Теоретичні відомості

Блок живлення (БЖ) - пристрій, призначений для формування необхідного споживачеві (навантаженні) напруги (при заданому струмі навантаження), як при живленні його від електричної мережі, так і від інших джерел живлення. Пристрої живлення поділяються на автономні та неавтономні, стабілізовані та не стабілізовані, з фільтрацією та без фільтрації, з захистом та без захисту. Блоки живлення бувають трансформаторними та імпульсними.

Трансформаторні блоки живлення

Рис.7.1.Схема найпростішого трансформаторного БЖ c двухполуперіодний випрямлячем

Класичним блоком живлення є трансформаторний БЖ. У загальному випадку він складається з понижувального трансформатора, у якого первинна обмотка розрахована на мережеве напруга. Потім встановлюється випрямляч, що перетворює змінну напругу в постійне (пульсуюче односпрямоване). У більшості випадків випрямляч складається з одного діода (однополуперіодної випрямляч) або чотирьох діодів, що утворюють діодний міст (двухполуперіодний випрямляч). Іноді використовуються й інші схеми, наприклад, у випрямлячах з подвоєнням напруги. Після випрямляча встановлюється фільтр, що згладжує коливання (пульсації). Зазвичай він є просто конденсатор великої ємності. Також в схемі можуть бути встановлені фільтри високочастотних перешкод, сплесків, захисту від КЗ, стабілізатори напруги та струму.

Імпульсні блоки живлення

Імпульсний БЖ має більш високий ККД за рахунок того, що працює в ключовому режимі, а регулювання і стабілізація вихідних напруг відбувається методом широтно-імпульсної модуляції.

Коротенько принцип роботи імпульсного БЖ простий: щоб використовувати високочастотні трансформатори, нам необхідно перетворити струм з мережі (220 вольт, 50 Гц) у високочастотний струм (близько 60 кГц). Струм з електричної мережі йде на вхідний фільтр, який відсікає імпульсні високочастотні перешкоди, що утворюються при роботі.Далі - на випрямляч, на виході якого стоїть електролітичний конденсатор для згладжування пульсацій. Далі випрямлена постійна напруга близько 300 вольт надходить на перетворювач напруги, який перетворює вхідний постійна напруга в змінну напругу з прямокутною формою імпульсів високої частоти.

До складу перетворювача входить імпульсний трансформатор, який забезпечує гальванічну розв'язку від мережі і зниження напруги до необхідних значень. Ці трансформатори виготовляються дуже маленькими в порівнянні з класичними, в них мала кількість витків, а замість залізної сердечника використовується феритовий. Потім знімається з трансформатора напруга йде на вторинний випрямляч і високочастотний фільтр, що складається з електролітичних конденсаторів і індуктивностей. Для забезпечення стабільного напруги та роботи використовуються модулі, що забезпечують плавне включення і захист від перевантажень.

Імпульсний блок живлення забирає з мережі стільки енергії, скільки споживає навантаження. Якщо споживана потужність навантаженням буде вище потужності, на яку розрахований БЖ, то сила струму, що протікає по ланцюгам блоку, також буде вищою за ту, на яку розраховані провідники та елементи, що призведе до сильного нагріву і, в результаті чого, до виходу блоку живлення з ладу. Саме тому на виході БЖ стоїть датчик вихідної потужності, і захисна схема відразу відключить блок живлення, якщо розрахункова потужність навантаження буде більше максимальної потужності БЖ.

Отже, якщо необдумано перевантажити блок живлення, то в кращому випадку він просто не увімкнеться, а в гіршому - згорить, тому завжди корисно хоча б прикинути потужність навантаження.

Потужність - фізична величина, що характеризує енергію, віддану або отриману об'єктом в одиницю часу. Відповідно, потужність буває виділяється (вихідна) і поглинається (споживана).

Потужність, як і енергія, буває різних видів (механічна, електрична, теплова, акустична, електромагнітна, хвильова і т.п.), які, у свою чергу, пов'язані з природою цієї енергії. Відношення що виділяється в ході перетворення енергії потужності до споживаної називається коефіцієнтом корисної дії (ККД), який характеризує ефективність цього перетворення.

Як відомо з шкільного курсу фізики, потужність P [Вт] для схеми постійного струму прямо пропорційна напрузі U [В] і силі струму I [А] в ділянці кола:

P = I * U (1)

Цю формулу можна використовувати як для розрахунку потужності, споживаної пристроєм, так і для розрахунку вихідної потужності БЖ, а також для розсіювання теплової потужності.

Відповідно, теплова потужність, яка виділяється на елементі схеми блоку живлення (нагрівання елементу), буде прямо пропорційна силі струму, що проходить через всі споживачі.

Напевно, не треба пояснювати, що сумарна потужність всіх комплектуючих повинна бути менша від максимальної вихідної потужності джерела живлення.

Необхідно також відзначити, що система споживає потужність нерівномірно. Поки потужності припадають на включення ПК або окремого пристрою, задіяння сервоприводів, збільшення обчислювального навантаження на систему і т.д. Таким чином, грубо прикинути максимальну споживану потужність навантаження можна просто склавши потужності всіх пристроїв, підключених до БЖ:

P = p (1) + p (2) + p (3) + ... + P (i) (2)

Хід роботи:

Як відомо, що блок живлення розрахований на 300W, 250-звичайна допустима потужність, 330-середнє завантаження, 350- максимальне навантаження.

1. Складемо таблицю, яка буде мати наступний вигляд:

Таблиця 7.1.

2. Наступним кроком буде знаходження максимальної споживаної потужності навантаження. Необхідно скласти потужності всіх пристроїв,які підключені до блоку живлення, використовуючи формулу(2).

3. Для нормальної роботи системи рекомендовано брати блок живлення з 1.5 запасом, наприклад: сума всіх споживачів дорівнює 213 Вт, необхідно цю суму помножити на 1.5(Р=213*1.5=319.5(Вт))

4. Зробити висновок щодо виконаної роботи, де необхідно вказати чи задовольняє вихідна потужність блоку живлення потребам ПК.

Контрольні питання:

1. Що таке блок живлення і для чого він призначений?

2. З чого складається трансформаторний блок живлення?

3. Принцип роботи імпульсного блоку живлення.

4. Що таке потужність?