источники тока (гальванические элементы, топливные элементы, аккумуляторы, редокси-элементы) и прочие источники тока (фотоэлектрические преобразователи, электромеханические источники тока, термоэлектрические преобразователи, МГД-генераторы, радиоизотопные источники энергии).

Вторичные источники преобразуют электрическую энергию. Они позволяют получить электропитание для различных устройств с требуемыми параметрами. В эту группу входят трансформаторы и автотрансформаторы, стабилизаторы напряжения, стабилизаторы тока, импульсные преобразователи, вибропреобразователи, инверторы, умформеры.

Выбор блока питания(БП)

При выборе или разработке БП следует учитывать условия эксплуатации, характер нагрузки, требования к безопасности и т. д. Параметры должны соответствовать требованиям питаемого прибора. Желательно наличие устройства защиты, небольшой вес и габариты.

Источник питания является частью электронной аппаратуры, поэтому выход за пределы допуска любого из его параметров может привести к неустойчивой работе или отказу всего устройства.

Основные типы вторичных источников питания

Сетевые БП входят в состав любого радиоэлектронного устройства. Они подразделяются на следующие типы:
- бестрансформаторные;
- линейные;
- импульсные.

Бестрансформаторные

Эти устройства очень просты, дешевы, не требуют настройки. Схема источника питания состоит всего из нескольких элементов: входной цепи, выпрямителя и параметрического стабилизатора. Устройства рассчитаны на ток до сотен мА. Имеют малый вес и габариты. Потребитель питается от сети через гасящий конденсатор или резистор и постоянно находится под сетевым напряжением. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность: нельзя касаться неизолированных элементов.

Линейные

Начали применять в радиоэлектронной технике в начале 20 века. К настоящему времени устарели и применяются в основном в дешевых конструкциях из-за присущих им недостатков: большого веса и габаритов, низкого КПД. Преимуществами линейных источников питания являются простота и высокая надежность, низкий уровень шумов и излучений.

Принцип действия блока питания чрезвычайно прост. Входное напряжение поступает на трансформатор, понижается до требуемой величины, выпрямляется, сглаживается конденсатором и подается на вход стабилизатора, который состоит из транзистора и схемы управления. "Излишки" напряжения компенсируются регулирующим транзистором. Поэтому на нем выделяется значительная мощность в виде тепла. Линейный источник питания целесообразно применять при токах потребления до 1А.

Импульсные БП

В электронных устройствах, которые потребляют ток от 1 до 5 ампер, используют импульсные блоки питания. Принцип действия таких устройств основан на преобразовании сетевого напряжения в переменный ток высокой частоты. Высокочастотные трансформаторы имеют небольшой вес и габариты. Поэтому импульсные источники питания значительно меньше и легче линейных. Отличительной особенностью этих устройств является большой уровень паразитных излучений, что приводит к необходимости экранирования и фильтрации высокочастотных помех.

Особое место занимают импульсные источники питания с бестрансформаторным входом и высокочастотным преобразователем, рассчитанным на работу с частотами 20-400 кгц. Коэффициент полезного действия этих устройств достигает 90% и более. Но пока они не нашли широкого применения из-за высокой стоимости, сложности устройства, низкой надежности, большого уровня помех.

Особенности источников питания постоянного тока

Эти устройства предназначены для получения стабильного постоянного напряжения или тока. Соответственно, они имеют режимы стабилизации как по току, так и по напряжению. То есть при максимальном изменении тока напряжение практически не меняется, и аналогично при значительных колебаниях напряжения величина тока остается постоянной.

Имеется режим отсечки тока. В этом режиме с питаемого устройства снимается напряжение, если ток превышает установленную величину.
Современный источник питания имеет несколько регулируемых выходов и дополнительные выходы на фиксированные напряжения (3,3V, 5V, 12V …).

Управление работой БП осуществляется встроенным микроконтроллером. Режимы работы и отдельные параметры записываются в ячейки памяти.
Мощность источника питания зависит от назначения прибора и решаемых задач. Предприятия-изготовители выпускают приборы малой (до 100 Вт), средней (до 300 Вт) и большой (свыше 300 Вт) мощности.

Чем отличаются источники бесперебойного и резервного питания

Источник резервного питания подключается к аппаратуре лишь при пропадании напряжения в сети. Подключение может осуществляться в автоматическом или ручном режиме.

Источники бесперебойного питания (ИБП) используются в аппаратуре, в которой отсутствует сетевой блок питания. Они подключены постоянно и обеспечивают нагрузку стабильным питанием. ИБП является одновременно основным и резервным источником питания. При пропадании напряжения в сети он автоматически переключается на резервное питание.

В состав источника бесперебойного питания входят сетевой блок питания, источник резервного питания (аккумуляторная батарея), зарядное устройство, схема коммутации.

Основные виды ИБП, особенности применения

Периодические внезапные отключения электроэнергии стали обычным явлением в нашей жизни. К сожалению, такие скачки напряжения существенно сокращают жизнь бытовой техники, приводят к потере электронных данных.

Избежать неприятных последствий помогают источники бесперебойного питания. Современный рынок представляет широкий ассортимент этих приборов. Принцип работы весьма прост: устройство включают в электросеть, а к нему подключают бытовые приборы. Если сеть функционирует нормально, бесперебойник только накапливает энергию. При пропадании электроэнергии в работу включается ИБП.

ИБП бывают следующих видов:

• Резервный ИБП. Подходит для офисной техники, компьютеров, бытового применения. КПД около 99%. Это хороший источник бесперебойного питания. Цена вполне доступная. К сожалению, такие бесперебойники работают не только при отключении электричества, но и при изменении его параметров, поэтому износ аккумуляторной батареи увеличивается. В этом случае можно предложить использовать дополнительный внешний источник питания.

• Линейно-интерактивные ИБП. Работают только в случае полного отключения питания. Их можно применять для офисного оборудования, отопительных котлов, вычислительной техники.

• ИБП с двойным преобразованием. Это самый дорогой источник бесперебойного питания. Цена его превышает 50 тыс. рублей, но он того стоит. ИБП с двойным преобразованием доводят показания сети до отличных параметров. Время переключения при сбоях - меньше 1 мс. Используются они для питания медицинской техники, серверов, высокочувствительного оборудования.

Замена аккумуляторных батарей ИБП

Аккумуляторные батареи – источники питания тока – являются самым слабым элементом ИБП. 90% неисправностей ИБП связано с выходом из строя аккумулятора. В ИБП, как правило, устанавливают свинцовые необслуживаемые герметизированные аккумуляторы. Электролитом служит гелеобразная масса на основе серной кислоты. Это один из самых дешевых видов аккумуляторов. В то же время они достаточно эффективны (малое внутреннее сопротивление, низкий саморазряд).

Свинцовые аккумуляторы не допускают сильной разрядки. В этом случае они быстро теряют емкость. Срок их службы не превышает 5 лет. Высокая температура и частые разряды заметно сокращают срок службы аккумулятора.
Критерии выбора аккумуляторов для ИБП:
• Аккумулятор должен иметь требуемые напряжение и размеры.
• Желательно устанавливать аккумуляторы от известных производителей.
• Для ИБП годятся только специально предназначенные для них аккумуляторные батареи или батареи определенных марок.