Блоки живлення в режимі комутації (SMPS)

Середнє значення вихідної напруги можна легко розрахувати за такою формулою:

Схема та опис роботи імпульсного джерела живлення:

1 - вхідна змінна напруга

3 - вхідний фільтр

4 - випрямляч Граца

5 - адаптерний транзистор

7 - оптоізолятор (гальванічна ізоляція)

8 - імпульсний трансформатор

10 - вихідний фільтр

11 - вихідна напруга постійного струму

1 - вхідна змінна напруга

3 - вхідний фільтр

4 - випрямляч Граца

5 - адаптерний транзистор

7 - оптоізолятор (гальванічна ізоляція)

8 - імпульсний трансформатор

10 - вихідний фільтр

11 - вихідна напруга постійного струму

Ось кілька порад щодо того, на що слід звертати увагу при придбанні імпульсного джерела живлення.

Вхідна напруга

У Польщі та Європейському Союзі напруга мережі становить 230 В змінного струму (крім Великобританії - 240 В змінного струму). Стандарти допускають відхилення на 10%, тобто напруга мережі може становити від 207 до 253 В змінного струму. Тому доцільно вибрати блок живлення з широким діапазоном вхідної напруги, наприклад 100-264 В змінного струму.

Вхідний струм (макс. Струм пуску)

Після включення джерела живлення генерується великий імпульс струму, який може досягати високих значень в залежності від продуктивності джерела живлення., кілька десятків в амперах протягом періоду 1, тобто при 50 Гц змінного струму це значення може становити 20 мс. Це явище спричинене зарядкою вхідних конденсаторів. Це може бути проблемою, наприклад при підключенні декількох джерел живлення одночасно або при використанні джерела живлення вищого рівня. Високий пусковий струм може запустити захист електричної мережі (запобіжники, автоматичні вимикачі тощо). Рішенням цієї ситуації є заміна запобіжників перенапруги типом С або D.

Це відсоток вихідної потужності постійного струму (подається від джерела живлення) та вхідної потужності змінного струму (взятої від мережі), виражений у відсотках.

Ефективність вказується літерою "ета" грецького алфавіту: η. У будь-якому перетворювачі енергії частина поглинаної енергії стає втратою, а ефективність допомагає визначити втрату потужності. Варто звернути увагу на цей параметр, оскільки чим вищий коефіцієнт корисної дії, тим менше втрачається енергії, що призводить до нижчої температури всередині джерела живлення, що призводить до більшої надійності та тривалого терміну служби обладнання. На сьогоднішній день імпульсні джерела живлення мають ефективність до> 90% (трансформаторні/лінійні блоки живлення мають меншу ефективність не більше 50%).

η Ефективність, виражена у відсотках

Надутися Вихідна потужність

PIN-код - вхідна потужність

η Ефективність, виражена у відсотках

Надутися Вихідна потужність

PIN-код - вхідна потужність

Приклад 1
Ми маємо вихідне джерело живлення потужністю 100 Вт, яке споживає 117,6 Вт від мережі. Обчисліть ефективність.

Для більшості джерел живлення вказана вихідна потужність та ефективність. Виробники не вказують у специфікації, скільки енергії споживає блок живлення. Це можна легко обчислити, підставивши значення у перетворену формулу.

Приклад 2
Ми маємо вихідне джерело живлення потужністю 150 Вт з ефективністю 86%. Розрахуйте потужність, яка забирається від електромережі.

Ми також можемо легко розрахувати втрати потужності через тепло в джерелі живлення (Pd - втрати потужності), застосовуючи цю просту формулу (віднімаючи вихідну потужність від споживаної потужності).

У цьому випадку втрати тепла становлять 24,4 Вт при повному навантаженні. Ці 24,4 Вт підвищують температуру всередині корпусу та нагрівають внутрішні компоненти.

MTBF - середній час відмови

Це виражається в годинах і інформує про надійність обладнання.

Цей параметр дуже часто трактується неправильно. Наприклад, потужність джерела живлення має 700000 годин, або майже 80 років. Це не означає, що джерело живлення буде працювати належним чином протягом такого часу.

Методи та методи розрахунку MTBF були запроваджені армією США в 1965 році одночасно з публікацією моделі MIL-HDBK-217. Він включав різні електронні компоненти, наприклад коефіцієнти відмов конденсаторів, резисторів, транзисторів. Методи розрахунку рівня відмов опубліковані в цій моделі. Це мало запровадити стандарти надійності електронного обладнання та військової техніки.

На додаток до моделі MIL-HDBK-217 використовуються інші методи розрахунку параметрів MTBF, які можна знайти в технічних даних електронного обладнання. Кожна модель має різний алгоритм розрахунку надійності. Приклади методів: HRD5, Telcordia, RBD, модель Маркова, FMEA/FMECA, аналіз дерева несправностей, HALT.

Знаючи час MTBF, ми можемо розрахувати ймовірність виходу з ладу обладнання до закінчення часу MTBF. Це дуже корисна інформація, яка дозволяє діагностувати системну помилку. Принцип в основному простий: чим вище MTBF, тим надійніше обладнання.

Пам'ятайте, що MTBF завжди вказує час, через який надійність обладнання знижується до 36,8%.

Чому? Нам потрібно ввести формулу надійності розрахунків.

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

Т Час роботи обладнання

MTBF Середній час між відмовами

2718 - номер Ейлера (позначається буквою "е" у формулах)

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

Т Час роботи обладнання

MTBF Середній час між відмовами

2718 - номер Ейлера (позначається буквою "е" у формулах)

Усно: 2718 піднято до від'ємного рівня робочого часу, розподіленого MTBF.

Розрахуйте частоту відмов обладнання, де MTBF становить 50000 годин через 50000 годин.

Таким чином, надійність обладнання з MTBF = 50000 годин становить 36,8% через 50000 годин. Іншими словами, через 50 000 годин із 100 пристроїв, ймовірно

37 буде працювати коректно, а 63 - не.

Перевірте ймовірність помилки, яка сталася протягом 3 років, наприклад для двох джерел живлення з різними значеннями MTBF.

1. MTBF = 50 000 годин, 3 роки = 3 роки x 24 години x 365 днів = 26 280 годин і замінюється на такий зразок:

Цей результат показує, що через 3 роки існує 59,1% ймовірності того, що джерело живлення буде працювати належним чином (наприклад, для 100 пристроїв

59 буде без помилок, а 41 не вдасться).

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

Цей випадок показує, що через 3 роки існує 97,1% ймовірності належної роботи джерела живлення (наприклад, для 100 пристроїв)

97 буде без помилок, а 3 не вдасться).

MTBF найчастіше вказується виробником стосовно експлуатації обладнання при температурі навколишнього середовища 25 ° C. Працюючи при більш високих температурах, правило полягає в тому, що підвищення температури навколишнього середовища на 10 ° C подвоїть MTBF. Чому одне обладнання має високий MTBF, а інше низький MTBF? Відмінності залежать від використовуваних компонентів та складності обладнання. Не всі виробники вказують цей параметр у технічних характеристиках.

Вихідна напруга

Вихідна напруга - це напруга, яку необхідно стабілізувати, якщо навантаження на джерело живлення змінюється від 0 до 100%. Слід зазначити, що шум, пульсації та порушення додаються до вихідної напруги для кожного джерела живлення. Вони можуть мати амплітуди до декількох сотень mVp-p. У деяких випадках занадто велике значення пульсації вихідної напруги може спричинити проблеми, якщо обладнання схильне до пульсацій, наприклад може заважати зображенню камери у програмах відеоспостереження або спричиняти часті перезапуски електронного пристрою.

Нижче наведено знімок осцилограми імпульсного джерела живлення 12 В.

Динамічна реакція

Кожне джерело живлення повинно мати постійну вихідну напругу для навантаження, яка не змінюється, навіть якщо струм навантаження змінюється. Однак відбуваються різкі зміни навантаження (наприклад, увімкнення/вимкнення інфрачервоного опромінювача на камері відеоспостереження або ввімкнення/вимкнення додаткового навантаження). Зміна навантаження від 0 до 100% (або навпаки) призведе до порушень та коливань вихідної напруги, які можуть вплинути на роботу іншого обладнання, підключеного до джерела живлення.

На кресленні нижче показано зміну вихідної напруги якісного джерела живлення при зміні навантаження від 0 до 100%, виходячи з технічної документації.

V - вихідна напруга

L - навантаження

V - вихідна напруга

L - навантаження

Більшість імпульсних джерел живлення мають виходи захисту від короткого замикання та перевантаження по струму. Оскільки використовуються різні методи захисту, необхідно вибрати джерело живлення, що відповідає типу навантаження. Двигуни, лампочки, індуктивні навантаження великої потужності, тобто нелінійні навантаження, можуть вимагати більш високого імпульсу струму при включенні, що значно перевищує максимальну номінальну потужність джерела живлення. Це може призвести до вмикання захисту, що перешкоджає увімкненню джерела живлення. На практиці може виявитись, що напр. джерело живлення 12 В 50 Вт не вмикається після підключення навантаження 12 В 30 Вт (наприклад, лампочка, двигун).

Проектувальники енергопостачання використовують різні способи захисту від короткого замикання та перенапруги. Захист повинен забезпечувати джерело живлення та навантаження. Нижче наведені найчастіше використовувані працівники.

Режим гикавки

Це дуже часто використовуваний захист (z анг. гикавка - гикавка), що має перевагу низьких втрат потужності в джерелах живлення у разі перевантаження струмом або короткого замикання та автоматичного повернення до нормальної роботи після зникнення причини перевантаження або короткого замикання.

На графіку нижче показано, як працює режим гикавки.

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

THE - коротке замикання (перевантаження по струму)

B - припинення причини короткого замикання

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

THE - коротке замикання (перевантаження по струму)

B - припинення причини короткого замикання

THE з часом виникає перенапруга або коротке замикання. Живлення вимкнено. На виході відображається дуже короткий імпульс (наприклад, 100 мс) і відображається струм до 150% від максимального струму. Блок живлення посилає імпульс кожні кілька секунд, поки не зникне причина перевантаження або короткого замикання (B), а потім переходить у звичайний режим. У більшості випадків поріг захисту від спрацьовування (вимкнене живлення) встановлюється на 110-150% від номінального струму (Iout). Цей режим найчастіше інтегрований з тепловим захистом. Якщо навантаження вище номінального струму, але забирає менше, ніж поріг спрацьовування захисту, тепловий захист увімкнеться через короткий час, від'єднає джерело живлення, і джерело живлення перейде в режим гикавки, доки причина перевантаження не буде ліквідовано.

Інші типи захисту від перевантаження по струму показані на графіку нижче (три криві: A, B і C).

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

Уут - вихідна напруга

Iout - вихідний струм

Обмеження струму відкидання
Цей тип захисту також використовується в лінійних джерелах живлення. Перевищення максимального струму (зменшення опору навантаження) супроводжується зменшенням (зменшенням). Іншими словами, якщо опір навантаження зменшується, відбувається зменшення струму. Перевагою цього рішення є низькі втрати потужності в джерелах живлення у разі перевантаження струмом або короткого замикання. Однак з цим рішенням джерело живлення не вмикається при великих пускових струмових навантаженнях (наприклад, велика потужність).

Крива В - обмеження постійного струму
Після перевищення максимального струму (зменшення опору навантаження) джерело живлення підтримує постійний рівень вихідного струму, незалежно від величини перенапруги, тоді як вихідна напруга зменшується. Часто також використовується другий захист, який відключає джерело живлення, коли напруга падає до кількох вольт. Основними недоліками цього методу є великі втрати потужності в електромережі та великий струм, що проходить через навантаження, що може спричинити несправності. Цей метод захисту дозволяє включати джерело живлення під нелінійними навантаженнями.

Крива С - обмеження потужності
Після перевищення максимального струму (зменшення опору навантаження) вихідна потужність джерела живлення залишається постійною. Зі збільшенням навантаження напруга та вихідний струм зменшуються відповідно до характеристики С. Цей метод захисту дозволяє включати джерело живлення під нелінійними навантаженнями.

Робоча температура (температура навколишнього повітря)

Залежно від ефективності джерела живлення, частина енергії, що подається до джерела живлення, втрачається у вигляді тепла, а температура всередині джерела живлення підвищується щодо зовнішньої температури. Якісні джерела живлення можуть нагріватися до 50-70 ° C при роботі при 25 ° C. Вони можуть нагріватися до 75-95 ° C при температурі навколишнього середовища 50 ° C.

Дуже важливо пам’ятати, що робоча температура безпосередньо впливає на термін служби та надійність обладнання. Імпульсні блоки живлення мають складну структуру і складаються з безлічі електронних компонентів, які можуть бути розміщені близько один до одного всередині корпусу джерела живлення. Занадто висока внутрішня температура може призвести до несправності джерела живлення та значно скоротити термін його служби. Майте на увазі, що між вихідною потужністю та температурою існує серйозна залежність. Важливо уникати експлуатації джерела живлення при температурі вище 50 ° C, незважаючи на те, що виробники часто встановлюють робочі температури, що перевищують цю величину. У цьому випадку уважно прочитайте технічну документацію.

Наприклад, джерело живлення 150 Вт 12 В - задана робоча температура становить -10 ° C -70 ° C. Однак у технічній документації виробник розмістив графік відсоткового навантаження, пов'язаного з робочою температурою

L - відсоток навантаження

T - робоча температура

L - відсоток навантаження

T - робоча температура

Як показано на малюнку, блок живлення може забезпечити повну потужність для навантаження, але лише до 50 ° C. При робочій температурі 70 ° C агрегат може бути навантажений до 50%, тобто до половини максимального струму.

Серед компонентів електролітичні конденсатори найбільш чутливі до підвищення температури. Практично кожен блок живлення включає деякі з них. Крім максимальної робочої температури, виробники конденсаторів зазвичай вказують ще один важливий параметр, так званий довголіття. Зниження температури на 10 ° C подвоює термін служби електролітичних конденсаторів. Наприклад, стандартні електролітичні конденсатори мають термін служби 1000 годин при 105 ° C.

Тому:

Ці значення часу не вказують на закінчення терміну служби конденсатора, а на час, після якого відбувається значне ослаблення параметрів (ємність, послідовний опір тощо), що найчастіше призводить до поломки.

Як показано у прикладі вище, нижча температура = довший термін служби. Є також конденсатори, які мають у кілька разів більший термін служби, але також вищу ціну. Використовувані вами вузли залежать від виробника. У дешевих джерелах живлення не використовуються більш дорогі, довговічні компоненти.

• Питання та відповіді - Магазин ДБЖ та акумуляторів - Джерела безперебійного живлення APC за найкращими цінами!
• Hevesi SE був роком світових змагань та національних команд
• Препарат, який використовується для лікування шлунково-кишкового гельмінтозу, паразитів, куди він потрапляє
• Ліки у взаємодії з грейпфрутом
• Хевесі Іван Еріх фон Строгейм Вбивця - золото