Бп питание. Конструкция такого типа предполагает преобразование тока в три этапа. Виды блоков питания и их различия

В составе компьютера важным элементом является блок питания. Именно благодаря ему энергией обеспечиваются все компоненты, которые входят в системный блок. Для своего ПК следует приобретать только качественный БП. В этом случае он обеспечит стабильное снабжение энергией всех компонентов компьютера, а помимо этого, прослужит долго.

Если владелец сэкономил и приобрёл недорогой блок питания, то это приведет к тому, что при использовании ПК его работа будет нестабильной. Самое плохое, что может случиться — материнская плата и процессор выйдут из строя. Поэтому для своего компьютера следует приобретать только качественный компонент.

Для чего нужен блок питания?

Блок питания представляет собой источник питания, который снабжает энергией все компоненты, входящие в состав системного блока. Именно от БП во многом зависит, насколько долговечной и стабильной при использовании будет система. Помимо этого, благодаря ему:

исключаются потери информации с компьютера;
предотвращаются скачки энергии.

Особенность системного блока заключается в том, что напрямую от розетки его компоненты не могут получать энергию. Именно поэтому в составе каждого ПК используется источник питания. Его устанавливают сразу по нескольким причинам:

в электрической сети преобладает переменный ток, а компонентам компьютера необходим постоянный. Преобразование тока обеспечивает БП. Это устройство меняет переменный ток на постоянный, при этом компоненты «машины» получают энергию с нужным напряжением;
для каждого устройства, входящего в состав компьютера, требуется напряжение определенной величины. Здесь снова помогает БП, который выдает ток необходимой величины на видеокарту, процессор и другие компоненты компьютера.

Как выбрать блок питания для компьютера?

Когда человек приобретает для себя компьютер, основное внимание обращается на процессор, видеокарту и жесткий диск. Предпочтение отдается мощным, а, следовательно, дорогим компонентам. Это приводит к ситуации, когда на БП, который обычно выбирается в конце, не остается денег. Поэтому приобретается самая простая модель .

Если у вас не хватило денег на хорошую модель и вы приобрели компонент с небольшой мощностью, то дорогую карту, которую вы установили в свой компьютер, БП с малой мощностью просто может не потянуть. Поэтому чтобы работа вашего компьютера была стабильной, следует ориентироваться на мощность компонентов, которые установлены в вашем ПК. При подборе устройства следует обращать внимание на множество характеристик этого компонента. Самые значимые будут перечислены ниже.

Мощность

Главный момент при подборе хорошей модели БП для компьютера — мощность . Здесь следует отталкиваться от личных потребностей, а также ориентироваться на мощность компонентов, которые установлены в компьютере. Если у вас ПК, который используется для решения офисных задач, то в этом случае будет вполне достаточно модели с мощностью 300-400 Вт. Такой компонент можно легко найти в любом магазине. Подобные модели в магазинах предлагаются недорого, поэтому покупка нужного устройства не обернется для вас большими тратами.

Если же вы подбираете БП для игрового компьютера, тогда придется серьезно потратиться. Нелишним будет докупить дополнительно к БП и устройство бесперебойного питания. Для расчета мощности устройства, которое подойдет для вашей «машины», можно воспользоваться калькулятором расчёта мощности БП. Проведя расчеты, вы сможете узнать, БП какой мощности будет для вас оптимальным выбором.

КПД

Эта характеристика очень важна, хотя многие новички на неё особого внимания не обращают. Следует знать, что именно от КПД блока питания во многом будет зависеть продолжительность срока службы устройства , а также расход энергии. Всё дело в том, что при работе он принимает определенное количество энергии, но отдает гораздо меньше. Это происходит по той причине, что часть энергии теряется. Но эта проблема была решена производителями, которые разделили все модели БП по классам.

Дорогие устройства являются более эффективными, а дешёвые компоненты теряют энергию, поэтому тратя на покупку модели небольшие средства, владельцу придётся смириться с таким недостатком. Классификация этих устройств по уровню КПД осуществляется посредством наклеек Bronze, Silver, Gold, Platinum.

Разъемы

Чтобы правильно выбрать компонент для стабильного энергоснабжения ПК, следует обращать внимание на разъемы . Определенных рекомендаций в этом случае быть не может, особенно если основные компоненты своего системного блока вы уже подобрали. При подборе набора разъёмов следует отталкиваться от остального железа, которое будет присутствовать в вашем компьютере.

Если же при сборке компьютера вы решили в первую очередь выбрать БП, то рассматривать следует последние модели, которые имеют современные порты. Однако покупателю при подборе модели следует ориентироваться на свои финансовые возможности. Если говорить о стандартном наборе разъемов для источника питания, то в его состав входят следующие:

разъем для подключения материнской платы 24-пиновый;
питание процессора, 4-пиновый разъем;
15-контактный SATA для питания оптических приводов и жёстких дисков;
6-пиновый разъем для питания видеокарты.

Во внимание следует принимать, что если у вас старая система, то приобретая новый БП, набор разъемов может не подойти. Да и к тому же довольно серьезной проблемой является подыскать компонент для питания устаревших компонентов.

Защита

Возникавшие при работе БП сбои заставили производителей совершенствовать этот компонент . В результате эти устройства приобрели различные типы защиты от неблагоприятных воздействий. Сегодня в списке функций, которые обеспечивают защиту компонентов при работе, входят различные режимы. Перед покупкой следует обратить внимание на коробку и внимательным образом ознакомиться с инструкцией, в которой можно найти, от чего защищена модель: скачки напряжения, сбой и т.д. Чем больше защитных функций имеется у выбранной модели, тем более надежной и удобной она будет в работе.

Шум и охлаждение

Между собой эти две характеристики тесно взаимосвязаны. Если устройство имеет небольшую мощность, то нагревается не сильно, поэтому система охлаждения у него представлена только вентилятором небольшого размера.

Когда выбирается блок питания для игрового компьютера , то можно не сомневаться, что по нагреву его вполне можно будет сравнить с обычной печкой. Единственным исключением являются дорогие модели блоков питания от известных компаний. При использовании мощного устройства возникает серьёзный шум, который исходит не только от него, но и от других мощных компонентов, присутствующих в системном блоке.

Современные производители предлагают в настоящий момент модели блоков питания, которые снабжены вентиляторами, различающимся по своему размеру. Самым распространенным вариантом кулеров является 120мм. Также блоки питания оснащаются вентиляторами 80 и 140 мм. Первый вариант отличается сильным шумом. При работе он обеспечивает слабое охлаждение. У второго главным недостатком является сложность замены вентилятора, когда кулер вышел из строя.

Столько стоит хороший блок питания?

Купить качественный блок питания сегодня не представляет большой проблемы. В торговых сетях, предлагающих компьютеры и комплектующие, можно подобрать подходящую модель. В зависимости от производителя, цена на этот компонент будет различаться. Наряду с производителем, значение имеет и мощность .

Самый недорогой компонент для офисного ПК стоит 1 500-3 000 рублей. Если же вам необходим элемент для игрового ПК, то нужную модель следует выбирать из устройств в ценовой категории от 7 000 рублей.

Расчёт мощности блока питания

Для того чтобы БП работал надежно и обеспечивал удобную работу за компьютером, необходимо при подборе этого компонента заранее рассчитать оптимальную мощность . Для того чтобы определить её правильно, в интернете на специализированных ресурсах можно найти калькулятор для расчёта мощности блока питания. Однако такой вариант не для всех является оптимальным. Многие используют простую математику при определении нужной характеристики. Сам способ заключается в том, чтобы подсчитать суммарное энергопотребление компонентов, которые присутствуют в системном блоке.

Сложив все значения, можно получить мощность БП, который обеспечит стабильную работу «машины». При выборе блока питания следует знать, что максимальная мощность у выбранного устройства должна быть больше суммарного энергопотребления всех компонентов, входящих в состав системы.

Обычно потребляемая мощность у компонентов , присутствующих в составе ПК, следующая:

процессор. Он потребляет 50-120 Вт. Следует понимать, что чем более мощный чип стоит в вашем компьютере, тем больше будет потребление энергии;
. Она расходует 15-30 Вт. Её энергопотребление возрастает с увеличением функций;
видеокарта. Она требует 60-300 Вт;
оперативная память. Расход энергии у этого компонента составляет 15-60 Вт.
жёсткий диск. Он потребляет энергию в таком же количестве, что и оперативная память. Однако здесь всё зависит от его характеристик, а также нагрузки, приходящейся на него.
CD-DVD привод. Этот компонент системного блока расходует 10-25 Вт. Здесь всё зависит от максимальной скорости вращения дисков, а также режима работы;
звуковая карта. Этот элемент системного блока требует энергии в количестве 5-50 Вт;
вентиляторы. Для работы одного кулера требуется 1-2 Вт. Здесь всё зависит от скорости вращения, а также количества вентиляторов и их габаритов.

Заключение

Жизнь современного человека невозможна без ПК. Он используется для работы и развлечений. Стабильная работа компьютера зависит от блока питания . Этот компонент обеспечивает энергоснабжение всех элементов системного блока. Чтобы «машина» служила долго, нужен качественный БП от известной компании. Используя его в составе компьютера, будут исключены сюрпризы при использовании машины в виде неожиданных сбоев в работе. Для того чтобы не ошибиться с выбором, стоит узнать про лучшие блоки питания для компьютеров.

Сколько стоит хороший блок питания? Здесь все зависит от того, какой у вас ПК. Для офисного компьютера хорошим выбором будет компонент по цене 1 500 — 3 000 рублей, а для игрового следует искать модель в ценовой категории от 7 000 рублей. Подобрав надежное устройство, ваш компьютер будет работать стабильно, а его компоненты порадуют вас длительным сроком службы.

Многие пользователи, которые пытаются разобраться в устройстве своего ПК, не понимают, что такое БП в компьютере. А между тем, это один из самых важных элементов в системе, без которого вообще ни одно комплектующее работать не будет. Давайте разберемся, что собой представляют блоки питания, определим их устройство, виды, плюсы и минусы.

Определение

Что такое БП в компьютере? Если сказать коротко, это - устройство для преобразования сетевого переменного напряжения в постоянное для питания всех комплектующих в системном блоке. В частности, блок питания подает напряжение на компоненты: видеокарту, оперативную память, жесткий диск, сетевую карту, процессор, подключенные периферийные устройства. Если все эти комплектующие подключить напрямую к сети 220 В, то они просто сгорят. Комплектующие для работы требуют наличия напряжения 12 или 24 В (в основном), и задача блока питания - дать требуемое напряжение.

Также есть и другая задача этого элемента - защищать комплектующие компьютера от возможных перепадов напряжения. По сути, это устройство изменения сетевого напряжения, которое выглядит как небольшая черная коробка с вентилятором. Она устанавливается в системный блок, и именно в нее входит сетевой кабель.

Требуемое напряжение

Питание БП компьютера осуществляется от сети с напряжением 220 В. Но в разных странах напряжение тока и его частота в сети могут различаться. Например, в России и в большинстве европейских стран напряжение в сети составляет 220/230 В при частоте 50 Гц. Однако в США напряжение в сети равно 120 В при частоте 60 Гц. Австралия в этом плане тоже отличается - там напряжение равно 240 В/50 Гц. Следовательно, при создании блока питания учитывают параметры сети той страны, в которую планируются поставки. То есть, если привезти в Россию блок питания, купленный в США, то он, вероятнее всего, работать не будет.

Есть также универсальные блоки питания со специальным регулятором напряжения. То есть на блоке можно выставить значение напряжения в сети, и прибор самостоятельно будет адаптирован к нему.

Если компьютер не включается при нажатии на кнопку включения, то в первую очередь причину нужно искать именно в блоке и при необходимости заменять его. К сожалению, недорогие модели, которыми сегодня завален рынок России, ломаются слишком часто.

Мощность БП компьютера

Сегодня есть много разных блоков, которые способны выдавать мощность в огромном диапазоне. В современных ноутбуках мощность может варьироваться в диапазоне 25-100 Вт. Что касается персональных компьютеров, то здесь в зависимости от энергопотребления комплектующих можно использовать БП на 2000 Вт.

Среди пользователей ходят слухи, что чем мощнее будет блок, тем лучше, хотя на самом деле это не совсем так. Не каждому пользователю нужно столь мощное и дорогое устройство. Если рассудить, то приобретение дорогого и мощного БП для слабого компьютера - это бесполезная трата денег не только при покупке самого агрегата, но и при эксплуатации, так как он будет потреблять много лишней электроэнергии.

Впрочем, на сегодняшний день на полках магазинов в основном представлены устройства на 400-500 Вт. Мощности таких комплектующих вполне достаточно для обеспечения питанием стандартного компьютера с хорошим "железом". Но стабильную работу мощного игрового компьютера они обеспечить не способны.

Виды и различия БП

Теперь, когда мы понимаем, что такое БП в компьютере, можно поговорить про их виды и отличительные особенности. Сегодня существуют импульсные и трансформаторные блоки. Каждый вид имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо рассмотреть подробнее.

Трансформаторные

Это самый распространенный вид, который продается чаще всего. В большинстве современных системах практически не используется подобное устройство БП компьютера, которое представлено следующими элементами:

Трансформатор.
Выпрямитель.
Сетевой фильтр.

Один из таких блоков показан на фото ниже.

Принцип работы

Принцип работы такого устройства относительно прост: через первичную обмотку трансформатор принимает на себя напряжение сети. Затем с помощью выпрямителя переменный разнонаправленный ток преобразовывается в постоянный и однонаправленный. При этом может использоваться разные выпрямители: одно- или двухполупериодный. В любом случае применяются диодные мосты, которые состоят из:

Двух диодов - в первом типе.
Четырех диодов - во втором типе.

Применение двух элементов в выпрямителе характерно для БК с удвоенным напряжением либо в трехфазных устройствах.

Сетевой фильтр в устройстве БП компьютера - это обычный конденсатор с большой емкостью. Он сглаживает пульсации тока, из-за чего на комплектующие подается относительно чистый и равномерный ток.

Также вместо обычных трансформаторов внутри таких блоков могут использоваться автоматические устройства.

Работа трансформаторных БП

Чтобы детальнее понять, что такое БП в компьютере и как они работают, нужно иметь хотя бы начальные знания законов электротехники. Габариты блоков питания трансформаторного типа напрямую зависят от габаритов используемых внутри трансформаторов. Размеры устройств высчитываются по формуле:

В этой формуле:

N - число витков на 1 В напряжения;
f - частота тока (переменного);
B - образующаяся в магнитопроводе индукция магнитного поля;
S - площадь сечения магнитопровода.

Следовательно, чем будет больше витков и сечение провода, тем и трансформатор будет больше. Это влечет за собой увеличение габаритов самого блока. Однако если сечение провода уменьшить, то придется увеличить количество витков (N), что не удастся в компактных трансформаторах. Если трансформатор является маломощным, то много витков с малым сечением не повлияет на работу самого блока питания, так как сила тока в подобных устройствах будет низкой. Однако при повышением мощности ток будет расти, что приведет к рассеиванию тепловой мощности.

Следовательно, трансформаторные блоки питания с частотой работы 50 Гц могут быть только большими и тяжелыми. Подобные устройства непрактично использовать в современных компьютерах в силу их веса и габаритов, а также низкого КПД.

Однако есть и положительные стороны: надежность и простота, удобство ремонта (все элементы легко заменить в случае поломки), отсутствие радиопомех.

Импульсные блоки питания

В этих устройствах используются иные конструкторские решения, позволяющие увеличить частоту тока. Ниже представлен классический БП подобного типа.

Работает подобный блок питания следующим образом:

Переменный ток из сети поступает в устройство, выпрямляется и становится постоянным.
Постоянный ток конвертируется в частотные импульсы.
Эти импульсы поступают на трансформатор. Если предусмотрена гальваническая развязка, то прямоугольные импульсы поступают на выходной ФНЧ.

Отметим, что есть кардинальные отличия между этими двумя типами БП. В частности импульсные отличаются следующими особенностями:

При повышение частоты тока возрастает КПД трансформатора.
Требования к сечению сердечника минимальные.
Возможность создания компактных и легких блоков питания за счет установки эффективных и небольших трансформаторов.
Применение отрицательной обратной связи дает возможность стабилизировать выходное напряжение, что положительно повлияет на стабильность работы всех комплектующих и системы в целом.

Достоинства импульсных блоков питания

Высокий КПД, который достигает 92-98%.
Малый вес и габариты.
Надежность.
Возможность работы в широком частотном диапазоне. Один и тот же импульсный блок способен работать в разных странах мира.
Защита от короткого замыкания.
Низкая стоимость.

Плохая ремонтопригодность. Если обычный трансформаторный блок легко отремонтировать, заменив практически любой элемент на плате, то с импульсным устройством все сложнее. Поэтому переделка БП компьютера импульсного типа считается сложной задачей. Ремонт в мастерской может обойтись дорого.
Излучение высокочастотных помех.

Теперь мы выяснили, что такое БП в компьютере и как они работают. На данный момент на рынке продаются в основном импульсные приборы, а трансформаторные практически отсутствуют.

Как проверить БП компьютера?

Если компьютер не включается, то проблема может заключаться именно в БП. Для проверки устройства нам понадобится мультиметр. Итак, перед тем, как проверить БП компьютера на работоспособность, необходимо отключить все комплектующие и сам БП. Затем берем обычную скрепку, распрямляем ее в форме U. Берем коннектор на 20/24 пина (самый большой) и с помощью нашей скрепки замыкаем черный и зеленый контакты. Учитывая, что пальцы будут касаться металла, нужно убедиться, что блок питания отключен от розетки.

Теперь опускаем скрепку и включаем БП в розетку. Если вентилятор начал вращаться при включении устройства, то значит, что оно рабочее.

Теперь необходимо замерить напряжение на разъемах. В зависимости от модели блока питания напряжение на разъемах может немного отличаться. Поэтому в инструкции (или в интернете) необходимо найти информацию о том, какие параметры напряжения должны быть на разных разъемах и замерить их мультиметром. Если параметры отличаются от нормальных, то значит, что с БП что-то не так.

Блок питания - это устройство, которое используется для создания напряжения, необходимого для работы компьютера, из напряжения домашней электросети. В России блок питания (в дальнейшем просто БП) преобразует переменный электрический ток домашней электрической сети напряжением 220 В и частотой 50 Гц в заданный постоянный ток. В разных странах стандарты домашней электросети отличаются. В США, к примеру, в дома обычных жителей подаётся переменный ток напряжением 120 В и частотой 60 Гц.

Для расчёта сопротивления проводника вы можете воспользоваться калькулятором расчета сопротивления проводника .

Виды блоков питания и их различия.

Существуют два основных вида блоков питания : трансформаторные и импульсные. Ниже будут рассмотрены их устройства и различия, а также преимущества и недостатки.

Трансформаторный блок питания и его устройство.

Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:

Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП - это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.

Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:

(1/n)~fSB

В этой формуле n - это число витков на 1 вольт, f - частота переменного тока, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в магнитопроводе.

Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!

Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.

Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2

Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)

При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.

Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.

В современных БП идут по другому пути - увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания . Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.

Преимущества трансформаторных БП

Простота изделия;
Надёжность конструкции;
Доступность элементов;
Отсутствие создаваемых радиопомех.

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес и габариты, которые увеличиваются вместе с мощностью;
Металлоёмкость;
Необходимость компромисса между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения.

Импульсный БП и его устройство.

Ниже представлена схема одноконтактного импульсного БП (эта схема является простейшей):

Фактически блоки питания импульсного вида являются инверторной системой. В этом БП входящая в него электроэнергия сначала выпрямляется (т. е. образуется постоянный электрический ток), а после этого преобразуется в прямоугольные импульсы определённой частоты и скважности. После этого эти прямоугольные импульсы на трансформатор (в случае если конструкция БП включает в себя гальваническую развязку) или же сразу на выходной ФНЧ (в случае если отсутствует гальваническая развязка). Из-за того, что в импульсных БП с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и в значительной степени снижается требование к сечению сердечника, в них могут применяться гораздо более малогабаритные трансформаторы чем в классических решениях.

В большинстве случаев сердечник трансформатора импульсного вида может быть выполнен из ферримагнитных материалов, в отличии от низкочастотных трансформаторах, в которых используется электротехническая сталь.

Стабилизация напряжения в импульсных блоках питания обеспечивается путём отрицательной обратной связи. Она позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне. Такая связь может быть сконструирована различными способами. В случае наличия в конструкции БП гальванической развязки чаще всего используют способ использования связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или же способ оптрона. Скважность на выходе ШИМ-контроллера зависит от сигнала обратной связи, который, в свою очередь, зависит от выходного напряжения. В том случае, если развязка в БП не предусмотрена, используется обычный резистивный делитель напряжения. Благодаря этому импульсные блоки питания могут поддерживать стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП.

Значительно меньший вес и габариты (это достигается благодаря тому, что при повышении частоты можно использовать трансформаторы с меньшими габаритами при одинаковой мощности. Большинство линейных стабилизаторов производятся в большинстве своём из мощных низкочастотных силовых трансформаторов и радиаторов, которые работают в линейном режиме;
Намного более высоким КПД (до 98%). Такой высокий коэффициент полезного действия достигается благодаря тому, что большую часть времени ключевые элементы находятся в устойчивом состоянии (а потери возникают во время включения/выключения ключевых элементов);
Меньшей стоимостью (это преимущество было достигнуто благодаря повсеместному выпуску унифицированной элементной базы и разработке транзисторов повышенной мощности);
Надёжностью наравне с линейными стабилизаторами;
Большим диапазоном входной частоты и напряжения электрической энергии. Благодаря этому один и тот же БП может использоваться в различных странах мира с различными стандартами домашней электрической сети;
Наличие защиты от непредвиденных ситуаций (короткое замыкание).

Недостатки импульсных БП

Затруднение ремонта БП вследствие того, что большая часть схемы работает в отсутствии гальванической развязки электросети
Является источником высокочастотных помех. Этот недостаток выходит из самого принципа работы импульсных БП. Из-за него производителям блоков питания приходится предпринимать меры шумоподавления, которые, в большинстве случаев, не могут полностью устранить данную проблему
Эффект гармоник кратный трём (при наличии корректоров фактора мощности и фильтров данный недостаток неактуален)

Вторичный источник электропитания - устройство, которое преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения (например, промышленной сети) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования вспомогательных устройств.

Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах - например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания , стойки электропитания и так далее), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

Задачи вторичного источника электропитания

Обеспечение передачи мощности - источник электропитания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
Преобразование формы напряжения - преобразование переменного напряжения в постоянное , и наоборот, а также преобразование частоты , формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
Преобразование величины напряжения - как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины, для питания различных цепей.
Стабилизация - напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и так далее. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
Защита - напряжение, или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
Гальваническая развязка цепей - одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
Регулировка - в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
Управление - может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
Контроль - отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (например, в России - 240 В 50 Гц, в США - 120 В 60 Гц).

Две наиболее типичных конструкции - это трансформаторные и импульсные источники питания.

Трансформаторный

Линейный блок питания

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора , у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение . Затем устанавливается выпрямитель , преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр , сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от короткого замыкания (КЗ), стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

E e f f 1 = S 33...70 , {\displaystyle E_{eff1}={\frac {S}{33...70}},}

Здесь S {\displaystyle S} выражено в см 2 , E e f f 1 {\displaystyle E_{eff1}} - в вольтах. Меньшие значения знаменателя выбирают для маломощных трансформаторов, большие - для мощных.

Другой путь повышения мощности трансформатора - повышение рабочей частоты. Приблизительно можно считать, что при заданных размерах трансформатора его мощность прямо пропорциональна рабочей частоте. Поэтому увеличение частоты в k {\displaystyle k} раз при неизменной мощности позволяет уменьшить размеры трансформатора в ∼ k {\displaystyle \sim {\sqrt {k}}} раз (площадь сечения магнитопровода уменьшается в ∼ k {\displaystyle \sim k} раз), или, соответственно, его массу в ∼ k 3 / 2 {\displaystyle \sim {\sqrt[{3/2}]{k}}} раз.

В частности, в том числе и этими соображениями, в силовых бортовых сетях летательных аппаратов и судов обычно применяется частота 400 Гц с напряжением 115 В.

Но повышение частоты ухудшает магнитные свойства магнитопроводов, в основном из-за увеличения потерь на гистерезис, поэтому при рабочих частотах свыше единиц кГц применяют ферродиэлектрические магнитопроводы трансформаторов, например, ферритовые или изготовленные из карбонильного железа.

Современные источники вторичного электропитания различной бытовой техники, компьютеров, принтеров и др. сейчас практически полностью выполняются по схемам и практически полностью вытеснили классические трансформаторы. В таких источниках гальваническое разделение питаемой цепи и питающей сети, получение набора необходимых вторичных напряжений, производится посредством высокочастотных трансформаторов с ферритовыми сердечниками. Источником высокочастотного напряжения являются импульсные ключевые схемы с полупроводниковыми ключами, обычно транзисторными . Применение таких устройств, часто называемых инверторами позволяет многократно снизить массу и габариты устройства, а также, дополнительно - повысить качество и надёжность электропитания, так как импульсные источники менее критичны к качеству электропитания в первичной сети, - они менее чувствительны к всплескам и провалам сетевого напряжения, изменениям его частоты.

Достоинства и недостатки

Достоинства трансформаторных БП. Недостатки трансформаторных БП.

Большой вес и габариты, пропорционально мощности.
Металлоёмкость.
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсный источник питания

Трансформаторные БП

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ , стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

(1 / n) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin (f * t), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = (от 55 до 70) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

Простота конструкции
Доступность элементной базы
Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
Металлоёмкость
Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой . В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности , либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы - это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи . Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона . В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения . Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатки импульсных БП

Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.