Импульсные блоки питания. Работа, виды, особенности, применение

Практически в каждом электронном приборе есть блок питания – важный элемент монтажной схемы. Блоки применяются в устройствах, требующих пониженного питания. Базовой задачей блока питания считается уменьшение сетевого напряжения. Первые импульсные блоки питания сконструированы после изобретения катушки, которая работала с переменным током.

Применение трансформаторов дало толчок развития блоков питания. После выпрямителя тока осуществляется выравнивание напряжения. В блоках с преобразователем частоты этот процесс проходит по-другому.

В импульсном блоке основу составляет инверторная система. После выпрямления напряжения образуются прямоугольные импульсы с высокой частотой, подаются на фильтр выхода низкой частоты. Импульсные блоки питания преобразовывают напряжение, отдают мощность на нагрузку.

Рассеивание энергии от импульсного блока не происходит. От линейного источника идет рассеивание на полупроводниках (транзисторах). Его компактность и малый вес также дает превосходство над трансформаторными блоками при одинаковой мощности, поэтому часто линейные блоки заменяют импульсными.

Принцип действия

Работа ИБП простой конструкции следующая. Если входной ток является переменным, как в большинстве бытовых приборах, то сначала происходит преобразование напряжения в постоянное. Некоторые конструкции блоков имеют переключатели, удваивающие напряжение. Это делается для того, чтобы подключаться к сети с разным номиналом напряжения, например, 115 и 230 вольт.

Выпрямитель выравнивает переменное напряжение и на выходе отдает постоянный ток, который поступает в фильтр конденсаторов. Ток от выпрямителя выходит в виде малых импульсов высокой частоты. Сигналы обладают высокой энергией, за счет которой снижается коэффициент мощности трансформатора импульсов. Благодаря этому габариты импульсного блока небольшие.

Рис.31 Схема сборки импульсного блока питания

Чтобы скорректировать уменьшение мощности в новых блоках питания применяют схему, в которой ток на входе получается в виде синуса. По такой схеме смонтированы блоки в компьютерах, видеокамерах и других устройствах. Импульсный блок работает от постоянного напряжения, проходящего через блок, не изменяясь. Такой блок называют обратноходовым. Если он служит для 115 В, для работы на постоянном напряжении необходимо уже 163 вольта, это рассчитывается как (115 × √2).

Для выпрямителя такая схема вредна, так как половина диодов не используется в работе, это вызывает перегрев рабочей части выпрямителя. Долговечность в этом случае снижается.

После выпрямления напряжения сети в действие вступает инвертор, который преобразовывает ток. Пройдя через коммутатор, имеющий большую энергию выхода, из постоянного получается переменный ток. С обмоткой трансформатора в несколько десятков витков и частотой сотни герц блок питания работает в качестве усилителя низкой частоты, она получается больше 20 кГц, она не доступна слуху человека. Коммутатор изготовлен на транзисторах с многоступенчатым сигналом. Такие транзисторы имеют низкое сопротивление, высокую возможность прохода токов.

 

Рис.32. Схема работы ИБП

В сетевых блоках вход и выход изолируют между собой, в импульсных блоках ток применяется для первичной обмотки высокой частоты. На вторичной обмотке трансформатор создает нужное напряжение.

Для напряжения выхода более 10 В применяют кремниевые диоды. На низких напряжениях ставят диоды Шоттки, которые имеют достоинства:

Быстрое восстановление, что дает возможность иметь малые потери.

Малое падение напряжения. Для снижения напряжения выхода применяют транзистор, в нем выпрямляется основная часть напряжения.

Далее напряжение сглаживается фильтром, в него входят конденсатор, дроссель. Для частот коммутации выше требуются составляющие с малой индуктивностью и емкостью.

Рис.33.Схема импульсного блока минимального размера

Глава 7. Аккумуляторы

Аккумулятором называется электрохимический источник постоянного тока, накапливающий энергию во время заряда и отдающий энергию во время разряда.

Подразделяются на аккумуляторы свинцово-кислотные, щелочные и газовые.

Свинцово-кислотные аккумуляторы являются наиболее распространенными среди всех существующих в настоящее время химических источников тока. Их масштабное производство определяется как относительно низкой ценой, обусловленной сравнительной не дефицитностью исходных материалов, так и разработкой разных вариантов этих аккумуляторов, отвечающих требованиям широкого круга потребителей.

 

7.1.Свинцово-кислотные аккумуляторы.

Состоят из кислотоупорного бака, в котором находится комплект положительных и отрицательных пластин. Количество отрицательных пластин больше положительных на 1, т.к. положительная пластина находится между двумя отрицательными. Активным веществом положительных пластин служит двуокись свинца, а отрицательных пластин -губчатый свинец. Для исключения короткого замыкания пластины изолированы сепараторами- разделителями из мипоры, стекловойлока. В качестве токопроводящей среды обычно применяются водные растворы кислот, называемые электролитом. Пластины залиты электролитом из разведенной дистиллированной водой раствора серной кислоты. Исходя из бака аккумуляторы бывают открытые, закрытые негерметично (ЗНА) и герметизированные. К открытому типу относятся стационарные аккумуляторы С, СК. К закрытому негерметично относятся стационарные аккумуляторы СН и заграничных фирм («Coslight», «Tudor», «Oldam Frans» и др.). Герметизированные аккумуляторы закупаются за рубежом у французской фирмы «Oldam Frans», у немецкой фирмы «Varta», у китайской фирмы «Coslight» и т.д.

Электрохимическая реакция

Протекает в аккумуляторе при подключении постоянного тока от зарядного устройства:

2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4 (заряд)

При подключении нагрузки происходит разряд

PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O (разряд)

По нагрузке протекает постоянный ток.

При заряде свинцово-кислотного аккумулятора, как и в других аккумуляторах с водным электролитом, имеют место побочные реакции выделения газов. Выделение водорода начинается при полном заряде отрицательного электрода. Кислород начинает выделяться гораздо раньше: в обычных условиях заряда при 50-80% заряженности (в зависимости от тока заряда), а при температуре 0 °С уже после заряда на 30-40 %. Вследствие этого отдача положительного электрода по емкости составляет 85-90 %. Для получения полной разрядной емкости при заряде аккумулятору должен быть обеспечен перезаряд на 10-20 % выше номинального напряжения аккумулятора. Этот перезаряд сопровождается существенным выделением водорода на отрицательном электроде и кислорода - на положительном.

При разряде свинцового аккумулятора на обоих электродах формируется малорастворимый сульфат свинца (двойная сульфатация) и происходит сильное разбавление серной кислоты.