что такое дроссель на плате
Что такое дроссель — для чего он нужен и чем можно заменить
Если вы знакомы с радиоэлектроникой или хотя бы имеете представление о том, как выглядят платы блоков питания, зарядных устройств, комплектующих компьютерной техники, то наверняка знаете, что они редко обходятся без дросселей — ферритовых колец с медной обмоткой. Какую же функцию выполняет эта деталь и в каких случаях используется?
Что такое дроссель
Простота и надёжность конструкции обеспечили широкое распространение дросселей
Слово «дроссель» произошло от немецкого Drossel — сокращать, ограничивать. В механике есть множество деталей со схожими названиями, а вот в электротехнике понятие «дроссель» может означать лишь одну из разновидностей катушки индуктивности, способную сглаживать нежелательные колебания частоты и других параметров электрического сигнала.
Закон самоиндукции не допускает резкого снижения силы тока в дросселе, формируя на выходной обмотке дополнительное напряжение.
Назначение
Установка дросселя необходима в том случае, когда любые переменные параметры тока являются нежелательными для цепи. Проще говоря, этот компонент позволяет «отсеять» помехи в заданном диапазоне, устранить паразитные пульсации и колебания.
Кроме того, иногда дроссель играет роль разделителя сигнала. С его помощью реализуется электронная изоляция участка сети, выполняется развязка частот и другие базовые операции, без которых невозможна стабильная работа сложных схем.
Ремонт и замена
Перед тем как ремонтировать сломанный дроссель, лучше предварительно измерить его индукцию
Конструкция большинства дросселей относительно проста — две обмотки на круглом магнитном сердечнике. Следовательно, и ремонтировать их несложно. При обрыве обмотки достаточно выпаять компонент с платы, удалить повреждённую проволоку и намотать новую с таким же сечением.
При ремонте простых бытовых приборов допустима замена дросселя парой катушек индуктивности, резисторами с малым сопротивлением или даже перемычками, однако, прежде чем принимать такое решение, следует детально изучить схему устройства и убедиться, что удаление дросселя не нарушит её функционирование.
Законы индукции — база, на которой построена работа многих современных электронных устройств. Достоточно их изучить для того чтобы разбираться со всеми нюансами применения дросселей, трансформаторов и катушек индуктивности.
Как устроен и работает электронный дроссель.
Небольшой обзор о принципе работы электронного дросселя (далее ЭД по тексту).
Спрашивали, отвечаю.
ЭД это тот же «тросиковый» дроссель, но в который «добавили» две сущности:
1. электромотор для вращения заслонки и
2. второй (контрольный) ДПДЗ №2 который работает в «противофазе» с первым: его сигнал
увеличивается или уменьшается на ту же величину, что сигнал с основного ДПДЗ №1.
ЭД могут отличаться:
1. процентом открытия заслонки в обесточенном состоянии. Некоторые полностью закрыты (одна пружина на полное закрытие), некоторые
будут приоткрыты на 5-7% (две пружины, точка равновесия в зоне приоткрытия).
Это приоткрытие позволит работать двигателю автомобиля на малых оборотах в случае
полного выхода из строя электроники ЭД. Таким образом, эти заслонки являются более прогрессивными
чем полностью закрытые, с которыми в случае поломки мотор не будет работать вообще.
2. видом ДПДЗ — контактные (обычные ползунковые переменные резисторы) и
«бесконтактные» (сигнал на выходе формируется электроникой, внутри нет трущихся подвижных контактов).
Схема управления е-дросселем в общем виде выглядит так:
1. Мотор питается ШИМ-питанием. Меняется как скважность ШИМа, так и полярность. Для смены полярности
применяют т.н. H-BRIDGE схемы, реализованные на специализированных микросхемах. Есть целое направление
в микросхемах — H-Bridge drivers.
2. По сигналам с ДПДЗ анализируется положение заслонки и меняется % заполнения ШИМа а также полярность, при необходимости.
3. Контролируются ошибки в работе заслонки.
Все это делает управляющая программа, которая есть в штатном ЭБУ. Так же она может быть организована в отдельном
устройстве. По сути это классическая система управления сервоприводом с удержанием целевого угла поворота.
Есть даже реализации библиотек на Ардуине :).
Вот собственно и вся «магия» электронной заслонки.
Лирические отступления.
1. Все ругают ЭД за его медлительность. Он, дескать, медленно вращается. Чтобы быстро ехало, надо чтобы он вращался мгновенно.
В 99% этого не надо, мотор не успеет за мгновенно открытым дросселем. Нет разницы, будет он открываться за 0.01 или 0.5 сек. У мотора инерционность громадная.
Оценивать работу всей системы только по скорости работы конкретно дросселя можно только от безграмотности.
Надо отличать два совершенно разных момента: как быстро работает конкретно ЭД
и как быстро принимает ЭСУД решение о его открытии и на какой % он ее открывает.
Если вы нажали педаль «в пол» а ЭСУД только через 1 сек принял решение открыть ЭД на 50 или 70% то виноват ЭСУД, а не ЭД.
Сам по себе ЭД очень классная штука, дающая разные плюсы в управлении двигателем.
Ругать его так же глупо как ругать колесо или тормоза. Научитесь с ними работать, как говорится.
2. Чтобы реализовать максимальную скорость работы ЭД необходимы силовые драйверы на ток в 15-20А, это ток на старте мотора
и при смене направления его вращения. Штатные силовые ключи в ЭБУ такой ток не обеспечивают. Там стоят максимально дешевые,
работающие «в край».
Даже если сменить прошивку, то все равно останется ограничение по скорости работы заслонки.
Ключи или будут уходить в защиту или работать в режиме ограничения нарастания тока, в итоге
заслонка все равно будет ездить нес максимальной возможной своей скоростью. Это не плохо, учитывая п.1, но если вы платили
за «тюнинг» по ускорению заслонки то просто знайте что он все равно не «выжимает» все возможное из заслонки.
И это не ЭД «тупой и медленный» а драйверы стоят слабые.
Схема подключения дросселя и его обозначение
Дроссель — это разновидность катушки индуктивности. В электрических схемах элемент используется для снижения влияния токов в определенном диапазоне. Эта деталь применяется при создании аппаратуры, она пассивна, но при этом обеспечивает стабильность работы всей схемы. Электронный дроссель обладает простым механизмом, но подходит для постоянного и переменного тока.
Что такое дроссель?
Деталь используется при составлении электроцепи для предотвращения нагрева и перегрузки. Катушка индуктивности задерживает влияние тока, при этом резкие перепады исключаются из-за закона самоиндукции. Так создается дополнительное напряжение.
Дроссель состоит всего из 4 элементов:
Электронный дроссель похож на железный трансформатор, отличается он обмоткой. Сердечник состоит из стали, а пластины располагаются так, чтобы они не соприкасались друг с другом. Индуктивность достигает 1Гн, катушка ограничивает резкие скачки тока в цепи. Если уровень снижается, то деталь поддерживает его на минимальных показателях, а при сильном повышении дроссель в устройстве ограничивает скачок. Элемент также используется для сглаживания, отделения определенных участков схемы, накапливания энергии и устранения помех.
Разбираясь в том, что такое дроссель, стоит уточнить, что его в основном ставят для сбора энергии и задержки тока в выбранном диапазоне. Некоторые виды люминесцентных ламп неспособны работать без такой детали. Это относится к уличным фонарям и домашним светильникам. Дроссель в контакте с ними выступает ограничителем, который передает электроды на лампу.
Созданные по этому принципу механизмы формируют напряжение, оно нужно для получения разряда. После этого загорается лампа. Процесс протекает настолько быстро, что напряжение создается всего через несколько долей секунды, без детали невозможна стабильная работа и включение предмета.
Функционирование
Электропроводная катушка, ограничивающая ферромагнитный сердечник, работает по принципу самоиндукции. При детальном рассмотрении прибора становится понятно, что он функционирует как электрический трансформатор, но при этом оснащен дополнительной обмоткой. Сердечник специально изолируют, чтобы в электронике не создавались дополнительные помехи.
Катушка обладает высокой индуктивностью, но весь механизм считается низкочастотным. Диапазон колебания тока составляет от 20 до 100 кГц. По этому критерию дроссели делят на низкие, ультразвуковые и сверхвысокие. В последних отсутствует сердечник, вместо него используется обычный резистор или пластиковый каркас.
Устройство
Дроссель-трансформатор имеет вид проводника, который наматывается по спирали. В зависимости от сферы использования его делают одно- или многожильным. Иногда в устройство добавляют диэлектрический каркас или оставляют деталь без него. В некоторых элементах дополнительно используется основание с круглым, квадратным или прямоугольным сечением.
Деталь состоит из множества витков, во время создания используется прогрессивная или универсальная намотка. При использовании первого вида они плавно меняются по всей длине, второго — расстояние между витками остается одинаковым.
Прогрессивная намотка используется в электрике, когда требуется сконструировать высокочастотное устройство. Для достижения результата приходится уменьшать паразитную емкость. Намотку выполняют в один или несколько слоев, из материалов подходит только медь, поскольку она выступает проводником.
Чтобы повысить индуктивность, используют ферромагнитный сердечник. В зависимости от места применения используют разные виды материала, поскольку некоторые из них подходят для подавления сильных помех, а другие берут при фильтрации звука. Когда требуется дросселирование механизмов на сверхвысоких частотах, то используют в основном латунь.
Во время производства производитель учитывает требуемую индуктивность, способности к выдерживанию тока и особенности индукции, поскольку иначе произойдет насыщение. Сначала определяется размер зазора, количество витков и сила тока, а потом высчитывается диаметр проволоки. В мелких машинах или электронных устройствах дроссель делают плоским, тогда проводник располагают в виде круга или зигзага.
Дроссель-трансформаторы выпускают в двух вариациях:
Детали с сердечниками занимают меньше места, поэтому подходят для малогабаритных приборов.
Также элементы классифицируют по назначению:
Помимо этого, есть модели, которые работают на вторичных импульсных источниках. Для этого устройство сначала накапливает энергию в своем поле, а потом переводит ее в нагрузку.
Обозначение дросселя на схеме
Такие детали всегда изображают по единому принципу, поэтому достаточно один раз в нем разобраться, чтобы потом регулярно читать такие схемы. При этом число полуокружностей выбирают почти любым, чаще оно составляет 3 или 4 единицы для удобного сопряжения с остальными элементами. Выводы обмотки направляют в одну или разные стороны, здесь все зависит от конфигурации схемы. Если нужно изобразить отвод, то рисуют рядом друг с другом сочленения полуокружностей, точку между ними не ставят.
Также есть цветная маркировка деталей, которая соответствует показателям индуктивности. Первые несколько меток указывают на показатели индуктивности в мкГн. Третья — множитель, а последняя — имеющийся допуск. Дроссели маркируют, используя 3 или 4 полоски, иногда их меняют на точки. Если на детали есть три метки, то допуск по умолчанию составляет 20%.
Дроссели используются не только в разных видах лампочек, но и во время сбора импульсных блоков питания, в которых выступают фильтром. В электрических цепях его чаще называют реактором, но принцип устройства остается прежним. Деталь также ставят в сварочные аппараты и применяют в промышленных целях.
Что такое VRM материнской платы
Содержание
Содержание
VRM (Voltage Regulator Module) является неотъемлемым и одним из важнейших элементов материнской платы, который отвечает за питание центрального процессора. Высокочастотные чипы, такие как ЦПУ компьютера, очень чувствительны к качеству питания. Малейшие неполадки с напряжением или пульсациями могут повлиять на стабильность работы всего компьютера. VRM представляет собой не что иное, как импульсный преобразователь, который понижает 12 вольт, идущие от блока питания, до необходимого процессору уровня. Именно от VRM зависит подаваемое на ядра напряжение.
Принцип работы VRM был описан в более ранней статье, а сейчас мы рассмотрим, из чего состоит подсистема питания процессора.
VRM состоит из пяти основных составляющих: MOSFET-транзисторы, дроссели, конденсаторы, драйверы и контроллер.
Транзисторы
«MOSFET» является аббревиатурой, которая расшифровывается как «Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor». Так что MOSFET — это полевой МОП-транзистор с изолированным затвором.
Дроссели
Дроссели — это катушки индуктивности, которые стабилизируют напряжение. Вместе с конденсаторами они образуют LC-фильтр, позволяющий избавиться от скачков напряжения и уменьшить пульсации. В современных материнских платах дроссели выглядят как темные кубики, находящиеся около МОП-транзисторов.
Конденсаторы
В современных платах твердотельные полимерные конденсаторы уже давно вытеснили электролитические. Это связано с тем, что полимерные конденсаторы имеют намного больший срок эксплуатации. Конденсаторы помогают стабилизировать напряжение и уменьшать пульсации.
Контроллер
Контроллер — чип, рассчитывающий, с каким сдвигом по времени будет работать та или иная фаза. Является «мозгом» всей VRM.
Драйвер
Драйвер — это чип, исполняющий команды контроллера по открытию или закрытию полевого транзистора.
Охлаждение — зачем оно нужно
Существует прямая связь между энергопотреблением процессора и нагревом VRM. Чем больше потребляет процессор, тем больше нагрузка на цепи питания, и, следовательно, больше их нагрев. MOSFET-транзисторы во время работы выделяют значительное количество тепла. Поэтому на них устанавливают пассивное охлаждение в виде радиатора, чтобы избежать перегрева и нестабильной работы. Производители материнских плат начального уровня часто экономят на этом, оставляя цепи питания без охлаждения, что, конечно, не очень хорошо, но не слишком критично, поскольку на подобные материнские платы обычно не ставят топовые процессоры с высоким TDP.
На транзисторы цепей питания можно не ставить охлаждение при условии, что температура во время нагрузки не будет превышать допустимых значений. Поэтому без охлаждения VRM очень нежелательно устанавливать «прожорливые» процессоры. На материнских платах, рассчитанных под оверклокинг, обязательно имеется охлаждение.
В самых топовых платах, помимо обычного радиатора, можно встретить испарительную камеру или водоблок для подключения к контуру СЖО.
Количество фаз
У неопытных пользователей именно эта характеристика зачастую становится ключевой при выборе материнской платы. Производители знают об этом и часто прибегают к различным уловкам. Чаще всего можно встретить использование двойного набора компонентов для одной фазы, что создает видимость большего количества фаз. Количество и характеристики фаз обычно не указываются производителями в расчете на то, что неопытный покупатель увидит много дросселей и купит плату, решив, что «больше — лучше».
Чтобы узнать реальное количество фаз и используемые компоненты, нужно посмотреть характеристики установленного на материнскую плату ШИМ-контроллера в технической спецификации. Количество дросселей далеко не всегда говорит о реальном количестве фаз. Кроме того, стоит учитывать, что некоторые драйверы способны работать в качестве удвоителя фазы. Это позволяет увеличить количество фактических фаз без использования более продвинутого ШИМ-контроллера.
Конфигурация фаз питания
В описаниях материнских плат часто можно увидеть такие обозначения, как 8+2, 4+1, и т. п. Эти цифры означают количество фаз, отведенных на питание ЦПУ и остальных элементов. Например, 8+2 означает, что 8 фаз отведено на питание ядер процессора, а оставшиеся 2 рассчитаны на контроллер памяти.
От количества фаз зависит уровень пульсаций, действующих на процессор. Чем больше фаз, тем меньше пульсаций тока. Большее количество фаз означает большее количество MOSFET-транзисторов в цепи, что положительно сказывается на температурных показателях. Кроме того, чем больше транзисторов, тем легче будет поставить высокое напряжение на ядра, что позитивно скажется на оверклокинге. В большом количестве фаз, по большому счету, имеются только плюсы. Главным и единственным недостатком, пожалуй, является лишь высокая цена.
Принцип работы дросселя
Катушка индуктивности – устройство, основным компонентом которого является проводник скрученный в кольца или обвивающий сердечник.
При прохождении тока, вокруг скрученного проводника (катушки), образуется магнитное поле (она может концентрировать переменное магнитное поле), что и используется в радио- и электротехнике.
К точной и компьютерной технике технике больше близок дроссель (Drossel, регулятор, ограничитель), так как он чаще всего применяется в цепях питания процессоров, видеокарт, материнских плат, блоков питания.
В последнее время применяются индукторы закрытые в корпуса из металлического сплава для уменьшения наводок, излучения, шумов и высокочастотного свиста при работе катушки.
Дроссель служит для уменьшения пульсаций напряжения, сглаживания или фильтрации частотной составляющей тока и устранения переменной составляющей тока. Сопротивление дросселя увеличивается с увеличением частоты, а для постоянного тока сопротивление очень мало. Характеристики дросселя получаются от толщины проводника, количества витков, сопротивления проводника, наличия или отсутствия сердечника и материала, из которого сердечник сделан. Особенно эффективными считаются дроссели с ферритовыми сердечниками (а также из альсифера, карбонильного железа, магнетита) с большой магнитной проницаемостью.
Используется в выпрямителях, сетевых фильтрах, радиотехнике, питающих фазах высокоточной аппаратуры и другой технике требующей стабильного и «правильного» питания. Многослойная катушка может выступать и в качестве простейшего конденсатора, так как имеет собственную ёмкость. Правда, от данного эффекта пытаются больше избавиться, чем его усиливать и он считается паразитным.
Как работает дроссель
Устройство дросселя
Это явление легче всего понять, поставив несложный опыт.
Для этого требуется собрать простейшую электрическую цепь, состоящую из низковольтного источника постоянного тока (батарейки), маленькой лампочки накаливания, на соответствующее напряжение и достаточно мощного дросселя (можно взять дроссель от лампы ДРЛ-400 ватт).
У катушки, намотанной на сердечник, кроме реактивного(Xl) имеется и активное сопротивление(R). Таким образом, полное сопротивление катушки индуктивности равно сумме активной и реактивной составляющих.
Как работает трансформатор
Для чего нужен дроссель
Дроссель используется вместо последовательного резистора, потому что обеспечивает лучшую фильтрацию (меньше остаточной пульсации переменного тока на источнике питания, что означает меньшее гудение на выходе усилителя) и меньшее падение напряжения. «Идеальный» индуктор будет иметь нулевое сопротивление постоянному току.
При использовании резистора большего размера, вы быстро достигаете точки, где падение напряжения возрастает до пиковых величин, и, кроме того, «провал» питания становится значительным, потому что разность токов между полной выходной мощностью и холостым ходом может быть немалой, особенно в усилителе класса AB.
Существует две распространенные конфигурации источника питания: конденсаторный вход и дроссельный вход.
Входной фильтр конденсатора не обязательно должен иметь дроссель, но для дополнительной фильтрации тот необходим. Источник питания дросселя по определению обязан оснащаться дросселем.
Источник питания с дросселем
На входе конденсатора будет конденсатор фильтра, следующий непосредственно за выпрямителем. Тогда он может иметь или не иметь второго фильтра, состоящего из последовательного резистора или дросселя, за которым следует другой конденсатор. Сеть «колпачок – индуктор – колпачок» обычно называется сетью «пи-фильтр». Преимущество входного фильтра конденсатора заключается в более высоком выходном напряжении, но он имеет более низкое регулирование напряжения, чем входной фильтр дросселя.
Источник питания дросселя будет иметь дроссель, следующий сразу за выпрямителем. Основное преимущество входного питания дросселя – лучшее регулирование напряжения, но за счет гораздо более низкого выходного напряжения. Входной фильтр дросселя должен иметь определенный минимальный ток, протекающий через него для поддержания регулирования.
Дроссель в собранном приборе
Пример:
Разница напряжений между двумя типами фильтров может быть довольно большой. Например, предположим, что у вас есть трансформатор 300-0-300 и двухполупериодный выпрямитель.
Если вы используете конденсаторный входной фильтр, вы получите максимальное напряжение постоянного тока без нагрузки в 424 вольт, которое снизится до напряжения, зависящего от тока нагрузки и сопротивления вторичных обмоток.
Если вы используете тот же трансформатор с входным фильтром дросселя, пиковое выходное напряжение постоянного тока будет составлять 270 В и будет гораздо более строго регулироваться, чем входной фильтр конденсатора (меньше перемен напряжения питания с изменениями тока нагрузки).
Как обозначается дроссель на схеме
Условные обозначения:
Условное графическое обозначение дросселей
Из чего состоит дроссель
Есть схожесть с трансформатором, но слой обмотки всего один. Такая конструкция помогает стабилизировать сеть, а также исключить шанс резкого скачка напряжения.
Как подключить дроссель
Схема подключения очень простая и представляет собой цепь последовательно соединённого дросселя и самого устройства ДРЛ 250. Подключение идёт через сеть 220 вольт и работает при обычной частоте. Поэтому их без труда можно поставить в домашнюю сеть. Дроссель работает как стабилизатор и корректировщик напряжения.
Схема подключения дросселя
Как отличить резистор от дросселя
По внешнему виду: от резисторов отличаются обычно толщиной (дроссели толще), от конденсаторов – неправильной формой «капельки».
Более точный способ – сопротивление. У дросселя оно почти нулевое.