Как проверить диодный мост в блоке питания компьютера

Обновлено: 03.07.2024

Блоки питания составляют основу всех наших электронных устройств и обеспечивают стабильную подачу питания там, где это необходимо больше всего. В современной электронике, такой как компьютеры и другие устройства, чувствительные к данным, питание должно работать безупречно, и один сбой может означать потерю работы и данных. Но, как разработчики электроники, мы, как правило, оставляем свои соображения по поводу источника питания на потом, часто хватаясь за готовый блок схемы, который, как мы знаем, уже работает. В конце концов, нам просто нужен выход 5 В, верно? Оказывается, под капотом происходит гораздо больше.

Источники питания с высоты 10 000 футов

Большинство блоков питания получают питание от сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток для использования в электронных устройствах. Во время этого процесса блок питания выполняет ряд функций, в том числе:

• Преобразование переменного тока из сети в стабильный постоянный ток
• Предотвращение влияния переменного тока на выход источника постоянного тока
• Поддержание выходного напряжения на постоянном уровне независимо от изменений входного напряжения.

Чтобы осуществить все эти преобразования, в обычном блоке питания используется несколько общих компонентов, включая трансформатор, выпрямитель, фильтр и регулятор.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный начинается с переменного тока, который возникает в настенной розетке в виде синусоидальной волны. Эта форма волны переменного тока колеблется между отрицательным и положительным напряжением до шестидесяти раз в секунду.

Синусоида переменного тока. (Источник изображения)

Напряжение переменного тока сначала понижается трансформатором, чтобы удовлетворить требования к напряжению нагрузки источника питания. Как только напряжение снижается, выпрямитель преобразует синусоидальную форму волны переменного тока в набор положительных впадин и пиков.

Выпрямление удаляет отрицательную сторону сигнала переменного тока, оставляя только положительный выходной сигнал. (Источник изображения)

В этот момент в форме волны переменного тока все еще присутствуют колебания, поэтому используется фильтр, чтобы сгладить напряжение переменного тока в пригодный для использования источник постоянного тока.

Применение фильтра с резервуарным конденсатором удаляет агрессивные пики и впадины в нашей волновой форме. (Источник изображения)

Теперь, когда переменный ток был преобразован в пригодный для использования постоянный ток, некоторые блоки питания будут дополнительно устранять любые пульсации в форме сигнала с помощью регулятора. Этот регулятор обеспечивает стабильный выход постоянного тока независимо от изменений, происходящих с входным переменным напряжением.

Краткий обзор процесса. Независимо от того, на какой блок питания вы смотрите, он всегда будет иметь как минимум три основных компонента — трансформатор, выпрямитель и фильтр. Регуляторы могут использоваться или не использоваться в зависимости от того, является ли источник питания нестабилизированным или регулируемым (подробнее об этом позже).

Подробно о компонентах блока питания

Трансформер

В качестве первой линии защиты трансформатор выполняет функцию понижения входящего переменного тока от сети до уровня напряжения, который может выдержать нагрузка блока питания. Трансформаторы также могут повышать напряжение, но в этой статье мы сосредоточимся на тех, которые понижают напряжение для низковольтных электронных устройств постоянного тока.

Внутри трансформатора две обмотки катушки, обе физически отделены друг от друга. Первая обмотка получает переменный ток от сети, а затем электромагнитно соединяется со второй обмоткой для передачи необходимого переменного напряжения во вторичную обмотку. Сохраняя эти две обмотки физически разделенными, трансформатор может изолировать сетевое напряжение переменного тока от достижения выхода схемы источника питания.

Две физически разделенные катушки в трансформаторе проводят через электромагнитную связь. (Источник изображения)

Выпрямитель

После того как переменный ток был понижен трансформатором, выпрямитель должен преобразовать сигнал переменного тока в необработанный формат постоянного тока. Это достигается с помощью одного или набора диодов в полуволновой, двухполупериодной или мостовой конфигурации выпрямления.

Полуволновое выпрямление

В этой конфигурации один выпрямительный диод используется для извлечения напряжения постоянного тока из половины периода формы сигнала переменного тока. Это оставляет блоку питания половину выходного напряжения, которое он получил бы от полной формы волны переменного тока при Vpk x 0,318. Половина волны — это самая дешевая конфигурация, которая идеально подходит для нетребовательных источников питания и, как правило, оставляет наибольшее количество пульсаций выходного напряжения.

Полуволновое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала. (Источник изображения)

Полноволновое выпрямление

В этой конфигурации два выпрямительных диода используются для извлечения двух полупериодов входящего сигнала переменного тока. Этот процесс обеспечит удвоение выходного напряжения однополупериодного выпрямления при Vpk x 0,637. Хотя эта конфигурация дороже в разработке, чем Half Wave, поскольку для нее требуется трансформатор с центральным отводом, она имеет дополнительное преимущество улучшенного сглаживания пульсаций переменного тока.

Полноволновое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала. (Источник изображения)

Исправление моста

В этой конфигурации используются четыре диода, соединенные мостом, для достижения двухполупериодного выпрямления без использования трансформатора с отводом от середины. Это обеспечит то же выходное напряжение, что и полная волна при Vpk x 0,637 с диодами, которым требуется только половина их обратного напряжения пробоя. В течение каждого полупериода два противоположных диода проводят ток, что обеспечивает полную форму волны переменного тока в конце полного цикла.

Мостовое выпрямление в цепи и форма выходного сигнала аналогичны полноволновому. (Источник изображения)

Фильтр

Теперь, когда мы преобразовали напряжение переменного тока, задача фильтра состоит в том, чтобы удалить любые пульсации переменного тока в выходном напряжении, оставив плавное постоянное напряжение. Зачем устранять пульсации? Если они попадут на выход источника питания, они могут повредить нагрузку и, возможно, разрушить всю вашу схему. В фильтрах используются два основных компонента: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот.

Резервуарной конденсатор

Электролитический конденсатор большой емкости используется для временного накопления выходного тока, обеспечиваемого выпрямительным диодом. При зарядке этот конденсатор сможет обеспечить выходной постоянный ток в промежутках времени, когда выпрямительный диод не проводит ток. Это позволяет блоку питания поддерживать стабильный выход постоянного тока во время циклов включения/выключения блока питания.

Здесь вы можете увидеть разницу в выходном сигнале с крышкой резервуара и без нее. (Источник изображения)

Фильтр нижних частот

Вы можете создать цепь питания, используя только накопительный конденсатор, но добавление фильтра нижних частот еще больше устранит пульсации переменного тока, которые проходят через накопительный конденсатор. В большинстве базовых источников питания вы не найдете фильтры нижних частот, поскольку для них требуются дорогие катушки индуктивности с ламинированным или тороидальным сердечником. Однако в современной электронике с импульсными источниками питания вы обнаружите, что фильтры нижних частот используются для устранения пульсаций переменного тока на более высоких частотах.

Добавив в цепь питания накопительный конденсатор и фильтр нижних частот, вы сможете устранить более 95 % пульсаций переменного тока. Это позволит вам поддерживать стабильное и чистое выходное напряжение, которое соответствует пику исходной входной волны переменного тока.

Регулятор

В регулируемых источниках питания будет добавлен стабилизатор для дальнейшего сглаживания напряжения постоянного тока и обеспечения стабильного выходного сигнала независимо от изменений входных уровней. С этим улучшенным регулированием также возникают дополнительные сложности и затраты на питание цепи. Вы найдете регуляторы в двух разных конфигурациях: шунтирующий регулятор или последовательный регулятор.

Шунтовой регулятор

В этой конфигурации стабилизатор подключается параллельно нагрузке, что обеспечивает постоянное протекание тока через регулятор до того, как он попадет на нагрузку. Если ток нагрузки увеличивается или уменьшается, шунтирующий регулятор будет либо уменьшать, либо увеличивать свой ток для поддержания постоянного напряжения и тока питания.

Шунтовые регуляторы подключаются параллельно нагрузке. (Источник изображения)

Регулятор серии

В этой конфигурации последовательный регулятор соединен последовательно с нагрузкой, которая обеспечивает переменное сопротивление. Этот регулятор будет последовательно измерять входное напряжение нагрузки, используя систему отрицательной обратной связи. Если выборка напряжения растет или падает, то последовательный регулятор либо снижает, либо увеличивает свое сопротивление, позволяя большему или меньшему току течь через нагрузку.

Последовательные регуляторы добавляют переменное сопротивление для управления током. (Источник изображения)

Типы блоков питания

Обычные блоки питания переменного/постоянного тока используют в своих схемах некоторые или все вышеперечисленные компоненты как нерегулируемые или регулируемые источники питания. Какой тип источника питания вы используете в своем проекте электроники, зависит от уникальных требований вашей конструкции.

Нерегулируемые источники питания

Эти блоки питания не имеют стабилизатора напряжения и обеспечивают установленное напряжение только при максимальном выходном токе. Здесь выходное напряжение постоянного тока связано с внутренним трансформатором напряжения, и выходное напряжение будет увеличиваться или уменьшаться в зависимости от выходного тока нагрузки. Эти источники питания известны своей надежностью и недорогой стоимостью, но не обеспечивают достаточной точности для чувствительных к мощности электронных устройств.

Нерегулируемые блоки питания содержат все стандартные компоненты, кроме стабилизатора.

Регулируемые блоки питания

Регулируемые блоки питания включают в себя все основные компоненты нерегулируемых блоков питания с добавлением регулятора напряжения. Обратите внимание на три конфигурации источника питания регулятора:

Линейный источник питания. В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор для управления выходным напряжением в определенном диапазоне. Хотя эти блоки питания не самые эффективные и выделяют много тепла, они известны своей надежностью, минимальным электрическим шумом и широкой доступностью в продаже.

Типичная схема линейного источника питания. (Источник изображения)

Источник питания с режимом переключения. В этой конфигурации используется полупроводниковый транзистор или полевой транзистор, который включается и выключается для подачи напряжения на выходной накопительный конденсатор. Режимы переключения, как правило, меньше и легче, чем линейные источники питания, имеют более широкий выходной диапазон и более эффективны. Однако они требуют сложной схемы, создают больше шума и требуют подавления помех для работы на высоких частотах.

Здесь мы можем видеть дополнительную сложность в схеме переключения режимов. (Источник изображения)

Батарея питания. Эта конфигурация действует как накопитель энергии и обеспечивает постоянный поток постоянного тока для электронного устройства. По сравнению с линейными и импульсными источниками питания батареи являются наименее эффективным методом питания устройств, и их также трудно согласовать с правильным напряжением нагрузки. Однако у батарей есть то преимущество, что они обеспечивают источник питания, когда сеть переменного тока недоступна, и не создают электрических помех.

При выборе блока питания для вашего следующего электронного проекта обратите внимание на следующие преимущества и недостатки нерегулируемых и регулируемых источников питания:

• Простая схема
• Надежность и экономичность

• Напряжение зависит от потребляемого тока нагрузки.
• Идеально подходит для устройств, работающих от фиксированного выходного тока/напряжения.

• Постоянное напряжение
• Выше качество
• Улучшенная фильтрация шума.
• Регулируемое выходное напряжение/ток

Выбирая между линейным, импульсным или регулируемым блоком питания, учитывайте следующее:

• Стабильный и надежный
• Меньше электрического шума
• Хорошее регулирование линии и нагрузки.

• Низкая эффективность
• Требуются радиаторы большего размера.
• Большие и тяжелые компоненты
• Дорого

• Маленький размер и легкий вес
• Широкий диапазон входного напряжения
• Высокая эффективность
• Дешевле по сравнению с линейным.

• Требуется более сложная схема.
• Может загрязнить сеть переменного тока.
• Более высокий уровень шума

• Не требуется доступ к сети переменного тока.
• Портативный источник питания

• Фиксированное входное напряжение
• Фиксированный срок службы
• Выходное напряжение падает по мере использования резервов энергии

Технические характеристики блока питания, о которых нужно знать

Выбирая готовую схему блока питания вместо разработки собственной, необходимо знать несколько спецификаций. К ним относятся:

• Выходной ток . Это максимальный ток, который блок питания может подавать на нагрузку.
• Регулятор нагрузки . Это определяет, насколько хорошо регулятор может поддерживать постоянный выходной сигнал при изменении тока нагрузки, обычно измеряемого в милливольтах (мВ) или максимальном выходном напряжении.
• Шум и рябь . Они измеряют нежелательные электронные помехи и колебания напряжения при преобразовании переменного тока в постоянный, обычно измеряемые в размахе напряжения для импульсных источников питания.
• Защита от перегрузки. Это функция безопасности, которая отключает источник питания в случае короткого замыкания или перегрузки по току.
• Эффективность. Это отношение мощности, преобразованной из сети переменного тока в постоянный ток.Высокоэффективные системы, такие как импульсные источники питания, могут достигать рейтинга эффективности 80 %, уменьшать тепловыделение и экономить энергию.

Постоянная конверсия

Блоки питания обеспечивают постоянную основу питания для всех наших электронных устройств, будь то ваш компьютер, смартфон или телевизор, список можно продолжить. Независимо от того, какой тип источника питания вы используете или проектируете, все они включают в себя несколько основных компонентов для преобразования сети переменного тока в устойчивый постоянный ток (DC). Трансформатор сначала понижает напряжение, которое затем выпрямляется до необработанного формата постоянного тока. Затем он фильтруется и регулируется, чтобы обеспечить плавное постоянное напряжение для стабильного выходного сигнала. При разработке собственной схемы блока питания рассчитывайте использовать эти основные компоненты вместе с уникальными характеристиками мощности для вашей конструкции, чтобы обеспечить стабильный выход постоянного тока в любое время суток.

Нужен разъем питания для предстоящего проекта по разработке электроники? У нас есть куча бесплатных библиотек! Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!

Целью этой статьи является предоставление подробной информации о наиболее важной части системы персонального компьютера (ПК), его блоке питания. Следуйте за нами в этом путешествии по территории PSU, и мы обещаем, что вы получите ценные знания.

Мостовые выпрямители и APFC

• Страница 1: Введение
• Страница 2: Катушки индуктивности и трансформаторы
• Страница 3: Конденсаторы
• Страница 4: Текущие пульсации и расчет предельного срока службы
• Страница 5. Список производителей конденсаторов
• Страница 6: Резисторы, транзисторы и диоды
• Страница 7: SMPS в сравнении с. Линейные регуляторы
• Страница 8: Описание частей SMPS
• Страница 9: Этап фильтрации электромагнитных помех/переходных процессов
• Страница 10: Мостовые выпрямители и APFC
• Страница 11: Главные переключатели и трансформаторы
• Страница 12: Выходные выпрямители и фильтры
• Страница 13: Переключение контроллеров и изоляторов
• Страница 14: Переключение топологий регуляторов
• Страница 15: LLC Resonant Converter
• Страница 16: Блоки питания с цифровым управлением
• Страница 17: Охлаждение блока питания
• Страница 18: Работа вентилятора и типы подшипников
• Страница 19: Другие типы подшипников: SSO, Rifle, Hysint
• Страница 20. Измерение скорости вращения вентилятора блока питания
• Страница 21: Защита блока питания
• Страница 22: Мониторинг интегральных схем
• Страница 23: Технические характеристики ATX, EPS и 80 PLUS
• Страница 24: Ресурсы PSU

Мостовые выпрямители и APFC

Мостовые выпрямители

Один или несколько мостовых выпрямителей полностью выпрямляют поток питания переменного тока после того, как он проходит фильтр электромагнитных помех/переходных процессов. Во время этого процесса переменный ток преобразуется в постоянный с повышенным уровнем напряжения (если у нас есть вход 230 В, то выход постоянного тока мостового выпрямителя будет √ 2 x230=325,27 В постоянного тока). После этого сигнал постоянного тока подается на полевые транзисторы каскада APFC.

Преобразователь активной коррекции коэффициента мощности (APFC)

Прежде чем мы поговорим об этапе APFC, давайте рассмотрим некоторые основные понятия. Коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к кажущейся мощности (кВт/кВА), а мощность представляет собой произведение напряжения и тока (P = V x I).

У нас есть два основных типа нагрузки: резистивная (нагрузка состоит только из резисторов) и реактивная (нагрузка состоит из катушек индуктивности, конденсаторов или того и другого). В эталонной системе с линейной нагрузкой, которая питается от сети переменного тока, кривые тока и напряжения являются синусоидальными (синусоида или синусоида — это математическая функция, описывающая плавные повторяющиеся колебания). Если нагрузка чисто резистивная, то две вышеуказанные величины одновременно меняют полярность (угол фаз между напряжением и током равен 0 градусов), поэтому в каждый момент произведение напряжения и тока положительно. Это означает, что направление потока энергии не меняется на противоположное, поэтому на нагрузку передается только реальная мощность.

В случаях, когда нагрузка является чисто реактивной, существует временной сдвиг (теоретически максимум 90 градусов, но обычно 45 градусов) между напряжением и током, поэтому произведение этих двух величин для половины каждого цикла положительно, а для другой половины он отрицательный (когда напряжение достигает своего пика, положительного или отрицательного, ток равен нулю и наоборот). Таким образом, в среднем к нагрузке поступает столько же энергии, сколько возвращается к источнику (электросети). Если мы проанализируем весь цикл, то увидим, что чистого потока энергии нет, а есть только реактивная энергия, так как нет чистой передачи энергии к нагрузке.

Однако приведенное выше объяснение является только теоретическим, поскольку в реальной жизни все нагрузки (или цепи) имеют сопротивление, индуктивность и емкость. Значит, к ним будет поступать как активная, так и реактивная мощность. Полная мощность представляет собой векторную сумму активной и реактивной мощности или произведение среднеквадратичного значения напряжения и тока. Как уже упоминалось, коэффициент мощности представляет собой отношение между реальной и кажущейся мощностью.Мы также должны подчеркнуть, что бытовые потребители платят только за реальную мощность (ватты), которую они потребляют, а не за кажущуюся мощность. Напротив, бизнес-потребители также должны платить за кажущуюся мощность.

Хотя бытовые потребители не должны платить за полную мощность, чтобы свести к минимуму потребление полной мощности, в соответствии со стандартом ЕС EN61000-3-2 все импульсные блоки питания с выходной мощностью более 75 Вт должны включать пассивную коррекцию коэффициента мощности. преобразователь. Кроме того, для сертификации 80 PLUS требуется коэффициент мощности 0,9 или выше. Несколько лет назад многие производители блоков питания использовали в своих продуктах пассивный PFC (PPFC). В PPFC используется фильтр, который пропускает ток только на частоте сети 50 или 60 Гц, поэтому гармонический ток снижается, а нелинейная нагрузка преобразуется в линейную. Тогда с помощью конденсаторов или катушек индуктивности коэффициент мощности можно приблизить к единице. Недостатком PPFC является то, что он обеспечивает меньший коэффициент мощности, чем APFC, и требует удвоителя напряжения для совместимости блока питания с напряжением 115/230 В. Напротив, PPFC имеет более высокую эффективность, чем APFC.

APFC представляет собой преобразователь переменного тока в постоянный, который управляет током, подаваемым на блок питания, с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Первоначально мостовой выпрямитель выпрямляет переменное напряжение, а затем ШИМ запускает полевые транзисторы APFC (обычно их два), которые разделяют промежуточное постоянное напряжение на постоянные последовательности импульсов. Эти импульсы сглаживаются конденсатором (конденсаторами) большой емкости и подаются на главные переключатели. Прямо перед сглаживающим конденсатором (ами) мы всегда находим индуктор (катушку), который может ограничивать внезапное возрастание тока без рассеивания энергии, поскольку это реактивный компонент. Эта катушка необходима, потому что все конденсаторы, подключенные непосредственно к сигналу постоянного тока, имеют неконтролируемый пусковой ток, и эта катушка индуктивности эффективно его ограничивает. Вышеупомянутый дроссель может также играть роль трансформатора тока, информируя контроллер APFC о токе, который проходит через цепь. Наконец, в большинстве случаев в APFC также имеется термистор для дальнейшего ограничения пускового тока, особенно в фазе включения блока питания, когда сглаживающий конденсатор полностью разряжен.

В APFC используются два разных типа управления: режим прерывистой проводимости (DCM), при котором полевые транзисторы PFC включаются только тогда, когда ток дросселя достигает нуля, и режим непрерывной проводимости (CCM), при котором полевые транзисторы включаются. включен, когда ток дросселя все еще выше нуля и, таким образом, вся энергия обратного восстановления рассеивается в полевых транзисторах. На этапе APFC блоков питания в основном используется второй режим (CCM). Он идеально подходит для выходной мощности более 200 Вт, поскольку обеспечивает наименьшее отношение пикового тока к среднему для преобразователя. Основными недостатками CCM являются потери и генерация электромагнитных помех, связанные с отключением повышающего диода. Обратные токи восстановления диода вызывают значительное рассеивание мощности на полевых транзисторах и увеличение электромагнитных помех. Вот почему мы обычно видим X-конденсатор после мостового выпрямителя.

На этой странице рассказывается об источниках питания: различных типах и принципах их работы, диагностике проблем и способах их устранения.

Содержание

Обзор

Многие элементы электронного оборудования включают в себя блок питания (часто сокращенно PSU) для преобразования сырой электроэнергии из сети или батареи в необходимую форму. На этой странице мы объясняем несколько этапов этого процесса преобразования и различные способы их достижения, а также способы распознавания связанных компонентов.

Источникам питания часто приходится управлять и преобразовывать относительно большое количество энергии в довольно небольшом пространстве, и часть этой мощности неизбежно будет потрачена впустую в виде тепла. Это тепло может привести к сбоям.

Безопасность

С блоками питания, работающими от сети, может быть опасно работать, если вы полностью не понимаете, что делаете. Они часто содержат большие конденсаторы, которые могут сохранять опасное напряжение даже после отключения от сети.

Зачем нужен блок питания?

Источник питания выполняет некоторые или все из следующих задач:

Преобразование напряжения или ограничение тока:

• В линейном регуляторе избыточная входная мощность просто поглощается и превращается в тепло, совсем немного, если избыток небольшой, или больше, если он больше. Это немного похоже на то, как положить кирпич на педаль акселератора вашего автомобиля и контролировать скорость с помощью тормоза. Это расточительно, но дешево, тем не менее, этого может быть достаточно для устройств с низким энергопотреблением, если им не нужно выжимать из батареи максимальный срок службы.
• В импульсном стабилизаторе мощность включается и выключается до нескольких миллионов раз в секунду, при этом время включения постоянно регулируется для компенсации изменений входного сигнала или мощности, потребляемой нагрузкой. Это похоже на комнатный термостат, который работает большую часть времени, чем холоднее снаружи, чтобы поддерживать примерно постоянную температуру в помещении. Подобно тому, как тепловая инерция помещения сглаживает колебания температуры при включении и выключении термостата, выход импульсного регулятора необходимо сглаживать. Однако сглаживающие компоненты могут быть намного меньше, чем требуется для сглаживания выпрямленных сетей, поскольку им нужно накапливать энергию, как правило, всего несколько миллионных, а не сотых долей секунды. Используется небольшой конденсатор, а в некоторых конфигурациях небольшая катушка также сохраняет энергию в виде магнетизма.

Хорошо спроектированный импульсный регулятор можно сделать очень эффективным, но это более сложная задача. Раньше это означало, что импульсные источники питания были более дорогими, но теперь это уже не так. Стоимость железа и меди в сетевом трансформаторе остается высокой, но стоимость дополнительной электроники в импульсном источнике питания за последние годы резко упала.

При наличии небольшого опыта, как правило, легко определить, является ли сетевой блок питания линейным или импульсным, даже не открывая его, просто взвесив в руке. Линейный блок питания будет содержать сетевой трансформатор с довольно тяжелым железным сердечником, тогда как импульсный будет казаться намного легче.

Импульсный блок питания, используемый с ноутбуком или зарядным устройством для телефона, обычно включает в себя все вышеперечисленные элементы, но в другом порядке. Необработанный сетевой вход выпрямляется и грубо сглаживается, давая сетевое напряжение постоянного тока. Затем он подается на импульсный регулятор. Импульсный стабилизатор включает в себя трансформатор для обеспечения изоляции, а также для снижения напряжения до более приемлемого уровня. Поскольку трансформатор работает с очень высокой скоростью переключения, он может быть намного меньше, чем сетевой трансформатор, работающий с той же мощностью, поскольку он преобразует мощность в гораздо меньшие кусочки. Без громоздкого сетевого трансформатора, содержащего много железа и меди, импульсный блок питания можно сделать намного легче и компактнее.

Линейные блоки питания

Операция

Анимация выше показывает различные уровни сложности линейного источника питания. Линейные блоки питания, предназначенные для работы от сети, содержат трансформатор с железным сердечником для обеспечения изоляции и снижения напряжения, а также дополнительные компоненты по мере необходимости.

• Источник питания переменного тока содержит только трансформатор и, возможно, предохранитель (показан на входе трансформатора). Трансформатор имеет 2 обмотки: первичную, подключенную к сети, и вторичную, подключенную к выходу и обычно обеспечивающую гораздо более низкое напряжение. Вы редко встретите такой простой блок питания, поскольку большинству низковольтного оборудования требуется постоянный, а не переменный ток.
• К источнику питания постоянного тока добавляется выпрямитель, обычно состоящий из 4 диодов (возможно, в одном корпусе с 4 выводами), образующих мостовой выпрямитель. Выходная мощность далеко не постоянна, но, по крайней мере, она идет только в одном направлении, так что этого достаточно для очень простого зарядного устройства.

< /p>

• Сглаженный источник питания добавляет конденсатор, который накапливает электрический заряд во время пиков и отдает его в промежутках между циклами, поэтому его часто называют резервуарным конденсатором. Это всегда будет оставлять пульсацию на выходе, но достаточно большой конденсатор может сделать ее приемлемо малой.
• Регулируемый источник питания дополнительно содержит линейный регулятор. Это не только устраняет пульсации, но и дает довольно точное выходное напряжение, даже если напряжение сети меняется.

На фото показан сглаженный блок питания, который был взломан добавлением линейного стабилизатора.

Иногда вы найдете блок питания, разделенный на две части, например, настенный куб, подключаемый к сетевой розетке и содержащий сглаженный блок питания, и линейный регулятор в самом оборудовании.

Поиск неисправностей

Найти неисправность в линейном источнике питания несложно, если вы понимаете, как он работает. Вы можете выполнить следующие логические шаги:

• Сначала выполните визуальную проверку. Сетевая вилка и шнур в хорошем состоянии, без признаков трещин или повреждений изоляции? Есть ли видимые признаки перегрева или возгорания, в частности трансформатора? Проверьте накопительный конденсатор на предмет вздутия или утечки. Был ли запах гари или перегрева, когда он перестал работать?
• Проверьте предохранитель и проверьте целостность цепи от каждого из активных и нейтральных контактов сетевой вилки до трансформатора.
• Проверьте каждый из 4 диодов с помощью измерительного прибора в диапазоне диодов. В случае диодного моста в одном корпусе проверьте между каждым из входов переменного тока и каждым из положительных и отрицательных выходов.
• Если можете, проверьте накопительный конденсатор. Вы можете проверить его в цепи с помощью тестера конденсаторов, но вы получите более надежный результат, если сможете его отпаять. (Некоторые измерительные приборы имеют диапазон емкости.)
• Подключите блок питания, предварительно убедившись, что никто не прикоснется к оголенным проводам со стороны питания трансформатора. Выполните следующие тесты:
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне переменного напряжения проверьте напряжение на вторичной обмотке трансформатора (или на входе мостового выпрямителя). Оно должно быть больше (до двух раз) номинального выходного напряжения источника питания. В противном случае трансформатор может быть неисправен или у него нарушено соединение.
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне постоянного напряжения проверьте напряжение на выходе мостового выпрямителя или на накопительном конденсаторе. Оно должно примерно в 1,4 раза превышать напряжение переменного тока на вторичной обмотке трансформатора. В противном случае мостовой выпрямитель может быть неисправен.
  • С помощью измерительного прибора в диапазоне постоянного напряжения проверьте выход линейного регулятора напряжения. Это должно быть номинальное выходное напряжение источника питания. Если нет, вероятно, линейный регулятор неисправен.

  Источники питания с режимом переключения

  Операция

  
  

  В импульсном источнике питания первичная сеть переменного тока выпрямляется с помощью мостового выпрямителя, а затем сглаживается с помощью накопительного конденсатора, обеспечивая постоянное напряжение около 300 В (пиковое напряжение сети переменного тока). Это используется для управления генератором, который превращает ток обратно в переменный или очень часто просто включает и выключает его, обычно с частотой 50 кГц - 1 МГц. Затем он питает первичную обмотку трансформатора, что служит двойной цели: снижению напряжения и обеспечению изоляции от сети. Когда трансформатор приводится в действие с помощью двухпозиционного постоянного тока, а не переменного тока, он обеспечивает в основном однонаправленный выходной сигнал включения / выключения на своей вторичной обмотке. В этом случае мостовой выпрямитель не требуется, и вместо этого в качестве выпрямителя можно использовать один диод, в основном только для предотвращения обратного протекания тока через трансформатор от накопительного конденсатора во время полупериодов выключения.

  Усилитель ошибки сравнивает выходное напряжение с опорным напряжением и подает напряжение, пропорциональное разнице, обратно в генератор через оптоизолятор. Таким образом, если выходное напряжение слишком велико, это заставляет генератор производить более короткие импульсы или импульсы с более низкой частотой, или, возможно, даже на мгновение отключает генератор, и наоборот, если выходное напряжение слишком низкое. Оптоизолятор состоит из светодиода и фоточувствительного транзистора в одном корпусе, электрически изолированных друг от друга. Вместе с трансформатором это позволяет полностью изолировать выход от сети.

  На практике вы часто будете видеть незначительные вариации темы. Усилитель ошибки может не существовать как таковой; часто схема использует тот факт, что светодиод (как в оптоизоляторе) вообще не работает, пока вы не приложите определенное минимальное напряжение, и поэтому это напряжение эффективно используется в качестве опорного напряжения.

  Генератор обычно представляет собой интегральную схему, но очень часто она управляет отдельным силовым транзистором, который фактически включает и выключает ток, подаваемый на трансформатор.

  Часто между входом сети и мостовым выпрямителем имеется фильтр, состоящий из конденсатора и/или катушки индуктивности. Это предотвращает утечку высоких частот генератора в сеть и создание помех в другом оборудовании.

  Ноутбуки всегда поставляются с отдельным импульсным блоком питания и зарядным устройством, работающими, как указано выше, и обеспечивающими 15–20 В. Внутри самого ноутбука это будет управлять несколькими дополнительными импульсными источниками питания для создания нескольких напряжений, необходимых внутри. Они работают примерно так же, за исключением того, что мостовой выпрямитель и накопительный конденсатор не нужны, поскольку они питаются постоянным током от зарядного устройства. Кроме того, нет необходимости в изоляции, так как эту функцию уже выполняет зарядное устройство, поэтому вместо трансформатора используется простая катушка индуктивности.

  Лампочки с низким энергопотреблением часто содержат импульсный источник питания, который опять же не требует изоляции и поэтому может не содержать трансформатора.

  Идентификация компонентов

  
  < /p>

  
  < /p>

  На фотографиях показаны верхняя и нижняя части импульсного источника питания от настенного куба.

  Снизу хорошо видны мостовой выпрямитель, интегральная схема генератора и оптоизолятор. Последний охватывает очень четкое разделение на печатной плате между частями высокого и низкого напряжения. Любой импульсный источник питания, с которым вы сталкиваетесь без этого разделения (например, некоторые дешевые дальневосточные зарядные устройства), потенциально смертелен и должен быть утилизирован. (Этот блок питания имеет выбираемое выходное напряжение, желтая часть которого является селектором напряжения.)

  Сверху хорошо видны накопительный конденсатор и трансформатор, который, как и оптоизолятор, перекрывает разделитель высокого/низкого напряжения. Переключающий транзистор, управляемый генератором, выполняет тяжелую работу по включению и выключению тока. Также имеется входной сетевой фильтр.

  Поиск неисправностей

  Поиск неисправности импульсного источника питания может быть ограничен визуальным осмотром. Кроме того, он намного сложнее, чем линейный, из-за большей сложности. Кроме того, преобладание компонентов для поверхностного монтажа значительно усложняет ремонт.

  Ноутбуки и некоторые другие настенные блоки питания или отдельно стоящие блоки питания имеют герметичные корпуса и обычно не предназначены для открытия. Если вы взломаете корпус, маловероятно, что вы сможете повторно запечатать его в соответствии со стандартом, который прошел бы испытание на электрическую безопасность. Если бы он открылся во время использования, вполне вероятно, что обнажились бы очень опасные металлические детали под напряжением.

  Обратите внимание, что, как правило, было бы очень опасно пытаться найти неисправность регулятора режима переключения, проверяя напряжения при его включении, поскольку обычно невозможно открыть сторону низкого напряжения, не открывая также сторону высокого напряжения, которая подключена напрямую. к сети. В любом случае неисправности более вероятны в высоковольтных цепях, которые зачастую более сложны.

  Прежде чем приступать к поиску неисправностей, отключите устройство от сети. Учтите также, что даже в этом случае накопительные конденсаторы на стороне сети могут сохранять опасный заряд в течение длительного времени, что потенциально может привести к смертельному поражению электрическим током.

  На стороне высокого напряжения может быть несколько накопительных конденсаторов — убедитесь, что все они разряжены. Иногда большая часть заряда в конденсаторах уходит через подключенные к ним схемы или в результате утечки, но вы не хотите обнаружить, что они не разряжены, получив удар, поэтому начните с предположения, что они не разряжены. .

  Убедитесь, что знаете, как безопасно разрядить конденсаторы, и сделайте это, прежде чем продолжить.

  Теперь вы можете безопасно выполнить визуальную проверку на наличие признаков перегрева, протекающих или вздутых электролитических конденсаторов.

  Проверьте целостность цепи от вилки до мостового выпрямителя. Это может быть связано с предохранителем в вилке, возможно, с другим предохранителем на печатной плате и часто с сетевым входным фильтром.

  Проверьте каждый из 4 диодов мостового выпрямителя. Если можете, проверьте накопительный конденсатор.

  Помимо этого, тестирование становится все сложнее. Генератор часто представляет собой интегральную схему, которую трудно протестировать, но иногда он состоит из одного или двух транзисторов, которые можно выпаять и протестировать. Проверьте маркировку на любых транзисторах и погуглите их. Если они не сработают, есть большая вероятность, что вы сможете найти замену.

  После того, как вы закончите с простыми пассивными компонентами, такими как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, пришло время вступить в удивительный мир полупроводников. Одним из наиболее широко используемых полупроводниковых компонентов является диод.

  
  

  В этом уроке мы рассмотрим:

  • Что такое диод!?
  • Теория работы диода
  • Важные свойства диода
  • Различные типы диодов
  • Как выглядят диоды
  • Типичные области применения диодов

  Рекомендуемое чтение

  Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники. Перед тем, как перейти к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотреть) следующее:

  Что такое цепь?

  Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома

  Что такое электричество?

  Мы можем видеть электричество в действии на наших компьютерах, освещая наши дома, как удары молнии во время грозы, но что это такое? Это не простой вопрос, но этот урок прольет на него свет!

  Последовательные и параллельные цепи

  Как пользоваться мультиметром

  Хотите изучить различные диоды?

  Мы обеспечим вас!

  Комплект деталей SparkFun для начинающих

  Набор деталей для начинающих SparkFun представляет собой небольшой контейнер с часто используемыми деталями, в котором есть все основные компоненты, которые вы…

  Набор дискретных полупроводников SparkFun

  Комплект дискретных полупроводников SparkFun удовлетворяет ваши потребности в одном или паре транзисторов без необходимости…

  Выпрямитель диодный - 1А, 400В (1N4004)

  Это простой сверхминиатюрный выпрямительный диод с осевым выводом. 1N4004 рассчитан на ток до 1 А/400 В.

  Диодный выпрямитель - 1А, 50В (1N4001)

  Это простой сверхминиатюрный выпрямительный диод с осевым выводом. 1N4001 рассчитан на ток до 1 А/50 В.

  Идеальные диоды

  Ключевой функцией идеального диода является управление направлением протекания тока. Ток, проходящий через диод, может идти только в одном направлении, называемом прямым направлением. Ток, пытающийся течь в обратном направлении, блокируется. Они похожи на односторонний клапан электроники.

  Если напряжение на диоде отрицательное, ток не может течь*, и идеальный диод выглядит как разомкнутая цепь. В такой ситуации говорят, что диод выключен или смещен в обратном направлении.

  Пока напряжение на диоде не отрицательное, он "включается" и проводит ток. В идеале* диод действовал бы как короткое замыкание (на нем 0 В), если бы он проводил ток. Когда диод проводит ток, он смещен в прямом направлении (на жаргоне электроники означает «включено»).

  
  

  Зависимость тока от напряжения идеального диода. Любое отрицательное напряжение создает нулевой ток — разомкнутая цепь. Пока напряжение неотрицательно, диод выглядит как короткое замыкание.

  Реальные характеристики диода

  В идеале диоды блокируют любой и весь ток, протекающий в обратном направлении, или просто действуют как короткое замыкание, если ток течет в прямом направлении. К сожалению, фактическое поведение диода не совсем идеально. Диоды потребляют некоторое количество энергии при проведении прямого тока, и они не блокируют весь обратный ток. Реальные диоды немного сложнее, и все они имеют уникальные характеристики, которые определяют, как они на самом деле работают.

  Взаимосвязь ток-напряжение

  Самой важной характеристикой диода является его отношение тока к напряжению (i-v). Это определяет, каков ток, протекающий через компонент, с учетом того, какое напряжение измеряется на нем. Резисторы, например, имеют простую линейную зависимость i-v. Закон Ома. Однако кривая i-v диода полностью нелинейна. Это выглядит примерно так:

  
  

  Зависимость тока от напряжения диода. Чтобы преувеличить несколько важных моментов на графике, шкалы как в положительной, так и в отрицательной половинах не равны.

  В зависимости от приложенного к нему напряжения диод будет работать в одной из трех областей:

  1. Прямое смещение: когда напряжение на диоде положительное, диод «включен», и через него может протекать ток. Напряжение должно быть больше, чем прямое напряжение (V_F), чтобы ток был значительным.
  2. Обратное смещение: это режим «выключения» диода, при котором напряжение меньше, чем V_F, но больше, чем -V_BR. В этом режиме протекание тока (в основном) блокировано, а диод выключен. Очень небольшой ток (порядка нА), называемый обратным током насыщения, может протекать через диод в обратном направлении.
  3. Пробой: когда напряжение, приложенное к диоду, очень большое и отрицательное, большой ток может течь в обратном направлении, от катода к аноду.

  Прямое напряжение

  Чтобы «включиться» и провести ток в прямом направлении, диоду необходимо приложить к нему определенное положительное напряжение. Типичное напряжение, необходимое для включения диода, называется прямым напряжением (V_F). Его также можно назвать либо напряжением включения, либо напряжением включения.

  Как мы знаем из кривой i-v, ток через диод и напряжение на диоде взаимозависимы. Больше ток - больше напряжение, меньше напряжение - меньше ток. Однако, как только напряжение приближается к номинальному прямому напряжению, большое увеличение тока должно означать лишь очень небольшое увеличение напряжения. Если диод является полностью проводящим, обычно можно предположить, что напряжение на нем соответствует номинальному прямому напряжению.

  
  

  Мультиметр с настройкой диода можно использовать для измерения (минимального) прямого падения напряжения на диоде.

  V_F конкретного диода зависит от того, из какого полупроводникового материала он сделан.Обычно кремниевый диод имеет V_F около 0,6–1 В. Диод на основе германия может быть ниже, около 0,3 В. тип диода также имеет значение для определения прямого падения напряжения; светоизлучающие диоды могут иметь гораздо большее значение V_F, в то время как диоды Шоттки специально разработаны для того, чтобы иметь гораздо более низкое, чем обычно, прямое напряжение.

  Пробивное напряжение

  Если к диоду приложено достаточно большое отрицательное напряжение, он поддастся и позволит току течь в обратном направлении. Это большое отрицательное напряжение называется напряжением пробоя. Некоторые диоды на самом деле предназначены для работы в области пробоя, но для большинства обычных диодов не очень полезно подвергать их воздействию больших отрицательных напряжений.

  Для обычных диодов это напряжение пробоя составляет от -50 до -100 В или даже более отрицательное.

  Технические описания диодов

  Все вышеперечисленные характеристики должны быть подробно описаны в техническом описании каждого диода. Например, в этой таблице данных для диода 1N4148 указано максимальное прямое напряжение (1 В) и напряжение пробоя (100 В) (среди множества другой информации):

  
  

  Техническое описание может даже представить вам очень знакомый график зависимости тока от напряжения, чтобы более подробно описать поведение диода. На этом графике из таблицы данных диода увеличена извилистая часть прямой области кривой i-v. Обратите внимание, как больший ток требует большего напряжения:

  
  

  На этой диаграмме указана еще одна важная характеристика диода — максимальный прямой ток. Как и любой другой компонент, диоды могут рассеивать только определенную мощность, прежде чем они перегорят. Для всех диодов должны быть указаны максимальный ток, обратное напряжение и рассеиваемая мощность. Если на диод подается большее напряжение или ток, чем он может выдержать, ожидайте, что он нагреется (или, что еще хуже, расплавится, задымится).

  Некоторые диоды хорошо подходят для больших токов – 1 А и более – другие, такие как слабосигнальный диод 1N4148, показанный выше, подходят только для тока около 200 мА.

  Этот 1N4148 — это всего лишь небольшая выборка из всех существующих диодов различных типов. Далее мы рассмотрим, какое удивительное разнообразие диодов существует и для чего служит каждый тип.

  Типы диодов

  Обычные диоды

  Сигнальные диоды

  Стандартные сигнальные диоды являются одними из самых простых, средних и простых представителей семейства диодов. Обычно они имеют средне-высокое прямое падение напряжения и низкий максимальный номинальный ток. Типичным примером сигнального диода является 1N4148.

  
  

  Диод слабого сигнала - 1N4148

  Это очень распространенный сигнальный диод — 1N4148. Используйте это для сигналов с током до 200 мА.

  Очень общего назначения, типичное падение напряжения в прямом направлении составляет 0,72 В, а максимальный номинальный ток в прямом направлении – 300 мА.

  
  

  Слабосигнальный диод 1N4148. Обратите внимание на черный кружок вокруг диода, который обозначает, какой из выводов является катодом.

  Силовые диоды

  Выпрямитель или силовой диод — это стандартный диод с гораздо более высоким максимальным номинальным током. Этот более высокий номинальный ток обычно достигается за счет большего прямого напряжения. 1N4001 является примером силового диода.

  Диодный выпрямитель - 1А, 50В (1N4001)

  Это простой сверхминиатюрный выпрямительный диод с осевым выводом. 1N4001 рассчитан на ток до 1 А/50 В.

  1N4001 имеет номинальный ток 1 А и прямое напряжение 1,1 В.

  < бр />

  И, конечно же, большинство типов диодов также доступны для поверхностного монтажа. Вы заметите, что каждый диод каким-то образом (независимо от того, насколько он крошечный или трудноразличимый) указывает, какой из двух контактов является катодом.

  
  

  Светодиоды (LED!)

  Самым ярким представителем семейства диодов должен быть светоизлучающий диод (LED). Эти диоды буквально загораются при подаче положительного напряжения.

  
  

  Как и обычные диоды, светодиоды пропускают ток только в одном направлении.Они также имеют номинальное прямое напряжение, то есть напряжение, необходимое для того, чтобы они загорелись. Номинальное значение V_F светодиода обычно больше, чем у обычного диода (1,2–3 В), и зависит от цвета, излучаемого светодиодом. Например, номинальное прямое напряжение сверхъяркого синего светодиода составляет около 3,3 В, а сверхярко-красного светодиода такого же размера — всего 2,2 В.

  Очевидно, что светодиоды чаще всего используются в осветительных приборах. Они шустрые и веселые! Но более того, их высокая эффективность привела к широкому использованию в уличных фонарях, дисплеях, задней подсветке и многом другом. Другие светодиоды излучают свет, невидимый человеческому глазу, например, инфракрасные светодиоды, составляющие основу большинства пультов дистанционного управления. Еще одно распространенное использование светодиодов - оптическая изоляция опасной высоковольтной системы от низковольтной цепи. Оптоизоляторы соединяют инфракрасный светодиод с фотодатчиком, который пропускает ток при обнаружении света от светодиода. Ниже приведен пример схемы оптоизолятора. Обратите внимание, как схематическое обозначение диода отличается от обычного диода. Светодиодные символы добавляют пару стрелок, отходящих от символа.

  Читайте также:

    
  • ОЗУ не работает на заявленной частоте
    
  • На каких видеокартах можно майнить и т. д.
    
  • Как открыть архив на Google Диске
    
  • Ваш диск с историей файлов слишком долго находился в автономном режиме Windows 10
    
  • Восстановить виртуальную машину Hyper V с диска VHDX