Sự sẵn có của pfc. PFC: Vận hành bộ nguồn có PFC hoạt động kết hợp với các UPS giá rẻ tạo ra tín hiệu bước khi hoạt động bằng nguồn pin có thể dẫn đến trục trặc máy tính

Việc chọn nguồn điện cho máy tính của bạn không hề dễ dàng như bạn tưởng. Độ ổn định và tuổi thọ của linh kiện máy tính sẽ phụ thuộc vào việc lựa chọn nguồn điện, vì vậy vấn đề này cần được xem xét nghiêm túc hơn. Trong bài viết này, tôi sẽ cố gắng liệt kê những điểm chính giúp bạn quyết định lựa chọn nguồn điện đáng tin cậy.

Quyền lực.
Ở đầu ra, nguồn điện cung cấp các điện áp sau: +3,3 v, +5 v, +12 v và một số phụ trợ -12 v và + 5 VSB. Tải chính rơi vào đường dây +12 V.
Công suất (W - Watt) được tính theo công thức P = U x I, trong đó U là điện áp (V - Volts) và I là dòng điện (A - Ampe). Do đó kết luận, dòng điện dọc theo mỗi đường dây càng lớn thì công suất càng lớn. Nhưng không phải mọi thứ đều đơn giản như vậy, ví dụ, khi tải nặng trên đường dây kết hợp +3,3 v và +5 v, công suất trên đường dây +12 v có thể giảm. Hãy xem một ví dụ dựa trên nhãn của bộ nguồn Cooler Master RS-500-PSAP-J3 - đây là bức ảnh đầu tiên tôi tìm thấy trên Internet.

Nó được chỉ ra rằng tổng công suất tối đa trên đường dây +3,3V và +5V = 130W, đồng thời nó cũng chỉ ra rằng công suất tối đa trên đường dây +12V = 360W. Xin lưu ý rằng hai đường dây ảo +12V1 và +12V2, mỗi đường 20 Ampe được chỉ định - điều này không có nghĩa là tổng dòng điện là 40A, vì với dòng điện 40A và điện áp 12V, công suất sẽ là 480W (12x40=480 ). Trong thực tế, dòng điện tối đa có thể có trên mỗi dòng được chỉ định. Dòng điện tối đa thực tế có thể được tính toán dễ dàng bằng công thức I=P/U, I = 360/12 = 30 Ampe.
Cũng chú ý đến dòng dưới đây:
+3,3V&+5V&+12V.tổng cộngđầu ranênkhôngvượt quá 427,9W– hóa ra tổng công suất trên tất cả các đường dây không được vượt quá 427,9W. Kết quả là chúng tôi không nhận được 490W (130 + 360) mà chỉ nhận được 427,9. Một lần nữa, điều quan trọng là phải hiểu rằng nếu tải trên đường dây +3,3V và 5V chẳng hạn là 100W thì công suất tối đa trừ đi 100W, tức là. 427,9 – 100 = 327,9. Kết quả là chúng ta nhận được 327,9W còn lại trên đường dây +12V. Tất nhiên, trong các máy tính hiện đại, tải trên đường dây +3,3V và +5V khó có thể lớn hơn 50-60W, vì vậy chúng ta có thể giả định một cách an toàn rằng công suất trên đường dây +12V sẽ là 360W và 30A hiện tại.

Tính toán công suất nguồn điện.
Để tính công suất của nguồn điện, bạn có thể sử dụng máy tính này http://www.extreme.outervision.com/psucalcatorlite.jsp, dịch vụ này bằng tiếng Anh, nhưng tôi nghĩ bạn có thể tìm ra.
Từ kinh nghiệm của bản thân tôi có thể nói điều đó với bất cứ ai máy tính văn phòng Nguồn điện 300W là khá đủ. Đối với một game chơi game, nguồn điện 400 - 500W là đủ, đối với những game mạnh nhất có một hoặc hai card màn hình rất mạnh ở chế độ SLI hoặc Bắn chéo– cần có dàn 600 – 700W.
Bộ xử lý thường tiêu thụ từ 35 đến 135W, card màn hình từ 30 đến 340W, bo mạch chủ 30-40W, 1 thẻ nhớ 3-5W, ổ cứng 10-20W. Cũng nên nhớ rằng tải chính rơi vào đường dây 12V. Có, và đừng quên thêm mức ký quỹ 20-30% cho tương lai.

Hiệu quả
Hiệu quả của việc cung cấp điện sẽ không phải là không quan trọng. Hiệu quả (hệ số hành động hữu ích) là tỉ số giữa công suất ra và công suất tiêu thụ. Nếu nguồn điện có thể chuyển đổi năng lượng điện không tổn thất thì hiệu suất của nó là 100%, nhưng điều này vẫn chưa thể thực hiện được.
Để tôi cho bạn một ví dụ: để một bộ nguồn có hiệu suất 80% cung cấp công suất đầu ra 400W thì nó phải tiêu thụ không quá 500W từ mạng. Cùng một bộ nguồn nhưng có hiệu suất 70% sẽ tiêu thụ khoảng 571W. Một lần nữa, nếu nguồn điện không được tải nhiều, chẳng hạn như 200W, thì nó cũng sẽ tiêu thụ ít hơn từ mạng, 250W với hiệu suất 80% và khoảng 286 với hiệu suất 70%.
Có một tổ chức kiểm tra các bộ nguồn để đáp ứng một mức chứng nhận nhất định. Chứng nhận 80 Thêm chỉ được thực hiện cho mạng điện 115V thông thường, chẳng hạn như ở Hoa Kỳ. Bắt đầu từ cấp 80 Plus Bronze, các bộ nguồn được thử nghiệm để sử dụng với nguồn điện 230V. Ví dụ: để vượt qua chứng chỉ cấp độ 80 ThêmĐồng Hiệu suất của nguồn điện phải là 81% khi tải 20%, 85% khi tải 50% và 81% khi tải 100%.

Sự hiện diện của một trong các logo trên bộ nguồn cho thấy bộ nguồn đáp ứng một mức chứng nhận nhất định.
Ưu điểm của nguồn điện với hiệu quả cao:
Thứ nhất, ít năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt, do đó hệ thống làm mát của bộ nguồn cần loại bỏ ít nhiệt hơn và do đó ít tiếng ồn hơn từ quạt. Thứ hai, tiết kiệm điện nhỏ. Thứ ba, chất lượng của dữ liệu BP cao.

PFC chủ động hay thụ động?

PFC (Power Factor Correction) – Hiệu chỉnh hệ số công suất. Hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng trên tổng công suất (công suất tác dụng + công suất phản kháng).

Vì tải thực thường có các thành phần điện cảm và điện dung nên công suất phản kháng được cộng vào công suất tác dụng. Tải không tiêu thụ công suất phản kháng - nhận được trong một nửa chu kỳ của điện áp nguồn, nó sẽ hoàn toàn trở lại mạng trong nửa chu kỳ tiếp theo, gây lãng phí dây cung cấp. Hóa ra công suất phản kháng không có tác dụng gì và nó được xử lý bất cứ khi nào có thể bằng các thiết bị điều chỉnh khác nhau.

PFC - có thể thụ động hoặc chủ động.

Ưu điểm của PFC hoạt động:

PFC hoạt động cung cấp hệ số công suất gần lý tưởng (hoạt động 0,95-0,98 so với 0,75 thụ động).
PFC hoạt động ổn định điện áp đầu vào của bộ ổn định chính, nguồn điện trở nên ít nhạy cảm hơn với điện áp nguồn thấp.
PFC hoạt động cải thiện khả năng đáp ứng của nguồn điện trong thời gian điện áp nguồn điện giảm trong thời gian ngắn.

Nhược điểm của PFC hoạt động:

Giảm độ tin cậy của nguồn điện do bản thân việc thiết kế nguồn điện trở nên phức tạp hơn. Cần làm mát bổ sung. Nhìn chung, lợi ích của PFC hoạt động lớn hơn những nhược điểm của nó.

Về nguyên tắc, bạn có thể bỏ qua loại PFC. Trong mọi trường hợp, khi bạn mua bộ nguồn có công suất thấp hơn, rất có thể nó sẽ có PFC thụ động; khi bạn mua bộ nguồn mạnh hơn từ 500 W, rất có thể bạn sẽ nhận được bộ nguồn có PFC hoạt động.

Hệ thống làm mát nguồn điện.
Sự hiện diện của quạt trong nguồn điện được coi là bình thường; đường kính của nó thường là 120, 135 hoặc 140 mm.

Cáp và đầu nối.
Hãy chú ý đến số lượng đầu nối và độ dài của các sợi cáp đến từ bộ nguồn; tùy theo chiều cao của thùng máy mà bạn cần lựa chọn bộ nguồn có các sợi cáp có độ dài phù hợp. Đối với cơ thể nhỏ, chiều dài 40-45 cm là đủ.

Một bộ nguồn hiện đại có các đầu nối sau:

	Đầu nối nguồn 24 chân bo mạch chủ. Thường tách rời 20 và 4 tiếp điểm, đôi khi rắn chắc.
	Ổ cắm CPU. Thông thường 4 chân, đối với bộ xử lý mạnh hơn thì sử dụng 8 chân.
	Đầu nối cho thức ăn bổ sung thẻ video. 6 và 8 chân. 8 chân đôi khi kết hợp các tiếp điểm 6+2.
	Đầu nối SATA dành cho kết nối cứngđĩa và ổ đĩa quang.
	Đầu nối 4 chân (Molex) để kết nối IDE cũ ổ cứng và ổ đĩa quang cũng được sử dụng để kết nối quạt.
	Đầu nối 4 chân để kết nối ổ đĩa FDD.

Cáp mô-đun và đầu nối.
Nhiều bộ nguồn có công suất cao hơn hiện nay sử dụng kết nối cáp mô-đun có đầu nối. Điều này thuận tiện vì không cần phải giữ các dây cáp không sử dụng bên trong hộp và ít nhầm lẫn hơn với các dây dẫn mà chúng ta chỉ cần thêm chúng khi cần thiết. Việc loại bỏ các dây cáp không cần thiết cũng giúp cải thiện khả năng lưu thông không khí trong thùng máy. Thông thường, những bộ nguồn này chỉ có các đầu nối không thể tháo rời để cấp nguồn cho bo mạch chủ và bộ xử lý.

Nhà sản xuất của.
Các nhà sản xuất bộ nguồn được chia thành ba nhóm:

1. Họ sản xuất sản phẩm của riêng mình - đó là các thương hiệu như FSP, Enermax, HEC, Seasonic, Delta, Hipro.
2. Họ sản xuất sản phẩm của mình, chuyển một phần sản xuất sang các công ty khác, ví dụ như Corsair, Antec, Silverstone, PC Power & Cooling, Zalman.
3. Họ bán lại dưới thương hiệu riêng của họ (một số ảnh hưởng đến chất lượng và sự lựa chọn linh kiện, một số thì không), ví dụ như Chiftec, Cooler Master, Gigabyte, OCZ, Thermaltake.

Bạn có thể yên tâm mua sản phẩm từ những thương hiệu này. Trên Internet, bạn có thể tìm thấy các bài đánh giá và bài kiểm tra về nhiều bộ nguồn và điều hướng qua chúng.
Tôi hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn trả lời được câu hỏi “ cách chọn nguồn điện cho máy tính?».

Một chút về sức mạnh

Đừng lo lắng, bạn không cần bất kỳ kiến ​​thức vật lý đại học nào để hiểu cách thức hoạt động của nó. Chúng tôi sẽ giải thích đơn giản sự khác biệt giữa nguồn điện tốt và nguồn kém. Nếu bạn biết các nguyên tắc hoạt động cơ bản, bạn sẽ khó có thể mua hàng tồi. Vì vậy, hãy tiếp tục.

Dòng phản kháng và công suất phản kháng

Một trong những vấn đề quan trọng liên quan đến mức tiêu thụ điện năng khi sử dụng nguồn điện chuyển mạch là dòng điện "phản kháng" do điện cảm gây ra. Xin lưu ý rằng mức tiêu thụ điện ở chế độ chờ không liên quan gì đến chế độ không tải. Ngoài ra, tải trong trường hợp này không trùng với mức tiêu thụ điện năng ở mức đầy tải mà sử dụng các thành phần giống nhau. Công suất phản kháng phải giảm đáng kể (trong trường hợp tốt nhất là không tồn tại) để không dẫn đến tổn thất năng lượng ở điện trở, năng lượng này sẽ toả ra dưới dạng nhiệt. Mức tiêu thụ năng lượng lãng phí như vậy cần được giảm xuống gần như bằng không mạch bên trong chuyển đổi nguồn điện.

Công suất hiệu dụng và công suất biểu kiến

Công suất hiệu dụng trái ngược với công suất phản kháng ở chỗ nó phản ánh mức tiêu thụ điện năng thực tế. Công suất biểu kiến ​​là tổng của công suất tác dụng và công suất phản kháng.

Hệ số công suất

Chỉ báo này được tính bằng tỷ số giữa công suất hiệu dụng và công suất biểu kiến ​​và nằm trong khoảng từ 0 (kết quả tệ nhất) đến 1 (kết quả lý tưởng). Vì vậy, khi mua bộ nguồn, bạn cần đảm bảo rằng bộ nguồn đó có hệ số công suất cao: đây là một trong những chỉ số chất lượng quan trọng đối với bộ nguồn.

PFC hoạt động

Hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động (PFC) có nghĩa là hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động. Hệ số công suất là đặc điểm quan trọngđối với nguồn điện, vì nó phản ánh tỷ lệ giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến.

Thuận lợi:

• Công suất hoạt động khoảng 99% có thể được coi là lý tưởng;
• Hiệu suất cao (ít hơn khi tải thấp);
• Nguồn điện rất ổn định;
• Tiêu thụ ít năng lượng hơn;
• Ít sinh nhiệt hơn;
• Nhẹ hơn.

Sai sót:

• Chi phí nhiều hơn;
• Khả năng thất bại cao.

PFC thụ động

Với việc hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động, dòng điện phản kháng có thể giảm bằng cách sử dụng cuộn cảm lớn. Phương pháp này đơn giản hơn và rẻ hơn nhưng không phải là phương pháp hiệu quả nhất.

Thuận lợi:

• Chi phí ít hơn;
• Không có nhiễu điện từ.

Sai sót:

• Yêu cầu làm mát tốt hơn;
• Không phù hợp với tải trọng cao;
• Tiêu thụ năng lượng cao (tổn thất năng lượng);
• Nặng hơn;
• Công suất hoạt động thấp (khoảng 70% đến 80%).

Làm thế nào để xác định hiệu suất của nguồn điện?

Nguyên tắc, quy tắc và quy định cơ bản

Một trong những chỉ số hiệu suất chính của bộ nguồn là liệu nó có đáp ứng các tiêu chuẩn Energy Star 5.0 và 80 PLUS hay không. Loại thứ hai sẽ là ưu tiên hàng đầu cho điện toán và là tiêu chuẩn được công nhận trên toàn thế giới. Ngoài ra, nếu nói về các nước Châu Âu thì cũng cần kiểm tra việc tuân thủ các tiêu chuẩn CE và ErP.

Bộ nguồn 80 PLUS hiệu quả hơn.

Các nguyên tắc và thông số kỹ thuật ảnh hưởng một cách tự nhiên đến hiệu quả và chất lượng của thực phẩm. Bộ nguồn được đánh dấu chứng nhận 80 PLUS sẽ đáp ứng một số yêu cầu nhất định được thiết lập thông qua một loạt thử nghiệm. Chúng tôi muốn đề cập rằng các điều kiện kiểm tra sức chịu đựng của 80 PLUS không tương ứng trực tiếp với thông số kỹ thuật ATX, tuy nhiên, chúng được thực hiện trong điều kiện lưới điện Hoa Kỳ có điện áp thấp hơn. Trong điều kiện của Nga và Châu Âu, với mạng 230 V, hiệu suất của bộ nguồn 80 PLUS sẽ cao hơn một chút so với ở Hoa Kỳ.

Khái niệm 80 PLUS đã được mở rộng để bao gồm một số cấp độ hiệu suất, Bạch kim, Vàng, Bạc và Đồng, và mỗi tiêu chuẩn này đều có bộ thông số kỹ thuật riêng. Như vậy, bộ nguồn 80 PLUS Platinum hoặc 80 PLUS Gold sẽ hiệu quả hơn bộ nguồn thông thường. Đồng thời, những bộ nguồn này đắt hơn.

Sử dụng bảng bên dưới, bạn có thể thấy mức thông số kỹ thuật của thiết bị ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất của thiết bị trong một tải nhất định và đánh giá từng mức thông số kỹ thuật cụ thể.

	Hiệu suất ở mức tải 20%	Hiệu suất ở mức tải 50%	Hiệu suất ở mức tải 100%
80Plus	80,00%	80,00%	80,00%
Đồng 80 Plus	82,00%	85,00%	82,00%
Bạc 80 Plus	85,00%	88,00%	85,00%
Vàng 80 Plus	87,00%	90,00%	87,00%
Bạch kim 80 Plus	90,00%	92,00%	89,00%

Điện năng tiêu thụ khi tắt máy tính

Khi tắt máy tính? Nguồn điện thường tiếp tục hoạt động. Điều này là cần thiết để hỗ trợ một số tính năng như Wake-on-LAN. Bộ nguồn sẽ lãng phí một ít điện năng ngay cả khi máy tính đã tắt. Theo các nhà sản xuất, các bộ nguồn hiện đại, đặc biệt là những bộ nguồn được bán ở châu Âu, tiêu thụ không quá 1 W ở chế độ này. Nếu việc tiết kiệm thực sự quan trọng với bạn thì quyết định này sẽ đúng đắn.

NỘI DUNG

Đã thời gian dài Phòng thí nghiệm của chúng tôi kiểm tra bộ nguồn tiêu chuẩn ATX. Trong suốt thời gian qua, phương pháp thử nghiệm đã không ngừng phát triển và cải tiến, theo đuổi hai mục tiêu cùng một lúc - không chỉ để có thể so sánh khách quan các nguồn cung cấp năng lượng khác nhau mà còn thực hiện điều đó khá rõ ràng.

Thật không may, một trong những thử nghiệm chính trong phương pháp của chúng tôi - đo độ ổn định điện áp - không thể thể hiện rõ ràng vì nó sử dụng các kiểu tải riêng cho hầu hết từng bộ phận, khiến không thể thảo luận và so sánh kết quả của các bộ nguồn khác nhau mà không có sự tham khảo liên tục. đến các tính năng được áp dụng cho các mẫu đó. Nói cách khác, kết quả của mỗi khối mang theo một loạt các quy ước và bảo lưu - tất nhiên, cuối cùng thì có thể so sánh được, nếu không thì việc thử nghiệm sẽ chẳng có ý nghĩa gì cả, tuy nhiên trực tiếp Than ôi, việc so sánh các số liệu hoặc đồ thị đã trở nên rất khó khăn bởi những sự dè dặt này.

Với bài viết này, tôi giới thiệu với các bạn một phương pháp mới để kiểm tra bộ nguồn, phương pháp này đã thay thế phương pháp đo độ ổn định điện áp cũ và cho kết quả cực kỳ trực quan, đồng thời rất chính xác và khách quan, phù hợp để so sánh các bộ nguồn khác nhau , cả bằng những con số cụ thể và đơn giản là "bằng mắt", dựa trên hình thức của biểu đồ thu được. Cơ sở là phương pháp xây dựng cái gọi là đặc tính tải chéo của nguồn điện, được các đồng nghiệp của chúng tôi phát triển và áp dụng từ ấn phẩm ITC Online, nhưng nó đã được cải tiến đáng kể nhằm tăng thêm cả nội dung thông tin và sự rõ ràng.

Cũng trong bài viết, tôi sẽ mô tả ít nhiều chi tiết các khía cạnh khác nhau trong hoạt động của bộ nguồn máy tính, để những độc giả chưa hiểu mạch điện của bộ nguồn chuyển mạch sẽ hiểu những thông số này hoặc những thông số bộ nguồn đo được trong quá trình thử nghiệm có ý nghĩa gì và ở đâu. họ đến từ. Những ai khá quen thuộc với thiết kế và hoạt động của bộ nguồn chuyển mạch có thể xem ngay hai phần đầu tiên của bài viết để mô tả về thiết bị thử nghiệm và phương pháp thử nghiệm mà chúng tôi thực sự sử dụng.

Nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính và chuyển mạch

Như đã biết, nguồn điện điện tử là một thiết bị bằng cách này hay cách khác giải quyết vấn đề thay đổi, điều khiển hoặc ổn định nguồn điện cung cấp cho tải.

Phương pháp điều khiển đơn giản nhất và vẫn được sử dụng rộng rãi là hấp thụ năng lượng dư thừa trong thiết bị điều khiển, tức là tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt. Nguồn điện hoạt động theo nguyên tắc này được gọi là tuyến tính.


Trên đây là sơ đồ của một nguồn như vậy - bộ ổn áp tuyến tính. Điện áp 220V hộ gia đình được giảm bằng máy biến áp T1 đến mức yêu cầu, sau đó được chỉnh lưu bằng cầu diode D1. Rõ ràng, điện áp chỉnh lưu phải cao hơn điện áp đầu ra của bộ ổn định trong bất kỳ điều kiện nào - nói cách khác, cần có nguồn điện dư thừa; Điều này tuân theo nguyên tắc hoạt động của bộ ổn định tuyến tính. Trong trường hợp này, năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt trên bóng bán dẫn Q1, được điều khiển bởi mạch U1 nào đó sao cho điện áp đầu ra Uout đã ở mức yêu cầu.

Đề án này có hai nhược điểm đáng kể. Thứ nhất, tần số thấp của dòng điện xoay chiều trong mạng cung cấp (50 hoặc 60 Hz, tùy theo quốc gia) quyết định kích thước và trọng lượng tổng thể lớn của máy biến áp giảm áp - máy biến áp có công suất 200-300 W sẽ nặng vài lần. kilôgam (chưa kể đến việc trong các bộ ổn định tuyến tính cần sử dụng máy biến áp có công suất lớn hơn gấp đôi công suất tải tối đa, vì hiệu suất của bộ ổn định tuyến tính là khoảng 50% và máy biến áp phải được thiết kế để có công suất tối đa, bao gồm cả những gì tỏa nhiệt trên chính bộ ổn định). Thứ hai, điện áp ở đầu ra của máy biến áp trong mọi trường hợp phải vượt quá tổng điện áp đầu ra của bộ ổn định và độ sụt điện áp tối thiểu trên bóng bán dẫn điều khiển; Điều này có nghĩa là, nhìn chung, bóng bán dẫn sẽ phải tiêu hao một lượng điện năng dư thừa khá đáng kể, điều này sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất của toàn bộ thiết bị.

Để khắc phục những thiếu sót này, cái gọi là bộ ổn định điện áp chuyển mạch đã được phát triển, trong đó việc điều khiển công suất diễn ra mà không tiêu hao điện năng trong chính thiết bị điều khiển. Ở dạng đơn giản nhất, một thiết bị như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng một công tắc thông thường (vai trò của nó cũng có thể được thực hiện bởi một bóng bán dẫn), được mắc nối tiếp với tải. Trong sơ đồ như vậy trung bình dòng điện chạy qua tải không chỉ phụ thuộc vào điện trở tải và điện áp nguồn mà còn phụ thuộc vào tần số chuyển mạch của công tắc - tần số càng cao thì dòng điện càng cao. Do đó, bằng cách thay đổi tần số chuyển mạch, chúng ta có thể điều chỉnh dòng điện trung bình qua tải và lý tưởng nhất là không có công suất nào bị tiêu tán trên chính công tắc - vì nó chỉ ở hai trạng thái: mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Trong trường hợp đầu tiên, điện áp rơi trên nó bằng 0, trong trường hợp thứ hai, dòng điện chạy qua nó bằng 0, và khi đó công suất giải phóng trên nó, bằng tích của dòng điện và điện áp, cũng luôn luôn bằng 0. số không. Tất nhiên, trong thực tế, mọi thứ hơi khác một chút - nếu bóng bán dẫn được sử dụng làm công tắc, thứ nhất, ngay cả ở trạng thái mở, một điện áp nhỏ sẽ giảm trên chúng và thứ hai, quá trình chuyển mạch không xảy ra ngay lập tức. Tuy nhiên, những tổn thất này là hậu quả của các tác dụng phụ và chúng nhỏ hơn nhiều so với lượng điện năng dư thừa được phân bổ cho thiết bị điều khiển bộ ổn định tuyến tính.

Nếu so sánh các con số thì Hiệu quả điển hình bộ ổn định tuyến tính là 25...50%, trong khi hiệu suất của bộ ổn định xung có thể vượt quá 90%.

Ngoài ra, nếu chúng ta đặt một công tắc trong bộ ổn định xung trước máy biến áp giảm áp (rõ ràng, nói chung, việc điều chỉnh điện áp đầu vào hay đầu ra của máy biến áp không có gì khác biệt - chúng liên kết chặt chẽ với nhau), thì chúng tôi có cơ hội xác định tần số hoạt động của máy biến áp bất kể tần số của mạng lưới cung cấp. Và do kích thước của máy biến áp giảm khi tần số hoạt động của nó tăng lên, điều này cho phép sử dụng máy biến áp giảm áp trong các bộ ổn định xung có kích thước bằng đồ chơi theo đúng nghĩa đen so với các máy biến áp tuyến tính của chúng, mang lại mức tăng khổng lồ về kích thước của thiết bị đã hoàn thành. Ví dụ, một máy biến áp có tần số 50 Hz và công suất 100 W chỉ nặng hơn hai kg, trong khi một máy biến áp có cùng công suất nhưng có tần số 35 kHz chỉ nặng khoảng 35 gram. Tất nhiên, điều này ảnh hưởng hoàn toàn đến kích thước và trọng lượng của toàn bộ nguồn điện - nếu chúng ta tính tỷ lệ giữa công suất đầu ra của nguồn với thể tích của nó, thì đối với nguồn điện chuyển mạch hoạt động ở tần số vài chục kilohertz, thì nó sẽ vào khoảng 4-5 W/cu. inch, trong khi đối với bộ ổn định tuyến tính, con số này chỉ là 0,3...1 W/cu. inch. Hơn nữa, với tần số ngày càng tăng, mật độ công suất của nguồn điện chuyển mạch có thể đạt tới 75 W/m3. inch, điều này hoàn toàn không thể đạt được đối với các nguồn tuyến tính ngay cả khi làm mát bằng nước (số liệu được đưa ra từ cuốn sách của Irving M. Gottlieb “Bộ nguồn. Bộ biến tần, Bộ chuyển đổi, Bộ ổn định tuyến tính và Chuyển mạch”).

Ngoài ra, với thiết kế này, bộ ổn định xung ít phụ thuộc hơn nhiều vào giá trị của điện áp đầu vào - xét cho cùng, máy biến áp giảm áp chủ yếu nhạy cảm với điều này và khi chúng ta bật công tắc trước nó, chúng ta có thể điều khiển điện áp và tần suất hoạt động của nó khi chúng ta cần. Theo đó, bộ ổn định chuyển mạch có thể chịu được điện áp nguồn giảm tới 20% giá trị danh định mà không gặp vấn đề gì, trong khi bộ ổn định tuyến tính chỉ có thể đạt được hoạt động ở mức điện áp mạng giảm bằng cách giảm thêm hiệu suất vốn đã thấp.

Ngoài máy biến áp, việc sử dụng Tân sô cao cho phép bạn giảm đáng kể (hàng chục lần) điện dung và theo đó là kích thước của các tụ điện làm mịn (C1 và C2 trong sơ đồ trên). Đúng, đây là con dao hai lưỡi - thứ nhất, không phải tất cả tụ điện có thể hoạt động bình thường ở tần số như vậy, thứ hai, bất chấp mọi thứ, trong nguồn điện chuyển mạch, về mặt kỹ thuật rất khó đạt được phạm vi gợn đầu ra dưới 20 mV, trong khi ở nguồn tuyến tính, nếu cần, không có chi phí đặc biệt, mức gợn sóng có thể giảm xuống 5 mV, và thậm chí thấp hơn.

Rõ ràng là một bộ chuyển đổi hoạt động ở tần số vài chục kilohertz là nguồn gây nhiễu không chỉ vào tải của chính nó mà còn vào mạng cung cấp, cũng như đơn giản là vào không khí vô tuyến. Do đó, khi thiết kế bộ nguồn chuyển mạch, cần phải chú ý đến cả bộ lọc ở đầu vào của nó (trái với suy nghĩ của nhiều người, nó không bảo vệ nguồn điện khỏi sự can thiệp từ bên ngoài mà chỉ bảo vệ các thiết bị khác khỏi sự can thiệp do điều này tạo ra. nguồn điện) và tấm chắn điện từ của chính nguồn điện, trong trường hợp các thiết bị hạng nặng có nghĩa là sử dụng vỏ thép. Các bộ nguồn tuyến tính, như tôi đã lưu ý ở trên, mặc dù chúng nhạy cảm hơn với nhiễu bên ngoài nhưng bản thân chúng không tạo ra bất kỳ nhiễu nào và do đó không yêu cầu bất kỳ biện pháp đặc biệt nào để bảo vệ thiết bị xung quanh.

Ngoài ra, các nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch đòi hỏi các thiết bị điện tử phức tạp hơn (và do đó đắt tiền) hơn đáng kể so với các thiết bị điện tử tuyến tính tương ứng. Lợi thế về giá của các đơn vị xung là rõ ràng đối với các sản phẩm khá mạnh, trong đó giá chủ yếu được xác định bởi chi phí. máy biến áp và việc loại bỏ nhiệt cần thiết, và do đó các nguồn tuyến tính có kích thước lớn và hiệu suất thấp là những nguồn thua cuộc rõ ràng; tuy nhiên, khi các thành phần của bộ nguồn chuyển mạch trở nên rẻ hơn, chúng ngày càng lấn át các nguồn tuyến tính công suất thấp - ví dụ, việc chuyển đổi các bộ nguồn có công suất vài watt không còn là chuyện hiếm (ví dụ: bộ sạc điện thoại di động), mặc dù một Cách đây vài năm quyền lực như vậy đã có những ưu điểm rõ ràng.

Nếu chúng ta nói về các nhiệm vụ trong đó tham số xác định là kích thước, thì việc chuyển đổi nguồn điện sẽ không còn cạnh tranh - với tất cả các thủ thuật thiết kế, đơn giản là không thể có được mật độ năng lượng tương tự từ nguồn tuyến tính cũng như từ nguồn xung.

Bộ nguồn máy tính

Hiện nay, tất cả các nguồn điện được sử dụng trong máy tính đều đang chuyển đổi. Điều này là do thực tế là để đảm bảo kích thước và khả năng tản nhiệt hợp lý, cần phải có mật độ nguồn và hiệu suất, những điều này về cơ bản là không thể đạt được đối với các nguồn cung cấp năng lượng tuyến tính có nguồn điện như vậy - ví dụ: mật độ nguồn của nguồn điện ATX thông thường là 2.. 0,5 W/cu. inch (tùy thuộc vào công suất đầu ra của nó) và hiệu suất ít nhất là 68% khi làm việc với tải tối đa.

Hình trên là sơ đồ khối được đơn giản hóa của một bộ nguồn máy tính điển hình. Dưới đây, lấy thiết bị Macropower MP-300AR làm ví dụ, cách sắp xếp điển hình của các bộ phận trong nguồn điện thực được hiển thị (trong hầu hết các thiết bị của các kiểu máy khác sẽ không có sự khác biệt đáng kể):

Điện áp nguồn 220V đi qua bộ lọc hai hoặc ba phần, giúp bảo vệ các thiết bị khác được kết nối với mạng khỏi nhiễu do nguồn điện tạo ra. Sau bộ lọc, điện áp được cung cấp cho bộ chỉnh lưu D1 và từ nó đến mạch điều chỉnh hệ số công suất tùy chọn (nhưng ngày càng phổ biến ở các thiết bị mới) (PFC - Power Factor Correction). Thông tin chi tiết hơn về PFC là gì và tại sao cần thiết sẽ được thảo luận bên dưới. Bây giờ tôi muốn tìm hiểu chi tiết hơn về bộ lọc, vì có một số câu hỏi liên quan đến nó mà người dùng thường hỏi.

Nguồn điện không có PFC

Trong biểu đồ dao động ở trên, “chùm tia” màu xanh lá cây là điện áp nguồn điện và màu vàng là dòng điện được tiêu thụ bởi nguồn điện chính. Với hình ảnh này, hệ số công suất xấp xỉ 0,7 - tức là gần một phần ba công suất chỉ làm nóng các dây dẫn mà không có kết quả, không tạo ra bất kỳ công hữu ích nào. Và nếu đối với người dùng cá nhân, con số này không có tầm quan trọng lớn, vì đồng hồ đo điện dân dụng chỉ tính đến công suất tác dụng, thì đối với các văn phòng lớn và nói chung bất kỳ cơ sở nào có nhiều máy tính làm việc đồng thời, hệ số công suất thấp là một vấn đề đáng chú ý, bởi vì tất cả hệ thống dây điện và thiết bị liên quan phải được tính toán dựa trên tổng công suất - nói cách khác, với hệ số công suất là 0,7, nó sẽ mạnh hơn một phần ba so với mức có thể nếu nguồn điện không tiêu thụ công suất phản kháng. Hệ số công suất thấp cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn nguồn cung cấp điện liên tục - đối với họ, giới hạn lại là tổng công suất chứ không phải công suất tác dụng.

Theo đó, ở Gần đây Các thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) ngày càng trở nên phổ biến. Đơn giản nhất và do đó phổ biến nhất là cái gọi là PFC thụ động, là một cuộn cảm thông thường có độ tự cảm tương đối cao, được nối nối tiếp với mạng với nguồn điện.

Nguồn điện PFC thụ động

Nguồn điện có PFC hoạt động

Như bạn có thể thấy, hình dạng của dòng điện tiêu thụ bởi nguồn điện có PFC đang hoạt động khác rất ít so với tải điện trở thông thường - hệ số công suất thu được của thiết bị như vậy có thể đạt 0,95...0,98 khi hoạt động ở mức đầy tải . Đúng, khi tải giảm, hệ số công suất giảm, tối thiểu giảm xuống khoảng 0,7...0,75 - nghĩa là ở mức của các thiết bị có PFC thụ động. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng giá trị cao nhất của mức tiêu thụ hiện tại đối với các khối có PFC đang hoạt động, ngay cả ở mức công suất thấp, vẫn thấp hơn đáng kể so với tất cả các khối khác.

Biểu đồ bên dưới hiển thị kết quả của phép đo thử nghiệm về sự phụ thuộc của hệ số công suất vào tải vào nguồn điện của ba tổ máy - hoàn toàn không có PFC, với PFC thụ động và cuối cùng là với PFC chủ động.

PFC hoạt động không chỉ cung cấp hệ số công suất gần như lý tưởng mà không giống như PFC thụ động, nó còn cải thiện hiệu suất của nguồn điện. Thứ nhất, nó còn ổn định thêm điện áp đầu vào của bộ ổn định chính của thiết bị - thiết bị không chỉ trở nên ít nhạy cảm hơn đáng kể với điện áp nguồn thấp mà còn khi sử dụng PFC hoạt động, các thiết bị có nguồn điện phổ thông 110...230V được phát triển khá dễ dàng, không yêu cầu chuyển đổi thủ côngđiện áp. Thứ hai, việc sử dụng PFC hoạt động sẽ cải thiện phản ứng của nguồn điện trong thời gian ngắn (một phần giây) của điện áp nguồn - tại những thời điểm như vậy, thiết bị hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng của các tụ điện chỉnh lưu điện áp cao C1 và C2, và năng lượng này tỷ lệ với bình phương điện áp trên chúng; như tôi đã lưu ý ở trên, khi sử dụng PFC đang hoạt động, điện áp này đạt 400V so với 310V thông thường - do đó, hiệu quả sử dụng tụ điện tăng hơn gấp đôi (do năng lượng tích trữ trong tụ điện còn lâu mới cạn kiệt, hiệu suất tăng lên thậm chí nhanh hơn điện áp tụ vuông).

Trên thực tế, PFC hoạt động chỉ có hai nhược điểm - thứ nhất, giống như bất kỳ sự phức tạp nào trong thiết kế nói chung, nó làm giảm độ tin cậy của nguồn điện và thứ hai, nó cũng có hiệu suất khác 100% và do đó cần phải làm mát (tuy nhiên, trên mặt khác, PFC hoạt động làm giảm nhẹ tổn thất trong bộ lọc đầu vào và trong chính bộ biến tần, do đó hiệu suất tổng thể của thiết bị không bị giảm). Tuy nhiên, lợi ích của việc sử dụng PFC hoạt động lớn hơn những nhược điểm này trong phần lớn các trường hợp.

Vì vậy, nếu bạn cần một thiết bị có chức năng hiệu chỉnh hệ số công suất, thì trước hết bạn nên chú ý đến các mẫu có PFC hoạt động - chỉ chúng mới cung cấp hệ số công suất thực sự tốt, đồng thời cải thiện đáng kể các đặc tính khác của nguồn điện. Theo quan điểm của người dùng gia đình, các thiết bị có PFC hoạt động sẽ hữu ích cho chủ sở hữu các UPS công suất thấp: giả sử bạn đã có một UPS có công suất 500 VA, trong đó 50 VA được tiêu thụ bởi màn hình LCD và 450 VA vẫn dành cho đơn vị hệ thống và bạn sẽ nâng cấp thiết bị sau lên mức hiện đại - và cấu hình hiện đại khá nghiêm túc có thể tiêu thụ tới 300 W từ nguồn điện ở mức tải tối đa. nguồn điện có hệ số công suất là 0,7 và hiệu suất 80% (đây là con số khá điển hình đối với. khối tốt) chúng ta nhận được tổng công suất tiêu thụ từ mạng 300/(0,75*0,8) = 500 VA và trên cùng một khối có hệ số công suất là 0,95 - tương ứng là 300/(0,95*0,8) = 395 VA. Như bạn có thể thấy, trong trường hợp nguồn điện không có PFC, việc thay thế UPS bằng một nguồn mạnh hơn là điều không thể tránh khỏi, nếu không, trong trường hợp mất điện không đúng lúc, nguồn điện hiện tại đơn giản là không thể chịu được tải và trong trường hợp thiết bị có PFC đang hoạt động, thậm chí vẫn còn một lượng dự trữ nhỏ là 55 VA. Tất nhiên, theo cách tốt, trong phép tính này, người ta cũng phải tính đến thực tế là ở đầu ra của UPS rẻ tiền, điện áp là không phải hình sin mà là hình thang - tuy nhiên, chỉ những con số tuyệt đối thu được sẽ thay đổi, trong khi lợi thế của nguồn điện có PFC hoạt động sẽ vẫn giữ nguyên.

Và để kết thúc phần này, tôi muốn xóa tan một lầm tưởng liên quan đến PFC: nhiều người dùng nhầm lẫn hệ số công suất và hiệu suất, trong khi chúng có đại lượng hoàn toàn khác nhau. Theo định nghĩa, hiệu suất bằng tỷ số giữa công suất đầu ra của nguồn điện và công suất tác dụng mà nó tiêu thụ từ mạng, trong khi hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng tiêu thụ từ mạng và tổng công suất tiêu thụ từ mạng. mạng. Việc lắp đặt mạch PFC trong nguồn điện chỉ ảnh hưởng đến công suất tác dụng mà nó tiêu thụ một cách gián tiếp - do bản thân PFC tiêu thụ một phần điện năng, cộng với điện áp đầu vào của bộ ổn định chính thay đổi; Nhiệm vụ chính của PFC là giảm công suất phản kháng mà tổ máy tiêu thụ, công suất này không được tính đến khi tính hiệu suất. Do đó, không có mối liên hệ trực tiếp giữa hiệu suất và hệ số công suất.

Bệ kiểm tra nguồn điện

Giá đỡ chính để kiểm tra nguồn điện trong phòng thí nghiệm của chúng tôi là một cơ cấu lắp đặt bán tự động cho phép bạn đặt tải cần thiết trên các bus +5V, +12V, +3.3V và +5V ở chế độ chờ của thiết bị được thử nghiệm, trong khi đồng thời đo điện áp đầu ra tương ứng.

Phần cứng của quá trình cài đặt dựa trên DAC Maxim MX7226 4 kênh, đầu ra của nó được kết nối với các nguồn hiện tại. Cái sau được tạo ra bằng cách sử dụng bộ khuếch đại hoạt động LM324D và mạnh mẽ bóng bán dẫn hiệu ứng trường IRFP064N được lắp đặt trên bộ tản nhiệt có làm mát bằng không khí cưỡng bức.

Mỗi bóng bán dẫn có công suất tiêu tán tối đa là 200 W và vì ba bóng bán dẫn như vậy được sử dụng trong mỗi kênh tải mạnh nhất (+5V và +12V), nên việc cài đặt cho phép bạn kiểm tra mọi nguồn điện ATX hiện có, lên đến mức mạnh nhất – thậm chí có tính đến việc giảm công suất tiêu tán cho phép của bóng bán dẫn khi nhiệt độ của chúng tăng lên, công suất tải cho phép đối với mỗi kênh ít nhất là 400 W.

Để đo dòng điện tải đã đặt và điện áp đầu ra của thiết bị được thử nghiệm, quá trình lắp đặt sử dụng hai ADC Maxim MX7824 4 kênh - một ADC chịu trách nhiệm về dòng điện, một ADC chịu trách nhiệm về điện áp.

Tất cả việc kiểm soát quá trình cài đặt, từ bật nguồn điện đang được thử nghiệm và kết thúc bằng việc thực hiện tất cả các thử nghiệm có thể, cũng như ghi lại và xử lý kết quả của chúng, đều được thực hiện từ máy tính thông qua cổng LPT. Một chương trình được viết riêng cho những mục đích này, cho phép bạn đặt dòng tải một cách thủ công trên từng bus, cũng như thực hiện một số thử nghiệm tiêu chuẩn về nguồn điện (ví dụ: xây dựng đặc tính tải chéo, sẽ được thảo luận bên dưới) đầy đủ chế độ tự động.

Ngoài việc lắp đặt chính, hai thiết bị phụ trợ cũng được sử dụng để kiểm tra các khối. Đầu tiên, nó là một máy phát xung vuông có tần số thay đổi riêng biệt từ 60 Hz đến 40 kHz:

Máy phát điện được kết nối với nguồn điện đang được thử nghiệm dưới dạng tải - bằng cách sử dụng một công tắc, bạn có thể chọn xem nó sẽ được kết nối với bus +12V hay +5V, trong cả hai trường hợp, dòng điện cực đại của tải mà nó tạo ra là khoảng 1,3 A. Điều này cho phép bạn ước tính mức độ đáp ứng tương đối của nguồn điện đã được thử nghiệm tốt. xung lực mạnh mẽ tải hình chữ nhật, theo sau có tần số từ hàng chục hertz đến hàng chục kilohertz.

Thứ hai, để lấy biểu đồ dao động của dòng điện tiêu thụ bởi nguồn điện, đồng thời, điện áp nguồn, một shunt thông thường có công suất lớn điện trở quấn dây tổng điện trở khoảng 0,61 Ohm:

Khi kiểm tra nguồn điện, các đầu dò của máy hiện sóng hai kênh kỹ thuật số được kết nối với bảng này - một trong các kênh của nó ghi lại biểu đồ dao động của điện áp nguồn và kênh kia - biểu đồ dao động của dòng điện mà nguồn điện tiêu thụ. Tiếp theo, biểu đồ dao động thu được sẽ được xử lý bằng một phần mềm được viết đặc biệt cho mục đích này. chương trình nhỏ, tính toán ngay lập tức tất cả các thông số mà chúng tôi quan tâm - công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến ​​mà nó tiêu thụ và theo đó là hệ số công suất và hiệu suất của nguồn điện.

Để chụp biểu đồ dao động, người ta sử dụng máy hiện sóng “ảo” hai kênh kỹ thuật số (ảo trong trường hợp này có nghĩa là máy hiện sóng này là một bảng mạch được cài đặt trong máy tính và, không giống như máy hiện sóng thông thường, không thể hoạt động nếu không có máy tính, vì nó không có bo mạch riêng. phần cứng để kiểm soát và hiển thị thông tin) M221 do công ty ETC của Slovakia sản xuất. Máy hiện sóng có băng thông tương tự 100 MHz, tốc độ số hóa tín hiệu tùy ý tối đa là 20 triệu mẫu mỗi giây và độ nhạy từ 50 mV/div đến 10 V/div. Ngoài việc đo hiệu suất và hệ số công suất của nguồn điện được thử nghiệm, máy hiện sóng còn được sử dụng để đánh giá phạm vi, hình dạng và thành phần tần số của gợn sóng điện áp đầu ra nguồn điện.

Để đánh giá nhanh dòng điện và điện áp trong quá trình thử nghiệm cũng như kiểm tra định kỳ các thiết bị đo khác, phòng thí nghiệm của chúng tôi sử dụng đồng hồ vạn năng Uni-Trend UT70D, cho phép bạn đo dòng điện và điện áp với độ chính xác rất tốt, kể cả dòng điện không hình sin , điều này rất quan trọng khi kiểm tra nguồn điện mà không hiệu chỉnh hệ số công suất - nhiều máy đo không được đánh dấu "TrueRMS" không thể đo đầy đủ dòng điện và điện áp xoay chiều có hình dạng khác với sóng hình sin.

Để đo nhiệt độ bên trong nguồn điện, chúng tôi sử dụng nhiệt kế kỹ thuật số Fluke 54 Series II với cặp nhiệt điện 80PK-1 và 80PK-3A (tên của tất cả các mẫu được nêu trong danh mục Fluke). Thật không may, nhiệt kế kỹ thuật số hồng ngoại không tiếp xúc mà chúng tôi đã cho thấy độ chính xác đo không đạt yêu cầu trên bề mặt kim loại sáng bóng (ví dụ: trên tản nhiệt bằng nhôm của bộ nguồn), buộc chúng tôi phải chuyển sang sử dụng nhiệt kế cặp nhiệt điện.

Để đo tốc độ của quạt cấp nguồn, người ta sử dụng máy đo tốc độ quang học Velleman DTO2234. Nó cho phép bạn đo tốc độ của quạt trong nguồn điện kín mà không gặp bất kỳ vấn đề nhỏ nào, tức là không làm ảnh hưởng đến chế độ nhiệt tự nhiên của nó - bạn chỉ cần dán một dải vật liệu phản chiếu mỏng lên một trong các cánh quạt.

Và cuối cùng, để cung cấp cho tất cả các bộ nguồn có cùng điện áp nguồn, bất kể biến động hàng ngày của nó, cũng như để cung cấp khả năng kiểm tra các thiết bị ở điện áp cung cấp cao hay thấp, chúng được kết nối với mạng thông qua phòng thí nghiệm Wusley TDGC2-2000 máy biến áp tự ngẫu có công suất tải cho phép đến 2 kW và giới hạn điều chỉnh điện áp từ 0 đến 250V.

Phương pháp thử nghiệm nguồn điện

Thử nghiệm đầu tiên và quan trọng nhất đối với bất kỳ nguồn điện nào là việc xây dựng cái gọi là đặc tính tải chéo. Như tôi đã nói trong phần lý thuyết của bài viết, mỗi điện áp đầu ra của nguồn điện không chỉ phụ thuộc vào tải trên bus tương ứng mà còn phụ thuộc vào tải trên tất cả các bus khác.

Chuẩn ATX cung cấp tối đa sai lệch cho phépđiện áp đầu ra từ danh định - đây là 5% cho tất cả các điện áp đầu ra dương (+12V, +5V và +3,3V) và 10% cho điện áp đầu ra âm (-5V và -12V, tuy nhiên, chỉ còn lại điện áp cuối cùng trong các đơn vị hiện đại). Đặc tính tải chéo (CLC) của khối là vùng tổ hợp tải trong đó không có điện áp đầu ra nào vượt quá giới hạn cho phép.

Hệ thống cấp điện được xây dựng dưới dạng một vùng trên một mặt phẳng, trong đó phụ tải trên bus +12V được vẽ theo trục tọa độ ngang, còn tải tổng trên bus +5V và +3.3V được vẽ theo trục tọa độ thẳng đứng. trục tọa độ. Khi xây dựng một bộ cấp nguồn, việc lắp đặt để kiểm tra các bộ cấp nguồn ở chế độ hoàn toàn tự động sẽ thay đổi tải trên các thanh cái này theo các bước 5 W và nếu tất cả điện áp đầu ra của bộ cấp nguồn ở mức bước này vừa với khung nhất định, đặt một điểm trên mặt phẳng, màu của điểm đó - từ xanh lục đến đỏ - tương ứng với độ lệch của từng điện áp tại một điểm nhất định so với giá trị danh nghĩa. Kể từ khi thiết lập, chúng tôi sử dụng điều khiển ba điện áp đầu ra chính, đối với mỗi nguồn điện, chúng tôi lần lượt nhận được ba biểu đồ (cho mỗi điện áp), trong đó cùng một khu vực sẽ được tô màu khác nhau. Hình dạng của diện tích trên cả ba điện áp là như nhau, vì nó được xác định không phải cho từng điện áp riêng biệt mà cho tất cả chúng cùng nhau và độ lệch vượt quá giới hạn cho phép. bất kì của điện áp có nghĩa là điểm tương ứng sẽ không có trên đồ thị cho mọi người nhấn mạnh; Bóng của khu vực là khác nhau vì nó được xây dựng riêng cho từng điện áp. Dưới đây là ví dụ về hệ thống cấp nguồn cho Macropower MP-360AR Ver. 2, được tô màu theo độ lệch điện áp +12V (trong các bài viết tôi sẽ cung cấp các hình ảnh động lần lượt thể hiện cả ba điện áp, điện áp hiện tại được biểu thị ở góc trên bên phải của biểu đồ, phía trên thang màu):

Trên biểu đồ này, mỗi điểm tương ứng chặt chẽ với một bước đo và để thuận tiện cho quá trình đo, các điểm có điện áp nằm ngoài giới hạn cho phép được biểu thị bằng màu xám và kích thước nhỏ hơn– điều này là cần thiết để thuận tiện cho người thí nghiệm theo dõi tiến trình đo trong thời gian thực. Sau khi hoàn thành các phép đo, dữ liệu thu được sẽ được xử lý bằng phép nội suy song tuyến tính - vì vậy, thay vì các điểm riêng lẻ, một vùng bóng mờ có các cạnh rõ ràng sẽ thuận tiện hơn cho nhận thức:

Vậy chúng ta thấy gì trong biểu đồ này? Bộ nguồn được thử nghiệm có khả năng đáp ứng rất tốt với tải trên bus +12V - nó có khả năng cung cấp điện áp cần thiết ở mức tải tối đa trên bus này và chỉ 5W trên bus +5V (5W là giá trị ban đầu điển hình trong các phép đo của chúng tôi; đối với các bộ phận mạnh mẽ hoạt động không ổn định ở mức tải nhẹ như vậy thì tăng lên 15 W hoặc 25 W).

Đường viền dọc mượt mà ở phần dưới bên phải của biểu đồ có nghĩa là ở đây thiết bị đã đạt đến giới hạn công suất của bus +12V (đối với thiết bị này là 300W) và việc lắp đặt không tăng thêm dòng tải để tránh sự cố của nguồn điện. Ở trên, ranh giới thẳng đứng chuyển sang nghiêng (góc trên bên phải của biểu đồ) - đây là khu vực mà việc lắp đặt đạt công suất tối đa của nguồn điện (trong trường hợp này là 340W), và do đó, khi tải tăng lên xuống +5V, nó buộc phải giảm tải +12V, để một lần nữa ngăn chặn sự cố nguồn điện hoặc bảo vệ nó khỏi bị vấp.

Chúng tôi tiếp tục đi xung quanh đường viền ngược chiều kim đồng hồ. Ở phía trên cùng của biểu đồ, đường nghiêng biến thành một đường ngang phẳng - đây là khu vực mà việc lắp đặt đạt mức tải tối đa cho phép là +5V, và sau đó không tăng công suất trên bus này nữa, mặc dù nguồn điện đã được cung cấp. điện áp tạo ra trong giới hạn bình thường.

Và cuối cùng, ở phần trên bên trái của biểu đồ, chúng ta thấy một đường dốc không đều, điều này rõ ràng không được giải thích bằng giới hạn nguồn - xét cho cùng, tải +12V ở khu vực này quá nhỏ. Nhưng đường này được giải thích một cách hoàn hảo bởi màu đỏ của biểu đồ - với tải lớn +5V và tải nhỏ +12V, điện áp trên bus +12V đạt độ lệch 5%, từ đó đánh dấu ranh giới của KNH.

Do đó, từ biểu đồ này, chúng ta có thể nói rằng bộ nguồn này duy trì tốt mức điện áp đầu ra và cho phép bạn nhận được công suất đã công bố từ nó mà không gặp vấn đề gì, nhưng nó sẽ thích hợp hơn cho các hệ thống hiện đại nhất cung cấp năng lượng cho cả bộ xử lý và video thẻ từ +12V, do sự mất cân bằng tải theo hướng của bus này nên nó nhận biết tốt hơn là thiên về bus +5V.

Để so sánh, chúng ta hãy xem xét nguồn điện của một nguồn điện rẻ hơn đáng kể - L&C LC-B300ATX với công suất được công bố là 300W. Đồ thị trong trường hợp này lại chỉ được xây dựng cho điện áp +12V:

Sự khác biệt so với MP-360AR là rõ ràng ngay lập tức. Thứ nhất, đường dưới cùng của đường viền không còn nằm ngang - ở phía bên phải, nó bắt đầu đi lên và màu đỏ cho thấy điều này không chỉ do điện áp vượt quá +5V (điều này xảy ra khá thường xuyên khi tải nặng). +12V), nhưng cũng có độ sụt điện áp +12V. Thứ hai, không có “kệ” nằm ngang phía trên trên mạch; điểm trên cùng của biểu đồ tương ứng với tải +5V khoảng 150W - có nghĩa là không thể đạt được công suất tối đa 180W mà nhà sản xuất đã hứa cho xe buýt này trong thực tế. nguyên tắc, dưới bất kỳ sự kết hợp tải trọng nào. Thứ ba, mặc dù công suất được công bố cao hơn trên các đường ray +5V và +3,3V so với MP-360AR (180W so với 130W), nhưng có thể thấy rõ rằng đường nghiêng ở phần trên bên trái của biểu đồ cho MP-360AR đã bắt đầu ở mức công suất tải +5V hơn 80 W, trong khi LC-B300 chỉ có khoảng 50 W. Điều này có nghĩa là, mặc dù công suất trên bus +5V của LC-B300 được công bố chính thức cao hơn so với MP-360AR, nhưng trên thực tế, trong nhiều trường hợp, bạn có thể nhận được nhiều hơn. quyền lực thực sự Bus này sẽ hoạt động chỉ từ một đơn vị do Macropower sản xuất.

Tôi nghĩ những độc giả tinh ý đã nhận thấy rằng nếu cả hai đồ thị được vẽ trên cùng một tỷ lệ thì PCB của khối Macropower sẽ bị kéo dài mạnh dọc theo trục +12V so với PCB của khối L&C. Điều này được giải thích là do hai khối này thuộc các phiên bản khác nhau của chuẩn ATX/ATX12V. Nguồn cấp, trong đó việc phân bổ tải khác nhau giữa các bus cấp điện được coi là thích hợp hơn. Để so sánh, hình bên dưới cho thấy các CNC mà theo Intel (với tư cách là người biên soạn toàn bộ dòng tiêu chuẩn ATX), các bộ nguồn lẽ ra phải có trong các năm khác nhau:

Như bạn có thể thấy, ban đầu tiêu chuẩn ATX giả định mức tiêu thụ chủ yếu từ các bus +5V và +3,3V - và thực tế, gần như toàn bộ phần cứng của máy tính được cấp nguồn từ các điện áp này ở mức +12V, một tải đáng chú ý chỉ được tạo ra bởi cơ chế hoạt động; ổ cứng và ổ đĩa quang.

Tuy nhiên, theo thời gian, tình hình bắt đầu thay đổi - bộ xử lý ngày càng mạnh hơn và việc cấp nguồn cho chúng từ + 5V đã tạo ra một số vấn đề cho các nhà phát triển bo mạch chủ. Thứ nhất, vào thời điểm đó, rõ ràng là mức tiêu thụ điện năng của bộ xử lý sẽ tiếp tục tăng hơn nữa, điều này sẽ dẫn đến mức tiêu thụ dòng điện lớn +5V, và do đó sẽ có vấn đề khi cung cấp dòng điện như vậy cho bo mạch chủ - một tiêu chuẩn đơn giản là đầu nối có thể không đáp ứng được. Thứ hai, đầu nối nguồn của bo mạch chủ sẽ phải được đặt cạnh VRM của bộ xử lý hoặc một bus được thiết kế cho dòng điện cao, điều đó lại khó nữa...

Về vấn đề này, Intel đã đề xuất tiêu chuẩn ATX12V, theo đó bộ xử lý phải được cấp nguồn từ bus +12V - rõ ràng, với cùng mức tiêu thụ điện năng, điều này có nghĩa là dòng điện ít hơn 2,4 lần. Tuy nhiên, do đầu nối ATX chính chỉ có một dây +12V nên cần phải lắp thêm đầu nối ATX12V 4 chân... tuy nhiên, với điều này Intel đã một mũi tên trúng hai con chim - không những giải quyết trước được vấn đề cháy các tiếp điểm đầu nối do dòng tải quá cao nhưng cũng đơn giản hóa việc thiết kế PCB cho các nhà sản xuất bo mạch chủ, vì việc đặt một đầu nối 4 chân nhỏ ngay cạnh VRM dễ dàng hơn nhiều so với việc đặt một đầu nối 20 chân lớn hơn.

Thật không may, AMD đã không ủng hộ sáng kiến ​​​​của Intel và do đó, nhiều chủ sở hữu bo mạch chủ dành cho Ổ cắm A, trong đó, ngay cả trong số những sản phẩm hiện đang được bán, 20-25% vẫn không có đầu nối ATX12V, gặp phải đầy đủ các vấn đề mà Intel đã báo cáo đã nói bốn. cách đây nhiều năm - với sự ra đời của bộ xử lý mạnh mẽ cho nền tảng này, các báo cáo đầu tiên đã xuất hiện về các điểm tiếp xúc của nguồn điện bị cháy và về sự mất cân bằng mạnh mẽ về điện áp đầu ra của nó (như bạn có thể thấy từ các điện áp nguồn điện nói trên, ngay cả các thiết bị giá rẻ cũng đối phó tốt hơn với tải + 12V)...

Trên thực tế, nhược điểm kỹ thuật duy nhất từ ​​việc giới thiệu ATX12V là hiệu suất của VRM giảm nhẹ, do hiệu suất của bất kỳ bộ chuyển đổi xung nào đều giảm khi chênh lệch giữa điện áp đầu vào và đầu ra tăng lên. Tuy nhiên, điều này được bù đắp nhiều hơn bởi sự gia tăng hiệu suất của bản thân nguồn điện - đối với các nhà phát triển bo mạch chủ, đối với các nhà phát triển bộ nguồn, quyết định tập trung vào mức tiêu thụ chính trên bus +12V đã đơn giản hóa đáng kể thiết kế của các thiết bị.

Như bạn có thể thấy từ biểu đồ, các phiên bản ATX12V lên đến 1.2 chỉ khác với ATX thông thường ở mức tiêu thụ cho phép tăng lên trên bus +12V. Những thay đổi nghiêm trọng hơn đã xảy ra trong phiên bản 1.3 - lần đầu tiên trong toàn bộ lịch sử phát triển bộ nguồn máy tính, nó đã đưa ra mức tải cho phép cần thiết trên bus +5V giảm, trong khi tải trên bus +12V thậm chí còn tăng nhiều hơn - trên thực tế, việc điều chỉnh nguồn điện phù hợp nhất hệ thống hiện đại, trong đó ngày càng có ít người tiêu dùng sử dụng bus +5V (bộ xử lý từ lâu đã được cấp nguồn +12V và bây giờ card màn hình cũng theo sau). không giống mô hình trước đó, Nguồn điện ATX12V 1.3 không còn cần thiết để hỗ trợ điện áp ổn định với tải lớn ở +5V và ở tải nhỏ ở +12V.

Và cuối cùng phiên bản mới nhất hôm nay là ATX12V 2.0. Như bạn có thể dễ dàng nhận thấy, công suất của nguồn điện trên bus +5V thậm chí còn giảm hơn nữa - hiện tại chỉ còn 130W; nhưng công suất tải cho phép ở mức +12V đã tăng lên đáng kể. Ngoài ra, các thiết bị ATX12V 2.0 có đầu nối nguồn bo mạch chủ 24 chân thay vì 20 chân cũ - nếu bốn năm trước, đầu nối cũ không còn đủ để cấp nguồn cho bộ xử lý, đó là lý do tại sao ATX12V được phát minh, bây giờ là dòng điện cho phép của đầu nối không còn đủ để cấp nguồn cho bộ xử lý PCI Thẻ chuyển phát nhanh. Ngoài ra, hai nguồn +12V xuất hiện trong khối ATX12V, nhưng trên thực tế bên trong khối chúng là một nguồn, chỉ có giới hạn dòng điện ngắt bảo vệ là riêng biệt - theo yêu cầu an toàn của tiêu chuẩn IEC-60950, dòng điện lớn hơn 20A là không được phép sử dụng trên xe buýt +12V, đó là lý do tại sao cần phải chia lốp này thành hai phần. Tuy nhiên, trong trường hợp không cần phải tuân thủ tiêu chuẩn này, nhà sản xuất có thể chỉ cần không lắp đặt mạch tương ứng - khi đó bộ nguồn ATX12V 2.0 có dòng điện trên bus +12V, chẳng hạn như 10A và 15A, có thể được coi là nguồn điện một cách an toàn. với một bus +12V với dòng điện 25A.

Vì vậy, nếu quay lại các thiết bị đã thảo luận ở trên, chúng ta có thể nói rằng MP-360AR Ver. 2 tuân thủ tiêu chuẩn ATX12V 2.0 và LC-B300 tuân thủ tiêu chuẩn ATX12V 1.2, do đó có sự khác biệt về PCB của chúng. Tuy nhiên, lý do, tất nhiên, không chỉ ở việc tuân thủ về mặt hình thức với các phiên bản khác nhau của tiêu chuẩn - hãy nhớ rằng tôi đã phàn nàn rằng trên thực tế không thể có được nguồn điện +5V đã công bố từ LC-B300... và bây giờ hãy áp dụng thêm Intel KNH được đề xuất trên biểu đồ của nó cho các khối ATX12V 1.2 300 watt:

Như bạn có thể thấy, thiết bị này đơn giản là không phù hợp với các yêu cầu tiêu chuẩn đối với các mẫu 300 watt về tải cho phép là +5V, do đó, nó chỉ có thể được coi là 300 watt với lời cảnh báo rằng những watt này không công bằng lắm. Để so sánh, bạn có thể xem biểu đồ của cùng một MP-360AR, nhưng với PCB được đề xuất cho khối ATX12V 2.0 350 watt:

Như bạn có thể thấy, trận đấu gần như hoàn hảo. Tôi nghĩ không cần phải bình luận về chất lượng so sánh của 2 khối này.

Nói chung, khá khó để đáp ứng các yêu cầu rất nghiêm ngặt của Intel về nguồn điện - không có nhiều đơn vị có thể tự hào về điều này, tuy nhiên, việc vi phạm nghiêm trọng các khuyến nghị như trong trường hợp LC-B300 là rất hiếm. .

Về màu sắc của KNH, có thể nói lý tưởng tất nhiên là một màu xanh lá cây đồng nhất... tuy nhiên, lý tưởng như chúng ta biết thường không thể đạt được. Tình huống khá bình thường khi mỗi điện áp, ngoại trừ +3,3V khá ổn định, đi qua toàn bộ phạm vi từ xanh lục hoặc vàng lục ở một đầu của biểu đồ đến màu đỏ ở đầu kia của biểu đồ, cũng xảy ra trường hợp không có màu xanh lục; hoàn toàn không có trên KNKh - điều này có nghĩa là điện áp ban đầu quá cao. Tình huống xấu nhất là khi bất kỳ điện áp nào đi qua toàn bộ dải màu hai lần - từ màu đỏ ở một cạnh đến màu xanh lá cây ở giữa đến màu đỏ ở cạnh kia của mạch. Ví dụ, tình huống này có thể thấy ở LC-B300 được thảo luận ở trên và có nghĩa là ở một cạnh của PCB, điện áp đã giảm đáng kể (rõ ràng là với tải nhỏ +5V và tải lớn +12V, tải sau có thể chỉ giảm) và mặt khác - ngược lại , đã phát triển rất nhiều; nói cách khác, sự ổn định của nó còn nhiều điều đáng mong đợi...

Và, để hoàn thành phần mô tả về KNKh, tôi sẽ đưa ra một ví dụ về nguồn điện lý tưởng. Ở trên, tôi đã đề cập đến việc chuyển bộ nguồn Antec và OCZ với các bộ ổn định phụ trợ riêng biệt trên mỗi bus chính. Dưới đây, tôi xin lưu ý với bạn điện áp nguồn được đo thực nghiệm của thiết bị OCZ Technology PowerStream OCZ-470ADJ (đây đã là một thiết bị). hình ảnh đầy đủ với cả ba điện áp, thời gian thay đổi khung hình là 5 giây):

Như bạn có thể thấy, không chỉ tất cả Mạch KNH chỉ được xác định bởi tải tối đa cho phép của nguồn điện, do đó, không một điện áp nào đạt gần độ lệch 5%. Thật không may, những bộ nguồn như vậy vẫn còn tương đối đắt tiền...

Tất nhiên, việc thử nghiệm bộ nguồn không kết thúc bằng việc xây dựng các bộ cấp nguồn. Đầu tiên, tất cả các thiết bị đều được kiểm tra độ ổn định dưới tải không đổi từ 0 đến tối đa với mức tăng 75 W. Bằng cách này, người ta xác định liệu khối có thể chịu được toàn bộ tải hay không.
Thứ hai, khi tải tăng lên, nhiệt độ của các cụm diode của thiết bị và tốc độ quay của quạt sẽ được đo, điều này ở hầu hết các bộ nguồn hiện đại theo cách này hay cách khác đều phụ thuộc vào nhiệt độ.

Tuy nhiên, kết quả đo nhiệt độ nên được xử lý với một số hoài nghi - hầu hết các bộ nguồn đều có thiết kế bộ tản nhiệt và vị trí của các cụm đi-ốt trên chúng khác nhau, và do đó các phép đo nhiệt độ có sai số khá lớn. Tuy nhiên, trong những trường hợp quan trọng, khi nguồn điện sắp ngừng hoạt động do quá nóng (và điều này đôi khi xảy ra ở những mẫu rẻ nhất), các chỉ số nhiệt kế có thể rất thú vị - ví dụ, trong thực tế của tôi, có những bộ phận trong đó bộ tản nhiệt trở nên nóng hơn khi đầy tải hàng trăm độ.

Thú vị hơn là các phép đo tốc độ quạt - mặc dù thực tế là tất cả các nhà sản xuất đều yêu cầu chúng Điều hòa nhiệt độ, việc triển khai thực tế có thể khác nhau rất nhiều. Theo quy định, đối với các khối thấp hơn phạm vi giá tốc độ quạt ban đầu đã là khoảng 2000...2200 vòng/phút. và khi nóng lên, nó chỉ thay đổi 10...15%, trong khi đối với các khối chất lượng cao, tốc độ ban đầu chỉ có thể là 1000...1400 vòng/phút, tăng gấp đôi khi được làm nóng hết công suất. Rõ ràng, nếu trong trường hợp đầu tiên bộ nguồn sẽ luôn ồn ào thì trong trường hợp thứ hai người dùng cũng không quá ồn ào. hệ thống mạnh mẽ, tải nhẹ nguồn điện có thể tin tưởng vào sự im lặng.

Ngoài ra, khi nguồn điện hoạt động hết công suất, biên độ gợn sóng của điện áp đầu ra sẽ được đo. Hãy để tôi nhắc bạn rằng, theo tiêu chuẩn, phạm vi gợn sóng trong phạm vi lên tới 10 MHz không được vượt quá 50 mV đối với bus +5V và 120 mV đối với bus +12V. Trong thực tế, có thể xuất hiện gợn sóng đáng chú ý của hai tần số ở đầu ra của thiết bị - khoảng 60 kHz và 100 Hz. Đầu tiên là kết quả hoạt động của bộ ổn định PLC của thiết bị (thường tần số của nó là khoảng 60 kHz) và hiện diện ở mức độ này hay mức độ khác trên tất cả các bộ nguồn. Dưới đây là biểu đồ dao động của các gợn sóng khá điển hình ở tần số hoạt động của CPU, màu xanh lá– bus +5V, màu vàng – +12V:

Như bạn có thể thấy, đây chính xác là trường hợp gợn sóng trên bus +5V đã vượt quá giới hạn cho phép là 50 mV. Biểu đồ dao động cho thấy hình dạng cổ điển của những gợn sóng như vậy - hình tam giác, mặc dù trong các bộ nguồn đắt tiền hơn, mômen chuyển mạch thường được làm dịu đi nhờ các cuộn cảm được lắp đặt ở đầu ra.

Tần số thứ hai gấp đôi tần số của mạng cung cấp (50 Hz), tần số này đạt đến đầu ra thường do tụ điện chỉnh lưu cao áp không đủ điện dung, lỗi mạch điện hoặc thiết kế kém của máy biến áp hoặc bảng mạch in của mạng điện. đơn vị. Theo quy định, những biến động này (trong các bài viết chúng được đưa ra với cơ sở thời gian là 4 ms/div) được quan sát thấy ở nhiều đơn vị ở mức giá thấp hơn và khá hiếm ở các mẫu máy tầm trung. Phạm vi của các gợn sóng này tăng tỷ lệ thuận với tải của nguồn điện và ở mức tối đa, đôi khi cũng có thể vượt quá giới hạn cho phép.

Ngoài ra, ở mức tải 150 W, bộ tạo xung hình chữ nhật đã được đề cập ở trên trong phần trước của bài viết được kết nối với nguồn điện, sau đó biên độ của xung được đo bằng máy hiện sóng. người bạn dây cấp nguồn, nghĩa là không phải trên dây mà máy phát điện được kết nối. Việc này sẽ kiểm tra phản hồi tổng thể của thiết bị đối với tải xung đó và đặc biệt là mức độ triệt tiêu nhiễu từ từng thiết bị được kết nối với nó. Tuy nhiên, do xuất hiện các xung điện áp đột ngột khi máy phát chuyển mạch nên độ chính xác của phép đo không quá cao, nhưng đôi khi có thể rút ra những kết luận thú vị từ các phép đo này.

Và cuối cùng là đo hiệu suất và hệ số công suất của các thiết bị. Có lẽ đây là phần ít quan trọng và thú vị nhất - như kinh nghiệm đã chỉ ra, các tham số này khá gần nhau đối với các khối khác nhau và vì đối với đại đa số người dùng, chúng không quan trọng, vì những biến động nhỏ của chúng không ảnh hưởng gì đến hoạt động của máy tính (và những biến động lớn giữa mô hình khác nhau các khối cùng loại không được quan sát), thì các phép đo chỉ được thực hiện trong những trường hợp khá hiếm. Do đó, hệ số công suất được đo cho các đơn vị đã công bố hiệu chỉnh của nó và hiệu suất hoặc là cùng với hệ số công suất (trên thực tế, giá trị hiệu suất được lấy tự động, không cần đo bổ sung cho việc này) hoặc nếu đối với một lý do này hay lý do khác có những nghi ngờ rằng khối này nó vượt quá giới hạn cho phép, điều này cực kỳ hiếm khi xảy ra.

Cuối cùng, tôi cũng muốn nói rằng tôi không đo lường và sẽ không đo lường, bất chấp khả năng tiềm ẩn. Tôi có thái độ rất tiêu cực đối với các thử nghiệm đo công suất đầu ra tối đa tuyệt đối của nguồn điện - khi trong quá trình thử nghiệm, tải trên thiết bị tăng lên cho đến khi kích hoạt bảo vệ hoặc thiết bị chỉ bị cháy. Các thử nghiệm như vậy cho kết quả có quá nhiều sự phân tán, không chỉ phụ thuộc vào trường hợp cụ thể của khối mà còn phụ thuộc vào chính xác cách người thử nghiệm tải nó - tức là cách tải được phân bổ trên các bus khối. Ngoài ra, để máy tính hoạt động bình thường, điều cần thiết không phải là khả năng định mức nhất định của nguồn điện để duy trì công suất đó, mà là khả năng tạo ra điện áp và gợn sóng trong dung sai được thiết lập bởi tiêu chuẩn, thật không may. , thường không được chú ý đến trong các thử nghiệm như vậy. Vì vậy, những con số thu được trong các bài kiểm tra như vậy tuy rất đẹp nhưng than ôi lại không liên quan nhiều đến thực tế.

Vì vậy, phương pháp chúng tôi hiện đang phát triển để thử nghiệm các bộ nguồn cho phép chúng tôi không chỉ nghiên cứu hoạt động của bộ nguồn một cách chi tiết mà còn so sánh rõ ràng các bộ nguồn khác nhau - và điều này trở nên đặc biệt rõ ràng nhờ vào việc xây dựng các kết nối chéo các đặc tính tải, có thể được sử dụng rất khách quan và không cần đặt trước bổ sung, cho biết khối cụ thể là gì.
Xin chào lần nữa!..
Thật không may, bài viết của tôi bị trì hoãn vì... một dự án công việc khẩn cấp phát sinh, và những khó khăn thú vị khi thực hiện bộ hiệu chỉnh hệ số công suất ( thêm KKM). Và chúng được gây ra bởi những điều sau đây - trong quá trình sản xuất của chúng tôi, để kiểm soát máy tính tiền, chúng tôi sử dụng một vi mạch "tùy chỉnh", được sản xuất bởi Áo cho mục đích của chúng tôi, vốn rất thân thiện, đặc biệt là vào năm 1941 và do đó, không thể tìm thấy đang được bán. Do đó, nhiệm vụ nảy sinh là chuyển đổi mô-đun này thành một cơ sở cơ bản có thể truy cập được và lựa chọn của tôi rơi vào chip điều khiển PLC - L6561.
Tại sao lại là cô ấy? Sự sẵn có tầm thường, hay đúng hơn là tôi đã tìm thấy nó ở "Chip & Nhúng", Tôi đọc bảng dữ liệu và thích nó. Tôi đặt mua 50 chiếc cùng một lúc, vì... rẻ hơn và trong các dự án nghiệp dư của mình, tôi đã có một số nhiệm vụ cho nó.

Bây giờ về điều chính: trong bài viết này, tôi sẽ cho bạn biết tôi đã nhớ việc thiết kế bộ chuyển đổi một đầu gần như như thế nào từ đầu ( có vẻ như họ có liên quan gì đó đến việc này), tại sao tôi lại giết cả tá chìa khóa và làm cách nào để tránh được. Phần này sẽ cho bạn biết lý thuyết và điều gì sẽ xảy ra nếu bạn bỏ qua nó. Việc triển khai thực tế sẽ có ở phần tiếp theo, như tôi đã hứa, cùng với sạc, bởi vì Về cơ bản, chúng là một mô-đun và chúng cần được thử nghiệm cùng nhau.
Nhìn về phía trước, tôi sẽ nói rằng trong phần tiếp theo, tôi đã chuẩn bị vài chục bức ảnh và video mà trí nhớ của tôi sẽ không tồn tại được lâu "đào tạo lại"đầu tiên vào máy hàn, sau đó vào nguồn điện cho "con dê". Ai làm sản xuất sẽ hiểu đây là loại động vật gì và tiêu tốn bao nhiêu để giữ ấm cho chúng ta)))

Và bây giờ đến với đàn cừu của chúng ta...

Tại sao chúng ta thậm chí cần máy tính tiền này?

Chủ yếu rắc rối Bộ chỉnh lưu “cổ điển” có tụ điện lưu trữ (đây là thứ biến điện áp xoay chiều 220V thành +308V dòng điện một chiều), hoạt động từ dòng điện hình sin, nghĩa là tụ điện này chỉ tích điện (lấy năng lượng từ mạng) tại những thời điểm khi điện áp đặt vào nó lớn hơn điện áp trên chính nó.

Không đọc bằng tiếng người, dành cho người yếu tim và có trình độ khoa học

Như chúng ta đã biết, dòng điện hoàn toàn không chịu chạy nếu không có hiệu điện thế. Hướng của dòng điện cũng sẽ phụ thuộc vào dấu của sự chênh lệch này! Nếu bạn lo lắng và quyết định thử sạc điện thoại di động của mình với điện áp 2V, trong đó pin Li-ion được thiết kế cho 3,7V, thì bạn sẽ không thành công. Bởi vì Dòng điện sẽ được cung cấp bởi nguồn có điện thế cao hơn và năng lượng sẽ được nhận bởi nguồn có điện thế thấp hơn.
Mọi thứ đều giống như trong cuộc sống! Bạn nặng 60 kg, và anh chàng trên đường đến nhờ bạn gọi 120 kg - rõ ràng là anh ta sẽ đưa âm hộ cho bạn và bạn sẽ nhận được. Vì vậy, ở đây cũng vậy - một cục pin có trọng lượng 60 kg 2V sẽ không thể cung cấp dòng điện cho một cục pin có trọng lượng 120 kg 3,7V. Điều này cũng tương tự với tụ điện, nếu nó có +310V và bạn đặt +200V vào nó, thì nó sẽ từ chối nhận dòng điện và không sạc.

Cũng cần lưu ý rằng dựa trên “quy tắc” được mô tả ở trên, thời gian dành cho tụ điện để sạc sẽ rất ngắn. Trong trường hợp của chúng ta, dòng điện thay đổi theo quy luật hình sin, có nghĩa là điện áp cần thiết sẽ chỉ ở mức đỉnh của hình sin! Nhưng tụ điện cần phải hoạt động nên nó lo lắng và cố gắng sạc. Anh ta biết các định luật vật lý, không giống như một số định luật khác, và “hiểu” rằng thời gian rất ngắn và do đó bắt đầu tiêu thụ một dòng điện lớn vào chính những thời điểm này, khi điện áp lên đến đỉnh điểm. Rốt cuộc, chỉ cần vận hành thiết bị cho đến khi đạt đỉnh tiếp theo là đủ.

Đôi nét về những “đỉnh cao” này:

Hình 1 - Các đỉnh trong đó tụ điện được tích điện

Như chúng ta có thể thấy, khoảng thời gian mà EMF nhận đủ giá trị để sạc (theo nghĩa bóng là 280-310V) là khoảng 10% tổng thời gian trong mạng AC. Hóa ra là thay vì liên tục lấy năng lượng dần dần từ mạng, chúng ta chỉ lấy nó ra theo từng đợt nhỏ, do đó khiến mạng “làm quá tải”. Với công suất 1 kW và tải cảm ứng, dòng điện tại thời điểm “đỉnh” như vậy có thể dễ dàng đạt tới giá trị 60-80A.

Do đó, nhiệm vụ của chúng tôi là đảm bảo khai thác năng lượng đồng đều từ mạng để không làm mạng bị quá tải! Chính máy tính tiền sẽ cho phép chúng ta thực hiện nhiệm vụ này trong thực tế.

KKM này của bạn là ai?

Bộ chỉnh nguồn- Đây là bộ chuyển đổi điện áp tăng áp thông thường, thường là một đầu. Bởi vì chúng tôi sử dụng phương pháp điều chế bằng xung điện, thì hiện tại khóa công khaiĐiện áp trên tụ không đổi. Nếu chúng ta ổn định điện áp đầu ra, thì dòng điện lấy từ mạng tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào, nghĩa là nó thay đổi trơn tru theo quy luật hình sin mà không có mức tiêu thụ đỉnh và nhảy vọt được mô tả trước đó.

Mạch của PFC của chúng tôi

Ở đây tôi quyết định không thay đổi nguyên tắc của mình và cũng dựa vào bảng dữ liệu của bộ điều khiển mà tôi đã chọn - L6561. Kỹ sư công ty STVi điện tửđã làm mọi thứ cho tôi và đặc biệt hơn là họ đã phát triển thiết kế mạch lý tưởng cho sản phẩm của mình.
Đúng, tôi có thể tự mình tính toán lại mọi thứ từ đầu và dành một hoặc hai ngày cho vấn đề này, tức là tất cả những ngày cuối tuần vốn đã hiếm hoi của tôi, nhưng câu hỏi đặt ra là tại sao? Hãy chứng minh với bản thân rằng mình có thể, may mắn là giai đoạn này đã qua lâu rồi)) Đến đây tôi nhớ đến một câu nói đùa về diện tích của những quả bóng màu đỏ, họ nói rằng một nhà toán học áp dụng một công thức, và một kỹ sư lấy ra một cái bàn có diện tích những quả bóng màu đỏ.... Vì vậy, đó là trong trường hợp này.

Tôi khuyên bạn nên chú ý ngay đến thực tế là mạch trong biểu dữ liệu được thiết kế cho 120 W, có nghĩa là chúng ta nên thích ứng với 3 kW của chúng tôi và căng thẳng công việc cực độ.

Bây giờ một số tài liệu cho những gì đã được mô tả ở trên:
Bảng dữ liệu cho L6561

Nếu nhìn vào trang 6, chúng ta sẽ thấy một số sơ đồ, chúng ta quan tâm đến sơ đồ có chữ ký Nguồn điện rộng, có nghĩa là trong tiếng Basurmanian “để hoạt động trong phạm vi điện áp cung cấp rộng” . Đây là “chế độ” mà tôi đã nghĩ đến khi nói về điện áp cực đại. Thiết bị này được coi là phổ quát, nghĩa là nó có thể hoạt động từ bất kỳ mạng tiêu chuẩn nào (ví dụ: ở trạng thái 110V) với dải điện áp 85 - 265V.

Giải pháp này cho phép chúng tôi cung cấp cho UPS của mình chức năng ổn áp! Đối với nhiều người, phạm vi này có vẻ quá mức và sau đó họ có thể tạo ra mô-đun này có tính đến điện áp cung cấp 220V + - 15%. Đây được coi là tiêu chuẩn và 90% thiết bị ở loại giá lên tới 40 nghìn rúp hoàn toàn không có máy tính tiền và 10% chỉ sử dụng nó với tính toán độ lệch không quá 15%. Điều này chắc chắn cho phép chúng tôi giảm phần nào chi phí và kích thước, nhưng nếu bạn chưa quên, chúng tôi đang tạo ra một thiết bị phải cạnh tranh với ARS!

Vì vậy, đối với bản thân tôi, tôi quyết định chọn điều tốt nhất lựa chọn đúng và chế tạo một chiếc xe tăng không thể phá hủy có thể kéo được ngay cả trong một ngôi nhà nông thôn nơi có mạng lưới 100V, máy hàn hoặc máy bơm trong giếng:


Hình 2 - Thiết kế mạch tiêu chuẩn do ST cung cấp

Thích ứng mạch tiêu chuẩn với nhiệm vụ của chúng tôi

a) Khi tôi nhìn vào sơ đồ này từ DS, điều đầu tiên bạn nghĩ đến là một bộ lọc chế độ chung phải được thêm vào! Và điều này đúng, bởi vì. TRÊN năng lượng cao họ sẽ bắt đầu khiến các thiết bị điện tử phát điên. Đối với dòng điện từ 15 A trở lên, nó sẽ có vẻ ngoài phức tạp hơn nhiều người thường thấy trong cùng một bộ nguồn máy tính, nơi chỉ có 500-600 W. Vì vậy, bản sửa đổi này sẽ là một mục riêng biệt.

B) Chúng ta thấy tụ điện C1, bạn có thể lấy một công thức phức tạp và tính điện dung cần thiết, và tôi khuyên những ai muốn đi sâu vào vấn đề này nên làm điều này, hãy nhớ lại kỹ thuật điện năm thứ 2 của bất kỳ trường bách khoa nào. Nhưng tôi sẽ không làm điều này, bởi vì... Dựa trên những quan sát của riêng tôi từ những tính toán cũ, tôi nhớ rằng lên tới 10 kW, công suất này tăng gần như tuyến tính tương ứng với mức tăng công suất. Nghĩa là, tính đến 1 µF trên 100 W, chúng ta thấy rằng với 3000 W, chúng ta cần 30 µF. Thùng chứa này có thể dễ dàng được lấp đầy từ 7 tụ điện màng 4,7 µF và 400V mỗi tụ. Dù sao thì cũng có một chút dự trữ thôi Điện dung của tụ điện phụ thuộc nhiều vào điện áp đặt vào.

C) Chúng ta sẽ cần một bóng bán dẫn điện thực sự, bởi vì Dòng điện tiêu thụ từ mạng sẽ được tính như sau:


Hình 3 - Tính toán dòng điện định mức cho PFC

Chung tôi đa hiểu 41,83A. Bây giờ chúng tôi thành thật thừa nhận rằng chúng tôi sẽ không thể duy trì nhiệt độ của tinh thể bóng bán dẫn trong khoảng 20-25 o C. Hay đúng hơn là chúng ta có thể xử lý được nó, nhưng sẽ rất tốn kém cho sức mạnh như vậy. Sau 750 kW, chi phí làm mát bằng freon hoặc oxy lỏng sẽ giảm đi, nhưng điều này vẫn chưa xảy ra))) Vì vậy, chúng ta cần tìm một Transistor có thể tạo ra dòng điện 45-50A ở nhiệt độ 55-60 o C.

Xét rằng có độ tự cảm trong mạch, tôi thích IGBT bóng bán dẫn vì chúng bền nhất. Dòng điện tối đa phải được chọn để tìm kiếm trước tiên khoảng 100A, bởi vì đây là dòng điện ở 25 o C; khi nhiệt độ tăng thì dòng điện chuyển mạch cực đại của bóng bán dẫn giảm.

Một chút về Cree FET

Theo nghĩa đen, vào ngày 9 tháng 1, tôi nhận được một bưu kiện từ Hoa Kỳ từ bạn tôi cùng với một loạt bóng bán dẫn khác nhau để thử nghiệm, điều kỳ diệu này được gọi là - CREE FET. Tôi sẽ không nói rằng đây là một công nghệ lớn mới; trên thực tế, các bóng bán dẫn dựa trên silicon cacbua đã được chế tạo từ những năm 80, đến bây giờ họ mới nghĩ đến nó. Là một nhà khoa học vật liệu sơ cấp và nhà soạn nhạc nói chung, tôi rất thận trọng với ngành này nên tôi rất quan tâm sản phẩm này, đặc biệt là vì 1200V được công bố ở mức hàng chục và hàng trăm ampe. Tôi không thể mua chúng ở Nga, vì vậy tôi đã quay sang người bạn học cũ của mình và anh ấy vui lòng gửi cho tôi một loạt mẫu và bảng thử nghiệm.
Tôi có thể nói một điều - đó là pháo hoa đắt nhất của tôi!
8 phím hỏng quá khiến tôi bực mình suốt một thời gian dài... Trên thực tế, 1200V là con số lý thuyết cho công nghệ, 65A được khai báo hóa ra chỉ là dòng điện xung, mặc dù tài liệu ghi rõ rằng đó là danh nghĩa . Rõ ràng là có một “dòng xung định mức” hoặc bất cứ thứ gì mà người Trung Quốc nghĩ ra. Nói chung là vẫn nhảm nhí, nhưng có một NHƯNG!
Cuối cùng khi tôi đã làm được điều đó CMF10120D Bộ hiệu chỉnh 300 W, hóa ra trên cùng một bộ tản nhiệt và mạch điện, nó có nhiệt độ 32 o C so với 43 của IGBT, và điều này rất có ý nghĩa!
Kết luận về CREE: công nghệ còn thô sơ nhưng đầy hứa hẹn và chắc chắn PHẢI LÀ.

Kết quả là, sau khi xem qua các danh mục từ các cuộc triển lãm mà tôi đã ghé thăm (nhân tiện, một điều thuận tiện là tìm kiếm tham số ala), tôi đã chọn hai chìa khóa, chúng là - IRG7PH50 Và IRGPS60B120. Cả hai đều là 1200V, cả hai đều là 100+A, nhưng khi mở biểu dữ liệu, khóa đầu tiên đã bị loại bỏ ngay lập tức - nó chỉ có khả năng chuyển đổi dòng điện 100A ở tần số 1 kHz, điều này thật tai hại cho nhiệm vụ của chúng tôi. Công tắc thứ hai là 120A và tần số 40 kHz, khá phù hợp. Nhìn vào bảng dữ liệu ở liên kết bên dưới và tìm biểu đồ cho thấy sự phụ thuộc của dòng điện vào nhiệt độ:

Hình 4.1 - Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện cực đại vào tần số chuyển mạch của IRG7PH50, dành cho bộ biến tần

Hình 4.2 - Đồ thị dòng điện làm việc ở nhiệt độ nhất định cho IRGPS60B120

Ở đây, chúng ta thấy những số liệu quý giá cho chúng ta thấy rằng ở 125 o C, cả bóng bán dẫn và diode đều có thể dễ dàng xử lý dòng điện chỉ trên 60A, trong khi chúng ta có thể thực hiện chuyển đổi ở tần số 25 kHz mà không gặp bất kỳ vấn đề hoặc hạn chế nào.

D) Điốt D1, chúng ta cần chọn một điốt có điện áp hoạt động ít nhất là 600V và dòng điện định mức cho tải của chúng ta, nghĩa là 45A. Tôi quyết định sử dụng các điốt mà tôi có trong tay (gần đây tôi đã mua chúng để phát triển một máy hàn cho “cầu xiên”): VS-60EPF12. Như có thể thấy từ các dấu hiệu, nó là 60A và 1200V. Tôi để dành mọi thứ vì... Nguyên mẫu này đang được làm cho tôi và người thân yêu của tôi, và nó khiến tôi cảm thấy dễ chịu hơn.
Bạn thực sự có thể mua một diode 50-60A và 600V, nhưng không có giá giữa phiên bản 600V và 1200V.

D) Tụ điện C5, mọi thứ đều giống như trong trường hợp C1 - chỉ cần tăng giá trị từ bảng dữ liệu tỷ lệ với công suất. Chỉ cần lưu ý rằng nếu bạn đang lên kế hoạch cho một tải cảm ứng mạnh mẽ hoặc một tải động có công suất tăng nhanh (ala một bộ khuếch đại hòa nhạc 2 kW), thì tốt hơn hết là bạn không nên bỏ qua điểm này.
Tôi sẽ đặt nó trong lựa chọn của tôi 10 chất điện phân ở 330 uF và 450V, nếu bạn dự định cấp nguồn cho một vài máy tính, bộ định tuyến và những thứ nhỏ nhặt khác, thì bạn có thể giới hạn cho mình 4 chất điện phân, mỗi chất điện phân 330 uF và 450V.

E) R6 - nó cũng là một shunt hiện tại, nó sẽ cứu chúng ta khỏi bị cong tay và các lỗi vô tình, nó cũng bảo vệ mạch khỏi ngắn mạch và tải quá mức. Điều này chắc chắn hữu ích, nhưng nếu chúng ta hành động giống như các kỹ sư của ST, thì ở dòng điện 40A, chúng ta sẽ có được một chiếc nồi hơi thông thường. Có 2 lựa chọn: máy biến dòng hoặc máy biến áp xuất xưởng có mức giảm 75 mV + op-amp ala LM358.
Tùy chọn đầu tiên đơn giản hơn và cung cấp cách ly điện cho nút mạch này. Tôi đã trình bày cách tính toán máy biến dòng điện trong bài viết trước, điều quan trọng cần nhớ là bộ bảo vệ sẽ hoạt động khi điện áp trên chân 4 tăng lên 2,5V (thực tế lên tới 2,34V).
Biết điện áp và dòng điện này của mạch, sử dụng các công thức từ phần 5 bạn có thể dễ dàng tính toán máy biến áp hiện tại.

G) Và điểm cuối cùng là sặc nguồn. Thông tin thêm về anh ấy dưới đây.

Cuộn cảm điện và tính toán của nó

Nếu ai đó đọc kỹ bài viết của tôi và có trí nhớ tuyệt vời thì nên nhớ bài 2 và ảnh số 5, nó hiển thị 3 phần tử xiên mà chúng tôi sử dụng. Tôi sẽ chỉ cho bạn một lần nữa:

Hình 5 - Khung và lõi của các sản phẩm cuộn dây điện

Trong mô-đun này, chúng ta sẽ lại sử dụng các vòng hình xuyến yêu thích làm bằng sắt nghiền thành bột, nhưng lần này không chỉ một mà là 10 vòng cùng một lúc! Bạn đã muốn gì? 3 kW không phải hàng thủ công của Trung Quốc...

Chúng ta có dữ liệu ban đầu:
1) Dòng điện - 45A + 30-40% biên độ trong cuộn cảm, tổng cộng 58,5A
2) Điện áp đầu ra 390-400V
3) điện áp đầu vào 85-265V AC
4) Lõi - vật liệu -52, D46
5) Khoảng cách - phân phối

Hình 6 - Và một lần nữa Starichok51 thân mến giúp chúng ta tiết kiệm thời gian và coi đó là một chương trình CaclPFC

Tôi nghĩ phép tính đã cho mọi người thấy thiết kế này sẽ nghiêm túc đến mức nào)) 4 vòng, bộ tản nhiệt, cầu diode và IGBT - kinh dị!
Quy tắc cuộn dây có thể được đọc trong bài viết “Phần 2”. Cuộn dây thứ cấp số lượng treo lủng lẳng trên các vòng - 1 lượt.

Tóm tắt ga:

1) như bạn thấy, số lượng chiếc nhẫn đã là 10 chiếc rồi! Cái này đắt, mỗi chiếc nhẫn có giá khoảng 140 rúp, nhưng đổi lại chúng ta sẽ nhận được gì trong đoạn văn sau
2) nhiệt độ hoạt động là 60-70 o C - điều này hoàn toàn lý tưởng, vì nhiều người đặt nhiệt độ hoạt động ở 125 o C. Trong quá trình sản xuất, chúng tôi đặt nhiệt độ này là 85 o C. Tại sao điều này lại được thực hiện - để có một giấc ngủ ngon, tôi bình tĩnh rời khỏi nhà trong một tuần và biết rằng sẽ không có gì bùng lên, không có gì cháy và mọi thứ sẽ đóng băng. Tôi nghĩ cái giá 1500 rúp này không quá nguy hiểm phải không?
3) Tôi đặt mật độ dòng điện ở mức ít ỏi 4 A/mm 2, điều này sẽ ảnh hưởng đến cả khả năng cách nhiệt, cách nhiệt và theo đó là độ tin cậy.
4) Như bạn có thể thấy từ tính toán, công suất khuyến nghị sau cuộn cảm là gần 3000 uF, vì vậy lựa chọn của tôi với 10 chất điện phân 330 uF hoàn toàn phù hợp ở đây. Điện dung của tụ C1 hóa ra là 15 uF, chúng ta có nguồn dự trữ gấp đôi - bạn có thể giảm xuống còn 4 tụ màng, có thể để lại 7 miếng thì sẽ tốt hơn.

Quan trọng! Số vòng trong cuộn cảm chính có thể giảm xuống còn 4-5, đồng thời tăng mật độ dòng điện lên 7-8 A/mm2. Điều này sẽ tiết kiệm được rất nhiều tiền nhưng biên độ dòng điện sẽ tăng lên đôi chút và quan trọng nhất là nhiệt độ sẽ tăng lên ít nhất là 135 o C. Tôi nghĩ điều này quyết định tốtđối với biến tần hàn có chu kỳ làm việc là 60%, nhưng không dành cho UPS, hoạt động suốt ngày đêm và có thể trong một không gian khá hạn chế.

Tôi có thể nói gì đây - chúng ta có một con quái vật đang lớn lên)))

Bộ lọc chế độ chung

Để hiểu sự khác biệt giữa các mạch của bộ lọc này đối với dòng điện 3A (nguồn điện máy tính được đề cập ở trên) và đối với dòng điện 20A, bạn có thể so sánh mạch từ Google trên ATX với mạch sau:


Hình 7 - Sơ đồ của bộ lọc chế độ chung

Một số tính năng:

1) C29 là tụ lọc nhiễu điện từ và được đánh dấu "X1". Giá trị danh nghĩa của nó phải nằm trong khoảng 0,001 - 0,5 mF.

2) Cuộn cảm treo lủng lẳng trên lõi E42/21/20.

3) Hai cuộn cảm trên vòng DR7 và DR9 được quấn trên bất kỳ lõi phun nào có đường kính lớn hơn 20 mm. Tôi quấn cùng một chiếc D46 từ vật liệu -52 cho đến khi được lấp đầy 2 lớp. Nhiễu trong mạng ngay cả khi công suất định mức thực tế là không, nhưng điều này thực sự dư thừa ngay cả theo hiểu biết của tôi.

4) Tụ điện C28 và C31 có điện áp mỗi tụ là 0,047 µF và 1 kV và chúng phải thuộc loại "Y2".

Theo tính toán độ tự cảm của cuộn cảm:

1) Độ tự cảm của cuộn cảm chế độ chung phải là 3,2-3,5 mH

2) Độ tự cảm của cuộn cảm vi sai được tính theo công thức:


Hình 8 - Tính độ tự cảm của cuộn cảm vi sai không có khớp nối từ

Lời kết

Nhờ sự phát triển năng lực và chuyên môn của các kỹ sư ST, tôi đã có thể chi phí tối thiểu làm, nếu không hoàn hảo thì đơn giản là xuất sắc hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động với các thông số tốt hơn bất kỳ Schneider. Điều duy nhất bạn chắc chắn nên nhớ là bạn cần nó bao nhiêu? Và dựa vào đó mà điều chỉnh các thông số cho mình.

Mục tiêu của tôi trong bài viết này chính là trình bày quá trình tính toán với khả năng điều chỉnh dữ liệu ban đầu, để mọi người, sau khi quyết định các tham số cho nhiệm vụ của mình, có thể tự tính toán và chế tạo mô-đun. Tôi hy vọng tôi có thể chỉ ra được điều này và trong bài viết tiếp theo tôi sẽ trình diễn hoạt động chung của máy tính tiền và bộ sạc từ phần số 5.

Công nghệ chuyển đổi

Giới thiệu

Trong những thập kỷ gần đây, số lượng thiết bị điện tử được sử dụng trong gia đình, văn phòng và nhà máy đã tăng lên đáng kể và hầu hết các thiết bị đều sử dụng nguồn điện chuyển mạch. Những nguồn như vậy tạo ra các biến dạng dòng điện hài và phi tuyến, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống dây điện và các thiết bị điện được kết nối với nó. Sự ảnh hưởng này không chỉ được thể hiện dưới nhiều hình thức sự can thiệp, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị nhạy cảm, mà còn trong quá nhiệt của đường trung tính. Khi dòng điện chạy trong tải có thành phần hài đáng kể lệch pha với điện áp, dòng điện trong dây trung tính (thực tế bằng 0 với tải đối xứng) có thể tăng đến giá trị tới hạn.

Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) và Tổ chức Tiêu chuẩn Kỹ thuật Điện Châu Âu (CENELEC) đã áp dụng các tiêu chuẩn IEC555 và EN60555 đặt ra các giới hạn về hàm lượng sóng hài trong dòng điện đầu vào của nguồn điện thứ cấp, tải điện tử của đèn huỳnh quang, trình điều khiển động cơ DC và các thiết bị tương tự.

Một trong những cách hiệu quả để giải quyết vấn đề này là sử dụng bộ hiệu chỉnh hệ số công suất PFC (Power Factor Correction). Trong thực tế, điều này có nghĩa là mạch đầu vào của hầu hết mọi thiết bị điện tử có bộ chuyển đổi xung phải có một mạch PFC đặc biệt, giúp giảm hoặc triệt tiêu hoàn toàn các sóng hài dòng điện.

Hiệu chỉnh hệ số công suất

Một nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch điển hình bao gồm một bộ chỉnh lưu nguồn điện, một tụ điện làm mịn và một bộ chuyển đổi điện áp. Nguồn như vậy chỉ tiêu thụ điện tại những thời điểm khi điện áp cung cấp từ bộ chỉnh lưu đến tụ điện làm mịn cao hơn điện áp trên nó (tụ điện), xảy ra trong khoảng một phần tư thời gian. Trong thời gian còn lại, nguồn không tiêu thụ điện từ mạng vì tải được cấp nguồn bằng tụ điện. Điều này dẫn đến thực tế là tải chỉ lấy năng lượng ở mức điện áp đỉnh, dòng điện tiêu thụ có dạng xung ngắn và chứa một tập hợp các thành phần hài (xem Hình 1).

Nguồn điện thứ cấp có hiệu chỉnh hệ số công suất tiêu thụ dòng điện có độ méo sóng hài thấp, lấy điện từ mạng đồng đều hơn và có hệ số đỉnh (tỷ lệ giá trị biên độ của dòng điện với giá trị rms của nó) thấp hơn nguồn điện không được hiệu chỉnh . Hiệu chỉnh hệ số công suất làm giảm giá trị RMS của mức tiêu thụ dòng điện, cho phép bạn kết nối nhiều thiết bị khác nhau hơn với một ổ cắm của mạng điện mà không tạo ra quá dòng trong đó (xem Hình 2).

Hệ số công suất

Hệ số công suất PF là tham số đặc trưng cho độ méo do tải tạo ra (trong trường hợp của chúng tôi là nguồn điện thứ cấp) trong mạng AC. Có hai loại biến dạng - hài hòa và phi tuyến. Biến dạng sóng hài do tải phản kháng gây ra và thể hiện sự dịch pha giữa dòng điện và điện áp. Các biến dạng phi tuyến được đưa vào mạng bởi các tải “phi tuyến”. Những biến dạng này được biểu thị bằng độ lệch của dạng sóng dòng điện hoặc điện áp so với hình sin. Khi sự biến dạng sóng hài Hệ số công suất là cosin của độ lệch pha giữa dòng điện và điện áp hoặc tỷ số giữa công suất tác dụng và tổng công suất tiêu thụ của mạng. Vì biến dạng phi tuyến Hệ số công suất bằng tỷ lệ công suất của thành phần dòng điện hài đầu tiên trong tổng công suất tiêu thụ của thiết bị. Nó có thể được coi là một chỉ số cho thấy thiết bị tiêu thụ điện năng từ nguồn điện một cách đồng đều như thế nào.

Nói chung hệ số công suất là tích của cosin của góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện và cosin của góc giữa vectơ điều hòa cơ bản và vectơ dòng điện tổng. Lý do được đưa ra dưới đây dẫn đến định nghĩa này. Dòng điện hiệu dụng chạy trong tải tác dụng có dạng:

I 2 eff =I 2 0 +I 2 1eff +SI 2 neff,

trong đó I 2 neff là thành phần không đổi (trong trường hợp điện áp hình sin nó bằng 0), I 2 1eff là sóng hài chính, và dưới dấu tổng là các sóng hài thấp hơn. Khi làm việc với tải phản kháng, thành phần phản kháng xuất hiện trong biểu thức này và nó có dạng:

I 2 eff =I 2 0 +(I 2 1eff(P) +I 2 1eff(Q))+SI 2 neff. Điện năng hoạt động- đây là giá trị trung bình của công suất được phân bổ cho tải hoạt động trong khoảng thời gian.

Nó có thể được biểu diễn dưới dạng tích của điện áp hiệu dụng và thành phần tác dụng của dòng điện P=U eff H I 1eff(P). Về mặt vật lý, đây là năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt trong một đơn vị thời gian trong một sức đề kháng tích cực. Dưới công suất phản kháng hiểu tích của điện áp hiệu dụng và thành phần phản kháng của dòng điện: Q = U eff H I 1 eff (Q). Ý nghĩa vật lý là năng lượng được bơm hai lần mỗi chu kỳ từ máy phát đến tải và hai lần từ tải đến máy phát. Tổng công suất là tích của điện áp hiệu dụng và tổng dòng điện hiệu dụng: S=U eff H I eff(tổng). Trên mặt phẳng phức, nó có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của vectơ P và Q, từ đó biểu diễn sự phụ thuộc I 2 =I 1eff(total) cos j, trong đó j là góc giữa vectơ P và Q, cũng đặc trưng cho lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch.

Dựa vào những điều trên, chúng ta rút ra định nghĩa về hệ số công suất:

PF=P/S=(I 1eff cos j)/(Ieff(tổng)).

Điều đáng chú ý là tỷ số (I 1eff)/(Ieff(total)) là cosin của góc giữa các vectơ tương ứng với giá trị hiệu dụng của dòng điện tổng và giá trị hiệu dụng của sóng hài thứ nhất của nó. Nếu chúng ta biểu thị góc này là q thì biểu thức của hệ số công suất có dạng: PF=cos j Х cos q. Nhiệm vụ của việc hiệu chỉnh hệ số công suất là đưa góc lệch pha j giữa điện áp và dòng điện, cũng như góc méo hài q của dòng điện tiêu thụ về gần 0 (hay nói cách khác là đưa hình dạng của đường cong dòng điện). càng gần hình sin càng tốt và bù cho sự dịch pha càng nhiều càng tốt).

Hệ số công suất được biểu thị dưới dạng phân số thập phân, giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Giá trị lý tưởng của nó là một (để so sánh, một bộ nguồn chuyển mạch thông thường không có hiệu chỉnh có giá trị hệ số công suất khoảng 0,65), 0,95 là một giá trị tốt ; 0,9 - đạt yêu cầu; 0,8 - không đạt yêu cầu. Áp dụng hiệu chỉnh hệ số công suất có thể tăng hệ số công suất của thiết bị từ 0,65 lên 0,95. Các giá trị trong khoảng 0,97...0,99 cũng khá thực tế. Lý tưởng nhất là khi hệ số công suất bằng một, thiết bị tiêu thụ một dòng điện hình sin từ mạng với độ lệch pha bằng 0 so với điện áp (tương ứng với tải điện trở hoàn toàn có đặc tính dòng điện-điện áp tuyến tính).

Hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động

Phương pháp hiệu chỉnh thụ động thường được sử dụng nhiều nhất trong các thiết bị rẻ tiền có công suất thấp (nơi không có yêu cầu nghiêm ngặt về cường độ sóng hài dòng điện thấp hơn). Hiệu chỉnh thụ động cho phép bạn đạt được hệ số công suất khoảng 0,9. Điều này thuận tiện trong trường hợp nguồn điện đã được thiết kế sẵn, tất cả những gì còn lại là tạo một bộ lọc phù hợp và đưa nó vào mạch ở đầu vào.

Hiệu chỉnh hệ số công suất thụ động bao gồm lọc mức tiêu thụ hiện tại bằng bộ lọc thông dải LC. Phương pháp này có một số hạn chế. Bộ lọc LC chỉ có thể có hiệu quả như một bộ hiệu chỉnh hệ số công suất nếu điện áp, tần số và tải thay đổi trong một phạm vi giá trị hẹp.. Do bộ lọc phải hoạt động ở vùng tần số thấp (50/60 Hz) nên các thành phần của nó có kích thước, trọng lượng lớn và yếu tố chất lượng thấp(điều này không phải lúc nào cũng được chấp nhận). Trước hết, số lượng thành phần có cách tiếp cận thụ động nhỏ hơn nhiều và do đó, thời gian giữa các lần thất bại dài hơn, và thứ hai, với hiệu chỉnh thụ động, ít tạo ra nhiễu điện từ và tiếp xúc hơn so với hiệu chỉnh chủ động.

Hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động

Việc hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động phải thỏa mãn ba điều kiện:

1) Hình dạng của dòng điện tiêu thụ phải càng gần hình sin càng tốt và “cùng pha” với điện áp. Giá trị tức thời của dòng điện tiêu thụ từ nguồn phải tỷ lệ thuận với điện áp mạng tức thời.

2) Nguồn điện lấy từ nguồn phải không đổi ngay cả khi điện áp mạng thay đổi. Điều này có nghĩa là khi điện áp mạng giảm thì dòng tải phải tăng và ngược lại.

3) Điện áp ở đầu ra của bộ hiệu chỉnh PFC không được phụ thuộc vào kích thước tải. Khi điện áp trên tải giảm thì dòng điện qua nó phải tăng và ngược lại.

Có một số sơ đồ có thể được sử dụng để thực hiện hiệu chỉnh hệ số công suất hoạt động. Phổ biến nhất hiện nay là “mạch chuyển đổi tăng tốc”. Mạch này đáp ứng tất cả các yêu cầu cho nguồn điện hiện đại. Trước hết, nó cho phép bạn làm việc trong các mạng có điện áp cung cấp khác nhau (từ 85 đến 270 V) mà không bị hạn chế hoặc bất kỳ điều chỉnh bổ sung nào. Thứ hai, cô ấy ít bị sai lệch hơn Thông số điện mạng (tăng điện áp hoặc mất điện ngắn hạn). Một ưu điểm khác của sơ đồ này là nó có nhiều thực hiện đơn giản bảo vệ đột biến. Sơ đồ đơn giản của “bộ chuyển đổi tăng tốc” được hiển thị trong Hình 2. 3.

Nguyên lý hoạt động

Bộ hiệu chỉnh hệ số công suất tiêu chuẩn là bộ chuyển đổi AD/DC có điều chế độ rộng xung (PWM). Bộ điều biến điều khiển một công tắc mạnh mẽ (thường là MOSFET), chuyển đổi điện áp nguồn trực tiếp hoặc chỉnh lưu thành một chuỗi xung, sau khi chỉnh lưu sẽ thu được điện áp không đổi ở đầu ra.

Sơ đồ thời gian hoạt động của bộ hiệu chỉnh được hiển thị trong Hình. 4. Khi bật công tắc MOSFET, dòng điện trong cuộn cảm tăng tuyến tính - trong khi diode bị khóa và tụ điện C2 được phóng vào tải. Sau đó, khi bóng bán dẫn tắt, điện áp trên cuộn cảm sẽ “mở” diode và năng lượng tích trữ trong cuộn cảm sẽ tích điện cho tụ điện C2 (đồng thời cấp nguồn cho tải). Trong mạch trên (không giống như nguồn không hiệu chỉnh), tụ C1 có điện dung nhỏ và dùng để lọc nhiễu tần số cao. Tần số chuyển đổi là 50...100 kHz. Trong trường hợp đơn giản nhất, mạch hoạt động với chu kỳ làm việc không đổi. Có nhiều cách để tăng hiệu quả điều chỉnh thay đổi năng động chu kỳ làm việc (khớp chu kỳ với đường bao điện áp từ bộ chỉnh lưu nguồn điện).

Mạch "bộ chuyển đổi tăng tốc" có thể hoạt động ở ba chế độ: tiếp diễn , rời rạc và cái gọi là " chế độ dẫn tới hạn" TRONG rời rạc chế độ, trong mỗi khoảng thời gian, dòng điện cảm ứng sẽ “giảm” về 0 và sau một thời gian bắt đầu tăng trở lại, và trong tiếp diễn- dòng điện chưa kịp về 0 thì bắt đầu tăng trở lại. Cách thức độ dẫn quan trọngđược sử dụng ít thường xuyên hơn hai cái trước. Nó khó thực hiện hơn. Ý nghĩa của nó là MOSFET mở vào thời điểm dòng điện cảm ứng đạt tới giá trị 0. Khi hoạt động ở chế độ này, việc điều chỉnh điện áp đầu ra được đơn giản hóa.

Việc lựa chọn chế độ phụ thuộc vào công suất đầu ra cần thiết của nguồn điện. Các thiết bị có công suất trên 400 W sử dụng chế độ liên tục, trong khi các thiết bị công suất thấp sử dụng chế độ rời rạc. Hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động cho phép bạn đạt được các giá trị 0,97...0,99 với hệ số THD (Total Harmonic Distortion) là 0,04...0,08.