Как работает импульсный блок питания |

0:00 Друзья, всем привет, импульсные источники питания сегодня являются основными источниками электрической энергии. Любой электронной аппаратуры такие блоки питания сегодня можно. Встретить повсюду, они используются в зарядных устройствах мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов, применяется в компьютерах, мониторах, как данный блок питания и многое другой. Бытовой промышленной техники аудиоаппаратуру мы в счет не берем. Там по прежнему доминирует линейная или трансформаторные блоки питания и в данном видео, которое будет состоять. Из нескольких частей мы рассмотрим, почему импульсные блоки питания имеют такую, а не иную структуру. Рассмотрим принцип построения схем импульсных блоков питания и назначения его. Основных элементов, и как мы далее увидим, что преимущественное большинство импульсных блоков питания подчиняется именно данной концепции или данной же структуре, разобравшийся С. Концепцией построения импульсных блоков питания в дальнейшем будет самостоятельно. Достаточно просто освоить конкретный тип любого импульсного блока питания, и так начнем концепция. Импульсных блоков питания известна давно, однако ее реализация стала возможной относительно недавно. Этому способствовало появление управляемых полупроводниковых ключей с. Требуемыми характеристиками в 1 очередь речь идет о полевых транзисторах мосфет. Сегодня такие транзисторы вытеснили практически все другие управляемые полупроводниковые приборы. В области преобразователей малой и средней мощности преобразователях же большой мощности по прежнему лидирует айжибити транзисторы и некоторые виды тилистеров, но на мощных. Преобразователях энергии мы остановимся отдельно. Главное и неоспоримое преимущество импульсных блоков питания по сравнению с трансформаторными или как их еще называют линейными. Блоками питания это значительно меньшие габариты и вес самого блока питания при равных мощностях для сравнения. Можете взять в руки трансформатор мощностью 500 вольт ампер и. Импульсный блок питания компьютера мощностью 500 ватт. Разница будет ощутима, существует много различных схем импульсных блоков питания, однако все они сводятся, как мы видим далее. В 1 очередь к снижению массе и габаритов трансформатора почему именно трансформатора, потому что он является самым громоздким дорогим и тяжелым элементом любого блока питания. Чтобы хорошо представлять, как устроен, и работает импульсный блок питания. Давайте сначала в упрощенном виде рассмотрим классическую схему линейного блока питания, основное внимание. Мы уделим блокам питания, питающимся напряжением 220 или 230 вольт частотой 50 герц, которая на выходе выдают постоянное напряжение величиной 5, 10 и 12:24 и так дальше вольт. Поэтому основная задача любого блока питания изобразим его просто квадратиком БП, это выдать нагрузки. Постоянное напряжение + ты сюда будет подключаться нагрузка РН, а на входе.

3:15 Рассматриваемых блоков питания у нас будет переменное напряжение 220 или же 230 вольт 50 герц. Так вот, нагрузки в принципе все равно, как будет происходить преобразование энергии из переменного напряжения в постоянное, более того меньшей величины, например. Здесь нам необходимо получить 12 вольт в зависимости от способа преобразования энергии, переменного напряжения. 220 Вольт в постоянное напряжение, например, 12 вольт различают всего 2 типа блока питания. Это линейный или же трансформаторный блок питания и. Импульсный блок питания еще пару десятков лет назад в преимущественном большинстве электронной аппаратуры применялись линейные или. Трансформаторные блоки питания и нередко, а даже часто вес готовой аппаратуры определялся в большей степени весом блока питания. Поэтому еще с давних времен все усилия были направлены на то, чтобы снизить габариты и вес блока питания. И тем самым сделать полностью электронное устройство компактнее и легче. Теперь давайте рассмотрим саму классическую схему линейного блока питания.

4:35 Будем использовать везде 220 вольт для простоты так привычнее, хотя по ГОСТу вы знаете. Уже большинстве случаев применяется напряжение 230 вольт. Я буду здесь опять же изображать все квадратиками и так для. Начала переменное напряжение 220 вольт, необходимо снизить до приемлемой величины для питания радиоэлектронной аппаратурой. С этой целью используется трансформатор дальше, сниженное напряжение трансформатором.

5:09 Выпрямляется с помощью выпрямителя, в качестве которого чаще всего служит диодный мозг. Вот наш трансформатор Диодный мост, далее выпрямленное напряжение в обязательном порядке необходимо сгладить с. помощью фильтра в качестве фильтра опять же используется электролитический конденсатор большой емкости и уже сглаженное напряжение. Необходимо стабилизировать, поскольку напряжение на нагрузке может. Меняться с изменением самой нагрузки и с изменением величины напряжения на входе всего блока питания. То есть напряжение здесь может колебаться выше 220 вольт и ниже 220 вольт соответственно и на? Нагрузке она тоже может колебаться, чтобы этого не происходило. Применяет стабилизатор напряжения или же просто назовем стабилизатор или же узел стабилизации. С и вот сюда уже будет подключаться нагрузка.

6:07 РН, вот из таких простых блоков состоит линейный или трансформаторный блок питания, поэтому всегда возникал вопрос, как минимизировать размеры блока питания. Поэтому необходимо выявить наиболее громоздкой элемент, который в большей степени влияет на массу и размеры всего блока питания. Давайте и мы проанализируем. Данные элементы и посмотрим, на какой из них можно максимально влиять с точки зрения уменьшения массы и габаритов. Посмотрим на выпрямитель в качестве выпрямителя. Чаще всего используется диодный мост, как видно его параметры, массу габариты и так далее особо снизить не удастся, поэтому выпрямитель мы будем исключать.

6:53 Фильтр качестве фильтра используются электролитические конденсаторы большой емкости. Вот так вот они выглядят снизить параметры конденсатора. Было бы, конечно, тоже хорошо, но как мы? Увидим дальше, здесь особо мы тоже ничего не получим. Узел стабилизации может быть реализован по разному и особо ощутимой экономии с точки зрения места и габаритов он также не дает.

7:21 Тоже исключаем, остается трансформатор, и вот все мероприятия по уменьшению габаритов блоков питания направлены как раз на уменьшение габаритов. Трансформатора вот такое трансформатор имеет мощность порядка 12 ватт, а как мы видим, далее в импульсных блоках питания вот такой вот. Трансформатор уже имеет мощность порядка 100 ватт, то есть 100 ваттный трансформатор, который практически в 10 раз больше по мощности визуально. Видно, что он минимум в пару раз меньше, чем трансформатор. Вот такой вот мощностью 12 ватт, но к этому мы вернемся несколько позже, в 1 очередь. Конечно же, возникает вопрос, а можно ли просто убрать трансформатор или вместо трансформатора применить какое то либо другое электронное? Устройство и такие схемы тоже существуют. Они называются бестрансформаторные, однако по условиям безопасности как людей, эксплуатирующих электронную. Аппаратуру так и по условиям безопасности низковольтной аппаратуры необходимо обязательно обеспечить гальваническую развязку, то есть как. Говорят, развязать высоковольтные цепи с низковольтными цепями, чтобы они не имели электрической связи, а трансформатор как раз идеально. Подходит на роль гальванической развязки, поскольку мощность с первичной обмотки на вторичную обмотку передается посредством магнитного поля. Поэтому при напряжении в сети 220 Вольт, а соответственно, и на первичной обмотке 220 вольт на вторичной обмотке напряжение будет, например. 12 Вольт, и мы можем спокойно касаться руками эти 12 вольт, не боясь попасть под потенциал. 220 Вольт также существуют и другие способы. Гальванической развязки, однако все те способы, существующие на сегодняшний день, проигрывают трансформатору по коэффициенту полезного действия. В мощных трансформаторах коэффициент полезного действия достигает 99%, то есть всего лишь происходит 1 процент потери энергии при. Преобразовании высокого напряжения в низкое напряжение и именно по этой причине не могут до сих пор найти альтернативу трансформатором за что. Естественно, приходится расплачиваться повышенной массой и габаритами целом всего блока питания. Что же, давайте теперь рассмотрим, какие существуют? Способы снижения массы и габаритов трансформатора мощность любого блока питания определяется всего 2 параметрами, это напряжение и током.

10:05 Мощность определяется 2 параметрами напряжением и током, и если напряжение на выходе блока питания у нас задано, мы его не можем менять, то при. Заданном выходном напряжении мощность определяется током нагрузки соответственно и трансформатор. Давайте его изобразим, определяется тоже.

10:28 2 Параметрами, а точнее, полная мощность трансформатора тоже определяется 2 параметрами, произведением электродвижущей силы на ток измеряется. Полная мощность в вольт амперах, поэтому чтобы получить 1 и ту же мощность трансформатора, мы можем увеличивать Эдс и снижать ток или. же увеличивать ток и снижать Эдс, но поскольку выходное напряжение блока питания у нас задано, то мы уже не можем влиять на величину Эдс. А соответственно и на ток эти параметры у нас изначально заданы, поэтому давайте рассмотрим, как мы можем повлиять на величину Эдс и на. Ток, чтобы получить 1 и ту же мощность, электродвижущая сила или напряжение трансформатора. Но все таки правильнее сказать электродвижущая. Сила трансформатор определяется следующими параметрами коэффициентом 4, 44 для синусоидальной формы напряжения частотой переменного. Направителя количеством витков и магнитным потоком в импульсных блоках питания трансформаторы питается не синсаидальным напряжением, а? Прямоугольным, поэтому этот коэффициент будет несколько другим. Давайте исключим этот коэффициент для простоты и скажем, что Эдс трансформатора. Определяется всего 3 параметрами частотой переменного напряжения или тока количеством витков, обмотки и магнитным потоком, то есть если мы. Здесь изобразим так упрощенно трансформатор. Здесь у него будет первичная обмотка и будет иметь количество витков дубль ВЭ 1 напряжение. 220 Вольт, частота 50 герц, а здесь будет вторичная обмотка, имеющий свое количество витков, дубль в 2 и уже несколько низкое напряжение. Например, 12 вольт для какой то конкретики напишем 50 герц и по магнитопроводу трансформатора по его сердечнику циркулирует магнитный. Поток Ф, поскольку напряжение у нас переменная, соответственно, в первичной обмотке протекает переменный ток соответственно в сердечнике. Трансформатора протекает переменный магнитный поток, то есть эти величины переменные магнитный поток. Те, кто смотрел ранее, мои видео знает. Что он определяется индукцией магнитного материала и площадью поперечного сечения магнитопровода? То есть Эдс трансформатора зависит от? Частоты, количества витков и от индукции, и от площади поперечного сечения сердечника. Если мы сделаем разрез магнитопровода, например, здесь.

13:17 То мы, собственно, и получим его сечение. С С. А. материал данного магнитопровода обладает соответствующей индукцией Б. Теперь, глядя на эту формулу, достаточно легко оценить, какие параметры мы можем изменять для того, чтобы получить 1 и то же. Значение электродвижущей силы, например, если мы повысим индукцию в 10 раз, то мы тогда что можем сделать. Мы можем снизить площадь поперечного сечения сердечника тоже в 10 раз. А что это нам даст, а это? Нам даст то, что снизится масса и габариты самого сердечника. То есть мы уменьшим массу и размеры трансформатора точно тоже? Мы можем сделать с частотой с количеством витков, то есть здесь следует. Понимать следующее, что просто так взять и уменьшить площадь поперечного сечения. Мы не сможем, поскольку снизится величина электродвижущей силы, а ее нам снижать нельзя, поскольку снизится напряжение на. выходе блока питания, поэтому если мы снизили площадь поперечного сечения магнитопровода, то нам обязательно необходимо увеличить пропорциональное число раз любой другой параметр, влияющий на величину. Электродвижущей силы и так просто так мы не можем снизить площадь поперечного сечения сердечника. Поставим здесь крестик, давайте теперь рассмотрим, сможем ли мы как то повлиять на индукцию в качестве. Сердечников трансформаторов, работающих на частоте, 50 герц чаще всего применяется электротехническая сталь, которая имеет индукцию насыщения б порядка 1 она7 тесла. Так вот, если бы нам удалось найти другой. Материал, обладающий индукции в 10 раз больше. Скажем 17 тесла, то мы бы тогда смогли снизить площадь поперечного сечения сердечников в 10 раз или при той же площади поперечного сечения количество. Витков в 10 раз или, например, количество витков снизить в 2 раза, а площадь поперечного сечения в 5 раз. Но давайте рассмотрим, существуют ли такие материалы с такой высокой индукцией оказывается, что на? Сегодняшний день таких магнитных материалов попросту не существует. Наибольшей индукцией обладает чистое железо, индукция чистого железа, порядка 2% ты-14% тесла, то есть несколько выше за 2 тесла, то есть. Как видим, даже не в 2 раза выше, а менее чем в полтора раза. Все остальные материалы обладает гораздо меньшей индукцией. Именно по этой причине все сердечники трансформаторов выполняется из. Электротехнической стали, поэтому перспективно сегодняшний день с точки зрения материалов, имеющих большую индукцию насыщения, просто не существует. Конечно, в некоторых трансформаторах применяется еще и сплав. Сываемый пермовой такой сплав имеет практически такую же индукцию насыщения, чем электротехническая сталь может несколько меньше. Однако он обладает гораздо более высоким электрическим сопротивлением. В результате чего снижаются вихревые токи в сердечнике трансформатора, а соответственно, и потери электроэнергии холостого хода трансформатора также относительно недавно на рынке в доступной цене. Появились аморфные и нанокристаллические сплавы, которые по индукции приближаются опять же только к электротехническим сталям. Но они выигрывает за счет того, что имеют высокое электрическое сопротивление. Что опять же снижает потери на вихревые токи, а соответственно и потери холостого хода трансформатора, то есть применяя подобные сплавы. Можно несколько увеличить КПД, но практически невозможно повлечь.

17:13 Влиять на размеры трансформатора, поэтому по индукции на сегодняшний день перспектив нету и так на площадь поперечного сечения мы повлиять просто так снизить. Не можем индукцию, мы повысить не можем, поскольку не существует сейчас магнитных материалов индукция. Которых значительно отличается от электротехнической стали, осталось всего 2 параметра, на которые можно воздействовать, чтобы получить. 1 И то же значение электродвижущей силы, но при этом снизить габариты трансформатора. Давайте выпишем эти 2 параметра Ф и 2 и дубль. В то есть частота и количество витков, что касается количество витков. Если просто взять домотать количество витков, то тогда, естественно, можно снизить площадь поперечного сечения магнитопровода. Однако количество витков с сечением магнитопровода, как правило. Увязано и здесь как раз подобран оптимальный вариант, чтобы увязать количество витков с площадью поперечного сечения магнитопровода. То есть, по сути, чтобы получить трансформатор 1 и той же мощности, мы можем сделать 2 варианта? Вот такое вот высокий магнитопровод.

18:29 С определенным количеством витков, но при этом сечение магнитопровода будет тонким, то есть мы как бы выиграли. То есть меньше идет затрат железа на изготовление данного трансформатора и существует вот такой вот такой. Вот трансформатор низкий, так называемый которого гораздо плотнее или же толще магнитопровод, такие трансформаторы тяжелее. Но здесь мотается меньшее количество витков. Так вот, методики по определению оптимального сечения магнитопровода и количество витков уже давно известны, и всюду применяется вся их суть. Сводится к тому, что если потери в меди, так? Называется то есть потери в обмотке, их так и называют, потери в меди будут равны. Потерям в стали потерям стали, то при этом получают КПД трансформатора максимальным. Из этих соображений как раз и рассчитывается сечение, количество. Витков, то есть если взять готовый трансформатор, то в нем неспроста выбрано какое то количество витков и сечение магнитопровода. На этом мы останавливаться не будем, а просто заметим, что количество витков взять и отмотать либо домотать. Просто так нельзя, здесь уже все оптимизировано по этому параметру. И глядя на нашу формулу, мы можем сказать, что на количество витков мы тоже воздействовать не можем. Остается только частота, но, как известно, частота у нас 50 герц. Ее как бы тоже нельзя изменить, однако за счет специальных схемных мер удается эту частоту 50 герц повысить в маломощных блоках питания аж до единиц мегагерц. То есть не в 10 раз повысить не в 100, а еще большее количество раз и. Именно таким путем пошли разработчики для улучшения массогабаритных показателей трансформатора и всего блока питания. Как реализуется повышение частоты и принцип построения схем импульсных блоков питания, мы рассмотрим в следующей. Части видео, а пока у меня вопрос к подписчикам и к потенциальным подписчикам. Будет ли вам интересные уроки по Ардуино на моем канале? Если да, пишите об этом в комментариях, а на этом все увидимся в следующей части видео пока.

Расшифровка сделана автоматически (Yandex SpeechKit) и может содержать ошибки в терминах.