Как понизить напряжение импульсного блока питания
Обновлено: 21.11.2024
Блок питания вашего ПК обеспечивает все напряжения, необходимые вашему компьютеру для правильной работы. См. другие изображения компьютерного оборудования.
Если есть какой-либо компонент, который абсолютно необходим для работы компьютера, так это блок питания. Без него компьютер — просто инертная коробка, наполненная пластиком и металлом. Блок питания преобразует линию переменного тока (AC) вашего дома в постоянный ток (DC), необходимый для персонального компьютера. В этой статье мы узнаем, как работают блоки питания для ПК и что означают номинальные мощности.
В персональном компьютере (ПК) блок питания представляет собой металлическую коробку, обычно расположенную в углу корпуса. Блок питания виден с задней стороны многих систем, поскольку он содержит разъем для шнура питания и охлаждающий вентилятор.
Напряжения 3,3 и 5 В обычно используются в цифровых схемах, а напряжение 12 В — для двигателей дисковых накопителей и вентиляторов. Основная спецификация блока питания указана в ваттах. Ватт – это произведение напряжения в вольтах и силы тока в амперах или амперах. Если вы были с ПК в течение многих лет, вы, вероятно, помните, что у первых ПК были большие красные тумблеры, которые имели приличный вес. Когда вы включали или выключали компьютер, вы знали, что делаете это. Эти переключатели фактически контролировали подачу напряжения 120 В к источнику питания.
Сегодня вы включаете питание с помощью маленькой кнопки, а выключаете машину с помощью пункта меню. Эти возможности были добавлены к стандартным блокам питания несколько лет назад. Операционная система может отправить сигнал блоку питания, чтобы он выключился. Кнопка посылает 5-вольтовый сигнал на блок питания, чтобы сообщить ему, когда включать. Блок питания также имеет схему, которая подает 5 вольт, называемую VSB для «напряжения в режиме ожидания», даже когда он официально «выключен», так что кнопка будет работать. Подробнее о технологии видеомикшера см. на следующей странице.
На этом фото вы можете видеть три маленьких трансформатора (желтые) в центре. Слева два цилиндрических конденсатора. Большие ребристые куски алюминия являются радиаторами. К левому радиатору прикреплены транзисторы. Это транзисторы, отвечающие за переключение — они обеспечивают высокочастотную мощность для трансформаторов. К правому радиатору прикреплены диоды, которые выпрямляют сигналы переменного тока и превращают их в сигналы постоянного тока.
Примерно до 1980 года блоки питания были тяжелыми и громоздкими. Они использовали большие, тяжелые трансформаторы и огромные конденсаторы (некоторые размером с банку из-под газировки) для преобразования линейного напряжения 120 В и 60 Гц в 5 В и 12 В постоянного тока.
Используемые сегодня импульсные блоки питания намного меньше и легче. Они преобразуют ток с частотой 60 Гц (Гц или циклов в секунду) в гораздо более высокую частоту, что означает большее количество циклов в секунду. Это преобразование позволяет небольшому легкому трансформатору в блоке питания выполнять фактическое понижение напряжения со 110 вольт (или 220 в некоторых странах) до напряжения, необходимого для конкретного компонента компьютера. Переменный ток более высокой частоты, обеспечиваемый блоком питания коммутатора, также легче выпрямлять и фильтровать по сравнению с исходным сетевым напряжением переменного тока частотой 60 Гц, что снижает колебания напряжения для чувствительных электронных компонентов компьютера.
Источник питания коммутатора потребляет от сети переменного тока только необходимую ему мощность. Типичные значения напряжения и силы тока, обеспечиваемые блоком питания, указаны на этикетке блока питания.
Технология коммутаторов также используется для преобразования постоянного тока в переменный ток, как во многих автомобильных инверторах, используемых для питания устройств переменного тока в автомобиле, и в источниках бесперебойного питания. Технология Switcher в автомобильных инверторах преобразует постоянный ток от автомобильного аккумулятора в переменный ток. Трансформатор использует переменный ток, чтобы трансформатор в инверторе повышал напряжение до напряжения бытовых приборов (120 В переменного тока).
Введение: изменение выходного напряжения дешевого блока питания
В этом пособии показано, как заменить детали внутри небольшого источника питания, чтобы изменить выходное напряжение в соответствии с вашими потребностями.
Для проекта «Сделай сам» мне понадобилось стабилизированное напряжение ровно 7 В постоянного тока и около 100 мА. Просматривая свою коллекцию запчастей, я нашел небольшой блок питания постоянного тока от старого мобильного телефона, который не использовался.
На блоке питания было написано 5,2В и 150мА. Это выглядело нормально, только напряжение нужно было немного поднять, пока оно не стало 7 В.
Шаг 1. Обратный инжиниринг
БУДЬТЕ ОСТОРОЖНЫ! ДЕТАЛИ МОГУТ ПО-ПРЕЖНЕМУ СОДЕРЖАТЬ ПОД ВЫСОКИМ НАПРЯЖЕНИЕМ, ЕСЛИ РАЗОРВУТСЯ КОРОТКОЕ ПОСЛЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ!
Было легко оторвать блок питания на части. У него был только один винт, который держал корпус вместе.
После вскрытия корпуса выпала небольшая плата. содержащий всего несколько частей.
Это простой импульсный источник питания. Стабилизация выходного напряжения выполнена с помощью TL431. Это шунтовой регулятор с опорным напряжением и входным контактом для регулировки выходного напряжения. Технический паспорт этого устройства можно найти в Интернете. Я нашел резисторы, которые отвечают за установку выходного напряжения. На плате они обозначены R10 и R14. Я взял их значения и подставил в расчетную формулу, которая написана в техпаспорте.
Vo=Vref*(1+R10/R14) . При использовании R10=5,1кОм и R14=4,7кОм Результат ровно 5,2В как написано на блоке питания.
Шаг 2. Расчет новых деталей и модификация устройства
Я хотел сохранить сумму R10 и R14 примерно такой же, как в исходной схеме. Это около 10 кОм. Чтобы получить более высокое выходное значение, мне нужно было изменить резисторы в соответствии с паспортом. Мне также нужно было заменить защитный стабилитрон.
Для защитного стабилитрона я выбрал тип 10 В, потому что нашел его в своей коллекции запчастей. Это напряжение защищает выходной конденсатор.
Расчет новых номиналов резисторов я начал с R10, используя формулу таблицы данных TL431 и помнил о 10 кОм. Расчетный резистор будет 6,5 кОм. Это не общепринятое значение резистора. Я выбрал близкое значение 6,8 кОм.
Теперь я рассчитал значение R14, используя выбранное значение R10. Расчет приводит к значению 3,777 кОм для R14. Я выбрал значение 3,3 кОм и добавил подстроечный потенциометр на 500 Ом.
Из-за допусков цепей кажется хорошей идеей вставить триммер для регулировки выходного напряжения.
После удаления оригинальных деталей со стороны пайки печатной платы я добавил новые детали со стороны компонентов, потому что я не использовал детали smd.
Шаг 3. Результаты
Вольтметр показывает ровно 7В (хорошо.. это 7,02В). Это то, что я хотел :-)
Теперь я могу использовать блок питания для моего проекта бота-жука. скоро будет .
Импульсные источники питания широко распространены. Стандартные готовые модули в одинаковом диапазоне форм-факторов от разных производителей. Глобализация производства и торговли превратила их из дорогих устройств в товарные детали, и они давно заменили трансформаторы с железным сердечником в качестве выбора, когда требуется сильноточный низковольтный источник питания.
[Линдси Уилсон] столкнулся с проблемой питания двигателя, с которым он работал, требовалось 7,4 В, а готовых блоков питания с таким напряжением найти не удалось. Его решение состояло в том, чтобы взять источник питания 12 В и модифицировать его для подачи переменного напряжения, чтобы он мог настроить его по своему требованию. Был куплен импульсный блок питания 12В 33А китайского производства, и он приступил к работе.
В случае, если он смог разработать новый делитель с обратной связью, включающий поворотный потенциометр, и получить диапазон напряжения от 5 до 15 В. Небольшой светодиодный вольтметр, установленный рядом с ним в корпусе БП, дал ему очень аккуратный результат.
Модификация импульсного источника питания для подачи другого напряжения – это проверенный путь, который мы уже проходили по крайней мере однажды. Что делает статью Линдсея достойной прочтения, так это его обратный инжиниринг и детальное изучение схемы блока питания. Если вы хотите узнать больше обо всех различных аспектах дизайна переключаемого блока питания, это подробное, но легко читаемое руководство. Мы рекомендуем прочитать нашу недавнюю серию статей о безопасности при работе с сетью и высоким напряжением, прежде чем самостоятельно вскрывать импульсный блок питания, но даже если вы никогда не собираетесь этого делать, детальное знание того, как они работают, может принести пользу.
На протяжении многих лет мы несколько раз представляли работы [Линдси] здесь, на Hackaday. Взгляните на его блок питания ультразвукового преобразователя, который может пригодиться вам, если вы собираете ультразвуковой паяльник, о котором мы недавно рассказывали, его лазерную зачистку ленточных кабелей и его рассказ об извлечении микросхемы изолятора USB.
Получить более полное представление о применении источников питания с выходным напряжением постоянного тока.
Знакомство с преимуществами и недостатками различных типов источников питания с выходным напряжением постоянного тока.
Питание 24 В постоянного тока на плате управления.
По мере того, как наши устройства постоянно развиваются, растут и наши потребности в более эффективных средствах их питания. С тех пор, как Алессандро Вольта изобрел батарею, мы постоянно занимаемся сохранением, использованием и эффективным производством энергии.
С учетом того, что портативность находится в верхней части списка функций почти каждого устройства, понятно, почему мы находим напряжение постоянного тока во многих приложениях. Практически все электронные устройства и продукты используют постоянный ток (DC), что делает источники питания с выходным напряжением постоянного тока наиболее широко используемыми. Некоторые из различных схем, использующих постоянный ток, включают преобразователи переменного тока в постоянный, преобразователи постоянного тока в постоянный, настенные бородавки и, конечно же, источники питания постоянного тока.
Что такое VDC и почему это важно?
VDC относится к вольтам постоянного тока и может поступать либо от батареи, либо от источника питания, который преобразует переменный ток в постоянный. Как следует из названия, постоянный ток постоянно течет в одном направлении, и мы обычно подаем его по проводникам (проводам). Наиболее очевидным преимуществом DC является его стабильность.
Эта характеристика идеальна для многих приложений, которые в противном случае не смогли бы достичь функциональности без стабильности DC. Подводя итог, можно сказать, что многие устройства, такие как ПК, например, не могут правильно работать, напрямую используя переменный ток.
Хотя в электросетях большинства стран на Земле используется переменный ток, в бытовых электронных устройствах он не используется — по крайней мере, напрямую. Это основной пример того, почему источники питания с выходным напряжением постоянного тока жизненно важны.
Выходной источник питания постоянного тока
Как правило, источник питания постоянного тока представляет собой простой преобразователь переменного тока в постоянный, который имеет напряжение питания 110 или 220 В переменного тока и преобразует его в 3 В, 5 В, 9 В, 12 В или 24 В постоянного тока. В целом, эти источники питания постоянного тока доступны в различных конфигурациях, размерах и уровнях выходной мощности.
Я уверен, вы знаете, что DC течет с постоянной скоростью и в непрерывном направлении. Этот тип выходного источника питания необходим для устройств, которые не могут нормально работать при переменном напряжении переменного тока. Одним из лучших примеров этого являются материнские платы настольных компьютеров и ноутбуков, а также других чувствительных электронных устройств.
Хотя типичный источник питания постоянного тока для настольных ПК предлагает 3,3, 5 и 12 В постоянного тока для удовлетворения различных требований системы ПК, не все блоки питания с выходным напряжением постоянного тока эквивалентны. Помня об этом, при проектировании печатной платы необходимо тщательно учитывать требования к питанию.
Типы источников питания постоянного тока
Существует два основных типа источников питания постоянного тока: линейные и импульсные. Хотя они оба обеспечивают выходную мощность В постоянного тока, они используют разные методологии в этом процессе. С точки зрения приложений, у каждого из них есть свои преимущества и недостатки.
Функционально линейный источник питания проводит ток, тогда как импульсный источник питания преобразует постоянный ток в сигнал переключения. В импульсном источнике питания постоянного тока выпрямитель создает выходное напряжение постоянного тока. Что касается размера, линейный источник питания постоянного тока обычно больше и тяжелее. Различия в размерах часто определяют, какой из них лучше всего подходит для вашего конкретного дизайна.
Есть также различия в том, как каждый тип справляется с электромагнитными помехами, регулированием мощности, а также регулированием мощности. В области электроники вы столкнетесь с некоторыми конструкциями, в которых используются линейные источники питания постоянного тока, однако в большинстве по-прежнему используются импульсные типы.
Импульсный источник питания
Импульсный источник питания (SMPS) используется в самых разных приложениях благодаря его эффективности и эффективности в качестве источника питания. К преимуществам SMPS относятся:
Меньший размер
Меньший вес
Экономичнее
Более эффективно
Более высокая производительность, чем у линейного источника питания постоянного тока
Понятно, почему они используются наиболее широко, учитывая постоянно растущее уменьшение размера электронных устройств и растущий спрос на портативность. В целом, SMPS — это устройство, в котором используются силовые полупроводники для преобразования и регулирования энергии путем непрерывного включения и выключения с высокой скоростью.
Регулирование в SMPS осуществляется с помощью импульсного регулятора. Кроме того, элемент последовательного включения включает и выключает подачу тока на сглаживающий конденсатор. В свою очередь, напряжение на конденсаторе определяет время включения последовательного элемента. Наконец, он поддерживает необходимый уровень напряжения для приложения за счет непрерывного включения конденсатора.
Типы импульсных источников питания:
Прямой преобразователь
Автоколебательный обратноходовой преобразователь
Обратноходовой преобразователь
Преобразователь постоянного тока в постоянный
Линейный источник питания постоянного тока
Характерно, что линейный источник питания лучше подходит для приложений с низким уровнем шума, поскольку он не подвержен высокочастотному переключению SMPS. Они используются в приложениях, требующих отличного регулирования, низкой пульсации, низкого электромагнитного излучения и превосходной переходной характеристики. С точки зрения функциональности, линейный источник питания будет только понижать свое входное напряжение, чтобы обеспечить более низкое выходное напряжение.
В линейном источнике питания используется большой трансформатор для снижения напряжения от источника переменного тока до гораздо более низкого напряжения переменного тока, а затем используется ряд цепей выпрямителя и фильтров для обеспечения очень чистого постоянного напряжения. Однако имейте в виду, что компромиссы или недостатки линейного источника питания по сравнению с SMPS включают:
Увеличить размер
Увеличенный вес
Снижение эффективности
Как правило, линейные источники питания используются в медицинском оборудовании, коммуникационном оборудовании, малошумящих усилителях, датчиках и аналого-цифровых преобразователях.
Общие преимущества и недостатки типов блоков питания
Импульсный источник питания может быть на 80 % меньше по размеру и весить значительно меньше, чем линейный источник питания. Компромисс заключается в том, что SMPS производят высокочастотный шум, который может мешать работе чувствительных электронных устройств. Однако SMPS может выдерживать небольшие потери мощности переменного тока в течение 10–20 мс без перерывов в его выходе.
Поскольку в линейном источнике питания для регулирования выходного напряжения используются более крупные полупроводниковые устройства, он выделяет больше тепла и поэтому менее эффективен. Это соответствует примерно 60% эффективности его выходного напряжения. С точки зрения эффективности для SMPS, он обычно составляет 80% или выше для его выходного напряжения.
Что касается переходного времени отклика, линейный источник питания до 100 раз быстрее, чем SMPS, что может быть очень важно в определенных приложениях.
Поскольку компании активно ищут способы снижения затрат, SMPS являются предпочтительным источником питания благодаря их экономичности, меньшему размеру и более высокой эффективности. Кроме того, сегодняшние растущие требования к портативности и миниатюризации приводят только к увеличению использования SMPS. Тип источника питания постоянного тока, который вы выберете, в конечном итоге зависит от ваших конкретных требований к конструкции. Линейный источник питания лучше подходит для чувствительных аналоговых схем, а импульсный источник питания лучше всего подходит для небольшого портативного оборудования.
Источники питания с выходным напряжением постоянного тока присутствуют во многих различных электронных устройствах.
Независимо от того, какой источник питания вы выберете для своего проекта, наличие правильного набора программного обеспечения для проектирования и анализа — единственный способ гарантировать успешную реализацию. OrCAD PCB Designer имеет полный набор функций проектирования и анализа, чтобы ваша плата была сделана правильно с первого раза.
Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube, чтобы посмотреть видеоролики о проектировании и компоновке печатных плат, а также ознакомиться с новинками нашего набора инструментов для проектирования и анализа.
Об авторе
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Следуйте на Linkedin Посетите веб-сайт Больше контента от Cadence PCB SolutionsПредыдущая статья
Если сравнивать двигатели постоянного тока с двигателями переменного тока, то оба они выполняют одну и ту же функцию преобразования электрического тока.
Следующая статья
Существует три основных типа или категории затухающих гармонических осцилляторов. Вот что вам нужно знать ab.
Читайте также: