DC pretvarač u napajanju. Revolucija na pragu: nova napajanja iz Antec, Enermax i Seasonic. ⇡ Glavni pretvarač

su elektronički uređaji koji vam omogućuju da dobijete izlazni napon različit od ulaznog napona.

Regulirani energetski moduli (DC-DC pretvarači) koriste se za izgradnju energetskih tračnica u krugovima s galvanskom izolacijom. Naširoko se koriste za ishranu širokog spektra elektronički uređaji, također se mogu naći u upravljačkim krugovima, u uređajima komunikacijske i računalne tehnologije.

Princip rada

Princip rada leži u samom nazivu. Istosmjerni napon se pretvara u izmjenični. Nakon toga se diže ili spušta, nakon čega slijedi ravnanje i dovođenje na uređaj. DC-DC pretvarači koji rade prema gornjem principu nazivaju se impulsni pretvarači. Prednost impulsnih pretvarača je visoka učinkovitost: oko 90%.

Vrste DC-DC pretvarača
Step-down pretvarači

Izlazni napon ovih pretvarača manji je od ulaznog napona. Na primjer, s ulaznim naponom od 12-50 V, korištenjem takvih DC-DC pretvarača, na izlazu se može dobiti napon od nekoliko volti.

DC pojačani pretvarači

Izlazni napon ovih pretvarača veći je od ulaznog napona. Na primjer, uz ulazni napon od 5 V, na izlazu se mogu očekivati naponi do 30 V.

Također, pretvarači napona se razlikuju po dizajnu. Oni mogu biti:

Modularni
Ovo je najčešći tip DC-DC pretvarača, uključujući veliki iznos veliki izbor modela. Pretvornik se nalazi u metalnom ili plastičnom kućištu, što isključuje pristup unutarnjim elementima.
Za montažu na isprintana matična ploča

Ovi pretvarači su dizajnirani posebno za montažu na tiskanu ploču. Od modularnih se razlikuju po tome što nemaju tijelo.

Glavne karakteristike
Radni parametri

→ Raspon ulaznog napona odnosi se na napon na ulazu pri kojem će pretvarač raditi u normalnom načinu rada u skladu sa svojom deklariranom funkcionalnošću.

→ Raspon izlaznog napona uključuje parametre koje DC-DC pretvarač može isporučiti tijekom normalnog rada.

→ Koeficijent učinka (COP) je omjer vrijednosti ulazne i izlazne snage. Učinkovitost ovisi o nizu uvjeta, ali se najveća učinkovitost postiže pri najvećem dopuštenom opterećenju. Što je veća razlika između ulaznog i izlaznog napona, to je niža učinkovitost.

→Ograničenje izlazne struje. Ova zaštita je dostupna u većini modernih modela stabilizatora. Radi na sljedeći način: čim izlazna struja dosegne zadanu vrijednost, ulazni napon pada. Nakon što vrijednost izlazne struje uđe u dopušteno područje, napajanje se nastavlja.

Parametri točnosti

→ Pulsiranje. I u idealnim uvjetima prisutni su određeni "šumovi" pa ih je nemoguće potpuno eliminirati. Mjerne jedinice su mV. Ponekad proizvođač pored njega stavlja "rr", što znači raspon valovitog napona - od minimalnog negativnog vrha do maksimalnog pozitivnog.

Razmotrite i usporedite rad nekoliko reguliranih pretvarača napona različitih cjenovnih kategorija. Krenimo od jednostavnog prema složenom.

Opis

Ovaj model je jeftin minijaturni DC-DC pretvarač s kojim možete puniti male baterije. Maksimalna izlazna struja: 2,5 A, tako da će baterije s kapacitetom većim od 20 amper-sati puniti ovaj pretvarač dugo vremena.

Ovaj uređaj je najprikladniji za početnike koji na svojoj osnovi mogu sastaviti napajanje s izlaznim naponom od 0,8 V do 20 V i izlaznom strujom do 2 A. Istovremeno, i izlazni napon i izlazna struja može se prilagoditi.

Ovaj stabilizator može držati do 5 A, međutim, u praksi, pri ovoj trenutnoj vrijednosti, trebat će hladnjak. Bez hladnjaka, stabilizator može izdržati do 3 A.

Funkcionalan

Pretvarač napona XL4005 s razlogom se naziva "podesivim". Ima nekoliko prilagodbi. Jedna od najvrjednijih je mogućnost ograničenja izlazne struje. Na primjer, možete postaviti ograničenje izlazne struje na 2,5 A, a struja nikada neće dosegnuti ovu vrijednost, inače će odmah dovesti do pada napona. Ova zaštita je posebno važna pri punjenju baterija.

Prisutnost LED dioda također ukazuje na to da je predstavljeni stabilizator savršen za potrebe punjenja. Postoji LED dioda koja svijetli kada je stabilizator u režimu ograničenja struje, odnosno kada je aktivirana zaštita od preopterećenja izlazne struje. Sa strane donje strane nalaze se još dvije LED diode: jedna radi kada je punjenje u tijeku, druga svijetli kada je punjenje gotovo.

Vrijedno je napomenuti da je ovo vrlo pristupačan i jednostavan za korištenje model koji u potpunosti odgovara deklariranoj funkcionalnosti.

Sada razmislite o skupljem i funkcionalnijem pretvaraču, koji je savršen za složenije i ozbiljnije projekte.

Opis

Ovaj model je digitalno upravljani podesivi pretvarač dolara. Ima visoku učinkovitost. Numeričko upravljanje znači da se parametri podešavaju pomoću tipki. Sam modul se može podijeliti u nekoliko dijelova: DC-DC pretvarač, napajanje digitalnog dijela, mjerni dio i digitalni dio.

Ulazni napon ovog uređaja je od 6 V do 32 V. Izlazni napon je podesiv od 0 V do 30 V. Korak podešavanja napona je 0,01 V. Izlazna struja je podesiva od 0 A do 6 A. Korak podešavanja je 0,001 A. Učinkovitost pretvarača je do 92% . Za pričvršćivanje žica na sondi su ugrađene posebne stezaljke. Također na ploči postoje natpisi: ulaz +, ulaz -, izlaz -, izlaz +. Dio snage izgrađen je na XL4016E1 PWM kontroleru. Koristi se snažna dioda od deset ampera MBR1060. Sve kontrolira 8-bitni mikrokontroler STM8S003F3. Digitalni dio ima UART konektor.

LED diode

Osim gumba i indikatora, ovaj uređaj ima tri LED diode.

Prvi (crveni, vani) svijetli kada pretvarač daje napon na izlaz. Drugi LED (žuti, CC - konstantna struja) svijetli kada se aktivira ograničenje izlazne struje. Treća LED (zelena, CV - konstantni napon) svijetli kada pretvarač uđe u način rada ograničenja napona.

Tijela upravljanja
Kontrole su predstavljene s četiri gumba.

Ako ih razmotrimo s desna na lijevo, tada je prvi gumb "OK", drugi je "gore", treći je "dolje", a četvrti je "SET".

Pretvarač se pokreće pritiskom na tipku "OK" čime se ulazi u izbornik. Ako ne otpustite gumb "OK", možete vidjeti kako se brojevi mijenjaju: 0-1-2. Ovo su tri programa koja ovaj pretvarač ima.

Program "0": odmah nakon primjene napona na ulaz, napajanje se uključuje na izlazu.
Program "1": omogućuje vam spremanje potrebnih parametara.
Program "2": automatski prikazuje parametre nakon uključivanja.
Za odabir željenog programa potrebno je otpustiti tipku OK kada se prikaže željeni broj.
Ovaj uređaj relativno točno prikazuje napon. Moguća pogreška napona +/-0,035 V, struje +/- 0,006 A. Podešavanje se vrši jednokratnim pritiskom na tipke i njihovim držanjem.

Moguće je prikazati parametre trenutne struje. Kada ponovo pritisnete tipku OK, snaga se prikazuje na indikatoru. Ako ponovno pritisnete gumb "OK", možete vidjeti kapacitet koji je pretvarač dao.

Ovaj pretvarač je precizan i moćan, savršeno će se nositi s ozbiljnim zadacima.

Kako odabrati pretvarač napona

Do danas na tržištu postoji veliki broj modela različitih DC-DC pretvarača. Najpopularniji među njima su pretvarači impulsa. Ali njihov izbor je toliko velik da se lako zbuniti. Na što treba obratiti posebnu pozornost?

♦ Učinkovitost i raspon temperature

Neki pretvarači zahtijevaju rashladni element za ispravan rad i postizanje oglašene snage. Inače, iako uređaj može funkcionirati, njegova učinkovitost pada. U pravilu, savjestan prodavač ovu točku ističe u bilješkama i fusnotama, što se ne smije zanemariti.

♦ Temperatura lemljenja SMD pretvarača

Ova informacija obično navedeni u tehničkoj dokumentaciji.I iako konvencionalni čip mora izdržati temperature do 280 ° C, bolje je razjasniti ovu točku.

♦ Dimenzije pretvarača

Mali pretvarač ne može imati jako veliku snagu. I premda se suvremene tehnologije neprestano poboljšavaju, njihove mogućnosti nisu neograničene. Pretvarač treba određene dimenzije kako bi komponente bile hladne i izdržale opterećenje.

Do danas postoji ogroman broj raznih minijaturnih podesivih pretvarača, sa i bez indikacije, sa i bez dodatnih funkcija i programa. Takvi DC-DC pretvarači mogu se koristiti u razne svrhe, ovisno o mašti programera. Moderne tehnologije omogućuju vam kombiniranje snage, točnosti, minijaturizacije i pristupačne cijene.

LM2596 je preklopni regulator istosmjernog napona s regulacijom dolara. Ima visoku učinkovitost. Manje se zagrijava u usporedbi s modulima na linearnim stabilizatorima. Napajanje se može primijeniti na širok raspon uređaja. Nedvojbene prednosti uključuju rad u opipljivom rasponu ulaznog napona. Zajedno s visokom učinkovitošću, ovo daje dobre rezultate kada je DC-DC LM2596 spojen u seriju s kemijskim izvorima struje, solarni paneli ili vjetrogeneratora.

Nadopunivši DC-DC pretvarač LM2596 transformatorom, ispravljačem i filtrom, dobivamo napajanje. Na ulazu stabilizatora napon mora biti najmanje 1,5 V viši od izlaza.Kada je potrošnja energije iz DC-DC LM2596 veća od deset W, treba koristiti sredstva za hlađenje.

Priložene su rupe za pričvršćivanje za vijke. Nema terminalnih blokova, žice će morati biti lemljene. Ispod mikro kruga nalaze se rupe s metalizacijom za dodatno odvođenje topline na stražnju stranu ploče.

Specifikacije pretvarača LM2596

Učinkovitost pretvorbe (COP): do 92%
Frekvencija prebacivanja frekvencija: 150 kHz
Radna temperatura: -40 do + 85 °C
Utjecaj promjene ulaznog napona na izlaznu razinu: ±0,5%
Održavanje postavljenog napona s točnošću: ± 2,5%
Ulazni napon: 3-40V
Izlazni napon: 1,5-35 V (podesivo)
Izlazna struja: nominalno do 1A, grijanje se značajno povećava od 1 do 2A, ograničenje 3A (zahtijeva dodatni radijator)
Veličina Dimenzije: 45x20x14 mm

Shematski dijagram pretvarača LM2596

U nekim modulima je zaštitna dioda D1 spojena reverzno-paralelno na ulazu, ali u ovom slučaju ne zaboravite spojiti osigurač na ulazu koji će pregorjeti ako se polaritet obrne, ova dioda također štiti od naponski udari na izlazu.

Postoje opcije s izravnim spajanjem diode D1 (SS34, SS54) na ulazu, obično Schottky diode, te diode imaju dvije pozitivne kvalitete: vrlo mali pad napona (0,2-0,4 volta) na spoju i vrlo veliku brzinu.

Ali jeftini moduli temeljeni na LM2596 nemaju zaštitnu diodu, s jedne strane, to je minus, jer možete slučajno ubiti pretvarač preokretom polariteta na ulazu, a s druge strane, to je plus, jer će na diodi pasti nešto napona i zagrijati se pri velikim strujama .

Pretvarač je spojen vrlo jednostavno, nestabilizirani napon se primjenjuje na +IN, –IN kontakte modula (plus i minus, redom), a izlazni napon se uzima iz +OUT, -OUT kontakata ploče.

Na poleđini se nalazi strelica koja pokazuje u kojem smjeru ide konverzija.

FOTOGALERIJA

Vjerojatno se mnogi sjećaju mog epa s domaćim laboratorijski blok prehrana.
Ali više puta su me pitali nešto slično, samo jednostavnije i jeftinije.
U ovoj recenziji odlučio sam pokazati alternativu jednostavnom podesivom napajanju.
Uđite, nadam se da ćete uživati.

Dugo sam odgađao ovu recenziju, tada nije bilo vremena, to raspoloženje, ali sada su mi ruke došle do toga.
Ovo napajanje ima malo drugačije karakteristike od.
Osnova napajanja bit će digitalno kontrolirana DC-DC konverterska ploča.
Ali sve ima svoje vrijeme, a sada zapravo nekoliko standardnih fotografija.
Rupčić je došao u maloj kutijici, ne mnogo većoj od kutije cigareta.

Unutra, u dvije vrećice (bubuljičastoj i antistatičkoj) nalazila se junakinja ove recenzije, pretvaračka ploča.

Ploča ima prilično jednostavan dizajn, dio za napajanje i malu ploču s procesorom (ova je ploča slična ploči iz drugog, manje snažnog pretvarača), kontrolnim gumbima i indikatorom.

Značajke ove ploče
Ulazni napon - 6-32 Volta
Izlazni napon - 0-30 Volti
Izlazna struja - 0-8 Ampera
Minimalna diskretnost podešavanja/prikazivanja napona je 0,01 Volta
Minimalna diskretnost instalacije \ prikaz struje - 0,001 Ampera
Također, ova ploča može mjeriti kapacitet, koji se daje opterećenju i snazi.
Frekvencija pretvorbe navedena u uputama je 150 KHz, prema podatkovnoj tablici kontrolera je 300 KHz, izmjerena je oko 270 KHz, što je znatno bliže parametru navedenom u podatkovnoj tablici.

Glavna ploča sadrži elemente napajanja, PWM kontroler, strujnu diodu i prigušnicu, filter kondenzatore (470 μF x 50 Volti), PWM logiku i kontroler snage operacijskog pojačala, operacijska pojačala, strujni shunt, kao i ulaz i izlaz stezaljke.

Praktički nema ničega iza, samo nekoliko power trackova.

Dodatna ploča ima procesor, logičke čipove, stabilizator od 3,3 V za napajanje ploče, indikator i upravljačke tipke.
Procesor -
Logika - 2 komada
Stabilizator snage -

Postoje 2 operacijska pojačala instalirana na ploči za napajanje (ista operacijska pojačala su u ZXY60xx)
PWM regulator snage same adj ploče

Mikrokrug djeluje kao PWM kontroler snage. Prema podatkovnoj tablici, ovo je 12 Amp PWM kontroler, tako da ovdje ne radi punim kapacitetom, što je dobra vijest. Međutim, vrijedi uzeti u obzir da je bolje ne prekoračiti ulazni napon, to također može biti opasno.
Opis za ploču označava maksimalni ulazni napon od 32 Volta, ograničenje za kontroler je 35 Volta.
U snažnijim pretvaračima koristi se regulator niske struje koji upravlja snažnim tranzistorom s efektom polja, ovdje sve to radi jedan moćni PWM kontroler.
Ispričavam se na fotografijama, nisam uspio postići dobru kvalitetu.

U uputama koje sam pronašao na internetu opisano je kako ući u servisni mod, gdje možete promijeniti neke parametre. Da biste ušli u servisni način rada, morate dati napajanje dok pritiskate tipku OK, brojevi 0-2 će se sekvencionalno mijenjati na ekranu, da biste promijenili postavku, morate pustiti tipku dok je odgovarajući broj prikazan.
0 - Omogući automatsko napajanje naponom na izlazu kada se na ploču priključi napajanje.
1 - Aktivacija naprednog načina rada, koji prikazuje ne samo struju i napon, već i kapacitet prenesen na opterećenje i izlaznu snagu.
2 - Automatsko nabrajanje prikaza mjerenja na zaslonu ili ručno.

Također u uputama postoji primjer pamćenja postavki, budući da ploča može postaviti ograničenje podešavanja struje i napona i postoji memorija postavki, ali nisam se popeo u ove džungle.
Također nisam dirao kontakte za UART konektor koji se nalazi na ploči, jer čak i ako postoji nešto tamo, još uvijek nisam pronašao program za ovu ploču.

Sažetak.
profesionalci.
1. Prilično bogate značajke - postavljanje i mjerenje struje i napona, mjerenje kapaciteta i snage, kao i prisutnost automatskog načina napajanja napona na izlazu.
2. Raspon izlaznog napona i struje dovoljan je za većinu amaterskih aplikacija.
3. Izrada nije toliko dobra, ali bez očitih nedostataka.
4. Komponente su ugrađene s marginom, PWM za 12 ampera na 8 deklariranih, kondenzatori za 50 volti na ulazu i izlazu, na deklariranih 32 volta.

minusi
1. Ekran je vrlo nezgodno napravljen, može prikazati samo 1 parametar, na primjer -
0,000 - Trenutno
00.00 - Napon
P00.0 - Snaga
C00.0 - Kapacitet.
U slučaju posljednja dva parametra, točka je pomična.
2. Na temelju prve točke, prilično nezgodna kontrola, valcoder stvarno ne bi škodio.

Moje mišljenje.
Sasvim pristojna ploča za izgradnju jednostavnog reguliranog napajanja, ali bolje je i lakše koristiti gotovo napajanje.
Svidjela mi se recenzija +123 +268

Linearni i prekidački izvori napajanja

Počnimo s osnovama. Napajanje u računalu obavlja tri funkcije. Prvo, izmjenična struja iz kućnog napajanja mora se pretvoriti u istosmjernu struju. Drugi zadatak PSU-a je snižavanje napona od 110-230 V, koji je suvišan za računalnu elektroniku, na standardne vrijednosti koje zahtijevaju pretvarači snage za pojedinačne komponente računala - 12 V, 5 V i 3,3 V (kao kao i negativni naponi, o čemu ćemo nešto kasnije) . Konačno, PSU igra ulogu stabilizatora napona.

Postoje dvije glavne vrste izvora napajanja koji obavljaju ove funkcije - linearni i prekidački. Najjednostavniji linearni PSU temelji se na transformatoru, na kojem se izmjenični napon smanjuje na potrebnu vrijednost, a zatim se struja ispravlja diodnim mostom.

Međutim, PSU je također potreban za stabilizaciju izlaznog napona, što je zbog nestabilnosti napona u kućnoj mreži i pada napona kao odgovor na povećanje struje u opterećenju.

Da bi se kompenzirao pad napona, u linearnom napajanju, transformator je dimenzioniran da daje višak snage. Zatim, pri visokoj struji u opterećenju, promatrat će se potrebni napon. Međutim, prenapon koji će se pojaviti bez ikakvih sredstava kompenzacije pri niskoj struji u opterećenju također je neprihvatljiv. Prekomjerni napon uklanja se uključivanjem nekorisnog opterećenja u krug. U najjednostavnijem slučaju, to je otpornik ili tranzistor spojen preko Zener diode. U naprednijem, tranzistorom upravlja mikro krug s komparatorom. Bilo kako bilo, višak snage jednostavno se rasipa u obliku topline, što negativno utječe na učinkovitost uređaja.

U krugu prekidačkog napajanja pojavljuje se još jedna varijabla o kojoj ovisi izlazni napon, uz dva već dostupna: ulazni napon i otpor opterećenja. U seriji s opterećenjem nalazi se ključ (koji je u slučaju koji nas zanima tranzistor), kojim upravlja mikrokontroler u načinu modulacije širine impulsa (PWM). Što je veće trajanje otvorenih stanja tranzistora u odnosu na njihov period (ovaj parametar se naziva radni ciklus, u ruskoj terminologiji koristi se inverzna vrijednost - radni ciklus), to je veći izlazni napon. Zbog prisutnosti ključa, prekidačko napajanje se također naziva Switched-Mode Power Supply (SMPS).

Kroz zatvoreni tranzistor ne teče struja, a otpor otvorenog tranzistora je idealno zanemariv. U stvarnosti, otvoreni tranzistor ima otpor i raspršuje dio snage u obliku topline. Također, prijelaz između stanja tranzistora nije savršeno diskretan. Pa ipak, učinkovitost izvora impulsne struje može premašiti 90%, dok učinkovitost linearnog PSU sa stabilizatorom u najboljem slučaju doseže 50%.

Još jedna prednost sklopnih izvora napajanja je radikalno smanjenje veličine i težine transformatora u usporedbi s linearnim izvorima napajanja iste snage. Poznato je da što je veća frekvencija izmjenične struje u primarnom namotu transformatora, to je manja potrebna veličina jezgre i broj zavoja namota. Stoga je ključni tranzistor u krugu postavljen ne nakon, već prije transformatora i, osim za stabilizaciju napona, koristi se za proizvodnju visokofrekventne izmjenične struje (za računalne PSU, to je od 30 do 100 kHz i više, a obično oko 60 kHz). Transformator koji radi na frekvenciji od 50-60 Hz, za snagu koju zahtijeva standardno računalo, bio bi deset puta masivniji.

Linearni PSU-ovi se danas koriste uglavnom u slučaju uređaja male snage, kada je relativno složena elektronika potrebna za prekidačko napajanje osjetljivija stavka u trošku u usporedbi s transformatorom. To su npr. 9 V napajanja koja se koriste za gitarske efekt pedale, a jednom za igraće konzole i tako dalje. Ali punjači za pametne telefone već su potpuno pulsirajući - ovdje su troškovi opravdani. Zbog znatno manje amplitude valovitosti napona na izlazu, linearni izvori napajanja se također koriste u područjima gdje se ta kvaliteta traži.

⇡ Opća shema ATX standardnog napajanja

Jedinica za napajanje stolnog računala je prekidački izvor napajanja, čiji se ulaz napaja naponom kućne mreže s parametrima 110/230 V, 50-60 Hz, a na izlazu postoji niz istosmjernih vodova, glavni koji su ocijenjeni na 12, 5 i 3,3 V Dodatno, PSU osigurava -12 V i, u jednom trenutku, -5 V potrebnih za ISA sabirnicu. Ali potonji je u nekom trenutku isključen iz ATX standarda zbog prestanka podrške za sam ISA.

U gore prikazanom pojednostavljenom dijagramu standardnog prekidačkog napajanja mogu se razlikovati četiri glavna stupnja. Istim redoslijedom u pregledima razmatramo komponente napajanja, i to:

EMI filter - elektromagnetske smetnje (RFI filter);
primarni krug - ulazni ispravljač (ispravljač), ključni tranzistori (sklopka) koji stvaraju visokofrekventnu izmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora;
glavni transformator;
sekundarni krug - strujni ispravljači iz sekundarnog namota transformatora (ispravljači), filtri za izglađivanje na izlazu (filtriranje).

⇡ EMI filter

Filtar na ulazu PSU služi za suzbijanje dvije vrste elektromagnetskih smetnji: diferencijalne (differential-mode) - kada struja smetnje teče u različitim smjerovima u električnim vodovima, i zajedničkog načina (common-mode) - kada struja teče u jedan smjer.

Diferencijalni šum potiskuje CX kondenzator (veliki kondenzator sa žutim filmom na gornjoj fotografiji) spojen paralelno s opterećenjem. Ponekad je na svaku žicu dodatno obješena prigušnica koja obavlja istu funkciju (nije na dijagramu).

Common mode filter tvore kondenzatori CY (na fotografiji keramički kondenzatori u obliku plave suze), na zajedničkoj točki spajanja dalekovoda s uzemljenjem i tzv. prigušnica zajedničkog načina rada (prigušnica zajedničkog načina rada, LF1 na dijagramu), struja u dva namota teče u istom smjeru, što stvara otpor prema šumu zajedničkog načina rada.

U jeftinim modelima, oni instaliraju minimalni set dijelovi filtera, u skupljim opisanim sklopovima tvore ponavljajuće (u cijelosti ili djelomično) veze. U prošlosti nije bilo neuobičajeno vidjeti napojne jedinice uopće bez EMI filtra. Sada je ovo prilično zanimljiva iznimka, iako kada kupujete vrlo jeftinu PSU, još uvijek možete naići na takvo iznenađenje. Kao rezultat toga, ne samo i ne toliko samo računalo će patiti, već i druga oprema uključena u kućnu mrežu - impulsni izvori napajanja su snažan izvor smetnji.

U području filtra dobrog PSU-a možete pronaći nekoliko detalja koji štite sam uređaj ili njegovog vlasnika od oštećenja. Gotovo uvijek postoji jednostavan osigurač za zaštitu od kratkog spoja (F1 na dijagramu). Imajte na umu da kada osigurač pregori, zaštićeni objekt više nije izvor struje. Ako je došlo do kratkog spoja, to znači da su ključni tranzistori već probili, a važno je barem spriječiti paljenje električnih žica. Ako osigurač iznenada pregori u PSU-u, najvjerojatnije je besmisleno mijenjati ga novim.

Zasebno, zaštita od kratkoročni udari napona pomoću varistora (MOV - Metal Oxide Varistor). Ali ne postoje sredstva zaštite od dugotrajnog povećanja napona u napajanjima računala. Ovu funkciju obavljaju vanjski stabilizatori s vlastitim transformatorom unutra.

Kondenzator u PFC krugu nakon ispravljača može zadržati značajan naboj nakon što se isključi iz napajanja. Kako neoprezna osoba koja stavi prst u strujni konektor ne bi bila šokirana, između žica je ugrađen otpornik za pražnjenje visoke vrijednosti (otpornik za odzračivanje). U sofisticiranijoj verziji - zajedno s kontrolnim krugom koji sprječava curenje naboja kada uređaj radi.

Usput, prisutnost filtra u napajanju računala (i u napajanju monitora i gotovo bilo kojem računalna tehnologija također je tu) znači da je kupnja zasebnog "zaštitnika od prenapona" umjesto konvencionalnog produžnog kabela, općenito, beskorisna. On ima isto unutra. Jedini uvjet u svakom slučaju je normalno tropolno ožičenje s uzemljenjem. Inače, CY kondenzatori spojeni na masu jednostavno neće moći obavljati svoju funkciju.

⇡ Ulazni ispravljač

Nakon filtra, izmjenična struja se pretvara u istosmjernu pomoću diodnog mosta - obično u obliku sklopa u zajedničkom kućištu. Poseban radijator za hlađenje mosta je dobrodošao. Most sastavljen od četiri diskretne diode atribut je jeftinih izvora napajanja. Također možete pitati za koju struju je most dizajniran da odredite odgovara li snazi samog PSU-a. Iako ovaj parametar, u pravilu, postoji dobra margina.

⇡ Aktivni PFC blok

U krugu izmjenične struje s linearnim opterećenjem (kao što je žarulja sa žarnom niti ili električni štednjak), struja koja teče slijedi istu sinusoidu kao i napon. Ali to nije slučaj s uređajima koji imaju ulazni ispravljač, kao što su prekidački izvori napajanja. Napajanje propušta struju u kratkim impulsima, koji se vremenski približno podudaraju s vrhovima sinusnog vala napona (tj. maksimalnog trenutnog napona), kada se kondenzator za izravnavanje ispravljača ponovno puni.

Izobličeni strujni signal razlaže se na ukupno nekoliko harmonijskih oscilacija sa sinusoidom zadane amplitude (idealan signal koji bi se javio kod linearnog opterećenja).

Moć koja se koristi za počinjenje koristan rad(što je, zapravo, zagrijavanje PC komponenti), naznačeno je u karakteristikama PSU i naziva se aktivnim. Ostatak snage koju stvaraju harmonijska strujna osciliranja naziva se jalova snaga. Ne obavlja koristan posao, ali zagrijava žice i opterećuje transformatore i drugu energetsku opremu.

Vektorski zbroj jalove i djelatne snage naziva se prividna snaga. A omjer aktivne snage i pune snage naziva se faktor snage (faktor snage) – ne brkati s učinkovitošću!

Preklopna PSU u početku ima prilično nizak faktor snage - oko 0,7. Privatnom potrošaču jalova snaga nije problem (srećom, ne uzimaju je u obzir brojila), osim ako ne koristi UPS. Neprekidni izvor napajanja samo nosi punu snagu opterećenja. Na razini uredske ili gradske mreže, višak jalove snage generiran sklopnim napajanjima već značajno smanjuje kvalitetu napajanja i uzrokuje troškove, pa se protiv toga aktivno bori.

Konkretno, velika većina računalnih napojnih jedinica opremljena je krugovima aktivne korekcije faktora snage (Active PFC). Jedinicu s aktivnim PFC-om lako je prepoznati po jednom velikom kondenzatoru i induktoru koji su instalirani nakon ispravljača. U biti, Active PFC je još jedan sklopni pretvarač koji održava konstantan naboj kondenzatora od oko 400 V. U ovom slučaju, struja iz mreže se troši kratkim impulsima, čija je širina odabrana tako da je signal aproksimiran s sinusoida - koja je potrebna za simulaciju linearnog opterećenja. Za sinkronizaciju trenutnog signala potražnje sa sinusnim valom napona, PFC kontroler ima posebnu logiku.

Aktivni PFC krug sadrži jedan ili dva ključna tranzistora i snažnu diodu, koji su smješteni na istom radijatoru s ključnim tranzistorima glavnog pretvarača napajanja. U pravilu su PWM kontroler ključa glavnog pretvarača i Active PFC ključ jedan čip (PWM/PFC Combo).

Faktor snage prekidačkih izvora napajanja s aktivnim PFC-om doseže 0,95 i više. Osim toga, imaju jednu dodatnu prednost - ne zahtijevaju mrežni prekidač 110/230 V i odgovarajući udvostručivač napona unutar PSU-a. Većina PFC sklopova apsorbira napone od 85 do 265 V. Osim toga, smanjena je osjetljivost PSU-a na kratkotrajne padove napona.

Usput, osim aktivne PFC korekcije, postoji i pasivna, koja uključuje ugradnju induktora visokog induktiviteta u seriju s opterećenjem. Njegova je učinkovitost niska i malo je vjerojatno da ćete to pronaći u modernom PSU-u.

⇡ Glavni pretvarač

Opće načelo rada za sve impulsne izvore napajanja izolirane topologije (s transformatorom) je isto: ključni tranzistor (ili tranzistori) stvaraju izmjeničnu struju na primarnom namotu transformatora, a PWM kontroler kontrolira radni ciklus. njihovog prebacivanja. Konkretni sklopovi se, međutim, razlikuju kako po broju ključnih tranzistora i ostalih elemenata, tako i po kvalitativnim karakteristikama: učinkovitosti, obliku signala, smetnjama itd. Ali i ovdje previše ovisi o specifičnoj implementaciji da bi se na to isplatilo usredotočiti. Za one koji su zainteresirani, predstavljamo skup dijagrama i tablicu koja će omogućiti njihovu identifikaciju u određenim uređajima prema sastavu dijelova.

	tranzistori	Diode	Kondenzatori	Noge primarnog namota transformatora
Jednostruki tranzistor naprijed	1	1	1	4
	2	2	0	2
	2	0	2	2
	4	0	0	2
	2	0	0	3

Osim gore navedenih topologija, u skupim PSU-ima postoje rezonantne (rezonantne) verzije polumosta, koje je lako prepoznati dodatnim velikim induktorom (ili dva) i kondenzatorom koji tvore oscilatorni krug.

Jednostruki tranzistor naprijed

⇡ Sekundarni krug

Sekundarni krug je sve što se nalazi nakon sekundarnog namota transformatora. U većini modernih izvora napajanja, transformator ima dva namota: 12 V je uklonjeno iz jednog od njih, a 5 V je uklonjeno iz drugog. Struja se prvo ispravlja pomoću sklopa od dvije Schottky diode - jedne ili više po sabirnici (na najopterećeniji autobus - 12 V - postoje četiri sklopa u snažnim napajanjima). Učinkovitiji u pogledu učinkovitosti su sinkroni ispravljači, koji umjesto dioda koriste tranzistore s efektom polja. Ali to je prerogativ istinski naprednih i skupih PSU-ova koji imaju 80 PLUS Platinum certifikat.

Tračnica od 3,3 V obično se izvodi iz istog namota kao i tračnica od 5 V, samo što se napon snižava zasićenom prigušnicom (Mag Amp). Poseban namot na transformatoru od 3,3 V je egzotična opcija. Od negativnih napona u trenutnom ATX standardu ostaje samo -12 V, koji se uklanja iz sekundarnog namota ispod 12 V sabirnice kroz zasebne diode niske struje.

PWM ključna kontrola pretvarača mijenja napon na primarnom namotu transformatora, a time i na svim sekundarnim namotima odjednom. U isto vrijeme, trenutna potrošnja računala nipošto nije ravnomjerno raspoređena između PSU sabirnica. U modernom hardveru, najopterećeniji autobus je 12-V.

Potrebne su dodatne mjere za odvojenu stabilizaciju napona na različitim sabirnicama. Klasična metoda uključuje korištenje grupne stabilizacijske prigušnice. Tri glavne gume prolaze kroz njegove namotaje, a kao rezultat toga, ako se struja poveća na jednoj sabirnici, tada napon pada na ostalima. Recimo da se struja povećala na sabirnici od 12 V, a kako bi spriječio pad napona, PWM kontroler smanjio je radni ciklus ključnih tranzistora. Kao rezultat toga, napon na sabirnici od 5 V mogao je prijeći dopuštene granice, ali ga je potisnuo grupni stabilizacijski induktor.

Napon tračnice od 3,3 V dodatno je reguliran drugom zasićućom prigušnicom.

U naprednijoj verziji, osigurana je odvojena stabilizacija sabirnica od 5 i 12 V zahvaljujući zasićenim prigušnicama, ali sada je ovaj dizajn u skupim visokokvalitetnim PSU ustupio mjesto DC-DC pretvaračima. U potonjem slučaju, transformator ima jedan sekundarni namot s naponom od 12 V, a naponi od 5 V i 3,3 V se dobivaju zahvaljujući DC pretvaračima. Ova metoda je najpovoljnija za stabilnost napona.

Izlazni filter

Završni stupanj na svakoj sabirnici je filtar koji izglađuje valovitost napona uzrokovanu ključnim tranzistorima. Osim toga, pulsacije ulaznog ispravljača, čija je frekvencija jednaka dvostrukoj frekvenciji mreže, u jednom ili drugom stupnju probijaju se u sekundarni krug PSU-a.

Filtar valovitosti uključuje prigušnicu i velike kondenzatore. Visokokvalitetna napajanja karakteriziraju kapacitet od najmanje 2000 mikrofarada, ali proizvođači jeftinih modela imaju rezervu za uštedu kada ugrade kondenzatore, na primjer, upola manje vrijednosti, što neizbježno utječe na amplitudu valovitosti.

⇡ Standby napajanje +5VSB

Opis komponenti napajanja bio bi nepotpun bez spominjanja napona u stanju pripravnosti od 5 V, koji omogućuje mirovanje računala i osigurava rad svih uređaja koji moraju biti stalno uključeni. "Dežurna soba" napaja se zasebnim pretvaračem impulsa s transformatorom male snage. U nekim izvorima napajanja postoji i treći transformator koji se koristi u krugu Povratne informacije za izolaciju PWM kontrolera od primarnog kruga glavnog pretvarača. U ostalim slučajevima ovu funkciju obavljaju optokapleri (LED i fototranzistor u jednom paketu).

⇡ Metodologija ispitivanja napajanja

Jedan od glavnih parametara PSU je stabilnost napona, što se ogleda u tzv. karakteristika poprečnog opterećenja. KHX je dijagram u kojem je na jednoj osi ucrtana struja ili snaga na sabirnici od 12 V, a na drugoj ukupna struja ili snaga na sabirnici od 3,3 i 5 V. Na sjecištima na različita značenja obje varijable određuju odstupanje napona od nazivnog na pojedinoj sabirnici. Sukladno tome, objavljujemo dva različita KNX-a - za 12 V sabirnicu i za 5 / 3,3 V sabirnicu.

Boja točke označava postotak odstupanja:

zelena: ≤ 1%;
svijetlo zelena: ≤ 2%;
žuta: ≤ 3%;
narančasta: ≤ 4%;
crvena: ≤ 5%.
bijela: > 5% (nije dopušteno ATX standardom).

Za dobivanje CNC-a koristi se prilagođeni ispitni stol za napajanje, koji stvara opterećenje zbog rasipanja topline na snažnim tranzistorima s efektom polja.

Drugi jednako važan test je određivanje raspona valova na izlazu PSU. ATX standard dopušta valovitost unutar 120 mV za sabirnicu od 12 V i 50 mV za sabirnicu od 5 V. Postoje visokofrekventne valovitosti (na dvostrukoj frekvenciji ključa glavnog pretvarača) i niskofrekventne valovitosti (na dvostrukoj frekvenciji mreže ).

Ovaj parametar mjerimo pomoću Hantek DSO-6022BE USB osciloskopa s maksimalno opterećenje na PSU navedenom u specifikacijama. Na donjem oscilogramu zeleni grafikon odgovara sabirnici od 12 V, žuti - 5 V. Vidi se da su valovi unutar normalnih granica, pa čak i s marginom.

Za usporedbu, predstavljamo sliku valova na izlazu PSU starog računala. Ovaj blok u početku nije bio sjajan, ali očito nije postao bolji s vremenom. Sudeći prema rasponu niskofrekventnih valova (imajte na umu da je podjela naponske baze povećana na 50 mV kako bi odgovarala oscilacijama na ekranu), kondenzator za izglađivanje na ulazu već je postao neupotrebljiv. Visokofrekventna valovitost na sabirnici od 5 V je na rubu prihvatljivih 50 mV.

Sljedeći test utvrđuje učinkovitost jedinice pri opterećenju od 10 do 100% nazivne snage (usporedbom izlazne snage s ulaznom snagom izmjerenom kućanskim vatmetrom). Za usporedbu, grafikon prikazuje kriterije za različite kategorije 80 PLUS. No, ovih dana ne izaziva veliki interes. Grafikon prikazuje rezultate top Corsair PSU-a u usporedbi s vrlo jeftinim Antec-om, a razlika i nije tako velika.

Gorući problem za korisnika je buka ugrađenog ventilatora. Nemoguće ju je izravno izmjeriti u blizini brujajućeg ispitnog postolja napajanja, pa brzinu vrtnje impelera mjerimo laserskim tahometrom - također pri snazi od 10 do 100%. Na grafikonu ispod možete vidjeti da pri niskom opterećenju ove napojne jedinice ventilator od 135 mm održava nizak broj okretaja u minuti i jedva da se uopće čuje. Pri maksimalnom opterećenju buka se već može razaznati, ali je razina još uvijek sasvim prihvatljiva.

Preklopni izvori napajanja pružaju veću učinkovitost od konvencionalnih linearnih izvora napajanja. Mogu pojačati, spustiti i preokrenuti. Neki uređaji izoliraju izlazni napon od ulaza.

Opći koncept istosmjernih istosmjernih pretvarača

Linearni regulatori koji se koriste u transformatorskim izvorima napajanja održavaju konstantan izlazni napon zahvaljujući elementu kruga, kao što je tranzistor, na kojem se taloži višak napona. Kontrolni sustav stalno prati izlazni napon i ispravlja njegov pad na ovom elementu.

Linearni regulatori imaju neke prednosti:

nema smetnji;
niska cijena i jednostavan rad.

Ali takav uređaj nije bez nedostataka:

višak napona se pretvara u toplinu;
ne postoji način da se poveća napon.

Preklopni pretvarači istosmjerne struje u istosmjernu struju su sklopovi koji mogu pretvoriti jednu naponsku razinu u drugu pomoću zavojnica i kondenzatora, privremeno pohranjujući energiju u njima i pražnjeći ih na takav način da se dobiju konačne željene razine signala.

Načelo rada pretvarača impulsa

Osnova rada mnogih pretvarača je pojava samoindukcije. Pretpostavimo da postoji induktor kroz koji teče istosmjerna struja. Ako se strujni tok iznenada prekine, u magnetskom polju induciranom oko svitka, nastaje EMF samoindukcije i, sukladno tome, napon s obrnutim polaritetom na njegovim stezaljkama.

Važno! Kontrolom struje i vremena preklapanja kruga može se podesiti napon samoindukcije.

Prekidački pretvarač - elektronički sklop koji sadrži zavojnicu koja je ciklički spojena na izvor napajanja i isključena.

Ako se inducirani napon doda na ulaz, tada se dobiva pojačalni pretvarač;
Kada je zavojnica uključena tako da se napon induciran u njoj oduzme od napona napajanja, doći će do kruga za smanjenje napona.

Budući da zavojnica zahtijeva ciklusiranje, krug treba kondenzator za filtriranje signala i održavanje konstantnog izlaznog napona.

Važno! Filtriranje nije savršeno - izlazni napon je uvijek pulsirajući. Prekomjerne razine ove buke mogu dovesti do kvara strujnog kruga, kao što je smrzavanje mikrokontrolera.

Parametri impulsnih pretvarača

Glavni tehnički podaci uređaji koje navodi proizvođač:

Izlazni napon. Može biti fiksan (nepodesiv) ili postavljen unutar određenog raspona. U slučaju mogućih odstupanja, proizvođač mora navesti njihova ograničenja, na primjer, 5V +/- 0,2V;
Maksimalna izlazna struja;
Ulazni napon;
Učinkovitost. Podrazumijeva se kao omjer izlazne i ulazne snage. Razlika između njih je gubitak koji se oslobađa kao toplina. Pokazatelj se izražava u postocima. Što je bliže 100%, to bolje.

Važno! Učinkovitost ovisi i o radnim uvjetima. Stoga biste trebali pažljivo proučiti bilješke u katalozima proizvođača u potrazi za grafikonima. Može se pokazati da vrlo skup pretvarač radi lošije od mnogo jeftinijeg optimiziranog za rad s drugačijim naponom napajanja.

Ulazni napon, ovisno o vrsti pretvarača, može biti:

ispod izlaza ako je krug pojačan (boost);
veći od izlaza ako je pretvarač silazni (buck);
iznad ili ispod, ali unutar raspona (sepic).

Pojačani pretvarači su nezamjenjivi kada trebate podići napon. Recimo da je uređaj opremljen litij-ionskom baterijom od 3,6 V i LCD zaslonom predviđenim za napajanje od 5 V.

Važno! Općenito, povećanje napona je manje učinkovito od njegovog smanjenja. Stoga je bolje imati izvor visokog napona koji će se smanjiti na odgovarajući napon nego obrnuto.

U slučaju treće konfiguracije, ulazni napon može fluktuirati, odluku o njegovu povećanju ili smanjenju donosi sam krug kako bi se dobio stabilan izlazni signal. Ovi pretvarači su idealni za rad u krugovima gdje se napon napajanja malo razlikuje od željenog. Iako raspon regulacije može biti velik. Na primjer, na ulazu - 4-35 V, na izlazu - 1,23-32 V.

Budući da su gubici snage mali, pretvarač istosmjernog napona u istosmjerni je prikladan za niskonaponske krugove s baterijskim napajanjem. Korisno je, na primjer, kada se upravljačka elektronika napaja s 5 V, a aktuatori se napajaju s baterijom od 12 V.

Uz pretpostavku da upravljačka elektronika troši 200 mA, tada će potrošnja energije biti 5 V x 200 mA = 1 W. Kada koristite regulator 7805 za smanjenje napona, snaga izvučena iz baterije bit će 12 V x 200 mA = 2,4 W. Snaga koju prijamnik neće primiti, 1,4 vata, pretvara se u toplinu. Zagrijavanje stabilizatora bit će značajno.

U slučaju sklopnog pretvarača s učinkovitošću od 90%, snaga potrošena iz baterije je 1,11 vata. Gubici - samo 0,11 vata. Temperatura modula će porasti gotovo neprimjetno.

Osim tri vrste istosmjernih pretvarača, postoje i invertirajući koji mijenjaju polaritet izlaznog signala. Takav sklop je potreban za napajanje operacijskih pojačala.

Modulacija širine impulsa

Modulacija širine impulsa (PWM) vrsta je signala koji se koristi za promjenu količine snage poslane opterećenju. Naširoko se koristi u digitalnim sklopovima koji trebaju emulirati analogni signal.

Generirani impulsi su pravokutni, čija relativna širina može varirati s obzirom na period. Rezultat ovog omjera naziva se radni ciklus, a njegove jedinice su izražene u postocima:

D = t/T x 100 % gdje je:

D - radni ciklus;
t je vrijeme kada je signal pozitivan;
T - razdoblje.

Radni ciklus se mijenja tako da je prosječna vrijednost signala približni napon koji treba dobiti. Promjenom vrijednosti D, možete kontrolirati ključni tranzistor, koji se koristi u gotovo svim krugovima pretvarača impulsa.

Osnovni krug se sastoji od induktora, kondenzatora, diode, ključnog tranzistora. Tranzistor služi za prebacivanje signala na visokoj frekvenciji i njime upravlja PWM. Radni ciklus D postavlja vrijeme otvaranja i zatvaranja tranzistora.

Kada je tranzistor uključen, struja teče kroz zavojnicu, otpornik opterećenja i kondenzator. Energija se akumulira u induktoru i kondenzatoru, a struja se ne povećava naglo, već postupno. U ovom trenutku, dioda je zaključana;
Kada se postigne određena razina napona, koja određuje upravljačke parametre tranzistora, tranzistor je zaključan, ali zbog EMF-a samoindukcije u induktoru, struja počinje teći kroz krug formiran uz sudjelovanje otvorene diode , budući da se polaritet na zavojnici promijenio. U tom slučaju struja polako opada brzinom Uout/L.

Podešavanjem kontrole tranzistora možete dobiti željenu razinu napona, ali ne veću od ulazne.

Pojačani pretvarač

Njegov krug sadrži iste elemente kao i uređaj za spuštanje, ali je njihova veza drugačija. Otvaranjem tranzistora i dalje upravljaju PWM postavke.

Kad je tranzistor otvoren, struja teče kroz induktor i tranzistor. Struja u zavojnici raste brzinom Vin/L i pohranjuje energiju. Dioda je u ovoj fazi zatvorena kako bi se spriječilo pražnjenje izlaznog kondenzatora kroz tranzistor, koji zauzvrat hrani otpor opterećenja;
Kad se napon spusti, manje određena razina tranzistor se zatvara upravljačkim signalom. Dioda se otvara i izlazni kondenzator se puni. Ulazni napon se dodaje naponu generiranom na zavojnici, a izlazni signal je viši;
Kada se dosegnu granice navedenog napona, tiristor se ponovno otvara i ciklus se ponavlja.

U pretvaračima SEPIC sklop je izgrađen prema kombiniranom principu. Instalira još jedan induktor i kondenzator. Komponente L1 i C2 rade na povećanju napona, L2 i C1 rade na smanjenju napona.

Pretvarač napona s galvanskim odvajanjem

Izolirani istosmjerni pretvarači potrebni su u širokom rasponu primjena, uključujući mjerenje snage, industrijske programabilne logičke kontrolere (PLC), izolacijske bipolarne tranzistorske (IGBT) izvore napajanja, itd. Koriste se za pružanje galvanske izolacije, poboljšanje sigurnosti i otpornosti na buku.

Ovisno o točnosti regulacije izlaznog napona,dc dc pretvarači s galvanskim odvajanjempodijeljeni su u tri kategorije:

prilagodljiv;
neregulirano;
polupodesivi.

U takvim uređajima ulazni krug je izoliran od izlaza. Najjednostavniji krug pretvarača naprijed ima dva izolirana kruga: u jednom - ključni tranzistor i transformator, u drugom - induktor, kondenzator, otpor opterećenja. Impulsni upravljački signal s radnim ciklusom D primjenjuje se na tranzistor.

Kada je tranzistor otvoren, dioda VD prolazi struju, a D1 je zaključan. Struja teče krugom kroz zavojnicu, kondenzator i opterećenje. U zavojnici se nakuplja energija;
Kada se tranzistor isključi, napon na namotima transformatora mijenja predznak, pa se VD zatvara, a D1 počinje propuštati struju, koja teče strujnim krugom između zavojnice, D1, kondenzatora i otpora opterećenja. Izlazni napon će biti:

Uout = (w2/w1) x D, gdje su w2, w1 broj zavoja dva namota transformatora.

Ovako radi krug jednocikličnog pretvarača naprijed. Postoje flyback i push-pull sklopovi, s energijom koja se dovodi na izlaz tijekom oba ciklusa pretvorbe. Da bi se smanjili gubici, umjesto dioda koriste se MOSFET-i.