Блоки живлення

Ця сторінка охоплює джерела живлення: різні типи та як вони працюють, як діагностувати проблеми та як їх виправити.

блоки

Зміст

  • 1 Резюме
    • 1.1 Безпека

  • 2 Навіщо потрібен блок живлення?
  • 3 лінійних джерела живлення
    • 3.1 Експлуатація
    • 3.2 Пошук несправностей
  • 4 Перемикання режимів живлення
    • 4.1 Робота
    • 4.2 Ідентифікація компонентів
    • 4.3 Пошук несправностей

Резюме

Багато електронних пристроїв включають блок живлення (часто скорочений до БП) для перетворення необробленої електричної енергії від мережі або акумулятора до необхідної форми. На цій сторінці ми пояснюємо кілька етапів цього процесу перетворення та різні способи їх досягнення, а також способи розпізнавання відповідних компонентів.

Джерелам живлення часто доручається керувати і перетворювати відносно велику кількість енергії на досить невеликому просторі, і частина цієї енергії неминуче буде витрачена як тепло. Це нагрівання може призвести до збоїв.

Безпека

Навіщо потрібен блок живлення?

Блок живлення виконує деякі або всі наступні цілі:

    Перетворення напруги або обмеження струму:

Добре розроблений комутаційний регулятор можна зробити дуже ефективним, але є більш складним. Раніше це означало, що джерела живлення в режимі перемикання були дорожчими, але це часто вже не так. Вартість заліза та міді в мережевому трансформаторі залишається високою, але вартість додаткової електроніки в імпульсному режимі живлення різко впала за останні роки.

З невеликим досвідом, як правило, легко визначити, чи є джерело живлення лінійним або перемикаючим режимом, навіть не відкриваючи його, просто зваживши його в руці. Лінійний блок живлення буде містити мережевий трансформатор з досить важким залізним сердечником, тоді як перемикаючий режим буде відчувати себе набагато легшим.

Блок живлення в режимі перемикання, який використовується з ноутбуком або зарядним пристроєм для телефону, як правило, включає всі перераховані вище елементи, але не в однаковому порядку. Вхідне джерело вихідної мережі випрямляється і грубо згладжується, надаючи напругу мережі постійного струму. Потім це подається в комутаційний регулятор. Комутаційний регулятор включає трансформатор для забезпечення ізоляції, а також для зменшення напруги до більш керованого рівня. Оскільки трансформатор працює на дуже високій швидкості комутації, він може бути набагато меншим, ніж мережевий трансформатор, що працює з тією ж потужністю, оскільки він трансформує потужність у значно менші укуси. Без громіздкого мережевого трансформатора, що містить багато заліза та міді, імпульсний блок живлення можна зробити набагато легшим і компактнішим.

Лінійні блоки живлення

Операція

Анімація вище показує різні рівні вишуканості лінійного джерела живлення. Лінійні джерела живлення, призначені для відключення електромережі, містять залізний стрижневий трансформатор для забезпечення ізоляції та зниження напруги та додаткових компонентів, якщо потрібно.

  • Блок живлення змінного струму просто містить трансформатор і, можливо, запобіжник (показано на вході в трансформатор). Трансформатор має 2 обмотки: первинну, підключену до електромережі, і вторинну, підключену до виходу і, як правило, подає набагато нижчу напругу. Рідко ви побачите джерело живлення таким простим, як це, оскільки для більшості обладнання низької напруги потрібен постійний, а не змінний струм.
  • Блок живлення постійного струму бачить додавання випрямляча, який, як правило, складається з 4 діодів (можливо, в одному корпусі з 4 виводами), що утворюють мостовий випрямляч. Вихід цього далеко не постійний, але принаймні він йде лише в одному напрямку, тому досить хороший для дуже простого зарядного пристрою.

  • Згладжене джерело живлення додає конденсатор, який зберігає електричний заряд під час піків і подає його в проміжки між циклами, а отже, його часто називають резервуарним конденсатором. Це завжди залишатиме пульсацію на виході, але досить великий конденсатор може зробити його прийнятно малим.
  • Регульоване джерело живлення додатково містить лінійний регулятор. Це не тільки видаляє пульсації, але і дає досить точну вихідну напругу, навіть якщо напруга мережі змінюється.

На фотографії показано згладжене джерело живлення, яке було зламано з додаванням лінійного регулятора.

Іноді ви виявите блок живлення, розділений на дві частини, наприклад, із настінним кубом, підключеним до розетки, що містить згладжений блок живлення, та лінійним регулятором у самому обладнанні.

Пошук несправностей

Виявлення несправностей у лінійному блоці живлення стає простим, коли ви зрозумієте, як це працює. Ви можете виконати ці логічні кроки:

Перемикання режимів живлення

Операція

У імпульсному режимі живлення необроблена мережа змінного струму виправляється мостовим випрямлячем, а потім згладжується резервуарним конденсатором, подаючи постійну напругу близько 300 В (пікова напруга мережі змінного струму). Це використовується для приводу генератора, який повертає струм назад у змінний струм або дуже часто просто вмикає та вимикає його, як правило, з частотою 50 кГц - 1 МГц. Потім це живить первинну обмотку трансформатора, виконуючи подвійну мету зменшення напруги та забезпечуючи ізоляцію від мережі. Там, де трансформатор приводиться в дію постійним струмом, а не змінним струмом, він забезпечує переважно односпрямований вихід/вихід на своїй вторинній обмотці. У цьому випадку мостовий випрямляч не потрібен, і замість нього один діод може бути використаний як випрямляч, головним чином просто для запобігання течії струму назад через трансформатор від конденсатора резервуара під час напівпериодів вимкнення.

Підсилювач помилок порівнює вихідну напругу з опорною напругою і подає напругу, пропорційну різниці, до генератора через оптоізолятор. Отже, якщо вихідна напруга занадто висока, це змушує генератор виробляти коротші імпульси або імпульси на нижчій частоті, або, можливо, навіть на мить вимикає генератор вниз, і навпаки, якщо вихідна напруга занадто низька. Оптоізолятор складається з світлодіода та фоточутливого транзистора в єдиному корпусі, електрично ізольовані один від одного. Разом з трансформатором це дозволяє повністю ізолювати вихід від електромережі.

На практиці ви часто бачите незначні варіації теми. Підсилювач помилок може не існувати як такий; часто схема використовує той факт, що світлодіод (як в оптоізоляторі) взагалі не працює, поки ви не подасте певну мінімальну напругу, і тому ця напруга ефективно використовується як еталон напруги.

Генератор, як правило, є інтегральною схемою, але це дуже часто приводить в дію окремий силовий транзистор, щоб насправді перемикати струм на трансформатор.

Часто між входом мережі та мостовим випрямлячем є фільтр, що містить конденсатор та/або індуктор. Це запобігає витіканню генератора високих частот на електромережу та спричиненню перешкод в роботі іншого обладнання.

Ноутбуки незмінно постачаються з окремим блоком живлення та зарядним пристроєм, що працюють, як зазначено вище, і подають 15 - 20 В. Усередині самого ноутбука це призведе до кількох подальших джерел живлення, що перемикаються, для генерації кількох напруг, необхідних внутрішньо. Вони працюють приблизно однаково, за винятком того, що мостовий випрямляч і резервуарний конденсатор не потрібні, оскільки вони живляться від зарядного пристрою постійним струмом. Крім того, немає необхідності в ізоляції, оскільки цю функцію вже виконував зарядний пристрій, тому замість трансформатора використовується простий індуктор.

Лампочки з низьким енергоспоживанням часто містять імпульсний джерело живлення, яке знову не вимагає ізоляції, і тому може не містити трансформатора.

Ідентифікація компонентів

На фотографіях зображено верхню та нижню частину джерела живлення в режимі перемикання від настінного куба.

Знизу добре видно мостовий випрямляч, інтегральну схему генератора та оптоізолятор. Останній охоплює дуже чіткий розділ на друкованій платі між частинами високої та низької напруги. Будь-яке джерело живлення в режимі перемикання, з яким ви стикаєтесь без цього розриву (наприклад, деякі дешеві зарядні пристрої на Далекому Сході), є потенційно небезпечним і від нього потрібно позбутися. (Цей блок живлення має вихідну напругу, яку можна вибрати, жовтий елемент - це перемикач напруги.)

У верхній частині добре видно конденсатор резервуару та трансформатор, який подібно до оптоізолятора охоплює розділ високої/низької напруги. Комутаційний транзистор, керований генератором, виконує важку роботу по включенню та виключенню струму. Також є вхідний фільтр мережі.

Пошук несправностей

Виявлення несправностей джерела живлення в режимі перемикання може обмежитися візуальним оглядом. Крім того, це набагато складніше, ніж лінійне, через більшу складність. Крім того, поширеність компонентів поверхневого кріплення значно ускладнює ремонт.

Ноутбук та деякі інші блоки живлення типу "настінний куб" або окремо стоячі блоки мають герметичні корпуси і, як правило, не призначені для відкривання. Якщо ви все-таки зламаєте корпус, навряд чи ви зможете запечатати його за стандартом, який пройде тест на електробезпеку. Якби він був відкритий у користуванні, цілком ймовірно дуже небезпечний під впливом металевих деталей.

Зверніть увагу, що це зазвичай було б дуже небезпечно спробувати знайти несправність регулятора режиму перемикання, перевіряючи напруги при ввімкненому, оскільки зазвичай неможливо виставити сторону низької напруги, не виставляючи також сторону високої напруги, яка безпосередньо підключена до електромережі. У будь-якому випадку несправності частіше виникають у високовольтних ланцюгах, які часто є більш складними.

Перш ніж шукати несправності, відключіть електромережу. Зауважте також, що навіть при цьому конденсатори резервуара на електромережі можуть тривалий час утримувати небезпечний заряд, що потенційно може призвести до смертельного ураження електричним струмом.

На високовольтній стороні може бути кілька резервуарних конденсаторів - ви повинні переконатися, що всі вони розряджені. Іноді більша частина заряду в конденсаторах розряджається через прикріплену до нього схему або через витік, але ви не хочете виявити, що він не розрядився, отримавши шок, тому почніть з того, що вони не розрядились.

Перш за все, обережно не торкаючись жодних з'єднань, знайдіть конденсатори резервуара на стороні високої напруги і по одному розряджайте їх, використовуючи розрядний конденсатор, що складається з належним чином підготовленого потужного резистора з добре ізольованими проводами (крім підказок) - наприклад, див. [1] для отримання додаткової інформації про побудову розрядника конденсатора.

Використання конденсаторного розрядника не зменшить напругу миттєво - для розрядки значення конденсатора C (фарад) до 5% від його початкової напруги за допомогою резистора R (Ом) знадобиться 3 * R * C секунди - наприклад, 100 мкФ (100 * 10 ^ -6 фарад), конденсатор, заряджений до 300 В, розряджається через резистор 10 кОм (10 ^ 4 Ом) триває близько 3 секунд, щоб залишити 15 В на конденсаторі. Подальші 3 секунди зменшать ці 15 В до 5% від 15 В, тобто 0,75 В.

Завжди переконайтесь, що конденсатори фактично розряджені за допомогою мультиметра - застосовуйте розрядник конденсатора довше, щоб ще більше зменшити напругу, націлюючись на 10 В або менше.

Тепер ви можете сміливо виконувати візуальну перевірку, шукаючи будь-які ознаки перегріву або будь-які витікаючі або випуклі електролітичні конденсатори.

Перевірте безперебійність від штекера до мостового випрямляча. Це включатиме запобіжник у штепсельній вилці, можливо, інший запобіжник на друкованій платі та часто вхідний фільтр мережі.

Перевірте кожен з 4 діодів, що містять мостовий випрямляч. Якщо можете, протестуйте конденсатор пласта.

Крім цього, тестування стає все складнішим. Генератор часто є інтегральною схемою, яку важко перевірити, але іноді він буде включати один або два транзистори, які ви зможете розпаяти та протестувати. Перевірте маркування на будь-яких транзисторах та Google для них. Якщо вони не вдалися, є велика ймовірність, що ви знайдете заміни.