ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ

ИМПУЛЬСНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ

В подавляющем большинстве случаев линейный источник питания состоит из трансформатора, преобразующего переменное напряжение, силового выпрямителя, сглаживающего фильтра и стабилизатора. Линейные блоки питания наиболее просты в схемотехническом плане и имеют низкий уровень помех.

Самый крупный недостаток — большие габариты и вес понижающего трансформатора и низкий КПД, особенно в случае большой нестабильности входного напряжения. Массивный силовой трансформатор с большой тепловой инерционностью затрудняет даже принудительное охлаждение при больших нагрузках.

Основные отличия импульсных стабилизаторов.

Импульсные источники питания тоже имеют в составе понижающий трансформатор. Только в данном случае он работает на высокой частоте и имеет несравненно меньшие габариты и массу. Малые габариты элементов облегчают отвод тепла пассивными (применение радиаторов) и активными (вентиляторы) методами.

При фильтрации и стабилизации высокочастотного напряжения с выхода импульсного трансформатора упрощается построение выходных фильтров, поскольку для фильтрации пульсаций напряжения высокой частоты нужна меньшая емкость конденсаторов.

Инверторным блокам питания присущи несколько существенных недостатков — сложное устройство, высокий уровень электромагнитных помех и, в некоторых случаях, гальваническая связь выходных и входных цепей.

Впрочем, отработанная схемотехника подобных устройств в настоящее время уже не считается сложной, а помехи снижаются путем грамотного расчета узлов и дополнительной экранировкой.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:

• Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.
• Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Схема импульсного блока минимального размера

В простой схеме ИБП вместо трансформатора применен дроссель. Это преобразователи для понижения или повышения напряжения, относятся к самому простому классу, применяется один переключатель и дроссель.

Некоторые виды ИБП

• Простой ИБП на IR2153, распространен в России.
• Импульсные блоки питания на TL494.
• Импульсные блоки питания на UC3842.
• Гибридного типа, из энергосберегающей лампы.
• Для усилителя с повышенными данными.
• Из электронного балласта.
• Регулируемый ИБП, механическое устройство.
• Для УМЗЧ, узкоспециализированный блок питания.
• Мощный ИБП, имеет высокие характеристики.
• На 200 В – на напряжение не более 220 вольт.
• Сетевой ИБП на 150 ватт, только для сети.
• Для 12 В – нормально работает при 12 вольтах.
• Для 24 В – работает только на 24 вольта.
• Мостовой – применена мостовая схема.
• Для усилителя на лампах – характеристики для ламп.
• Для светодиодов – высокая чувствительность.
• Двухполярный ИБП, отличается качеством.
• Обратноходовый, имеет повышенные напряжение и мощность.

Особенности

Простой ИБП может состоять из трансформаторов малых размеров, так как при повышении частоты эффективность трансформатора выше, требования к размерам сердечника меньше. Такой сердечник изготовлен из ферромагнитных сплавов, а для низкой частоты используется сталь.

Напряжение в блоке питания стабилизируется путем обратной связи отрицательной величины. Осуществляется поддержка напряжения выхода на одном уровне, не зависит от нагрузки и входных колебаний. Обратная связь создается разными методами. Если в блоке есть гальваническая развязка от сети, то применяется связь одной обмотки трансформатора на выходе или с помощью оптрона. Если развязка не нужна, то используют простой резистивный делитель. За счет этого напряжение выхода стабилизируется.

Особенности лабораторных блоков

Принцип действия осуществлен на активном преобразовании напряжения. Для удаления помех ставят фильтры в конце и начале цепи. Насыщение транзисторов положительно отражается на диодах, имеется регулировка напряжения. Встроенная защита блокирует короткие замыкания. Кабели питания применены немодульной серии, мощность достигает 500 ватт.

В корпусе установлен вентилятор охлаждения, скорость вентилятора регулируется. Наибольшая нагрузка блока составляет 23 ампера, сопротивление 3 Ом, наибольшая частота 5 герц.

Применение импульсных блоков

Сфера их использования постоянно растет как в быту, так и в промышленном производстве.

Импульсные блоки питания применяются в источниках бесперебойного питания, усилителях, приемниках, телевизорах, зарядных устройствах, для низковольтных линий освещения, компьютерной, медицинской технике и других различных приборах, и устройствах широкого назначения.

Достоинства и недостатки

ИБП имеет следующие преимущества и достоинства:

• Небольшой вес.
• Увеличенный КПД.
• Небольшая стоимость.
• Интервал напряжения питания шире.
• Встроенные защитные блокировки.

Уменьшенная масса и размеры связано с применением элементов с радиаторами охлаждения линейного режима, импульсного регулирования вместо тяжелых трансформаторов. Емкость конденсаторов уменьшена за счет увеличения частоты. Схема выпрямления стала проще, самая простая схема – однополупериодная.

У трансформаторов низкой частоты теряется много энергии, рассеивается тепло во время преобразований. В ИБП максимальные потери возникают при переходных процессах коммутации. В другое время транзисторы устойчивы, они закрыты или открыты. Созданы условия для сохранения энергии, КПД достигает 98%.

Стоимость ИБП снижена из-за унификации элементов широкого ассортимента на роботизированных предприятиях. Силовые элементы из управляемых ключей состоят из полупроводников меньшей мощности.

Технологии импульсов дают возможность применять сеть питания с разной частотой, что расширяет применение блоков питания в различных сетях энергии. Модули на полупроводниках с небольшими габаритами с цифровой технологией имеют защиты от короткого замыкания и других аварий.

Недостатки

Импульсные блоки питания функционируют с помощью преобразования импульсов высокой частоты, создают помехи, уходящие в окружающую среду. Возникает необходимость подавления и борьбы с помехами разными методами. Иногда подавление помех не дает эффекта, и применение импульсных блоков становится невозможным для некоторых типов устройств.

Ремонт блока питания пошагово с фото

Сгорание резистора могло произойти при долговременном превышении на нём номинальной мощность рассеивания. Сгоревший резистор был выпаян, а его посадочное место было зачищено:

Для замены резистора нужно узнать его номинал. Для этого был разобран заведомо исправный блок питания. Указанный резистор оказался с сопротивлением 1 Ом:

Далее по цепи этого резистора был обнаружен пробитый конденсатор с позиционным номером C6, прозвонка которого показала его низкое сопротивление, а следовательно и непригодность для дальнейшего использования:

Как раз пробой этого конденсатора и мог стать причиной сгорания резистора и дальнейшей неработоспособности всего устройства в целом. Этот конденсатор также был удалён со своего места, вы можете сравнить, насколько он мал:

Пробитый конденсатор соизмерим со спичечной головкой, вот такая маленькая деталь стала причиной поломки блока питания. Рядом с ним на плате, параллельно ему, установлен второй такой же конденсатор, который уцелел. К сожалению, конденсатора для замены не оказалось и все надежды легли на оставшийся второй конденсатор. А вот на место сгоревшего резистора был подобран резистор с нужным сопротивлением в 1 Ом, но не поверхностного монтажа:

Этот резистор был установлен на посадочное место сгоревшего, места пайки были зачищены от остатков флюса, а посадочное место пробитого конденсатора было покрыто лаком для лучшей изоляции и устранения возможности воздушного пробоя этого места:

После пробного включения блок питания заработал в нормальном режиме и индикаторный светодиод перестал мигать:

Впоследствии установленный резистор всё же был заменён на резистор поверхностного монтажа и на месте удалённого конденсатора был нанесён второй слой лака:

Конечно идеальным было бы установить и второй конденсатор, но даже и без него блок питания работает нормально, без постороннего шума и мерцания светодиода:

После включения адаптера в сеть был произведён замер выходного напряжения, оно оказалось в пределах нормы, а именно 11,9 Вольт:

На этом ремонт устройства можно считать завершённым, так как ему была возвращена работоспособность и его и дальше можно применять по назначению. Стоит отметить, что блок выполнен по весьма хорошей схеме, которую, к сожалению, не представилось возможным зарисовать.

На данный момент по быстрому внешнему осмотру можно выделить хороший сетевой и выходной фильтр, продуманную схемотехнику управления силовым транзистором и хорошую стабилизацию выходного напряжения. Физическое исполнение устройства тоже на высоком уровне, монтаж жёсткий и ровный, пайка чистая, использованы прецизионные радиоэлементы. Всё это позволяет получить устройство высокого качества с точно заданными параметрами и характеристиками.

• Читайте больше о ремонте компьютерного блока питания

Особенно опасны полупроводники и конденсаторы в высоковольтных цепях, которые в случае пробоя могут повлечь за собой необратимые последствия для всего устройства при многократном его включении без выявления полного списка повреждённых компонентов. При правильной и внимательной диагностике в большинстве случаев всё заканчивается хорошо и поломку удаётся устранить заменой повреждённых деталей на такие же исправные или близкие по номиналу и параметрам.

Видеоинструкция по ремонту импульсного блока питания:

Ремонт стандартных устройств

Как уже говорилось, большинство блоков питания современных компьютеров и телевизоров построено по типовой схеме. Они отличаются типоразмерами используемых электронных деталей и выходной мощностью. Методика диагностирования и устранения неполадок для этих устройств идентичны.

Однако качественный ремонт требует соответствующего инструмента, в номенклатуру которого входят:

(желательно с регулируемой мощностью);
• припой, флюс, спирт или очищенный бензин («Галоша);
• приспособление для удаление расплавленного припоя (оловоотсос);
• набор отверток;
• бокорезы (кусачки);
• бытовой мультиметр (тестер)
• пинцет;
• лампа накаливания на 100,0 ватт (используется в качестве балластной нагрузки).

В принципе простые телевизоры можно ремонтировать без схемы, однако главной сложностью ремонта некоторых моделей является то, что питающее устройство вырабатывает весь спектр напряжений – включая высоковольтное, используемое для развертки кинескопа. Блоки питания бытовых компьютеров выполнены по однотипной схеме. Рассмотрим отдельно методику определения неисправности и ремонта телевизора и десктопа.

Перед ремонтом телевизионного БП полезно обзавестись его схемой. Принцип работы у этих БП тот же, что и у любого другого. Но он производит несколько выходных напряжений, отчего процесс диагностики немного усложняется.

Схема импульсного источника питания телевизора

Еще одна трудность — наличие нескольких систем защиты при отклонениях U_вых. от нормы. Из-за них, симптомы многих поломок выглядят однообразно: БП вообще не подает признаков работоспособности.

Сегодня схему БП практически любого телевизора можно найти в интернете. На поломку блока питания указывает неработоспособность светодиода, обычно работающего в режиме ожидания. Если же он горит, причину ищут в другом.

В рамках диагностики проверяют следующие элементы:

1. предохранитель. Если за ним напряжение отсутствует, деталь меняют;
2. балластные сопротивления. Их обрыв — возможная причина неисправности;
3. сглаживающие конденсаторы высоковольтного и низковольтного выпрямителей. Возможен пробой;
4. дроссель LC-фильтра низковольтного выпрямителя. Возможны обрыв и межвитковое замыкание. Если данная модель БП встречается редко, и найти аналогичный дроссель в продаже не удается, его перематывают самостоятельно из провода того же сечения. Важно соблюсти правильное количество витков;
5. диоды выпрямителей. Чаще выходят из строя полупроводники высоковольтного преобразователя, поскольку они работают под высоким напряжением. В отличие от перечисленных выше радиодеталей, диоды для диагностики приходится выпаивать.

Проверить на работоспособность микросхему инвертора в домашних условиях нельзя. О ее неисправности судят по косвенным признакам: если нормальное состояние всех прочих элементов подтверждено, а БП все равно не работает.

Если предохранитель цел, проверяют напряжение на выходе высоковольтного выпрямителя, интересуют параметры:

• значение;
• амплитуда пульсаций (определяется осциллографом).

Нормальное показатели — от 280 до 320 В. При низких значениях проверяют диоды. Высокая амплитуда пульсаций свидетельствует о неисправности сглаживающего конденсатора или обрыве выпрямителя.

Если напряжение в норме, проверяют характер неисправности, возможны два варианта:

1. БП вообще не включается;
2. пытается включиться, но отключается системой блокировки (реагирует на заниженное или повышенное выходное напряжение).

Снова применяют осциллограф. Его вход подсоединяют к выводу ключевого транзистора инвертора, подключенного к первичной обмотке трансформатора.

Заземляют прибор на «горячую землю» БП. Если при включении телевизора кнопкой питания на осциллографе появляется серия импульсов, это свидетельствует о попытках запуска. Значит, устройство блокируется одной из защит, например, от превышения анодного напряжения на кинескопе. Это помогает сузить круг поиска неисправности.

Если БП не пытается включиться, проверяют элементы инвертора. Например, замеряют напряжение на коллекторе ключевого транзистора. Оно должно быть таким же, что и на сглаживающем конденсаторе высоковольтного выпрямителя.

Отсутствие напряжения свидетельствует об обрыве первичной обмотки импульсного трансформатора. Заменив поврежденные радиодетали, продолжают проверку БП, включив вместо предохранителя лампочку накаливания мощностью 100 – 150 Вт.

При активации кнопки питания на телевизоре, лампочка ведет себя в соответствии с неисправностью адаптера:

1. вспыхивает и сразу гаснет, диод режима ожидания светится, на экране виден растр. Требуется проверка напряжения строчной развертки. Если оно завышено, проверяют и при необходимости меняют конденсаторы и оптронные пары;
2. зажглась и потухла, но светодиод не горит, и решетки на экране нет. Это свидетельствует о неработоспособности инвертора. Проверяют напряжение на сглаживающем конденсаторе высоковольтного выпрямителя. При заниженном значении, как уже говорилось, требуется проверка диодов и данного конденсатора;
3. горит особенно ярко. В этом случае БП сразу отключают от сети и еще раз проверяют работоспособность всех элементов.

Для экспериментаторов: как включить изъятый блок питания

Мы не рекомендуем делать этого самостоятельно, но всегда найдутся те, кто захочет сам. В таком случае, хотя бы произведите все так, как надо. Среди штекеров, имеющихся у нас, выбираем АТХ, имеющий 20 или 24 контакта. Цветовая дифференциация проводов позволит не перепутать провода при проведении измерений. Первым делом следует подключить любую нагрузку к блоку питания, т.к. производители не рекомендуют включать его без нагрузки. Данные при включении без нагрузки могут быть немного завышены, либо блок питания не включится вообще.

• В качестве нагрузки достаточно использовать вентилятор или DVD-привод, который стоит в корпусе вашего ПК. Но при этом блок питания так просто не включится, для включения необходимо подать специальный сигнал. Для его воспроизведения необходимо замкнуть массу (GND, COM, общий провод, «земля») и управляющий провод, который окрашен зелёным цветом. Масса всегда чёрного цвета.
• Замкнуть кратковременно эти два провода можно простой скрепкой. Удержание не долее 3-х секунд. Не стоит бояться потому что, если вы подключите зелёный провод к любому другому – блок питания просто не включится, такой же результат будет, если подключить чёрный провод к любому другому. После того как скрепка вставлена, можно включить блок питания в розетку, если заработали вентиляторы – значит он выходные каскады исправны, и можно переходить к следующему шагу проверки. Если не включился – дефект внутри блока питания. Туда не стоит лезть, не имея соответствующих навыков.

Как рассчитать потребление камер видеонаблюдения

Итак, чтобы рассчитать сколько камера для видеонаблюдения потребляет энергии, нужно умножить напряжение на силу тока в амперах.

МОЩНОСТЬ = СИЛА ТОКА * НАПРЯЖЕНИЕ, то есть

ВАТТЫ = АМПЕРЫ * ВОЛЬТЫ

Либо же, потребляемую мощность можно посмотреть в технических спецификациях.

Если ваша камера обладает дополнительными функциями, допустим панорамирование, то потребление энергии будет отличаться от видеокамер наблюдения без этой функции, примерно на 2-4 Вт.

Но, если вам необходимо снизить расход энергии, то нужно обращать внимание на температуру внешней среды, где устанавливаете оборудование, на сколько надежное оборудование или на сколько качественный кабель, это поможет снизить расход электроэнергии.

Допустим есть 8 камер по 0.5А, это значит, что 8 камер будут потреблять 4А, плюс нам нужен запас, поэтому возьмем БП на 12В 5А или мощностью 60 Вт.

Если камеры требуются запитать через ИБП и они должны какое-то время работать от АКБ, то давайте рассмотрим пример. Мощность ИБП составляет 1 кВт, а коэффициент мощности нагрузки равен 0,7. В таком случае активная мощность нагрузки составит 700 кВт. Суммарная мощность нагрузки не должна превышать 700 кВт, а лучше если она будет несколько меньше.

2*12В 7А батареи, мощность потребления БП 60 Вт.

T=14А*12В/60Вт=2,8 часа должен выдержать БП на 700 Вт. Но добавляется КПД и выходит,

Сделаем вывод, что блок питания играет важную роль для видеонаблюдения, не правильно подобранная модель может повлиять на работу камер или выхода их из строя.