что такое нестабилизированный блок питания

Плюсы:

Минусы:

* КПД существенно меньше, чем у импульсных блоков питания, трансформаторные БП греются, имеют большой размер и вес.

Плюсы: Минусы: ** Ценовое преимущество импульсных блоков очевидно для достаточно мощных изделий, также благодаря высокому КПД и малым габаритам, у них лучше соотношение цена/качество

Импульсного блока питания на 5000мА вполне достаточно чтобы закрыть все ваши потребности, он подойдет как для мощных устройств, так и для устройств, требующих ток в 300мА.

Тенденции: будущее за импульсными блоками питания. По мере удешевления компонентов импульсных блоков питания, они все больше и больше теснят и маломощные трансформаторные. Пример: зарядные устройства мобильных телефонов сейчас преимущественно импульсные, хотя еще несколько лет назад на таких небольших мощностях использовались трансформаторные блоки питания.

Источник

Стабилизированный адаптер из нестабилизированного

В магазинах, киосках подземных переходов, на радиорынках можно купить так называемые адаптеры, оформленные в виде сетевой вилки. Большие пульсации выходного напряжения и его зависимость от тока нагрузки затрудняют питание от них какой-либо радиоэлектронной аппаратуры. Как стабилизировать выходное напряжение таких адаптеров и рассказывается в данной статье.

Для фиксирования «круглых» значений выходного напряжения проще всего использовать микросхемы КР142ЕН5 и КР142ЕН8 с соответствующими буквенными индексами [1], устанавливая их на теплоотводе в корпус адаптера и дополняя выходным конденсатором емкостью не менее 10 мкФ. Если же необходимо «нестандартное» напряжение, следует применить микросхему КР142ЕН12А [2].

Микросхема DA1 установлена на ребристый теплоотвод размерами 10x18x38 мм от промышленного устройства. Для хорошего охлаждения в нижней и верхней стенках корпуса адаптера (ориентация при включении его в настенную розетку) просверлены по шесть отверстий диаметром 6 мм.

Если ограничение выходного тока не требуется, резистор R1 и конденсатор C3 можно исключить. В таком варианте максимальный выходной ток составлял 0.5А при напряжении пульсаций около 1 мВ. Подобрав сопротивления резисторов R3 и R4, можно можно собрать стабилизатор на любое выходное напряжение в пределах, допустимых трансформатором адаптера.

Для сверления крепежных отверстий и отверстий для установки переключателей и светодиода удобно применить печатную плату от используемого адаптера как трафарет. Чтобы выпаять переключатель из платы и при этом не повредить ее, необходимо, прогревая одновременно несколько соседних контактов паяльником, изгибать плату. Переходя постепенно к другим контактам, можно выпаять переключатель целиком.

Микросхема DA1 установлена на медную пластину размерами 52x38x1 мм, выполняющую роль теплоотвода. Пластина имеет отбортовку для крепления на плате, а по ее периметру просверлены отверстия диаметром 4 мм для обеспечения вентиляции. Для тех же целей в верхней и нижней стенках корпуса просверлено по восемь отверстий диаметром 6 мм.

Источник

Нестабильный импульсный блока питания

Нестабильный блок питания может вызвать серьезные системные проблемы, такие как слышимый шум от пассивных компонентов, неожиданное дрожание частоты переключения, сильные колебания выходного напряжения во время переходных процессов нагрузки и отказы в полупроводниковых переключателях.

Нестабильный импульсный блок питания: советы по диагностике и стабилизации

Хотя существуют разные причины нестабильности, не настроенная компенсационная сеть является причиной большинства проблем нестабильности в импульсных блоках питания. В этой статье дается руководство о том, как определить, является ли источником нестабильности не настроенная компенсационная сеть, и предлагаются быстрые советы по повышению стабильности нестабильных источников питания.

Нестабильный переходный отклик: мера стабильности блока питания

Переходные характеристики импульсного блока питания характеризуются двумя основными критериями: полосой пропускания (BW) и запасом по фазе (PM). Более широкая полоса пропускания приводит к быстрой переходной реакции. С другой стороны, высокое значение фазовой модуляции означает лучшую стабильность. Для получения приемлемых переходных характеристик требуются широкая полоса пропускания и высокая PM. Однако существует компромисс между BW и PM. Методы увеличения BW обычно уменьшают PM, и наоборот.

На рис. 1 показан типичный переходной отклик блока питания с широкой полосой пропускания и низкой PM. Когда происходит переход нагрузки, выходное напряжение проходит несколько колебаний, прежде чем установится на регулируемом напряжении. Количество колебаний выходного напряжения во время переключения нагрузки является хорошим показателем стабильности блока питания. Количество колебаний напрямую связано с PM и, следовательно, стабильностью блока питания.

Компенсационные сети в коммутационных регуляторах

Обычно для коммутирующих регуляторов широко используются два типа компенсационных сетей: Тип II и Тип III. В компенсационных сетях типа II применяется установка нулевого полюса для достижения желаемых BW и PM. Для дальнейшего улучшения переходной характеристики регулятора используется компенсационная сеть типа III. В компенсационных сетях типа III добавлен дополнительный набор нулевых полюсов, который помогает достичь более широкой полосы пропускания или более высоких значений PM. На рисунке 2 показана схема компенсационной сети типа III.

Цель этой статьи — показать, как можно использовать простые методы для стабилизации и исправить другие проблемы, которые имеет нестабильный блок питания. Обратите внимание, что предложенные методы будут эффективны только в том случае, если источником нестабильности является не настроенная компенсационная сеть.

Два типа импульсных регуляторов, описанные ниже, относятся к реализации сети компенсации. Это два типа: импульсные регуляторы с внешней компенсационной сетью и импульсные регуляторы с внутренней компенсационной сетью. На рисунке 3 показаны типичные схемы применения для этих двух типов источников питания.

Нестабильный блок питания: наличие регулятора для стабилизации

Как обсуждалось ранее, нестабильность импульсного регулятора можно проверить, посмотрев на его переходную реакцию на изменение нагрузки.

На рис. 1 показан в качестве примера нестабильный блок питания, в котором наблюдается несколько колебаний выходного напряжения при переходе нагрузки. На рис. 4 показан график Боде для блока питания изображенного на рисунке 1. В этом примере полоса пропускания составляет 65 кГц, а PM — только 16°.

Чтобы получить источник питания с приемлемыми переходными характеристиками, рекомендуется полоса пропускания не более 10% от частоты переключения и PM 60°. Частота переключения блока питания на рисунке 1 составляла 400 кГц. Это ограничивает допустимую полосу пропускания до 40 кГц. На рисунке 4 высокая полоса пропускания 65 кГц приводит к небольшой PM (только 16°).

На рисунке 4 показано, что кривая амплитуды (синяя) достигает 0 дБ, когда фазовая кривая (красная) уже спускается. Для надлежащей PM и хорошей стабильности точка 0 дБ на кривой амплитуды должна появиться до того, как фазовая кривая начнет снижаться.

Представленные ниже методы позволят читателям быстро исправить нестабильные импульсные источники питания, а также предложат методы, позволяющие увидеть, может ли уменьшение полосы пропускания улучшить стабильность. Если стабильность улучшается по мере того, как BW значительно уменьшается, это подтверждение того, что источником нестабильности была ненастроенная компенсационная сеть.

Регулирующие органы с внешними компенсационными сетями

Нестабильный блок питания с внешними компенсационными сетями, цепь которой размещается на выводе COMP. В этом сценарии быстрый способ увидеть, вызваны ли колебания на выходе ненастроенной компенсационной схемой, — для этого нужно установить большой конденсатор на вывод COMP.

Эта емкость на выводе COMP вводит низкочастотный полюс в контур управления, что значительно ограничивает полосу пропускания. Чем больше значение этого конденсатора, тем ниже полоса пропускания. На рисунке 5 показан эффект добавления большой емкости на вывод COMP. Типичный диапазон для конденсатора на выводе COMP составляет от 100 нФ до 1 мкФ.

Регуляторы с внутренней компенсационной сетью

Для регуляторов с внутренней компенсационной сетью вывод COMP недоступен. Следовательно, необходимо использовать внешние регуляторы, чтобы уменьшить полосу пропускания и улучшить стабильность. Наиболее эффективный метод ограничения полосы пропускания импульсного регулятора с внутренней компенсационной схемой — это использование резистора, последовательно соединенного с выводом обратной связи (называемого резистором серии FB).

На рисунке 6 показано влияние добавления резистора серии FB. Этот резистор сдвигает кривую амплитуды вниз с незначительным влиянием на фазовую кривую. Следовательно, он эффективно ограничивает полосу пропускания и увеличивает стабильность, которой не имеет нестабильный блока питания. Чем больше резистор серии FB, тем больше уменьшение полосы пропускания. Типичные резисторы серии FB должны находиться в диапазоне от 5 кОм до 100 кОм.

Проверка предлагаемых методов поиска и устранения нестабильного блока питания

В этой статье, в этом примере будут использоваться две части. MPM3530 — это понижающий силовой модуль на 55v/3 А с внешней компенсационной сетью от Monolithic Power Systems (MPS). На рисунке 7 (а) показана типовая схема применения MPM3530. На рисунке 7 (b) показан MPQ4420, синхронный понижающий стабилизатор на 36v/2А от MPS с внутренней компенсационной сетью.

Чтобы продемонстрировать эффективность добавления большого конденсатора на вывод COMP, рассмотрим MPM3530. В этом примере компоненты компенсационной сети выбраны так, что регулятор становится нестабильным. Для этого увеличьте сопротивление R3 на рис. 7 (а) с 2,53 кОм до 16 кОм. На рисунке 8 показан переходной отклик MPM3530 и его график Боде. Большое количество колебаний на выходе означает низкую стабильность. Небольшая величина PM всего 2° на графике Боде подтверждает низкую стабильность.

На рисунке 9 показано, что происходит с переходной характеристикой после добавления конденсатора емкостью 1 мкФ к выводу COMP. Сильные колебания на выходе гаснут, что означает улучшение стабильности. График Боде показывает, что BW, как и ожидалось, значительно снизилась. Уменьшение BW приводит к значительному увеличению PM, что, в свою очередь, улучшает стабильность.

Однако улучшение стабильности достигается за счет более медленного отклика; время установления выходного напряжения значительно увеличилось с 300 мкс до 2 мс. Также обратите внимание, что из-за более медленной реакции на изменение нагрузки максимальное падение напряжения увеличивается до 700 мВ по сравнению с 15 мВ на Рисунке 8.

Как показано на Рисунке 7 (b), вывод COMP недоступен в регуляторах с внутренней компенсационной сетью, таких как MPQ4420. На рисунке 10 показана переходная характеристика MPQ4420 без резистора серии FB (например, R3 установлен на 0 Ом на рисунке 7 (a)). Сильные колебания выходного напряжения при переходе нагрузки демонстрируют низкую стабильность. Глядя на график Боде, полоса пропускания составляет 72 кГц, в то время как PM только 11°. Так как частота переключения MPQ4420 по умолчанию составляет 410 кГц, полоса пропускания должна быть ограничена ниже 41 кГц.

На рисунке 11 показано, как изменение сопротивления R3 с 0 Ом до 51 кОм значительно снижает колебания во время переходной характеристики. Как и ожидалось, введение резистора серии FB сместило кривую амплитуды вниз, что означает более низкую полосу пропускания и более высокую PM. В этом сценарии новая полоса пропускания составляет 21 кГц, а PM улучшилась с 11° до 43,5°.

Дальнейшее улучшение переходной характеристики блока питания

Несмотря на более высокую стабильность и меньшее количество колебаний на выходе, показанном на рисунке 12, PM все еще ниже целевого значения 60°. Дальнейшее сокращение полосы пропускания не приведет к дополнительному увеличению PM и еще больше замедлит время отклика. Как было сказано ранее, более низкая полоса пропускания также увеличивает величину провала напряжения.

Дополнительный регулятор можно использовать для улучшения PM, не замедляя работу регулятора, жертвуя BW. Это решение представляет собой конденсатор прямой связи (CFF).

Поскольку это внутренняя компенсационная сеть Типа II, она не обеспечивает повышения фазы. Если требуется повышение фазы, добавьте CFF в сеть обратной связи (см. Рисунок 12). CFF добавляет еще один ноль к компенсационной сети, что может повысить PM без уменьшения BW. Фактически, если конденсатор выбран правильно, PM может быть улучшен, а BW также может быть увеличена для достижения более быстрой переходной характеристики.

На рисунке 13 показаны переходная характеристика и график Боде для MPQ4420 с резистором серии FB 19 кОм и CFF 220 пФ. Как показано здесь, полоса пропускания увеличилась до 40 кГц, что составляет ровно 10% от частоты переключения, а PM достигла 78°, что соответствует целевому PM 60°.

На Рисунке 13 показано, что есть только одно провисание выходного напряжения, что подтверждает хорошую стабильность устройства. Время отклика также сократилось примерно до 60 мкс, а пониженное напряжение уменьшилось до 8 мВ.

Заключение

В этой статье мы предоставили несколько простых советов, чтобы диагностировать и решать проблемы нестабильности в импульсных источников питания. Были предложены отдельные методы стабилизации регуляторов с внешней компенсационной сетью по сравнению с регуляторами с внешней компенсационной сетью. Эффективность предложенных методов была проверена путем их применения к MPM3530 и MPQ4420 от MPS, и в этой статье было продемонстрировано, как конденсатор прямой связи может еще больше улучшить переходную характеристику импульсного стабилизатора.

Источник

Как работает блок питания компьютера

Содержание

Содержание

Большинство рассказов про блоки питания начинается с подчеркивания их важнейшей и чуть ли не главенствующей роли в составе компьютера. Это не так. БП — просто один из компонентов системы, без которого она не будет работать. Он обеспечивает преобразование переменного напряжения из сети в необходимые для работы ПК стабилизированные напряжения. Все блоки можно разделить на импульсные и линейные. Современные компьютерные блоки выполнены по импульсной схеме.

Линейные блоки питания

Сетевое напряжение поступает на первичную обмотку трансформатора, а со вторичной мы снимаем уже пониженное до нужных пределов переменное напряжение. Далее оно выпрямляется, следом стоит фильтр (в данном случае нарисован обычный электролитический конденсатор) и схема стабилизации. Схема стабилизации необходима, так как напряжение на вторичной обмотке напрямую зависит от входного напряжения, а оно только по ГОСТу может меняться в пределах ±10 %, а в реальности — и больше.

Основные достоинства линейных блоков питания — простая конструкция и низкий уровень помех (поэтому аудиофилы часто используют их в усилителях). Недостаток таких БП — габариты и невысокий КПД. Собрать БП мощностью 400 и более Вт по такой схеме возможно, но он будет иметь устрашающие размеры, вес и стоимость (медь нынче дорогая).

Импульсные блоки питания

Далее в тексте сократим название «импульсный источник питания» до ИИП. Такие блоки питания более сложны, но гораздо более компактны. Для примера на фото ниже показана пара трансформаторов.

Слева — отечественный сетевой с номинальной мощностью 17 Вт, справа — выпаянный из компьютерного БП мощностью 450 Вт. Кстати, отечественный еще и весит раз в 5 больше.

В ИИП сетевое напряжение сначала выпрямляется и сглаживается фильтром, а потом опять преобразуется в переменное, но уже гораздо более высокой частоты (несколько десятков килогерц). А затем оно понижается трансформатором.

Так выглядит плата вживую:

Фильтр

Фильтр в блоке питания двунаправленный: он поглощает разного рода помехи: как созданные самим БП, так и приходящие из сети. В самых бюджетных БП предприимчивые китайцы вместо дросселей распаивали перемычки (или, как их называют ремонтники, «пофигисторы»), а конденсаторы не ставили вообще. Чем это плохо: помехи будут влиять на другую аппаратуру, подключенную к данной сети, а напряжение на выходе получится с «мусором». Сейчас таких блоков уже немного. Встречается также экономия на размерах: фильтр как бы есть, но работать он будет кое-как.

Фильтр работает эффективнее, когда он находится как можно ближе к источнику помех. Поэтому часть фильтра зачастую располагают прямо на сетевой розетке.

На картинке изображен фильтр в минимальной комплектации. F1 — предохранитель, VDR1 — варистор, N1 — термистор, Х2 — Х-конденсатор, Y1 — Y-конденсаторы, L1 — синфазный дроссель. Резистор R1 служит для разряда конденсатора Х2.

Еще одна опасная для жизни пользователей экономия — когда вместо специальных Х- и Y-конденсаторов ставят обычные. Впрочем, встречается она редко. Автор видел такое всего один раз и очень давно. Экономия очень незначительна, а риск для пользователей очень велик, так как, например, Y-конденсаторы подключаются одной «ногой» на фазу, а другой — на корпус. В случае пробоя конденсатора можно получить опасное для жизни напряжение на корпусе.

Корректор коэффициента мощности

Не будем вдаваться в подробности, поскольку статьи на эту тему уже были: раз и два. Скажем только, что корректор коэффициента мощности должен быть во всех компьютерных БП, желательно активного типа (A-PFC).

Плюсы корректора:
1) Снижается нагрузка на сеть.
2) Повышенный диапазон входного напряжения (чаще всего, но не всегда).
3) Улучшение работы инвертора.

Минусы:
1) Увеличивается сложность конструкции, соответственно, снижается надежность.
2) Возможны проблемы при работе с UPS.

Преобразователь

Обычно используется мостовая или полумостовая схема. Чаще всего встречается полумост. На картинке ниже он изображен в упрощенном виде.

Как видно по схеме, транзисторы открываются поочередно с небольшой задержкой, чтобы не случилось ситуации, когда оба окажутся открыты. В таком случае получаем на первичной обмотке переменный ток высокой частоты, а на вторичной — уже пониженный до нужной величины.

В топовых блоках применяются резонансные преобразователи (LLC), которые имеют более высокий КПД, но они технически сложнее.

Выпрямление и стабилизация выходных напряжений

По способу выпрямления и стабилизации блоки можно поделить на четыре группы:

1) Выпрямление с помощью диодов Шоттки (полупроводниковый прибор, у которого при прямом включении падение напряжения будет в три-четыре раза меньше, чем у обычных кремниевых), групповая стабилизация.

Второй имеет меньший размер. Это отдельная стабилизация канала 3,3 В. Сейчас такие БП часто встречаются в основном в бюджетном сегменте. Например:

Вот, например, фото такого блока. Очень бюджетно:

2) Выпрямление с помощью диодов Шоттки, раздельная стабилизация на магнитных усилителях. Внешне их можно отличить по наличию в выходных цепях трех крупных дросселей. Данная схема в современных БП не используется: ее вытеснили более производительные решения. Пик такой схемотехники — начало 2000-х годов.

3) Выпрямление канала 12 В с помощью диодов Шоттки. Напряжения 5 В и 3,3 В получают из 12 В с помощью преобразователей DC-DC. Развитие электроники позволило производить недорогие и эффективные преобразователи такого рода. БП будет ненамного эффективнее обычных с групповой стабилизацией (так как нагрузка на низковольтные каналы небольшая), но стабильность напряжений выше.

4) Канал 12 В — синхронный выпрямитель на MOSFET (полевой транзистор с изолированным затвором), остальные напряжения получают при помощи преобразователей DC-DC.

Это наиболее эффективная и точная, но и более сложная схемотехника. В соответствии с ней делают все топовые блоки питания. Отклонения выходных напряжений у таких блоков укладываются в один-два процента при допустимых 5 %.

Дежурный источник питания

Представляет из себя маломощный ИИП с напряжением на выходе 5 В. Он работает все время, пока БП подключен к сети. Обеспечивает питание микросхем внутри блока и питание логики на материнской плате, а также подает питание на порты USB при выключенном компьютере.

Супервизор

Микросхема обеспечивает функционирование основных защит в блоке (превышения выходных напряжений, превышение выходного тока и прочее), управляет включением и выключением блока по сигналам с материнской платы.

Теперь вы представляете, как обстоит дело со схемотехникой в наши дни. А что нас ждет в будущем? В мае 2020 года компания Интел выпустила новый ATX12VO (12 V Only) Desktop Power Supply Disign Guide в котором описывает совершенно новые БП: у блока осталось только одно напряжение — 12 В. Нужные напряжения будет преобразовывать материнская плата. Дежурный источник питания с напряжения 5 В перейдет на 12 В. При этом размеры блоков АТХ остаются такими же. Это сделано для того, чтобы сохранить совместимость со старыми корпусами. Правда, пока производители не торопятся переходить на этот формфактор.

Источник

• ← кто то ест комнатные цветы что делать
• что такое парфюмерная капсула →