Балкон из газобетона

Балкон из газоблоков

Запланировав утепление или же глобальное преображение лоджии в отдельную самостоятельную комнату, сразу встает вопрос о выборе основного стенового материала. Лучший вариант для этих целей составит ячеистый бетон. При этом с одинаковым успехом можно применить как пенобетон, так и газобетон, но балкон из газоблоков предпочтительнее. По причине его большей марочной прочности и возможностью обойтись без утепления балконной стены, к тому же именно газосиликат-лучший утеплитель в сравнении со вспененным бетоном. Единственный изъян газоблока – он очень подвержен воздействию влаги, но этот вопрос решается с легкостью при его его отделке.

Подготовительные работы
Разметка
Основная кладка
Вывод

Подготовительные работы

Начинаем с выбора газоблоков, идеальны те, которые будут иметь марку по плотность D400 – 500 и размеры 30*20*10 см. Кладку изделий газосиликатной промышленности укладывают на специальный клей-цемент, он уменьшает толщину кладочного шва до 3 мм и практически сводит на нет появление мостиков холода, да и цена такого клеевого состава гораздо ниже обычного раствора, за счет тонкого слоя нанесения.

Разметка

Теперь можно смело приступить к разметке территории, важно чтобы середина опорной кладки располагалась точно под верхними точками закрепления будущей оконной рамы. Как правило, они находятся на расстоянии 5 см от края верхней железобетонной плиты перекрытия, но в нестандартных домах – это значение может меняться.

Основная кладка

При возведении этой опорной кладки, есть маленькая хитрость – чтобы сэкономить драгоценные сантиметры балкона, блоки подпиливают в соответствии с формами основания и парапета, но она приемлема лишь в том случае, когда экономится не менее 12 см балконной площади. Чтобы первый ряд был надежный и прочный, еще до кладки на клей они должны крепко стоять на основании, это нужно помнить при подгонки газобетона. В случае неровности пола нужно сделать дополнительную стяжку или латочный ремонт.

После идеальной подгонки можно разводить клей-цемент, важно чтобы он был качественный, иначе идея с утеплением балкона потерпит фиаско. Для первого ряда клеевой состав готовят более густой на столько, чтобы шпатель прочно в нем стоял и не заваливался. Для первого рядя клея не жалеем и наносим столько, чтобы после прижатия к полу, его излишки были примерно сантиметра в 2-3. После устройства опорной кладки, укладываются последующие ряды с разбежкой, которая должна составлять не менее 40% блока, не забываем про обвязку.

Если на балконе встречаются какие-либо трубы, то их необходимо «обходить», а пустоты, образовавшиеся вследствие этого заполняются обычной монтажной пеной, стоит помнить, что такая пена очень коварна. При разбухании она с легкостью может порвать газоблок, поэтому без фанатизма, «пены много не бывает» — это не наш случай. После того как все ряды благополучно уложены, финишный ряд устанавливается, как говорится «на сухую», для дальнейшей разметки. Высота крайнего ряда должна превышать парапет ровно на столько, чтобы обеспечить правильный угол водослива – 18 о.

После укладки последнего ряда газобетона на клей, делается затирка швов, она позволит заполнить пустоты между блоками. Эта процедура проводится с помощью все того же клея, но уже более густого. Далее усиливается основной монтаж на уровне каждого четного ряда. Для этого в середине ряда ввинчиваются регулировочные винты, на которые вешается перфорированная лента, винты подкручиваются. Такое армирование «подберет» блоки и улучшит качество газобетонной кладки.

Вывод

Чтобы сделать хороший теплый балкон важно не только приобрести качественный материал, но и хорошо, без «косяков» сделать его утепление. Уверен в том, что данная статья поможет вам сделать правильный выбор при строительстве лоджии.

Как утеплить балкон

Утепление балкона – задача достаточно сложная и нетривиальная. Включает в себя целый список строительных процедур. Об этих процедурах и о материалах для утепления мы и поведём речь в данной статье. Однако, давайте поговорим обо всём по порядку.

Для начала – для выкладки парапета и перегородок балкона лучше использовать газобетонный блок, так как он имеет небольшой вес и низкую теплопроводность.

Далее, чтобы холод не проникал на балкон, ему нужно остекление, при том пластиковое и герметичное. Благодаря этому тепло также не будет уходить с балкона. По этой причине не рассматривайте варианты с дешёвыми рамами из дерева и алюминия.

Затем, чтобы снизить теплопроводность стен, с внутренней стороны нужно использовать утеплители вместе с монтажной пеной. Делается это для того, чтобы не оставлять даже щели в 1 см, через которую могло бы уходить тепло.

Также стоит упомянуть о том, что тёплого воздуха из квартиры не достаточно для поддержания тепла на балконе на достаточном уровне. Для этого необходимо оборудовать балкон системой типа “тёплый пол”.

Боремся с сыростью на балконе

При утеплении балкона очень важно не забыть о том, что также нужно бороться с сыростью на нём. Сырость возникает в том случае, когда тёплый воздух, который поступает на балкон из помещения, встречается с холодным ограждением и оседает на нём в виде конденсата.

Это является угрозой для утепляющего материала. Чтобы защитить его, нужно установить перед утеплителем так называемый паробарьер, например, в виде фольги или полиэтиленовой плёнки. Теперь мы подходим к вопросу, какой материал лучше выбрать для утепления, чтобы минимизировать конденсат и сырость.

К примеру, это может быть пенополистирол, как обычный, так и экструдированный. То есть – это должен быть материал с малой проницаемостью пара. Он не должен накапливать большое количество воды, поэтому выбирать надо полистирол с толщиной слоя как минимум 80 мм.

Пароизоляция балкона

Есть такое распространённое заблуждение, что при значительном утеплении фасада стены перестают дышать. Это также является причиной для появления конденсата на окнах. Решить эту проблему поможет самая обыкновенная естественная вентиляция.

Утепление минеральной ватой

Минеральная вата –популярный на сегодняшний день материал из волокон, получаемых из шлаков и горных пород, либо из стеклоштапельного волокна. Среди её положительных качеств следует отметить пожаробезопаность и небольшую усадку. В процессе эксплуатации на местах стыков не возникает щелей, через которые на балкон может проникнуть холод.

Минеральная вата почти не пропускает шум, зато хорошо пропускает пар. Вследствие этого в помещении всегда обеспечены хорошие климатические условия, без грибка и сырости. Минеральная вата, выпущенная в виде плит, удобно нарезается ножом, в виде матов – ножовкой.

Для укладки ваты используйте состав на клею, а потолочные плиты вместе с плитами на стенах фиксируйте рейками небольшой толщины. После того, как вы проклеите стыки, закройте кусками ваты зазоры между утеплёнными участками. Далее следует нанесение пароизолятора, а затем – финальная отделка.

Схема утепления балкона

Для производства ваты из стеклоштапельного волокна используются натуральные компоненты, с её помощью можно утеплять не только балкон, но также и спальни с детскими комнатами. При монтаже вы должны раскроить листы, чтобы у каждого из них оставался запас по 20 мм. Сверху не забудьте уложить слой для изоляции от пара.

Подытожим все плюсы от использования минваты:

Минеральная вата имеет множество вариантов по толщине и плотности.
Материал пожаробезопасен, во время воздействия предельно высоких температур не происходит никакого выделения дыма.
Благодаря невысокому водопоглощению минвата отлично защитит балкон от сырости.
Хорошее поглощение шума, благодаря такому свойству, как динамическая жёсткость.
Имеет невысокую стоимость и высокую гигиеничность, для здоровья данный материал безвреден.

Утепление экструдированным пенополистиролом

Сегодня утепление обычным пенопластом или пенополистиролом, как он называется, по-научному, уже не так актуально, как раньше. Теперь чаще всего используют экструдированный пенополистирол. Наиболее популярными его производителями считаются Пеноплэкс, Технониколь, Экстрол. В отличие от пенопласта, его гранулы получают путём экструзии.

Гранулы смешиваются со вспенивающим веществом, после чего получившуюся массу выдавливают в специальные формы через экструдер. Ячейки экструдированного пенополистирола не пропускают влагу и воздух, его плотность составляет от 35 до 45 кг/кв.см. С его помощью утепляют в том числе взлётные полосы. Его продают в листах разной толщины – от 3 до 100 мм.

Клей на листы наносится так, чтобы равномерно распределить его в центре и углах. Затем приложите лист к стене и прикрепите шестью-семью дюбелями. Следующий лист плотно стыкуется по шву. Примерьте лист возле проёма двери и отметьте линию там, где нужно будет отрезать лишнее.

За экструдированным пенополистиролом наносят слой для изоляции пара – для этого подойдёт полиэтилен во вспененном состоянии. Его покрытие должно быть из фольги, которой и прижимают утеплитель к стене. Потрудитесь, чтобы как следует расправить лист. Для заделки швов пароизолятора используйте строительный скотч. По этой же технологии после стен утепляется потолок.

Утепление Пеноплэксом

Утепление с помощью ППУ

ППУ расшифровывается как пенополиуретан и является, по сути, монтажной пеной, несколько видоизменённой специально для использования при утеплении. Поскольку данную пену не так уж и просто нанести, мы вам рекомендуем обратиться к специалистам, а не пробовать наносить её самостоятельно.

Использование ППУ имеет множество положительных сторон:

От него не остаётся швов, поскольку ППУ наносится монолитом на пол и потолок и боковые стены с парапетом.
Слой нанесения имеет небольшую толщину, что позволяет не скрадывать площадь балкона при утеплении.
ППУ обладает самой высокой теплопроводностью среди других материалов для утепления.
При нанесении слоя в 4 см ППУ начинает действовать ещё, как и пароизолятор.
ППУ довольно прочен и обладает высокой эластичностью.
Поскольку ППУ является материалом закрытого типа с ячеистой структурой, никакой дополнительной защиты от ветра вам не понадобится.

Читайте также:

Толщина керамической плитки для пола

Утепление ППУ

Итак, в данной статье мы рассмотрели основные ходовые на сегодняшний день материалы для утепления балкона. Надеюсь, с помощью неё мы помогли вам сделать подходящий выбор. В любом случае, если у вас остались сомнения по части выбора материала, мы советуем обратиться за консультацией к нашим специалистам.

Что такое источник бесперебойного питания (ИБП), для чего нужен бесперебойник, как выбрать, сколько стоит

Не секрет, что одна из основных причин поломок электрического оборудования – сбои и помехи в электросетях. В настоящее время во многих регионах России существуют проблемы с качеством и количеством электроэнергии, доходящей до конечного потребителя. Это и плановые отключения, и перебои, вызванные как перегрузками, так и разного рода авариями. Чтобы избежать поломок электрооборудования от различных сбоев и помех нужно подключить к ним источник бесперебойного питания.

Источник бесперебойного питания или ИБП – это прибор, позволяющий вашему оборудованию, например, котлу отопления или компьютеру в течение определенного времени работать от аккумуляторных батарей. Таким образом, в случае отключения или выхода за пределы нормальных показателей, электрической сети, бесперебойник будет выдавать на выходе питание, которое полностью соответствует всем стандартам, что поможет избежать поломки котла и прочих неприятных последствий проблем с электроэнергией.

Источники бесперебойного питания (uninterruptible power supply – UPS), когда-то устанавливались только в вычислительных центрах или системах жизнеобеспечения. Сейчас ИБП являются сравнительно недорогим дополнением к любому электрическому оборудованию, которое легко окупает себя, продлевая срок службы этого электрооборудования.

Вы можете приобрести ИБП ELTENA у наших дилеров. Выбрать нужный источник бесперебойного питания, найти дилера в своем городе, уточнить цены на все ИБП или узнать, сколько стоит конкретное оборудование, вы можете на нашем официальном сайте ELTENA – eltena.com.
С 2002 по 2018 года ИБП ELTENA поставлялись под брендом INELT. Новый международный бренд ELTENA ориентирован на развитие продаж в России и за ее пределами, олицетворяет динамичное развитие и подчеркивает высокое качество оборудования.

Модельный ряд источников бесперебойного питания ELTENA

Модельный ряд ИБП ELTENA

Мощность

Применение источников бесперебойного питания

Компьютер, кассовый аппарат, периферийная техника, телефонная станция

Компьютер, сервер, периферийная техника, сетевое оборудование, группа рабочих станций, офисная АТС

Компьютер, бытовая техника, телекоммуникационное оборудование, инженерные системы,
котел отопления, циркуляционный насос, группа рабочих станций, офисная АТС, в стойку 19”,
серверное оборудование, оборудование в уличном антивандальном шкафу, системы безопасности

Сервер, группа серверов, ЦОД, телекоммуникационный узел, АСУ ТП, котел отопления, небольшой офис, инженерные системы, система «Умный дом», система жизнеобеспечения зданий, осветительное оборудование, промышленное оборудование, отопительное оборудование (котлы и насосы), медицинское оборудование

Содержание:

Все источники бесперебойного питания по своей структурной схеме подразделяются на 3 основных типа:

ИБП резервного типа (Off-Line или Standby)

ИБП резервного типа ИБП офлайн

Недорогие источники бесперебойного питания, предназначенные в основном для защиты не очень критичных рабочих станций. Бесперебойник этого типа передает на нагрузку напряжение непосредственно от входной сети, фильтруя импульсные помехи. При выходе напряжения за допустимые пределы ИБП переводит оборудование на питание от батарей через простейший инвертор, дающий на выходе ступенчатую аппроксимацию синусоиды.

Линейно-интерактивный (Line-Interactive) ИБП

Линейно-интерактивный ибп ИБП Линейно-интерактивный

ИБП этого типа обеспечивает питание нагрузки через ступенчатый стабилизатор, корректирующий пониженное или повышенное входное напряжение, фильтруя импульсные помехи. При выходе входного напряжения за пределы диапазона регулировки бесперебойник переводит оборудование на питание от батарей через инвертор (ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line)). Рекомендуется использовать такие ИБП для серверов, рабочих станций, групп рабочих станций, мини-АТС и другой офисной техники, а также сетевого и телекоммуникационного оборудования.

По форме напряжения инвертора линейно-интерактивные модели ИБП делятся на 2 класса:
1) Со ступенчатой аппроксимацией синусоиды на выходе (ELTENA Smart Station). Такие бесперебойники пригодны только для защиты оборудования с импульсными блоками питания.
2) C синусоидальным выходным напряжением (ELTENA Intelligent).

ИБП с двойным преобразованием напряжения (On-Line — Онлайн)

онлайн ибп

Эта схема построения источника бесперебойного питания обеспечивает качественно иной уровень защиты нагрузки. Поступающее на вход переменное сетевое напряжение сначала преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем с помощью инвертора снова в переменное. Таким образом, на выходе ИБП формируется качественная синусоида c постоянной амплитудой независимо от наличия и формы входного напряжения. Аккумуляторная батарея непрерывно включена в цепь постоянного напряжения, что обеспечивает нулевое время перехода на батареи. При перегрузке или выходе ИБП из строя нагрузка продолжает получать питание через обходную цепь байпас.

К этому типу относятся все модификации ELTENA Monolith. ИБП, построенные по такой схеме, можно использовать для защиты практически любого оборудования, вплоть до самого критичного. Для достижения максимальной надежности и/или увеличения мощности системы бесперебойного питания ИБП с двойным преобразованием напряжения могут объединяться в параллельные системы. В случае системы с резервированием N+1 (добавляется один дополнительный бесперебойник к системе, рассчитанной на нагрузку: N*мощность одного ИБП) выход одного бесперебойника из строя никак не сказывается на работе подключенного к системе оборудования. Заметим, что строить параллельные системы без резервирования не рекомендуется, так как это снижает надежность системы в целом: выход из строя любого из ИБП приводит к перегрузке.

Основные характеристики ИБП

выходная мощность, измеряемая в вольт-амперах (VA или ВА) или ваттах (W или Вт);
время переключения бесперебойника (UPS) на питание от аккумуляторов (измеряется в миллисекундах, ms);
время автономной работы, определяется емкостью батарей и мощностью подключенного к ИБП (UPS) оборудования (измеряется в минутах, мин.);
ширина диапазона входного (сетевого) напряжения, при котором ИБП (UPS) в состоянии стабилизировать питание без перехода на аккумуляторные батареи (измеряется в вольтах, V или В);
срок службы аккумуляторных батарей (измеряется годами, обычно 5 и 10 лет);
исполнение ИБП: напольное, для размещения в стойку и универсальное;
размещение аккумуляторных батарей (внутреннее или внешнее);
фазность источников бесперебойного питания (однофазный или трехфазный).

Как выбрать ИБП

Источники бесперебойного питания доступны самому широкому кругу потребителей, могут применяться как дома или на даче, так и в офисе или в промышленности; они позволяют поддерживать и защищать оборудование от отдельно стоящего компьютера или сервера до дата-центра, от локальной инженерной системы до целого офисного или промышленного здания.

Расчет мощности источника бесперебойного питания

При подборе источника бесперебойного питания необходимо определиться с его мощностью. Поскольку ИБП пригодный для обеспечения работы домашнего компьютера, будет совершенно бесполезен для мощного медицинского оборудования. Чтобы определить мощность источника бесперебойного питания, нужно сначала учесть суммарную нагрузку. Необходимо сложить значения мощности всего оборудования, подключаемого к ИБП. Например, нужно подключить к источнику бесперебойного питания котел отопления (мощность — 200 Вт) и циркуляционный насос (мощность – 200 Вт). Сумма потребления общая составит 400 Вт. Однако дело заключается в том, что при запуске токи оборудования довольно значительно превышают номинал, поэтому потребляемая мощность увеличивается в разы. Когда для питания нагрузки, равной четырем ста ватт мы выбираем бесперебойник таких же значений мощности, может возникнуть перегрузка, и техника отключится. Чтобы этого избежать, надо учитывать коэффициент токов пуска. Каждому виду техники присущ свой показатель пусковых токов: для котлов отопления — 3.4, для циркуляционных насосов — 3.5.

Подсчитываем:
Котел — 200*3.4 = 680 Вт
Насос — 200*3.5 = 700 Вт
Значения складываем, получаем 1 380 Вт

Это суммарная мощность оборудования, измеряемая ваттами. Мощность бесперебойника определяется вольт-амперами, то есть это полная мощность, произведенная для питания нагрузки. Для вычисления показателя необходимой произведенной полной мощности ИБП, нужно мощность полезную разделить на коэффициент 0,7.

1380 Вт/0,7 = 1 971 Вт.

Видно, что конечное значение мощности превосходит суммарную мощность, потребляемую оборудованием. Объясняется это тем, что частично мощность теряется с образованием магнитных полей, либо в резисторах и трансформаторах, и бесперебойник на выходе не выдает полный объем мощности. Получается, для эффективного функционирования ИБП с подключенным оборудованием, в данном случае, мощность его не должна быть менее 1971 Вт.

Расчет времени автономной работы

Для большинства обычных офисных ИБП (UPS) небольшой мощности время работы от батареи при максимальной нагрузке составляет 4-15 минут. Если нагрузка источника бесперебойного питания меньше максимальной, то время работы от батареи увеличивается. Из-за нелинейности разрядной кривой аккумуляторной батареи это увеличение не пропорционально уменьшению нагрузки. Если нагрузка уменьшилась вдвое, то время работы может увеличиться в 2.5-5 раз, если втрое, то время увеличивается в 4-9 раз и т.д. Бесперебойник большой мощности и некоторые ИБП малой мощности имеют возможность увеличения времени автономной работы за счет замены батареи на батарею большей емкости или установки дополнительной батареи. Батарея большей емкости может устанавливаться в том же корпусе или может устанавливаться дополнительный корпус для батареи.

Выберите подходящий Вам источник бесперебойного питания, используя сервис «Подбор оборудования»

Что такое импульсный блок питания (ИБП) и как он работает

Каждый человек постоянно сталкивается с импульсными блоками питания: зарядки от ноутбуков и телефонов, БП светодиодных лент и компьютера. В случае поломки, рекомендуется хотя бы теоретически ознакомиться с их составляющими и принципом работы, если вы хотите произвести ремонт и диагностику. Здесь вы узнаете, что такое импульсные блоки и источники питания, а также отличиях от трансформаторных.

Что делает импульсный блок питания (ИБП)

Чтобы понять, что делает ИБП, нужно выяснить, как устроен режим передачи энергии. В импульснике присутствует генератор импульсов, который расположен сразу за преобразователем постоянного напряжения. Он создает положительные квадратные импульсы, которые затем идут на трансформатор. Там напряжение заново преобразуется в переменное, но с другим синусом. Уже оттуда ток идет на выходной преобразователь постоянного напряжения.

В результате образуется отрицательная обратная связь (ООС). Она способствует стабилизации напряжения и отсутствию скачков.

Высокая стабилизация необходима в технике, где невозможно установить мощный сетевой фильтр помех и скачков напряжения. Сюда относятся компьютеры, ноутбуки, телефоны и прочая мобильная техника.

Отличие от трансформатора

Понять, как работает трансформаторный блок питания несложно:

Ток попадает на катушку трансформатора, где, в зависимости от назначения БП, повышается или понижается напряжение, при этом оставаясь переменным.
Затем идет диодный мост – преобразователь. Его задача инвертировать переменное напряжение в постоянное.
Последний блок – конденсатор, который сглаживает импульсы.

Минусов у такого БП несколько:

Больший размер. В этой схеме питания не предусмотрен стабилизатор (за исключением выходного конденсатора).
Стабилизация трансформаторов крайне сомнительная. Они чаще пропускают скачки, из-за чего возможна поломка техники.

В импульсных блоках питания принцип работы несколько другой: генератор создает собственный такт, который стабилизирует вольтаж. Возможно использовать миниатюрные трансформаторы, при этом не теряя мощности. Используются ключевые элементы стабилизации.

Преимущества и недостатки импульсных блоков питания

Меньший размер. По определению импульсные БП меньше и легче, чем трансформаторные.
Высокий КПД. У среднего ЗУ смартфона он будет составляет 98%. Причина в меньших потерях, опять же в связи с генератором и миниатюрным трансформатором.
Цена. ИБП немного дешевле, отчасти из-за меньшего кол-ва меди в составе.
Универсальность. Купить импульсники можно для сверхузких задач. Они все чаще встречаются в робототехнике и электронике, поэтому их разнообразие несопоставимо с трансформаторами или линейниками.

Одноразовость. В схемах дешевых импульсных блоков питания для телефонов гальваническая развязка отсутствует, поэтому ремонту они почти не подлежат. Впрочем, это нивелируется малой ценой.
Помехи. Высокочастотные помехи в импульсниках присутствуют всегда. Правда, в дорогих схемах они активно подавляются.

Схемы импульсных блоков питания

Схемотехника импульсных блоков питания поможет, если вы планируете самостоятельный ремонт. Нижеуказанные подсказки помогут разобраться в схематических указаниях.

Что такое импульсный блок питания и где применяется

Импульсный блок питания служит для преобразования входного напряжения до величины, необходимой внутренним элементам устройства. Иное название импульсных источников, получившее широкое распространение, — инверторы.

Что это такое?

Инвертор — это вторичный источник питания, который использует двойное преобразование входного переменного напряжения. Величина выходных параметров регулируется путем изменения длительности (ширины) импульсов и, в некоторых случаях, частоты их следования. Такой вид модуляции называется широтно-импульсным.

Принцип работы импульсного блока питания

В основе работы инвертора лежит выпрямление первичного напряжения и дальнейшее его преобразование в последовательность импульсов высокой частоты. Этим он отличается от обычного трансформатора. Выходное напряжение блока служит для формирования сигнала отрицательной обратной связи, что позволяет регулировать параметры импульсов. Управляя шириной импульсов, легко организовать стабилизацию и регулировку выходных параметров, напряжения или тока. То есть это может быть как стабилизатор напряжения, так и стабилизатор тока.

Количество и полярность выходных значений может быть самым различным в зависимости от того, как работает импульсный блок питания.

Разновидности блоков питания

Применение нашли несколько типов инверторов, которые отличаются схемой построения:

бестрансформаторные;
трансформаторные.

Первые отличаются тем, что импульсная последовательность поступает непосредственно на выходной выпрямитель и сглаживающий фильтр устройства. Такая схема имеет минимум комплектующих. Простой инвертор включает в себя специализированную интегральную микросхему — широтно-импульсный генератор.

Из недостатков бестрансформаторных устройств главным является то, что они не имеют гальванической развязки с питающей сетью и могут представлять опасность удара электрическим током. Также они обычно имеют небольшую мощность и выдают только 1 значение выходного напряжения.

Более распространены трансформаторные устройства, в которых высокочастотная последовательность импульсов поступает на первичную обмотку трансформатора. Вторичных обмоток может быть сколько угодно много, что позволяет формировать несколько выходных напряжений. Каждая вторичная обмотка нагружена на собственный выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Мощный импульсный блок питания любого компьютера построен по такой схеме, которая имеет высокую надежность и безопасность. Для сигнала обратной связи здесь используется напряжение 5 или 12 Вольт, поскольку эти значения требуют максимально точной стабилизации.

Использование трансформаторов для преобразования напряжения высокой частоты (десятки килогерц вместо 50 Гц) позволило многократно снизить их габариты и массу и использовать в качестве материала сердечника (магнитопровода) не электротехническое железо, а ферромагнитные материалы с высокой коэрцитивной силой.

На основе широтно-импульсной модуляции построены также преобразователи постоянного тока. Без использования инверторных схем преобразование было связано с большими трудностями.

Схема БП

В схему самой распространенной конфигурации импульсного преобразователя входят:

сетевой помехоподавляющий фильтр;
выпрямитель;
сглаживающий фильтр;
широтно-импульсный преобразователь;
ключевые транзисторы;
выходной высокочастотный трансформатор;
выходные выпрямители;
выходные индивидуальные и групповые фильтры.

Назначение помехоподавляющего фильтра состоит в задерживании помех от работы устройства в питающую сеть. Коммутация мощных полупроводниковых элементов может сопровождаться созданием кратковременных импульсов в широком спектре частот. Поэтому здесь необходимо в качестве проходных конденсаторов фильтрующих звеньев использовать разработанные специально для этой цели элементы.

Выпрямитель служит для преобразования входного переменного напряжения в постоянное, а установленный следом сглаживающий фильтр устраняет пульсации выпрямленного напряжения.

В том случае когда используется преобразователь постоянного напряжения, выпрямитель и фильтр становятся ненужными, и входной сигнал, пройдя цепи помехоподавляющего фильтра, подается непосредственно на широтно-импульсный преобразователь (модулятор), сокращенно ШИМ.

ШИМ является самой сложной частью схемы импульсного источника питания. В его задачу входят:

генерация высокочастотных импульсов;
контроль выходных параметров блока и коррекция импульсной последовательности в соответствии с сигналом обратной связи;
контроль и защита от перегрузок.

Сигнал с ШИМ подается на управляющие выводы мощных ключевых транзисторов, включенных по мостовой или полумостовой схеме. Силовые выводы транзисторов нагружены на первичную обмотку выходного трансформатора высокой частоты. Вместо традиционных биполярных транзисторов используются IGBT- или MOSFET-транзисторы, которые отличаются малым падением напряжения на переходах и высоким быстродействием. Улучшенные параметры транзисторов способствуют уменьшению рассеиваемой мощности при одинаковых габаритах и технических параметрах конструкции.

Как работает импульсный блок питания

Подробно рассмотрим, как работает импульсный блок питания (ИБП) любого типа. Сегодня такие компоненты являются основными источниками электрической энергии любой электронной аппаратуры. Аудио аппаратуру мы в счет не берем. Там по-прежнему доминируют линейные или трансформаторные блоки питания.

Концепция ИБП известна давно. Однако реализация ее стала возможной относительно недавно. Этому способствовало появление управляемых полупроводниковых ключей с требуемыми характеристиками. В первую очередь речь идет о полевых транзисторах MOSFET. Сегодня MOSFET вытеснили практически все другие управляемые полупроводниковые приборы в области преобразователей электрической энергии малой и средней мощности. В преобразователях большой мощности лидирующие позиции занимают IGBT транзисторы, а также некоторые виды тиристоров.

Главное и неоспоримое преимущество импульсных блоков питания по сравнению с линейными (трансформаторными) БП – это значительно меньший вес и габариты при равных мощностях. Для сравнения можно взять импульсный блок питания компьютера мощностью 500 Вт и только один трансформатор мощностью 500 ВА. Разница, особенно по массе, будет ощутима.

Существует много схем ИБП. Однако все они сводятся к тому, чтобы снизить в первую очередь массу и габариты трансформатора. Почему именно трансформатора? Потому что он является самым громоздким, тяжелым и дорогим элемент блока питания.

Чтобы хорошо представлять, как работает импульсный блок питания, сначала рассмотрим классическую схему линейного БП.

Схема линейного блока питания

Основные задачи любого промышленного БП заключаются в снижении переменного напряжения 220 В (230 В) до требуемой величины, затем его выпрямление, сглаживание и стабилизация.

Поэтому любая схема линейного бока питания обязательно содержат как минимум следующие элементы: трансформатор, выпрямитель, фильтр, узел стабилизации. Назначение каждого элемента было более полно рассказано здесь.

Теперь, глядя на составляющие функциональной схемы линейного БП, давайте рассуждать, какие элементы приводят к росту его массы и веса. В качестве выпрямителя чаще служит диодный мост. Снизить его размеров не даст особого эффекта. Да и реализовать этот будет затруднительно.

Узел стабилизации может быть реализован по-разному. Поэтому на нем мы тоже сэкономить мало что сможем. Остаются только два элемента: фильтр и трансформатор. Фильтр представляет собой электролитический конденсатор большой емкости. Но изменение его параметров, как мы увидим далее, не позволит получить сколь-нибудь ощутимый выигрыш. Остается исследовать возможности способы минимизации трансформатора.

Основная задача его заключается в передаче мощности со стороны источника высокого на сторону низкого напряжения. При этом необходимо обеспечить гальваническую развязку высоковольтных с низковольтными цепями. Гальваническая развязка необходима для преимущественного большинства устройств по условиям безопасности, как персонала, так и низковольтного оборудования. А трансформатор, как никакой другой элемент выполняет эти и другие условия. При этом он имеет максимальный коэффициент полезного действия, достигающий 99 %. По этой причине ему до сих пор не могут найти альтернативу, за что приходится расплачиваться повышенной массой и размерами в целом БП.

Безтранформаторные источники питания

Конечно, всегда возникал вопрос: а можно ли вообще обойтись без трансформатора? Здесь ответ неоднозначный. И можно и нельзя. Более того, существуют безтрансформаторные источники питания. Для снижения напряжения применяют конденсатор. Конденсатор характеризуется реактивным сопротивлением при работе в цепях переменного тока. Именно это свойство благополучно используется. Однако реактивное сопротивление конденсатора зависит обратно пропорционально от его емкости. Поэтому с увеличением нагрузки необходимо применять конденсатор большей емкости, что очень сказывается на его размерах. Кроме того возрастает его цена, поскольку он должен быть рассчитан на 400…450 В. Помимо всего прочего, использование реактивного сопротивления негативно влияет на качестве электроэнергии питающей сети. Снижается коэффициент мощности cosφ. Но самый главный недостаток заключается в отсутствии гальванической развязки. Это исключает применение подобных схем в преимущественном большинстве радиоэлектронной аппаратуре.

Как снизить массу и габариты трансформатора

Так вот, мощность любого узла ИБП определяется всего двумя параметрами: напряжением и током.

P = U∙I.

Полная мощность трансформатора (Т) также определяется произведением тока на напряжение. Поэтому давайте рассмотрим, как зависят габариты Т от величины приложенного U и протекающего I. Возможно, здесь у нас получится на что-то повлиять.

Напряжение или, точнее говоря, ЭДС данного электромагнитного устройства определяется частотой приложенного напряжения f, количеством витков w и магнитным потоком Φ.

E = 4,44∙f∙w∙Φ

Коэффициент 4,44 уберем для упрочения, поскольку он соответствует синусоидальной форме тока. В импульсных блоках питания, где форма сигнала имеет вид прямоугольника, это коэффициент имеет другое значение.

Магнитный поток представляет собой произведение магнитной индукции B на площадь поперечного сечения сердечника магнитопровода Sс.

Давайте поразмыслим над этой формулой с интересующей нас позиции. Размеры Т определяются размерами его сердечника и обмотками. Упрощенно говоря, мы можем вполне обосновано сказать, что габариты сердечника зависят от площади поперечного сечения сердечника (магнитопровода) Sс. А габариты обмотки зависят от числа витков w.

Теперь становится очевидно, что для сохранения прежней величины электродвижущей силы E при снижении числа витков w и площади поперечного сечения Sс, а соответственно и габаритов трансформатора, необходимо повышать или частоту или индукцию или эти два параметра одновременно.

Преимущественное большинство сердечников промышленных трансформаторов выполняются из электротехнической стали. Такая сталь имеет индукцию насыщения порядка 1,7 Тл. Это довольно большое значение индукции. Выше только у чистого железа, обладающего максимально возможной индукцией из всех магнитных материалов, и составляет чуть более 2 Тл. К сожалению, чистое железо не пригодно к использованию в электромагнитных устройствах вследствие сильных потерь энергии при перемагничивании.

Альтернативные магнитные материалы

Также в ряде стран применяется пермаллой. Пермаллой имеет несколько меньшую индукцию, чем электротехническая стать, но обладает большим электрическим сопротивлением. Благодаря чему снижаются потери на вихревые токи, а соответственно и потери холостого хода.

Относительно недавно на рынке в доступной цене появились аморфные и нанокристаллические сплавы. Они обладают высоким электрическим сопротивлением, при этом индукция их приближается к электротехническим сплавам. Кроме того они обладают рядом положительных свойств, превосходящих другие магнитные материалы. Но на этом мы здесь останавливаться не будем.

Однако индукция известных на сегодняшний день магнитных материалов и сплавов не достигает величины, значительно превосходящей индукцию электротехнической стали, то есть более 1,7 Тл. Поэтому сейчас невозможно существенно снизить габариты электромагнитного устройства за счет применения новых магнитных материалов. Поэтому остается единственный способ, который даст ощутимое снижение массы и размеров – это повышение частоты f переменного тока.

Как работает импульсный блок питания электронных устройств

Мы знаем, что в сети 220 В или 230 В f равна 50 Гц, отсюда возникает вопрос: как ее повысить? А делается это следующим образом. Сначала переменное напряжение 220 В, 50 Гц выпрямляется с помощью обычного диодного моста. Затем оно сглаживается электролитическим конденсатором большей емкости. Далее сглаженное напряжение снова преобразуется в переменное, но уже значительно большей частоты. В современных импульсных блоках питания она составляет порядка единиц мегагерц. И уже это высокочастотное напряжение подается на обмотку трансформатора. Это позволяет значительно снизить его размеры при сохранении прежнего значения электродвижущей силы. Затем сниженное напряжение со вторичной обмотки снова выпрямляется, сглаживается, и стабилизируется.

Постоянное напряжение преобразуется в переменное с помощью инвертора. Транзисторы инвертора работают в ключевом режиме, что приводит к появлению значительных импульсов тока. Поэтому на входе первого выпрямителя обязательно устанавливают дроссель для снижения уровня пульсаций тока, вызванных работой инвертора. Кроме того, для борьбы и электромагнитными импульсами, ИБП полностью экранируют.

Именно по причине этих пульсаций ИБП не применяются в аудиотехнике. В первую очередь это относиться к усилителям звука. Они вместе с полезным аудиосигналом могут усилить и помехи или пульсации, создаваемые полупроводниковыми приборами, работающими в ключевом режиме. В конечном итоге это негативно отобразится на качестве звука.

Сечение провода тр-ра по-прежнему рассчитывается на аналогичный ток. Однако в качестве магнитопровода электротехническая сталь не применяется, поскольку на высоких частотах возникают сильных потери энергии, вызванные действием вихревых токов. Поэтому применяют магнитные материалы с максимально высоким электрическим сопротивлением. К ним относятся ферриты и различного рода магнитодиэлектрики.

ШИМ-контроллер

Работой полупроводниковых приборов инвертора управляет ШИМ-контроллер. ШИМ-контроллер может выполняться в виде отдельной микросхемы или в едином корпусе с полупроводниковыми ключами. Для поддержания заданного уровня напряжения на нагрузке в не зависимости от изменения ее параметров и других воздействующих факторов, необходимо изменять параметры широтно-импульсной модуляции. За это отвечает ШИМ-контроллер, который получает сигнал по обратной связи. В качестве элемента, образующего обратную связь применяется оптопара. Может применяться и другой радиоэлектронный элемент, как правило, способный осуществить гальваническую развязку.

Теперь должно быть понятно, как работает импульсный блок питания. Его схема состоит из входного фильтра, входного выпрямителя, сглаживающего входного фильтра, инвертора, импульсного трансформатора, выходного выпрямителя и выходного фильтра.

В качестве входного фильтра применяется дроссель. Сглаживающими фильтрами служат электролитические конденсаторы большей емкости.

Мощный импульсный блок питания?

Значительно повысить f удается только в относительно маломощных ИБП с точки зрения силовой электроники. В преобразователях электрической энергии большой мощности – десятки, сотни и тысячи киловатт, сколь существенно увеличить частоту не получится. Это вызвано отсутствием транзисторов или тиристоров, способных быстро переключать большую нагрузку, сохраняя при этом приемлемый уровень потерь энергии. Максимум удается повысить f до тысячи герц, 400 Гц, а то и вовсе ниже. К тому же возникают трудности с охлаждением таких преобразовательных установок.

Потери в полупроводниковых ключах зависят от приложенного к ним напряжения, протекающего I и частоты переключения. С ростом f потери энергии в полупроводниковых ключах сильно возрастают. Поэтому существенно снижается коэффициент полезного действия всей преобразовательной установки. Отсюда данный способ пока что не находит применения для мощных преобразователей и является малоэффективным.

Но и здесь был найден выход. Все усилия были направлены в сторону уменьшения размеров и веса обмоток. В преобразователях она может достигать нескольких тонн. Если получится существенно уменьшить ее размеры, тогда можно домотать некоторое количество витков и за счет этого снизить габариты магнитопровода при сохранении прежнего значения электродвижущей силы.

Масса меди обмоток m_о зависит от суммарной длины одного витка l_в, их числа w, площади поперечного сечения S_в и удельного веса меди γ_м.

m_о = l_в∙w∙S_в∙γ_м.

Длина витка l_в определяется его диаметром d_в, поэтому можем переписать предыдущее выражение следующим образом:

m_о = π∙d_в∙w∙S_в∙γ_м.

В свою очередь диаметр d_в определяет индуктивность Т. Поэтому его мы уменьшить не можем, поскольку это в конечном итоге повлечет за собой уменьшение ЭДС, а это не допустимо.

Также нельзя снизить удельный вес меди. Остается снижать площадь поперечно сечения витка.

Она в свою очередь зависит от величины протекающего I и допустимой плотности тока j.

S_в = I∙j.

Величину тока мы также снизить не можем, поскольку она определяет мощность трансформатора при заданном значении электродвижущей силы. Остается только один способ – увеличить допустимую плотность j.

Сверхпроводники

Эта величина для меди в среднем находится в пределах от 8 до 10 А/мм 2 . Для обмоток электрических машин она будет иметь меньшее, а для монтажных проводов или линий электропередач – большее значение.

Величина j показывает, какой максимальный ток можно пропустить через заданное сечение проводника. Для простоты примем допустимое значение j = 10 А/мм 2 . Это значит, что через медный провод сечением 1 мм 2 можно пропустить I величиной 1 А. Если превысить эту величину, то он будет перегреваться, что недопустимо. Главная причина заключается в перегреве изоляции, которая для электрических машин обходится дороже стоимости самого провода. С ростом температуры эксплуатационный срок изоляции резко снижается. Отсюда преждевременная постановка на ремонт и затратная перемотка изоляции.

Если проводник принудительно охлаждать, то через ту же S_в можно пропустить больший I. Именно таким способом удается существенно уменьшить сечение S_в. Применяют так называемые сверхпроводящие обмотки. Они находятся в специальной герметичной емкости, заполненной жидким азотом. Точка кипения азота чуть более -195 °С. Жидкий азот хорош тем, что он не взрывоопасен и не ядовит.

Благодаря применению жидкого азота снижается сопротивление проводника. Это позволяет повысить j почти в 30 раз, не перегревая его. А соответственно снизить площадь поперечного сечения обмоточного провода, что в свою очередь приводит к снижению веса электромагнитного устройства.

Подытожим сказанное выше. Для снижения массы и габаритов ИБП малой и средней мощности повышают частоту подводимого напряжения к обмоткам трансформатора за счет специальных схемных решений. В силовых преобразователях такой способ пока что трудно реализуем по причине отсутствия полупроводниковых ключей с приемлемыми коммутационными характеристиками. Единственный рациональный способ заключается в использовании сверхпроводящих обмоток.

Теперь, я надеюсь, Вам стало понятно, как работает импульсный блок питания и почему он имеет такую структуру.

Описание работы и устройство импульсного блока питания

Импульсные источники питания (ИИП) заполонили мир. Кажется, что они применяются везде, полностью вытеснив традиционные. На самом деле, этот вопрос неоднозначный.

В обзоре речь пойдет именно об импульсных блоках питания (ИИП) – преобразователях переменного сетевого напряжения в постоянное. Следует отличать такие устройства от импульсных стабилизаторов (стабилизируют входное постоянное напряжение) и преобразователей DC/AC или AC/AC (например, 12VDC/220 VAC, преобразующих напряжение автомобильной бортсети в 220 вольт), хотя в этих устройствах применяются похожие принципы.

Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного

Традиционный «трансформаторный» блок питания строится по схеме: трансформатор – выпрямитель с фильтром – стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема несложна и отработана годами, но у нее есть существенный недостаток – при увеличении мощности опережающими темпами растут габариты и вес.

В первую очередь растут размеры и масса трансформатора. Для повышения тока надо увеличивать сечение обмоток, но главный вклад в массогабаритные характеристики вносит сердечник. Не вдаваясь в физические подробности, можно отметить, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, на которой происходит трансформация. Чем выше частота, тем меньшим сердечником можно обойтись. Не зря в авиации и кораблестроении используются электросети на частоту 400 Гц. Многие элементы получаются гораздо легче и компактнее. Но в быту негде взять повышенную частоту. 50 Гц в розетке – все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строят по другому принципу. В них переменное напряжение сети выпрямляется, а затем из него «нарезаются» импульсы более высокой (до нескольких десятков килогерц) частоты. За счет этого трансформатор получается маленьким и легким без потери мощности. Это главное, чем отличается любой импульсный блок питания от обычного.

Еще один источник повышенных размеров и габаритов – стабилизатор. В традиционных БП применяются линейные стабилизаторы. Они требуют повышенного входного напряжения, а разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, бесполезно рассеивается. Это ведет к дополнительному увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый бесполезный запас по мощности, а также требует больших и тяжелых теплоотводящих радиаторов. В ИИП это делается по другому принципу. Напряжение стабилизируется методом изменения ширины импульсов. Это позволяет повысить КПД и не требует отвода излишнего тепла в таком количестве.

В видео-сравнение линейного и импульсного блоков питания.

К недостаткам импульсников можно отнести усложненную схемотехнику и повышенные требования к надежности элементов. Эти минусы сходят на нет с ростом мощности. Считается, что для выходных токов до 2..3 ампер подходят трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами, а чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах от 10 А обычно о трансформаторных БП речь уже не идет.

Среди минусов импульсных источников также надо упомянуть генерацию помех в питающую сеть и «замусоренность» выходного напряжения высокочастотными составляющими.

Какие бывают виды и где применяются

Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:

однополярные с одним уровнем напряжения;
ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
двухполярные.

Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.

Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:

Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.

Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.

Читайте также:

Способы восстановления кирпичной кладки

Также можно разделить ИИП по схемотехнике:

с импульсным трансформатором;
с накопительной индуктивностью.

В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.

Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП

Структурная схема импульсника сложнее, чем у трансформаторного источника. Для понимания принципа работы импульсного блока питания в целом, надо разобрать функционирование каждого узла в отдельности.

Входные цепи

Входные цепи предназначены для защиты сети от перегрузки при неисправности БП и от импульсных помех, возникающих при работе устройства. В качестве примера можно рассмотреть фильтр и защиту промышленного компьютерного ИИП.

Плавкий 5-амперный предохранитель перегорает при превышении номинального тока при аварийной ситуации в БП. Для защиты от повышения напряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме он не влияет на работу устройства. При скачке в сети от открывается, его сопротивление резко увеличивается, ток через варистор возрастает. Это вызывает перегорание предохранителя.

Терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления THR1 сначала имеет большое сопротивление и ограничивает ток, идущий на зарядку конденсаторов фильтра высоковольтного выпрямителя. Потом термистор прогревается проходящим через него током, его сопротивление падает, но к тому моменту емкости уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазный дроссель FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.

Высоковольтный выпрямитель и фильтр

Высоковольтный выпрямитель обычно строится по традиционной мостовой двухполупериодной схеме и особенностей не имеет. Если в преобразователе применяется полумостовая схема, то фильтр выполняется из двух емкостей, включенных последовательно – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питания.

Иногда параллельно конденсаторам ставят резисторы. Они нужны для разряда емкостей после выключения питания.

Инвертор

Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых ключах (часто на транзисторах). Открываясь и закрываясь, ключи подают в обмотку импульсы напряжения. Таким методом получается своеобразное переменное напряжение (однополярное), которое может быть трансформировано в напряжение другого уровня обычным способом.

Самая простая схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное – однотактная. Для ее реализации нужен минимум элементов. Недостаток такого узла – при росте мощности резко растут габариты и масса трансформатора. Связано это с принципом действия такого преобразователя. Он работает в два цикла – во время первого транзистор открыт, энергия запасается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго запасенная энергия отдается в нагрузку. Чем больше мощность, тем больше должна быть индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (соответственно, увеличивается количество витков во вторичных обмотках).

От этого недостатка свободна двухтактная схема со средней точкой (пушпульная). Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые через ключи поочередно подключаются к минусовой шине. На рисунке красной стрелкой показано направление тока для одного цикла, а красной – для другого. Минусом является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичке, а также наличие выбросов в момент коммутации. Их амплитуда может достигать двойного значения от напряжения питания, поэтому надо применять транзисторы с соответствующими параметрами. Сфера применения такой схемы – низковольтные преобразователи.

Выбросы отсутствуют, если инвертор выполнен по мостовой схеме. Из четырех транзисторов составлен мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора. Транзисторы открываются попарно:

первый цикл – верхний левый и нижний правый;
второй цикл – нижний левый и верхний правый.

Обмотка подключается к плюсу питания то одним выводом, то другим. Минусом является применение 4 транзисторов вместо двух.

Компромиссным вариантом считается применение полумостовой схемы. Здесь коммутируется один конец первичной обмотки, а второй подключен к делителю из двух емкостей. В этой схеме также отсутствуют выбросы напряжения, но применено всего два транзистора. Недостаток такого решения – к первичной обмотке прикладывается только половина питающего напряжения. Вторая проблема – при создании мощных источников емкость конденсаторов делителя растет, и их стоимость становится нецелесообразной.

Если ИИП построен по схеме с регулировкой параметров методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то в большинстве случаев ключи приводятся в действие не напрямую от микросхемы ШИМ, а через промежуточный узел – драйвер. Связано это с повышенными требованиями к прямоугольности управляющих сигналов.

В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие свойства обоих типов.

Выпрямитель

Трансформированное во вторичные обмотки напряжение надо выпрямить. Если требуется выходное напряжение выше +12 вольт, можно применять обычные мостовые схемы (как и в высоковольтной части).

Если напряжение низкое, то выгодно применять двухполупериодные схемы со средней точкой. Их преимущество в том, что падение напряжение происходит только на одном диоде для каждого полупериода. Это позволяет сократить количество витков в обмотке. Для этой же цели используют диоды Шоттки и сборки на них. Недостаток такого решения – более сложная конструкция вторичной обмотки.

Фильтр

Выпрямленное напряжение надо отфильтровать. Для этой цели применяются как традиционные емкости, так и индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели получаются небольшими, легкими, но работают эффективно.

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи служат для стабилизации и регулировки выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник нестабилизированный, у него эти цепи отсутствуют. У устройств со стабилизацией тока или напряжения эти цепи выполняются на постоянных элементах (иногда с возможностью подстройки). У регулируемых источников (лабораторных и т.п.) в обратную связь включены органы управления для оперативной регулировки параметров.

У компьютерного БП дополнительно имеется схема управления и формирования служебных сигналов (Power_good, Stand By и т.д.).

Как устроен ШИМ контроллер

В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.

Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия
шим контроллера блока питания.

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Назначение	Обозначение	Номер вывода		Номер вывода	Обозначение	Назначение
Прямой вход усилителя ошибки 1	IN1	1		16	IN2	Прямой вход усилителя ошибки 1
Инверсный вход усилителя ошибки 1	IN1	2		15	IN2	Инверсный вход усилителя ошибки 1
Выход обратной связи	FB	3		14	Vref	Выход опорного напряжения
Управление временем задержки	DTC	4		13	ОТС	Выбор режима работы
Частотозадающий конденсатор	C	5		12	VCC	Напряжение питания
Частотозадающий резистор	R	6		11	С2	Коллектор 2-го транзистора
Общий провод	GND	7		10	E1	Эмиттер 1-го транзистора
Коллектор 1-го транзистора	C1	8	9		E2	Эмиттер 2 -го транзистора

На выводы 7 и 12 подается напряжение питания +7..40 вольт. На выходе микросхемы установлены два транзистора, которые можно использовать для управления внешними ключами. Коллекторы (выводы 8 и 11) и эмиттеры (10 и 9) выходных транзисторов никуда не подключены. Их можно включать по схеме с открытым коллектором или с открытым эмиттером. Микросхема оптимизирована для управления ключами на биполярных транзисторах, но с использованием немного усложненных схемотехнических решений можно переключать и полевые транзисторы.

Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.

Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.

В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.