Что значит стабилизированный блок питания
НЕСТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания — самые распространенные трансформаторные блоки питания. Обеспечивают выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор и выпрямитель. В нестабилизированных блоках питания выходное напряжение соответствует номинальному только при номинальном сетевом напряжении (220V) и номинальном токе нагрузки.
Эти блоки пригодны для питания осветительных и нагревательных приборов, электромоторов и любых устройств со встроенным стабилизатором напряжения (например, большинство радиотелефонов и автоответчиков).
Такие блоки питания как правило имеют значительный уровень пульсаций сетевого напряжения и не пригодны для питания звуковой техники (радиоприемников, плееров, музыкальных синтезаторов). Для этих устройств следует применять стабилизированные блоки питания.
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ блоки питания. Обеспечивают СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ выходное напряжение ПОСТОЯННОГО ТОКА. Такой блок питания содержит сетевой трансформатор, выпрямитель и стабилизатор. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ — означает, что выходное напряжение не зависит (или почти не зависит) от изменения сетевого напряжения (в разумных пределах) и от изменения тока нагрузки. В отличие от нестабилизированных блоков питания в стабилизированных выходное напряжение будет одинаковым как на холостом ходу так и при номинальной нагрузке. Кроме того, в таких блоках питания как правило достаточно малы пульсации напряжения переменного тока на выходе.
Стабилизированный блок питания практически всегда может заменить нестабилизированный (но разумеется не наоборот). Поэтому, если Вы не знаете, какой блок питания постоянного тока нужен для Вашей бытовой аппаратуры — стабилизированный или нестабилизированный, то используйте СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ или ИМПУЛЬСНЫЙ блок питания.
- Большой КПД
- Незначительный нагрев
- Малый вес и габариты
- Как правило бОльший допустимый диапазон сетевого напряжения
- Как правило имеют встроенную защиту от перегрузки и замыканий на выходе
ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания получают все большее распространение т.к. сейчас затраты на изготовление даже сложной электронной начинки ниже чем на массивный сетевой трансформатор из меди и железа. Стоимость импульсных блоков питания даже малой мощности (около 5Вт) для такой бытовой техники как, например, радиотелефоны и автоответчики, вплотную приближается к стоимости трансформаторных. Следует также учитывать экономию на транспортных расходах при доставке — импульсные блоки питания легче трансформаторных.
Некоторые люди имет предубеждение против применения импульсных блоков питания. С чем оно может быть связано?
- Импульсные блоки питания схемотехнически сложнее трансформаторных. Самостоятельный ремонт их пользователем вряд ли возможен;
- Блоки питания самодельщиков и мелких кооперативов 90-х годов прошлого века отличались малой надежностью. Сейчас это не так — по нашему опыту процент отказов (по различным причинам, в т.ч и из-за перегрузок и перепадов сетевого напряжения) у импульсных блоков питания не превышает этого показателя у трансформаторных .
Современные ИМПУЛЬСНЫЕ блоки питания достаточно надежны. Например, на все блоки питания Robiton® дается гарантия 1 год.
Таким образом, будем относить к ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВАМ, например, устройство заряда аккумуляторов для фотоаппарата, если аккумуляторы при этом вынимаются из него и вставляются в зарядное устройство. А сетевой адаптер, подключаемый к фотоаппарату (и при этом также обеспечивающий заряд аккумуляторов, но уже внутри него) отнесем к БЛОКАМ ПИТАНИЯ.
Стабилизированный блок питания
Устройство, недостатки и преимущества стабилизированного блока питания
Стабилизированный (импульсный) блок питания – это инверторная система, в которой входное переменное напряжение сначала выпрямляется, а затем преобразуется в импульсы высокой частоты и установленной скважности, подающиеся, как правило, на импульсный трансформатор.
Скважность – это характеристика импульсной системы, которая определяется отношением периода следования импульса к его длительности.
Схема работы импульсного источника питания изображена на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема работы импульсного источника питания. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Выходное напряжение импульсного блока питания стабилизировано, что достигается за счет отрицательной обратной связи, что в свою очередь позволяет удерживать выходное напряжение на одном уровне, даже в случае изменения входного напряжения и нагрузочной мощности на выходе блока. Такая связь может быть реализована при помощи одной из дополнительных обмоток в импульсном трансформаторе, или же при помощи оптрона, который подключается к выходным цепям источника питания. Применение оптрона или одной из обмоток трансформатора позволяет реализовать гальваническую развязку от сети переменного напряжения. К основным преимуществам стабилизированных блоков питания относятся:
- Большое количество компонентных решений.
- Небольшой вес конструкции.
- Большой диапазон напряжений питания.
- Относительно небольшие размеры.
- Высокий уровень стабильности работы.
- Высокий коэффициент полезного действия.
- Низкая себестоимость.
- Большая мощность.
К основным недостаткам стабилизированных блоков питания относится то, что данные блоки являются источниками помех, что обусловлено принципом работы схемы преобразователя. Для частичного устранения такого недостатка используется экранировка схемы. В настоящее время импульсные блоки питания являются составляющими различных видов современной бытовой техники (компьютеры, телевизоры, мониторы). Для того, чтобы исключить сквозные токи через выходные транзисторы в некоторых импульсных источниках питания используются специальные формы импульсов – биполярные импульсы прямоугольной формы, которые имеют между собой промежуток во времени. Продолжительность такого промежутка обязательно больше времени рассасывания неосновных носителей в базе выходных транзисторов. Для стабилизации выходного напряжения, при помощи обратной связи, изменяется ширина управляющих импульсов.
Важной составляющей импульсного источника питания является ограничитель пускового тока, который предназначен для уменьшения импульсного тока емкостей до безопасного уровня во входных цепях. Такой ограничитель устанавливается в разрыв цепи сразу после автомата. Корректор коэффициента мощности предназначен для уменьшения реактивности, которая потребляется блоком питания.
Стабильная работа в любых условиях: источники питания SITOP Power
SITOP Power – обширная линейка стабилизированных источников питания от Siemens, предназначенная для работы в самых разных областях промышленности – в химической, машиностроительной, робототехнической и других. Данные источники питания подойдут практически для любых задач благодаря мощному функционалу, широкому диапазону рабочих температур, работе с нестандартными напряжениями и многим другим преимуществам.
Ни для кого не секрет, что оборудование компании Siemens широко применяется на промышленных предприятиях России и ближнего зарубежья и по количеству установок занимает первое место. И это естественно, ведь промышленное оборудование производства Siemens отличается высочайшим качеством, и это доказано временем. Если «мозгом» любой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) является программируемый логический контроллер (ПЛК), то «сердцем» будет источник питания.
Чтобы правильно подобрать источники питания, необходимо понимать принципы работы блоков питания.
Как устроен стабилизированный блок питания
Стабилизированный источник питания – это источник питания, который содержит аналоговую, импульсную или цифровую схему регулирования, благодаря которой поддерживаются постоянные выходные параметры – ток и напряжение при скачках входного напряжения. Также схема обеспечивает защиту от короткого замыкания и перегрузок.
В нестабилизированном источнике питания такая схема отсутствует. Он состоит из входного и выходного фильтров, входного и выходного выпрямителей, генератора импульсов и трансформатора, защищающего нагрузку только от перенапряжений (рисунок 1). Как видно из этого рисунка, выходное напряжение получается неустойчивым. Его параметры очень сильно зависят от качества питающей электросети. Но при этом КПД выше, чем у стабилизированного источника питания, а нагрев ниже, так как нет контура регулирования, который требует дополнительной энергии.
Серия SITOP Power относится к стабилизированным импульсным блокам питания (рисунок 2).
Рис. 1. Структурная схема простейшего блока питания
Рис. 2. Структурная схема стабилизированного блока питания
В таких блоках входное переменное или постоянное напряжение (Uвх) выпрямляется и преобразуется в импульсы высокой частоты. Эти импульсы подаются на первичную обмотку трансформатора. Соответственно, на вторичной обмотке появляются импульсы такой же частоты, но другого напряжения. Это напряжение снова выпрямляется и подается на блок стабилизации, и уже потом – на выход блока питания. Автоматическое регулирование заключается в коррекции номинального (Uвых.ном) и реального (Uвых) выходных напряжений.
Диапазон входных напряжений. Чем больше данный диапазон – тем надежней работа блока питания, например, при повышенном или пониженном напряжении. Линейка SITOP Power имеет очень широкий диапазон – 85…264 В постоянного тока и 400…500 В переменного тока. При этом, номинальное напряжение у однофазных блоков питания выбирается с помощью перемычки – 120 или 220 В.
Допустимое перенапряжение – кратковременный всплеск напряжения, при котором выходной ток (Iвых) все еще равен номинальному току (Iвых.ном). У семейства SITOP Power эта величина равна Uвх*2,3 в течение 1,3 мс.
Допустимый перерыв в питании – исчезновение входного тока (Iвх) до 3 мс, при которой Iвых = Iвых.ном.
Предельный импульсный ток включения. В момент включения блока питания происходит зарядка емкостей входного фильтра. Величина входного тока при этом может превышать номинальный в 3…4 раза. Если ток при запуске установки превышает значение импульсного тока включения, рассчитанный для конкретной модели – необходимо применять ограничитель пускового тока. Его отсутствие в таких случаях может привести к периодическому срабатыванию автоматического выключателя из-за больших пусковых токов.
Ограничитель пускового тока. Он необходим для уменьшения импульсных токов включения емкостей во входных цепях до безопасного уровня. Ограничитель устанавливается в разрыв цепи после автомата и перед одним или несколькими блоками питания и ограничивает их пусковые токи.
Корректор коэффициента мощности (PFC) или компенсатор реактивной мощности предназначен для снижения реактивной мощности, потребляемой блоком питания. Классическая схема выпрямления переменного тока состоит из диодного моста и конденсатора. Проблема в том, что ток заряда конденсатора представляет собой импульс и имеет очень большое значение. Например, сетевой ток импульсного источника питания при 300 Вт и 220 В будет примерно 1 А, импульсный – 4 А. А если источников будет несколько и большей мощности – скорее всего, начнутся проблемы с проводкой, розетками, поступят огромные счета за электричество. Для решения данной проблемы применяют специальный электрический модуль – корректор коэффициента мощности, который уменьшает импульсы. Он располагается между конденсатором и выпрямителем и обрезает амплитуду тока.
Коэффициент мощности – отношение активной мощности (потребляемой источником питания безвозвратно и уходящей в тепло) к полной. То есть, коэффициент мощности – отношение полезной к полученной мощности. Чем он ближе к единице – тем лучше.
Выходной номинальный ток. Величина номинального выходного тока является важнейшей характеристикой при подборе источника питания. Следует очень внимательно подсчитать потребляемый ток всех элементов, запитываемых от этого блока. Также необходимо обратить внимание на температуру, при которой будет работать блок питания. Линейка SITOP Power выдает номинальные параметры при температурах -25…70°С, в отличие от остальных производителей, когда ухудшение характеристик начинается уже с 40°С.
КПД. Величина КПД влияет на тепловыделение. Чем выше КПД – тем лучше, так как блок питания выделяет меньше тепла.
Диапазон настройки уровня выходного напряжения. Большинство моделей блоков питания SITOP Power позволяет регулировать величину номинального выходного напряжения. Это позволяет обеспечить электричеством оборудование с нестандартным питанием или компенсировать падение напряжения в распределенных линиях.
Возможность параллельного включения. Параллельное включение блоков питания дает возможность использования «горячего» резервирования или сложения мощностей. Серия SITOP Power поддерживает до двух параллельно включенных источников питания.
Диапазон рабочих температур. При выборе модели блока питания необходимо учитывать, при какой температуре он будет эксплуатироваться. Одно дело, если они находятся в обогреваемых помещениях, другое – если в шкафах наружной установки. Большая часть серии SITOP Power обеспечивает нормальную работу при температурах -20…70°С. Соответственно, если температура выходит за эти рамки – в шкаф необходимо будет поставить или охлаждающий вентилятор, или нагреватель.
Индикация и сигнализация. В основном, используются транзисторные нормально открытые выходы для дистанционного наблюдения за работой блока питания и светодиоды состояния, расположенные непосредственно на приборе.
Виды стабилизации в блоках питания для светодиодного освещения от MEAN WELL
Особенностью систем светодиодного (LED) освещения является требование к стабилизации выходных параметров их источников питания. В зависимости от типа драйвера или его наличия от источника питания для LED освещения требуется один из следующих видов стабилизации:
Стабилизация по току – стабилизируемым параметром является выходной ток, при этом выходное напряжение может изменяться в пределах мощности самого источника питания (Рисунок 1). Так как яркость свечения светодиодов напрямую зависит от уровня протекающего тока, то для обеспечения постоянной яркости свечения требуется стабилизация тока. Еще такой источник называют светодиодным драйвером. Система такого типа обладает наименьшей гибкостью, так как проектируется под заданное количество светодиодов, и, при внесении в нее изменений потребуется приобретение другого драйвера. Другой недостаток это отсутствие баланса тока через параллельное соединение цепочек светодиодов и неравномерную яркость их свечения.
Стабилизация по напряжению – стабилизируемым параметром является выходное напряжение, при этом выходной ток может быть любым до максимального значения (Рисунок 2). В ряде светодиодных светильников и светодиодных лент встроены балластные резисторы для ограничения тока через светодиоды, либо применяется интегральная схема драйвера, который задает уровень тока, поэтому от источника питания требуется только обеспечение стабильного уровня выходного напряжения. При стабилизации по напряжению можно проектировать систему светодиодного освещения более гибко, закладывая запас по мощности при выборе источника питания, так как функция управления током светодиодов переносится на отдельный драйвер. Недостатками такой системы освещения является более низкая эффективность за счет падения напряжения на балластных резисторах, и более высокая стоимость системы освещения.
Третьей разновидностью является стабилизация по току и по напряжению, которая сочетает в себе достоинства обоих типов стабилизации выходных параметров блоков питания для светодиодного освещения (Рисунок 3). До достижения уровня максимальной мощности блок питания работает как классический блок питания со стабилизацией по напряжению, и затем переходит в режим стабилизации тока. Это часто применяемый тип стабилизации, так как питание светодиодов осуществляется в щадящем режиме (не допускается превышение тока самим источником питания), что продлевает срок службы светодиодов.
Компания MEAN WELL разработала новые источники питания со стабилизацией по мощности. По мере развития светодиодного освещения – условия размещения, динамическое изменение яркости – стало больше требований к стабильности отдаваемой мощности от источников питания. В драйверах со стабилизацией по мощности (Рисунок 4) есть регулировка выходного тока, позволяющая задавать номинальное значение, при этом выходное напряжение «подстраивается» под текущее потребление мощности, чем достигается постоянная стабильность мощности. То есть, во-первых, перекрывается диапазон мощностей у простых источников питания со стабилизацией по току схожих по выходным параметрам, во-вторых, отсутствует падение мощности источника (и яркости системы светодиодного освещения) при изменении параметров потребления нагрузки. В итоге источники питания со стабилизацией по мощности дают гибкие возможности для проектирования, при этом упрощается выбор подходящей модели за счет меньшего количества моделей.
Наиболее частые области применения драйверов – источников питания со стабилизацией по мощности это освещение теплиц, крупных спортивных сооружений, площадок для выступлений, уличное освещение, подсветка зданий, и другие.
Требуемый тип стабилизации (например, нормированное значение тока или напряжения) указывается в описании параметров светодиодного светильника или ленты.