Блоки живлення в режимі комутації (SMPS)

Середнє значення вихідної напруги можна легко розрахувати за формулою:

Схема та опис, що показують принцип роботи джерела імпульсів:

1 - вхід змінного струму

3 - вхідний фільтр

4 - випрямлива система у вигляді мосту Граца

5 - маніпуляційний транзистор

6 - ШІМ-контролер

7 - оптоізолятор (гальванічна ізоляція)

8 - імпульсний трансформатор

10 - вихідний фільтр

11 - вихід постійної напруги

1 - вхід змінного струму

3 - вхідний фільтр

4 - випрямлива система у вигляді мосту Граца

5 - маніпуляційний транзистор

6 - ШІМ-контролер

7 - оптоізолятор (гальванічна ізоляція)

8 - імпульсний трансформатор

10 - вихідний фільтр

11 - вихід постійної напруги

Кілька рекомендацій щодо того, на які параметри орієнтуватися при виборі джерела імпульсу.

Вхідна напруга

У Польщі та Європейському Союзі напруга мережі становить 230 В змінного струму (за винятком Великобританії - 240 В змінного струму). Стандарти допускають відхилення на 10%, тому напруга може коливатися від 207 В до 235 В змінного струму. Тому варто вибрати джерело з широким діапазоном вхідних напруг, напр. 100–264 В змінного струму.

Макс. Пусковий струм

При включенні джерела живлення з'являється великий імпульс струму, який може досягати високих значень в залежності від джерела живлення, в порядку кілька десятків ампер, тривалість макс. 1 період, тобто на частоті 50 Гц змінного струму до 20 мс. Це явище спричинене зарядкою вхідних конденсаторів. Це може бути проблемою, наприклад під час паралельного запуску декількох джерел або використання джерела високої продуктивності. Великий пусковий струм може призвести до спрацьовування джерела живлення (запобіжники, перенапруги тощо). Початковою точкою для цієї ситуації є зміна запобіжників перенапруги на тип C або D.

Це відношення вихідної потужності постійного струму (передається джерелом) до вхідної потужності змінного струму (взятого з мережі), виражене у відсотках.

Ефективність вказується буквою грецького алфавіту "ета": η. На кожному енергопереробному заводі частина споживаної потужності йде на втрати, і саме ефективність дає змогу оцінити силу втрат. Зверніть увагу на цей параметр, оскільки чим більший ККД, тим менше втрачається енергії і нижча температура всередині джерела, що призводить до підвищення надійності та збільшення терміну служби обладнання. Вироблені в даний час джерела імпульсів досягають ефективності до 90% (трансформаторні/лінійні джерела мають низьку енергоефективність, що не перевищує 50%).

η - ефективність, виражена у відсотках

Надутися - вихідна потужність

Надутися - вхідна потужність

η - ефективність, виражена у відсотках

Надутися - вихідна потужність

Надутися - вхідна потужність

Приклад 1.
У нас є джерело з вихідною потужністю 100 Вт, яке бере від енергомережі 117,6 Вт. Ми розраховуємо його ефективність.

Вихідна потужність та ефективність найчастіше повідомляються у вихідних даних. Виробники не вказують споживання енергії в специфікації. Ми можемо легко обчислити це, замінивши значення у зміненій формулі.

Приклад 2.
Ми маємо блок живлення з вихідною потужністю 150 Вт та ККД 86%. Ми розраховуємо потужність енергії від енергетичної мережі.

Ми також можемо легко розрахувати, яка потужність втрачається для нагрівання в цьому джерелі (Pd - потужність втрат), ми використовуємо просту формулу (від отриманої потужності віднімаємо передану потужність).

У цьому випадку для нагрівання втрачається 24,4 Вт, звичайно при повному навантаженні. Ці 24,4 Вт підвищують температуру всередині корпусу та нагрівають внутрішні компоненти.

MTBF - середній час відмови

Це виражається в годинах і являє собою інформацію про надійність пристрою.

Цей параметр дуже часто трактується неправильно. Наприклад, джерело MTBF становить 700 000 годин, майже 80 років. Це не означає, що джерело працюватиме без збоїв так довго.

Методи та методи розрахунку MTBF були запроваджені американськими військовими в 1965 році разом з публікацією MIL-HDBK-217. Він містить частоту несправностей різних електронних компонентів, наприклад конденсатори, резистори, транзистори. Методи розрахунку рівня відмов опубліковані в цій моделі. Це мало послужити стандартизації оцінки надійності електронного обладнання та військової техніки.

Окрім MIL-HDBK-217, використовуються також інші методи розрахунку параметра MTBF, які можна знайти в технічних даних електронних пристроїв. Усі моделі мають різні алгоритми розрахунку надійності. Приклади методів: HRD5, Telcordia, RBD, модель Маркова, FMEA/FMECA, дерева розломів, HALT.

Коли ми знаємо час MTBF, ми можемо розрахувати ймовірність пошкодження обладнання до закінчення часу MTBF. Це дуже корисна інформація, яка дозволить вам оцінити несправність системи. В основному, це просте правило: чим більший MTBF, тим надійніше обладнання.

Однак не можна забувати, що MTBF завжди вказує час, через який надійність пристрою падає до 36,8%.

Чому? Нам потрібно ввести формулу надійності в розрахунки.

R (T) - надійність, виражена у відсотках від часу роботи обладнання

Т - час роботи пристрою

MTBF - середній час між відмовами

2718-й найпоширеніший - номер Ейлера (у формулах відображається як "буква")

R (T) - надійність, виражена у відсотках від часу роботи обладнання

Т - час роботи пристрою

MTBF - середній час між відмовами

2718-й найпоширеніший - номер Ейлера (у формулах відображається як "буква")

Словами: 2718 збільшено до негативної сили робочого часу, поділеного на MTBF.

Ми обчислюємо частоту відмов пристрою, MTBF якого становить 50000 годин через час 50000 годин.

Таким чином, пристрій з MTBF = 50000 годин має надійність 36,8% через час 50000 годин. Іншими словами, після 50 000 годин існує ймовірність 100 пристроїв

37 буде добре, а 63 - не.

Перевіримо ймовірність виникнення дефекту протягом 3 років, наприклад, два джерела з різними MTBF.

1. MTBF = 50 000 годин, 3 роки = 3 роки x 24 години x 365 днів = 26 280 годин, і ми вставляємо у формулу:

Цей результат показує ймовірність того, що через 3 роки 59,1% ресурсів працюватимуть без збоїв (наприклад, на 100 пристроїв

59 буде добре, а 41 піде не так).

2. MTBF = 700000 годин, 3 роки = 3 роки x 24 години x 365 днів = 26 280 годин і покладіть у формулу.

Цей результат показує ймовірність того, що через 3 роки 97,1% ресурсів працюватимуть без збоїв (наприклад, на 100 пристроях

97 буде добре, а 3 підуть не так).

Найчастіше параметр MTBF визначається виробником щодо роботи пристрою при температурі навколишнього середовища 25 ° C. При роботі при більш високих температурах принцип полягає в тому, що підвищення температури навколишнього середовища на 10 ° C призведе до дворазового зниження MTBF. Чому деякі пристрої мають високий MTBF, а інші низький? Відмінності залежать від якості використовуваних компонентів та ступеня складності обладнання. Не всі виробники включають цей параметр у технічні дані.

Вихідна напруга

Вихідна напруга - це напруга, яка повинна стабілізуватися при зміні навантаження джерела від 0 до 100%. Ми повинні усвідомити, що у всіх джерелах на вихідну напругу впливають шум, хвилі та перешкоди. Вони можуть мати амплітуду в кілька сотень mVp-β. Іноді занадто велике значення пульсацій вихідної напруги може спричинити проблеми, якщо джерело живлення пристрою схильне до пульсацій, наприклад проблеми із зображенням із камери в додатку відеоспостереження або часте перезавантаження електронного пристрою.

Нижче наведено знімок осцилограми пульсацій напруги джерела імпульсу 12 В.

Динамічна реакція

Кожне джерело повинно подавати вихідну напругу на навантаження з постійним значенням, яке не змінюється при зміні струму навантаження. Однак іноді відбуваються різкі зміни навантаження (наприклад, увімкнення/вимкнення інфрачервоного відбивача на камері відеоспостереження або запуск/вимкнення іншого навантаження). Коли навантаження змінюється від 0 до 100% (або навпаки), виникатимуть перешкоди та коливання вихідної напруги, що може вплинути на роботу інших пристроїв, підключених до джерела.

На малюнку нижче показано зміни вихідної напруги щодо зміни навантаження від 0 до 100% високої якості джерела живлення, витягнутих з його технічної документації.

В - вихідна напруга

L - навантаження

В - вихідна напруга

L - навантаження

Більшість джерел імпульсів оснащені системами, що захищають вихід від наслідків короткого замикання та перевантажень. Оскільки використовуються різні методи безпеки, необхідно правильно вибрати джерело для типу навантаження. Двигуни, лампочки, навантаження великої потужності, індуктивності тощо, тобто т. Зв нелінійних навантажень, їм може знадобитися великий імпульс струму при пуску, значно перевищуючи максимальний номінальний струм джерела. Це може спричинити безпеку та запобігти запуску джерела. На практиці це може довести, що джерело, напр. 12 В 50 Вт, не зможе запуститися після підключення навантаження 12 В 30 Вт (наприклад, лампочка, двигун).

Розробники ресурсів використовують різні методи захисту від наслідків короткого замикання та перевантажень. Безпека повинна захищати ресурси та тягар. Найпоширеніші з них описані нижче.

Режим гикавки

Це безпека, яка використовується дуже часто (з англійської. гикавка - очікування), що має перевагу невеликих втрат потужності у разі перевантаження або короткого замикання та автоматичного повернення до нормальної роботи після того, як причина короткого замикання або перевантаження минула.

Графік нижче ілюструє принцип роботи гикавки.

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

A - коротке замикання (перевантаження)

B - закінчення причини короткого замикання

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

A - коротке замикання (перевантаження)

B - закінчення причини короткого замикання

Вчасно A виникає перевантаження або коротке замикання. Блок живлення відключений. На виході з'являється імпульс струму з дуже короткою тривалістю (наприклад, 100 мс) і значенням до 150% максимального струму. Джерело видає цей імпульс кожні кілька секунд, поки не зникне причина перевантаження або короткого замикання (B) потім вступає в нормальну роботу. Поріг спрацьовування цього захисту (відключення електроживлення) встановлюється в більшості випадків 110-150% від номінального струму (Iout). Найчастіше цей режим інтегрований з тепловим запобіжником. Якщо навантаження набирає струм, що перевищує номінальний, але менший за поріг спрацьовування безпеки, тепловий запобіжник через короткий час увімкнеться, відключить джерело живлення, і джерело живлення перейде в режим гикавки, доки причини перевантаження не зникнуть.

Інші типи захисту використовуються як захист від надмірного споживання енергії, як показано на графіку нижче (три криві: A, B і C).

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

Крива А - обмеження струму відкидання
Цей тип захисту також використовується в лінійних джерелах. Коли максимальний струм перевищений (зменшення опору навантаження), він зменшується (зменшується). Іншими словами, якщо опір навантаження зменшується, сила струму зменшується. Перевагою цього рішення є невеликі втрати потужності в ресурсах у разі перевантаження або короткого замикання. Але з цим рішенням джерело не запускається при навантаженні з великим пусковим струмом (наприклад, велика потужність).

Крива В - обмеження постійного струму
Після перевищення максимального струму (зменшення опору навантаження) джерело підтримує постійний вихідний струм незалежно від величини перевантаження, тоді як вихідна напруга зменшується. Другий запобіжник також часто використовується для вимкнення джерела живлення, коли напруга падає до декількох вольт. Великими недоліками цього методу є великі втрати потужності в самому джерелі та великий струм, що протікає через навантаження, що може спричинити пошкодження. Цей тип захисту дозволяє джерелу запускатися під навантаженням з нелінійною характеристикою.

Крива С - обмеження потужності
Після перевищення максимального струму (зменшення опору навантаження) вихідна потужність джерела залишається на постійному рівні. Разом із збільшенням навантаження напруга та вихідний струм зменшуються відповідно до характеристики С. Цей тип захисту дозволяє джерелу запускатися при навантаженнях з нелінійними характеристиками.

Робоча температура (температура навколишнього середовища, температура навколишнього повітря)

Залежно від ефективності джерела частина енергії, що подається до джерела, втрачається для нагрівання, температура всередині джерела зростає по відношенню до зовнішньої температури. Високоякісні джерела, що працюють при 25 ° C, можна нагріти до 50-70 ° C. При температурі навколишнього середовища 50 ° C їх можна нагріти до 75-95 ° C.

Дуже важливо усвідомити, що робоча температура безпосередньо впливає на термін служби та надійність обладнання. Імпульсні блоки живлення мають складну конструкцію і складаються з великої кількості електронних компонентів, які можуть бути розташовані близько один до одного всередині корпусу джерела живлення. Занадто висока внутрішня температура може пошкодити блок живлення та значно скоротити термін його служби. Пам'ятайте, що існує сильна температурна залежність вихідної потужності. Обов’язково уникайте роботи джерела живлення при температурі вище 50 ° C, хоча виробники часто повідомляють про робочі температури вище цього значення. У цьому випадку уважно прочитайте технічну документацію.

Наприклад, джерело живлення на 150 Вт 12 В - зазначена робоча температура становить від -10 ° C до 70 ° C. Однак у документації виробник розмістив графік процентного навантаження як функції робочої температури.

L - відсоткове навантаження

T - робоча температура

L - відсоткове навантаження

T - робоча температура

Як видно на малюнку, джерело може подавати вантаж на повну потужність, але лише до температури 50 ° C. При роботі при температурі 70 ° C пристрій може бути навантажений до 50%, тобто до половини максимального струму.

Найбільш чутливими до підвищення температури елементами є електролітичні конденсатори. Практично кожне джерело містить кілька штук. Виробники конденсаторів мають важливий параметр, так званий термін служби, для максимальної робочої температури. Зниження температури на 10 ° С призведе до подвійного збільшення терміну служби електролітичного конденсатора. Наприклад стандартні електролітичні конденсатори мають тривалість життя 1000 годин при 105 ° C.

Отже:

Ці часи не означають закінчення терміну служби конденсатора, лише час, після якого відбувається значне погіршення його параметрів (ємність, послідовний опір тощо), що найчастіше призводить до поломки.

Як видно з прикладу вище, нижча температура = довший термін служби. Є конденсатори з терміном служби в кілька разів довший, але це призведе до вищої ціни. Це залежить від виробника, які компоненти використовувати. У недорогих джерелах не використовуються більш дорогі деталі з більшим терміном служби.

• Екзотичні тваринні джерела білка, які ви повинні скуштувати! А точніше ні
• Експрес-втрата ваги, лімфодренаж всього тіла, тренування Power Plate, Братислава - Петржалка
• Французький яблучний пиріг із кремом Power Cashew без глютену - maxsport
• Hot Power Belt HPB01 Стягуючий неопреновий ремінь для схуднення Sirel Найпопулярніші товари, dom
• Фітнес-ремінь POWERLIFTING (POWER SYSTEM)