Линейная схема электроснабжения квартиры: Схема электроснабжения квартиры

Содержание

Однолинейная схема электроснабжения частного дома 15 кВт • Energy-Systems

 

Когда используется однолинейная схема

Однолинейная схема электроснабжения частного дома 15 кВт используется в индивидуальном строительстве достаточно часто. Специалисты компании «Energy-systems» обладают продолжительным опытом проектирования подобных электрических проектов.

Заказав исполнение работы у нас вы получаете качественный электропроект, выполненный в соответствии со всеми действующими нормами и правилами устройства.

В ситуациях, когда требуется ремонт или модернизация действующей электрической системы, собственник должен подготовить исполнительную однолинейную схему. Перед началом проектировки в таких условиях профессиональные электрики должны провести тщательное обследование электрической системы, для выявления любых неисправностей и дефектов, которые могли появиться в ходе ее использования. На основе проведенного обследования сотрудники нашей компании не только составят качественную однолинейную схему, но и подготовят профессиональные рекомендации по устранению любых обнаруженных в ходе исследований нарушений.

Пример проекта электроснабжения дома

Назад

1из21

Вперед

 

Расчетная схема электроснабжения

Расчетные однолинейные схемы подготавливаются квалифицированными электриками при необходимости электрификации новых зданий и объектов, в которых раньше не было функционирующих электрических сетей. В процессе составления электропроекта специалисты должны провести расчет предполагаемых нагрузок, учитывая мощность и уровень потребления электроэнергии всего оборудования, которое будет использоваться в здании. На основе определенных нагрузок сотрудники нашей компании проводят выбор необходимых материалов и приборов, в том числе устройств защиты, необходимых для обеспечения бесперебойной работы электрической системы.

Все эти данные вносятся в электропроект, в который включаются и все необходимые схемы организации электрики. На основе данных чертежей и схем после согласования проекта с контролирующими органами будет проводиться весь комплекс электромонтажных работ.

Именно поэтому качество монтажа любой электрической системы во многом зависит от качества электропроекта. Только профессиональное проектирование электрики может гарантировать создание функциональной и безопасной электрической системы любого объекта. Грамотную схему могут составить только квалифицированные работники специализированных энергетических компаний, которые имеют необходимые разрешения для подобных работ.

В целом однолинейная схема электроразводки в частном доме считается важнейшим элементом всего электрического проекта. Она требуется не только на этапах монтажа и организации электрической сети, но и в процессе ее использования жильцами дома, к примеру, когда потребуется проведение ремонтных работ в здании или заменить поврежденные элементы электросети.

Однолинейные схемы электрики могут составляться только на основе проведенных исследований объекта с учетом предполагаемых нагрузок и указанием номиналов и маркировки всего электротехнического оборудования, предназначенного для надежного и бесперебойного энергоснабжения объекта. Схема создается на основе выданных технических условий эксплуатирующей компанией, а также различных нормативных документов, входящих в состав ГОСТа и ПУЭ.

В электропроект должны входить различные сопроводительные документы, содержащие в себе различную информацию, в частности описание вводно-распределительного оборудования системы, указание установленной и единовременной мощности сети, сравнение мощности с разрешенными параметрами технических условий, сравнение тока с разрешенным, указание используемого типа и параметров вводного кабеля. Помимо прочего, на чертежах, входящих в состав электрического проекта, должно быть указано расположение электрических шкафов и общая длина кабеля, протянутого от них к зданию.

Технические условия, на основе которых строится электропроект, должны быть получены собственником объекта в местной эксплуатирующей компании, к примеру, в Энергосбыте. Обязательным условием организации любой электрической сети является подключение прибора учета потребляемой энергии. Расположение такого оборудования должно быть отображено на однолинейной схеме электроснабжения. Устройство учета располагается таким образом, чтобы сотрудники энергетической компании могли получать беспрепятственный доступ к ним в любое время.

При создании однолинейных схем проектировщики должны провести тщательный расчет возможных потерь при передаче электроэнергии. Определенные параметры также заносятся в сопроводительные документы электропроекта однокомнатной квартиры или дома.

Ниже вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором для расчёта стоимости проектирования сетей электроснабжения:

Онлайн расчет стоимости проектирования

Цена составления однолинейной схемы в Москве

Очень часто к нам в компанию обращаются обладатели квартир в новостройках Москвы с запросом выполнить однолинейную схему электрической сети либо заказать проект по электрике квартиры или жилого дома.  Мы постараемся ответить на самые распространенные вопросы по этой теме чтобы помочь сэкономить ваши денежные средства, ваше время и нервы.

По любым вопросам – звоните нам для бесплатной консультации: +7 (999) 200-33-54, +7 (915) 048-50-40.

Что такое Однолинейная схема сети? 

Однолинейная схема щита квартиры – это часть проекта электроснабжения, которая представляет из себя принципиальное отображения составных элементов силового щита в “одну линию”. Автоматы, рубильники, контакторы, расцепители, кабели  отображаются специальными условными обозначениями в соответствии с требованиями ГОСТ.

Для чего нужна схема однолинейная электрическая?

  1.  Большинство управляющих компаний Москвы требуют к согласованию однолинейную схему щита для новостроек как допуск к получению полной мощности.
  2. Однолинейная схема электроснабжения, составленная нашими инженерами, позволит повести сборку щита квартиры в соответствии с действующими нормами и требованиями безопасности.
  3. Для правильного распределения нагрузки между фазами и подсчета стоимости материалов для сборки квартирного щита.
  4. Требуется для выполнения электротехнической лаборатории.
Какая цена и сроки составления однолинейной схемы подключения?

Для квартир, общей площадью до 110 м2  стоимость составления однолинейной схемы составляет

5 500р. Срок проектирования однолинейной схемы 1-2 рабочих дня.

Как заказать однолинейную схему в Москве? 

Заказать однолинейную схему можно позвонив нам по номеру +7 (999) 200-33-54, +7 (915) 048-50-40, или написав на почту: [email protected]

Для разработки принципиальной схемы квартирного щита нам  нужна следующая информация:

  1. Технические условия от управляющей компании с выделенной электрической мощностью (или акт балансового разграничения) .
  2. План помещений квартиры.
  3. Полный адрес квартиры и ФИО заказчика.

Где требуется согласовывать принципиальную однолинейную схему электрических сетей квартиры?

В большинстве случаев, согласование происходит только в управляющей компании, в редких случаях в УК просят дополнительно согласовать схему щита в Мосэнергонадзоре. (ул. 4-я Парковая дом 27. АНО «ИТЦ Мосэнергонадзора»).

Что лучше заказать: однолинейную схему или полный проект?

Если кабели на объекте уже частично или полностью проложены и однолинейная схема нужна только для согласования с управляющей компанией – есть смысл сэкономить и заказать “урезанную версию” проекта.

Стоимость проекта электроснабжения квартиры всегда выше стоимости однолинейной схемы, так как проект включает в себя дополнительно схемы расположения розеток, светильников, выключателей, трассировку кабелей и полную спецификацию оборудования.

Полный проект позволяет не только проконтролировать процесс монтажных работ и расхода материалов но и нужен для удобства дальнейшей эксплуатации оборудования.

Скачать пример однолинейной схемы для квартиры и жилого дома можно у нас на сайте.

Схема электроснабжения | Режимщик

Расчетная схема сети

Для выбора сечения отдельных участков электрической сети по условиям нагрева и экономической плотности тока достаточно знать токовые нагрузки этих участков сети.

 

 

Расчет сети по потере напряжения может быть выполнен только в том случае, если известны не только нагрузки, но и длины всех участков сети.

 

В связи с этим, приступая к расчету сети, необходимо прежде всего составить ее расчетную схему, на которой должны быть указаны нагрузки и длины всех участков.

 

При расчетах трехфазных сетей нагрузки всех трехфазных проводов принимаются одинаковыми. В действительности это условие строго выполняется лишь для силовых сетей с трехфазными электродвигателями. Для сетей с однофазными электроприемниками, например для городских сетей с осветительными лампами и бытовыми приборами, всегда имеется некоторая неравномерность распределения нагрузки по фазам линии. При практических расчетах сетей с однофазными приемниками условно также принимают распределение нагрузок по фазам равномерным.

 

При условии равномерной нагрузки фаз линии в расчетной схеме нет необходимости указывать все провода сети, как выполнено на рисунке. Достаточно представить однолинейную схему с указанием всех присоединенных к сети нагрузок и длин всех участков сети. На схеме также должны быть указаны места установки плавких предохранителей и других защитных аппаратов.

 

При составлении расчетной схемы электропроводки внутри помещения следует пользоваться планами и разрезами здания, на которых должны быть нанесена электропроводка с указанием точек присоединения электроприемников. Расчетная схема наружной сети составляется по плану поселка или промышленного предприятия, но котором также должна быть нанесена сеть и указаны точки присоединения групп электроприемников (домов или отдельных зданий промышленного предприятия).

 

Длины всех участков сети измеряют по чертежу с учетом масштаба, в котором он вычерчен. При отсутствии чертежа длины всех участков сети должны быть измерены в натуре.

 

При составлении расчетной схемы сети соблюдение масштаба для участков сети не требуется. Следует лишь соблюдать правильную последовательность соединения отдельных участков сети между собой.

 

На следующем рисунке представлен пример расчетной схемы линии наружной сети поселка. Длины участков сети на схеме указаны сверху и слева в метрах, снизу и справа нагрузки представлены стрелками, у которых указаны расчетные мощности в киловаттах. Линия АБВ называется магистралью, участки БД, ВЕ и ВГ — ответвлениями. как видно из рисунка, отдельные участки сети представлены без масштаба что не мешает точности расчета, если длина участков указана правильно.

 

Определение расчетных нагрузок (мощностей) является значительно более сложной задачей. Осветительная лампа, нагревательный прибор или телевизор при нормальном напряжении на зажимах потребляет определенную номинальную мощность, которая может быть принята за расчетную мощность этого приемника.

 

Сложнее обстоит дело с электродвигателем, для которого потребляемая из сети мощность зависит от момента вращения связанного с двигателем механизма — станка, вентилятора, транспортера и т.п. На табличке, прикрепленной к корпусу двигателя, указывается его номинальная мощность. Фактическая мощность, потребляемая двигателем из сети, отличается от номинальной. Например, нагрузка двигателя токарного станка будет меняться в зависимости от размера обрабатываемой детали, толщины снимаемой стружки и т. п. Двигатель выбирается по наиболее тяжелым условиям работы станка, в связи с чем при других режимах работы двигатель будет недогружен. Таким образом, расчетная мощность двигателя, как правило, меньше его номинальной мощности.

 

Определение расчетной мощности для группы электроприемников еще более усложняется, так как в этом случае приходится учитывать возможное число включенных приемников. Представим себе, что нужно определить расчетную нагрузку для линии, питающей мастерскую, в которой  установлено 30 электродвигателей. Из них только некоторые будут работать непрерывно. Двигатели станков работают с перерывами на время установки новой детали для обработки. Часть двигателей может работать с неполной  нагрузкой или на холостом ходу. При этом нагрузки линий, питающих мастерскую, не будут оставаться постоянными. Понятно, что за расчетную нагрузку линии следует принять наибольшую возможную нагрузку, как наиболее тяжелую для проводников линии. Под наибольшей нагрузкой понимается не кратковременный ее толчок, а наибольшее среднее значение за получасовой период времени.

 

Расчетная нагрузка (кВт) группы электроприемников может быть определена по формуле:

P = Kc·Pу

где Кс – коэффициент спроса для режима наибольшей нагрузки, учитывающий наибольшее возможное число включенных приемников группы. Для двигателей коэффициент спроса должен учитывать также величину их загрузки; Ру – установленная мощность группы приемников, равная сумме их номинальных мощностей, кВт.

 

При выборе сечения проводников по условию нагрева или по экономической плотности тока необходимо определить величину расчетного тока линии.

 

Для трехфазного электроприемника величина расчетного тока (А) определяется по формуле:

I = (1000·P) / (1,73·Uн·cosф),

 Где P – расчетная мощность приемника, кВт;

Uн – номинальное напряжение на зажимах приемника, равное междуфазному (линейному) напряжению сети, к которой он присоединен, В; cosф – коэффициент мощности приемника.

 

Данную формулу можно также использовать для определения расчетного тока группы трехфазных или однофазных электроприемников при условии, что однофазные приемники присоединены поровну ко всем трем фазам линии.

 

Величина расчетного тока (А) для однофазного приемника или для группы приемников, присоединенных к одной фазе сети трехфазного тока, определяются по формуле:

I = (1000·Р) / (Uнф·cosф),

где Uнф – номинальное напряжение приемников, равное фазному напряжению сети, к которой они присоединяются, В.

 

Величина расчетного тока для группы приемников, присоединенных к линии однофазного тока как раз и определяется по этой формуле.

 

Для ламп накаливания и нагревательных приборов коэффициент мощности cosф = 1. В этом случае две предыдущие формулы упрощаются.

 

На втором рисунке , приведенном в статье, расчетные нагрузки присоединенных к линии домов указаны в киловаттах у концов соответствующих стрелок. Для выбора сечения проводов линии необходимо знать нагрузку участков. Эта нагрузка определяется на основании первого закона Кирхгофа, по которому для любой точки сети сумма приходящих токов должна быть равна сумме выходящих токов. Этот закон справедлив также для нагрузок выраженных в киловаттах.

 

Распределение нагрузок по участкам линии. В конце линии на участке длиной 80 м, примыкающем к точке Г, нагрузка 9 кВт равна расчетной нагрузке присоединенного к линии в точке Г дома. На участке ответвления длиной 40 м, примыкающем к точке В, нагрузка равна сумме нагрузок домов, присоединенных на участке ВГ ответвления: 9 + 6 = 15 кВт. На участке магистрали длиной 50 м, примыкающем к точке В, нагрузка составляет: 15 + 4 + 5 = 24 кВт.

 

Подобным же образом определяются нагрузки всех остальных участков линии. Для того чтобы не снабжать все указанные на схеме числа обозначениями соответствующих единиц (м, кВт), длины и нагрузки на схеме должны быть расположены в определенном порядке. На расчетной схеме длины участков линии указаны сверху и слева, нагрузки этих же участков – снизу и справа.

 

Пример по теме.

Четырехпроводная линия номинальным напряжением 380/220 В питает мастерскую, в которой установлено 30 электродвигателей, суммарная установленная мощность Ру1 = 48 кВт. Суммарная мощность ламп освещения мастерской составляет Ру2 = 2 кВт, коэффициент спроса для силовой нагрузки Кс1 = 0,35 и для осветительной нагрузки Кс2 = 0,9. Средний коэффициент мощности для всей установки cosф = 0,75. Определить расчетный ток линии.

 

Решение.
Расчетная нагрузка электродвигателей: Р1 = 0,35·48 = 16,8 кВт
И расчетную нагрузку освещения: Р2 = 0,9·2 = 1,8 кВт.
Суммарная расчетная нагрузка: Р = 16,8 + 1,8 = 18,6 кВт.
Расчетный ток: I = (1000·18,6) / (1,73·380·0,75) = 38 А

Рабочий электропроект двухкомнатной квартиры, схема электроснабжения

📅 Создано: 15 Января 2018, 15:19 👀 Просмотров: 4074

Так что же представляет собой сам электропроект? Это — составленная на бумаге с помощью общепринятых и понятных каждому специалисту обозначений схема всей будущей электропроводки. От распределительного щитка и до выключателей, розеток и приборов освещения.

Полный электропроект состоит из нескольких документов:

Схема электроснабжения двухкомнатной квартиры, рабочий электропроект

Чтобы УВЕЛИЧИТЬ сканы до читаемых размеров наведите курсор на картинку и нажмите на появляющуюся «лупу», затем нажмите на правый крестик вверху появившейся картинки, после чего картинку размером 2000 Х 2800 пикселей можно сохранить себе на комп.

Важно! Рекомендуется при завершении монтажа скрытой электропроводки, до того как будет проведена отделка и она будет скрыта от визуального наблюдения — сфотографировать как выглядит схема электропроводки в реальности, и сохранить фотографии до момента, когда они могут понадобится.

Разумнее всего составление проекта электроснабжения квартиры поручить специализированной организации, имеющей разрешение на предоставление подобных услуг. Ведь при этом помимо знания соответствующих нормативных документов потребуется четкое представление требований Энергонадзора и, соответственно, способность совместить данные требования с пожеланиями заказчика, избежав различных нарушений.

Электропроект существует двух видов: типовой и индивидуальный

Типовой вариант — более прост, экономичен, и заказать его не составит большого труда. Индивидуальный проект — более сложный и дорогой вариант. Однако при этом в нем будет учтена вся дизайнерская уникальность помещений и обеспечена безупречность работы всех будущих энергопотребителей.

Наличие спецификации оборудования предоставит вам ясное представление о количестве и стоимости планируемых работ и необходимых материалов.

Делать проект электрики или сэкономить на этой статье расходов — вопрос индивидуальный. Однако преимущества составления электропроекта кажутся очевидными, всвязи с тем, что с каждым годом схемы электроснабжения квартир только усложняются. Избежав затрат на него на начальном этапе, остаётся риск столкнуться со сложностями в дальнейшем. Да и экономия денег и времени в данном случае весьма сомнительна.

Подытоживая вышеизложенное, следует заметить, что заплатив один раз за составление электропроекта, можно обезопасить себя от последующих ещё больших материальных затрат и неприятностей, связанных с собственным здоровьем.

Кстати, если вы просто решили затеять в своём давно уже построенном жилье ремонт и перепланировку, то так же наверняка столкнётесь с необходимостью внесения изменений в схему электроснабжения квартиры.

Наличие электропроекта — требование, установленное на законодательном уровне. Без него квартиру или дом откажутся подключать по постоянной схеме электроснабжения. Могут запретить проведение ремонтных работ, да вдобавок наложить штрафные санкции. Получается, что без электричества, остановится и ремонт, и окажется невозможным дальнейшее проживание в таких условиях.

Со временем обязательно возникают новые потребности — появляются в квартире дополнительные энергопотребители, посещает желание что-то поменять в уже существующем расположении электроприборов или систем освещения. Проведение электромонтажных работ надо как-то увязать с уже имеющейся электропроводкой. Не исключено, что нагрузка на неё может оказаться выше допустимой. И при этом вся информация о схеме и характеристиках электропроводки квартиры существует лишь в одном экземпляре и в одном месте — в голове того самого специалиста — электрика, который её прокладывал. Где гарантии, что через какое-то, возможно, что и длительное время он вспомнит, что и как он монтировал? При этом ведь, велик риск, и вообще больше никогда не встретиться с тем самым специалистом. И как в таком случае решать вопрос с необходимостью дополнительных мощностей или устранением неисправностей в эксплуатируемой электропроводке? Выход один — нанимать новых специалистов за дополнительные деньги. А им для начала придётся разбираться с уже имеющейся системой электроснабжения.

На практике встречались ситуации, когда «креативные» электрики прокладывали в стенах электропроводку по диагонали. Какие неожиданные сюрпризы ожидали в таком случае хозяев в дальнейшем — несложно себе представить. Любое сверление отверстия в таких стенах опасно попаданием сверлом в проводку. В таком случае нужно воспользоваться методами обнаружения скрытой проводки в стенах.

Статьи по теме

Возможно вас заинтересует

Однолинейная схема электроснабжения частного дома

Схем электроснабжение довольно большое количество. В зависимости от объекта, видов сетей, электроустановки и других нюансов, схемы электроснабжения бывают:
1.    Исполнительная схема – такая схема выглядит в виде документа, в котором отмечена вся информация о состоянии сети на объекте и различных приборов, которые входят в ее состав. Дополнительно, в этом документе могут быть отмечены: те или иные рекомендации, дефекты и информация по их устранению.
Если выполняется проектирование новых строительных объектов, то обязательно делают расчетную установочную схему. Она состоит из следующих электрических схем: структурной, функциональной, монтажной, а при дополнительной необходимости она может включать в себя кабельные планы и электрические чертежи.
2.    Структурная схема – включают в себя данные в указании взаимосвязей силовых элементов, таких как трансформаторы, распределительные щиты, линии электропередач, точки врезки и другие.
3.    Функциональная схема – используются на промышленных объектах, которые имеют в своем составе большое количество различного оборудования. Функциональные схемы электроснабжения выполняются для абстрактной передачи функций механизмов, к которым выполняется электроснабжение, их взаимодействие между собой и влияние на безопасность.
4.    Принципиальная схема – выполняются в соответствии с мировыми стандартами, такими как IEC, ANSI, DIN и т.д.
5.    Монтажная схема – такие схемы электроснабжения должны четко сопрягаться с различными строительными элементами, несущих конструкций зданий и сооружений. В монтажных схемах прописывают: размеры оборудования, сечение проводов, диаметры кабелей, размеры крепежных элементов и другое.

Однолинейная схема электроснабжения состоит из одних линий обозначения трехфазных или двухфазных цепей. При таком подходе можно поместить в один общий технический проект несколько разных чертежей, не связанных между собой.
Однолинейная схема может быть расчетной (применяется после просчета нагрузок, которые будут применяться для питания отдельного дома) и исполнительной (используется для перерасчета действующего электроснабжения).
Однолинейная схема электроснабжения частного дома, квартиры или предприятия выполняется по требованиям ГОСТ 2.702-75. Согласно этому ГОСТу, должно быть изображение трех фаз, питающих сеть здания и линии групповых сетей, которые отходят от питающих. Основная цель однолинейной схемы — давать информацию об общей конструкции системы электроснабжения.

Однолинейная схема загородного дома должна включать в себя:

Основные требования к однолинейной схеме
Однолинейная схема в обязательном порядке должна отвечать всем нормам и правилам существующего законодательства. Только при таком раскладе можно говорить об электрической и пожарной безопасности здания.
Весь перечень требований содержится в СНиП, ПУЭ и ПТЭЭП.
Однако, к основным требованиям следует отнести:

Электролаборатория «Ермак» выполнит проектирование и монтаж однолинейной схемы электроснабжения Вашего дома или квартиры. Наши специалисты осуществят выезд на объект и оперативно составят смету на будущие работы.

Электроснабжение частного дома или коттеджа

Итак, вы получили заветный участок, и приступаете к строительству. Или же вместо старенького домика строите или построили новый, побольше и посовременней.

Масштабы могут быть разными и, соответственно, выделяемые энергетиками мощности, тоже разные. Обычно это 25-40 кВА/кВт с подключением к воздушной линии 0.4 кВ. Чаще ввод делается трехфазным, но и однофазное подключение тоже применяется. Да и строительство часто ведется не на вновь выделенных участках, а взамен старого жилья на обжитой территории со старой инфраструктурой и уже с имеющимся однофазном подключении. Бывает, что выделяются более высокие мощности, и даже подводится напряжение не 0.4, а 6-10кВ. Естественно, в таком случае на участке либо на ближайшей опоре устанавливается небольшая подстанция, но это, естественно, дорого, и далеко не каждому доступно и нужно. Также не часто, но бывает возможность сделать два разных ввода, от разных линий и даже подстанций. Такие подключения позволяют сделать электроснабжение более надежным, обычно в таких случаях устанавливается система автоматического включения резерва (АВР). Но чаще всего возможности ограничены одним вводом и 10-30 кВА выделенной мощности.

На рисунке выше представлена типичная однолинейная схема электроснабжения коттеджа с трехфазным подключением 0.4 кВ. Сечение проводов и номиналы автоматов и счетчика должны соответствовать выделенной мощности.

К сожалению, в силу известных обстоятельств, качество подводимой электроэнергии далеко не идеальное, и хороший хозяин задумывается о том, чтобы его улучшить. О стабилизаторах, нормализующих уровень напряжения в сети, написано мною в предыдущей статье. Однако загороднее электроснабжение, помимо этого, часто испытывает перебои, и поэтому становится актуальным резервный источник в виде мини-электростанции. Это может быть карбюраторный бензогенератор или дизель-генератор, также может быть газогенератор. Более экзотичные альтернативные источники электроэнергии в виде солнечных батарей или ветрогенераторов также возможны, но из-за определенных сложностей в эксплуатации и дороговизны применяются реже. Совсем не обязательно брать мощность резервного источника по полной, обычно 10 кВА хватает даже для солидного коттеджа.

Базовая часть схемы АВР на реверсивном магнитном пускателе приведена на рисунке выше. Конструктивно реверсивный пускатель представляет собой два обычных контактора, соединенные механической блокировкой, предотвращающей одновременное их включение. Для той же цели служат и блок-контакты КМ 1.2 и КМ 1.1. При наличии напряжения на основном вводе и отсутствия на резервном контактор КМ 1.1 включен и нагрузка через его контакты питается от основного ввода. При пропадании напряжения на основном вводе КМ 1.1 отключается и размыкает цепь питания нагрузки, а также подготавливает цепь для включения контактора КМ 1.2. После запуска генератора на резервном вводе появляется напряжение, от чего срабатывает и подает питание в нагрузку от резервного ввода контактор КМ 1.2.

Теперь нужно распределить электричество по всем помещениям. Составим схему и выберем провода и защитные устройства. Типично схема выглядит так:

Данная схема представляет собой типичную для однофазного подключения с системой заземления TN-C-S. На входе в качестве общего выключателя стоит УЗО Q1, от которого электропитание разветвляется на группы, защищенные автоматами. В данной схеме используются однополюсные автоматы, хотя для большей надежности автоматы можно взять двухполюсные или типа «1P+N». Еще одно мероприятие, которое часто делают в таких случаях — это выделение в отдельную группу розеток, расположенных в кухне и ванной и подключение их через дифференциальный автомат, либо через обычный автомат + УЗО. Так как к этим розеткам подключаются такие устройства, как стиральная или посудомоечная машина, холодильник, газовая колонка и т.д., то дополнительная защита здесь очень даже уместна. Поэтому новая схема, с учетом предыдущих пожеланий, будет выглядеть так:

С защитой разобрались. Но в загородных сетях есть еще одна проблема — это нестабильное напряжение. Чаще всего оно проявляется как хронически заниженное. Это происходит потому, что в районах малоэтажной застройки расстояния от подстанций до потребителей возрастают, соответственно увеличиваются потери в линиях. Также в таких сетях трудно контролировать распределение нагрузки по трем фазам. В результате возникают перекосы: на какой-то из фаз напряжение оказывается заниженным, на другой завышенным. Лучшее решение проблемы в данном случае — это стабилизатор напряжения. В настоящее время выпускается множество хороших и надежных однофазных и трехфазных стабилизаторов напряжения.

Вернемся к АВР. Хорошую и довольно простую для однофазных сетей схему можно найти на многих сайтах. Схема АВР собрана всего на одном контакторе и предназначена для однофазной системы электроснабжения. Немного доработав ее, получаем реальную рабочую схему, которая с небольшими вариациями уже хорошо зарекомендовала себя на десятках объектов:

При токах до 20А в качестве К1 применялся контактор VS220-11, у которого есть один замыкающий и один размыкающий контакты, рассчитанные на ток до 20А. Для более мощных потребителей применялся контактор VS463-22, имеющий 2 замыкающих и 2 размыкающих контакта, каждый из которых рассчитан на ток 63А. Причем, если контакты VS463-22 соединить попарно параллельно, то можно коммутировать токи до 100А. УЗО Q1 — обычное однофазное, на ток утечки 30mA, а номинальным током таким же, как и автомат SA1 или немного немного выше. Дифференциальный автомат для кухни и ванной берется на ток утечки 10mA, а номинальный ток 16А. Ток автомата электроплиты берется по сечению отходящего провода, который выбирается по потребляемому плитой току. Остальные провода обычно 2.5 кв.мм меди и соответственно автоматы на 16А. На освещение можно взять провод и потоньше, соответственно и автомат на меньший ток.

При выборе в качестве резервного источника бензогенератора, чтобы организовать электроснабжение с автоматическим включением резева, нужно учесть ряд факторов. Во-первых, бензогенератор должен иметь стартер и аккумулятор, этому удовлетворяют модели Etalon EPG-5500-E2, EPG-6500-E2 и Etalon EPG-8000-E2. А вот для них вариант схемы электроснабжения с АВР:

Дистанционное управление и автоматика

Наличие стартера и аккумулятора дает возможность дистанционного управления, а также автоматического запуска бензогенератора. Ниже приведена примерная схема автоматического включения резервного электропитания (АВР). Для увеличения изображения нажмите на него. Описание см. ниже.

В обычном состоянии SA1 и SA2 включены и на основном вводе есть питание. Поэтому контактор К1 притянут, и его контакты К1.1 и К1.2 замкнуты, соответственно К1.3 и К1.4 разомкнуты. Все электроприемники питаются от основного ввода. Когда же основное напряжение пропадает, контактор К1 отпускает, отключает нагрузку от основного ввода и подготавливает цепь питания от резервного ввода (замыкаются К1.3 и К1.4, а К1.1 и К1.2 размыкаются). По прошествии некоторого промежутка времени, если напряжение на основном вводе не появилось вновь, отпускает реле времени К2, и своим контактом К2.1 замыкает цепь питания стартера, который запускает двигатель бензогенератора. Как только на выходе генератора появляется необходимое напряжение , срабатывает контактор К4, и контактом К4.2 отключает стартер, а также подключает нагрузку контактом К4.2.

При возобновлении подачи питания на главном вводе срабатывает К1, и потребители опять получают питание от главного ввода. С некоторой выдержкой времени срабатывает реле времени К3, и своими контактами К3.1 и К3.2 включает клапан, закрывающий подачу топлива, а также закорачивает катушку зажигания. Вследствие этого двигатель останавливается.

О деталях. К1 — контактор типа VS463-22, имеет 2з+2р контакты пропускной способностью в 63А. К2 и К3 — реле времени РВО-26, одно из них (К3) настраивается на задержку при срабатывании, другое (К2) — при отпускании. К4 — контактор типа VS463-31, имеющий 3 замыкающих контакта (при необходимости можно подключить 2 или 3 контакта параллельно) и один размыкающий. Схема дается как базовая, в нее можно вносить разные усовершенствования — например, добавить реле напряжения, которое будет отключать ввод при сильно заниженном или завышенном напряжении.

При такой системе электроснабжения резервное питание подключается автоматически, сразу после запуска бензогенератора. Схема дана как базовая, для реального же применения нужно предусмотреть еще несколько защит. Многие считают, что перед нагрузкой нужно прогреть двигатель бензогенератора несколько минут в холостом режиме. В таком случае нужно предусмотреть выдержку времени на включение К4, что достигается включением в схему дополнительного реле времени. Также данной схемой не предусмотрена блокировка включений при нескольких неудачных попытках запуска. Сейчас модно схемы АВР строить на контроллерах, в которых алгоритм реализован на программируемой электронике, но принцип действия остается тот же. Применять либо не применять контроллеры или микропроцессоры для автоматизации электроснабжения — решать вам.

Где купить детали?

Если у вас возникают затруднения с приобретением контакторов и реле нужных параметров, вы можете заказать их в интернет-магазине.

Проектирование электроснабжения. Новое приложение для КОМПАС-3D

Елена Завразина

Компания АСКОН представляет обновленное приложение к КОМПАС­3D V12 для автоматизации проектирования систем электроснабжения жилых, общественных и промышленных зданий —  Библиотеку проектирования систем электроснабжения: ЭС. Она создана для разработки проектов в части силового электрооборудования (ЭМ), внутреннего электроосвещения (ЭО) и электроснабжения (ЭС) и представляет собой дополненную версию существовавшей ранее Библиотеки проектирования систем электроосвещения: ЭО.

Новое приложение поможет инженеру­проектировщику гораздо быстрее и качественнее выполнить рутинную работу, которая неизбежна при создании и оформлении проектной документации: формирование схем, подсчет оборудования, формирование кабельного журнала, составление спецификаций, маркировка и многое другое.

Как и многие другие приложения КОМПАС­3D для промышленного и гражданского строительства, Библиотека проектирования систем электроснабжения: ЭС функционирует по технологии MinD (Model in drawing), сочетающей преимущества трехмерного проектирования с простотой двумерного. В ней увязаны такие компоненты, как КОМПАС­Объект, Менеджер объекта строительства, специализированные приложения, КОМПАС­График и КОМПАС­3D. Технология предлагает проектировщику начать работать в привычной среде чертежа (вид в плане — рис. 1).

Рассмотрим работу приложения на практических примерах.

Рис. 1. Планы многоэтажного здания с проектом электроснабжения

Проектирование электроснабжения

Проект электроснабжения включает множество разного рода тонкостей, связанных с обеспечением экономичности и надежности всего здания или сооружения. Первым делом разбираемся в функционировании технологического оборудования. Далее начинаем работу с планом, предварительно загрузив подоснову. На этом плане мы располагаем оборудование, ведя диалог со специальным инструментом — КОМПАС­Объект, в котором представлены базы данных необходимых элементов (рис. 2). В случае отсутствия нужного оборудования или определенного типоразмера всегда можно загрузить пользовательский каталог или пополнить базу самостоятельно.

Рис. 2. Размещение на плане технологического оборудования

Затем наступает очередь электрических щитов, которые мы также располагаем на плане. Впоследствии, по окончании проектирования, можно автоматически получить Таблицу данных о групповых щитках с автоматическими выключателями по ГОСТ 21.608­84 Ф2.

Подключаем электроприемники к распределительным устройствам, проводим прокладку кабеля. В помощь инженеру предлагаются такие возможности, как установка переходов на другой этаж, копирование электрической сети на слой следующего этажа (рис. 3), учет типовых этажей при формировании спецификаций и однолинейной схемы, и многое другое.

Рис. 3. Копирование электросети на планы других этажей

На следующем этапе формируется кабельный журнал, идет подсчет всего оборудования, изделий, материалов и сведений в спецификации, составляется однолинейная схема (рис. 4) и оформляются планы расположения электрооборудования и электропроводок.

Рис. 4. Однолинейная расчетная схема

Проектирование электроснабжения освещения помещений

Проектирование электроснабжения освещения — сложная комплексная инженерная задача, и подходить к ее решению необходимо грамотно. А еще лучше — автоматизированно!

С чего начнем? С электричества? Нет! Начинаем с генплана. Специалистам по планировке помещений удалось обеспечить хороший уровень естественной освещенности. Нормативная документация предписывает нам следующие шаги:

  1. Необходимо определить категорию помещения (жилое или нежилое). После этого открываем планировки внутреннего пространства и при помощи специального инструмента определяем помещения для расчета освещения. Планировки можно загрузить или построить самим, используя либо базовый инструментарий КОМПАС, либо специальное приложение Библиотека проектирования АС/АР.
  2. Исходя из категории объекта (жилое, офисное, промышленное), расставляем рабочие места в соответствии с условиями работы или же проектируем освещение квартир, офисов, склада, гаража либо промышленных цехов по своим требованиям и нормативам. Расстановку светильников производим согласно дизайн­проекту или выбираем понравившийся тип из  каталога производителей светильников. В каждом помещении рассчитываем норму освещенности. Приложение позволяет рассчитать количество светильников по уровню освещенности в помещении (решение задачи выполняется с применением метода коэффициентов использования Ю.Б. Айзенберга), освещенность по расставленным светильникам, в том числе на рабочей поверхности, с учетом фактора отражения (задача решается с помощью точечного метода Ю.Б. Айзенберга).
  3. Далее рассчитываются параметры светового пятна светильников, и на основании этих расчетов строится карта освещенности. В таблице освещенности и схеме изолюкс следим за равномерностью значений освещенности и соответствием нормативной характеристики.
  4. Переходим к построению трасс для прокладки групповых линий питания. Причем разветвительные коробки на участках логического разветвления кабелей и при вставке выключателей и переключателей на одной линии будут формироваться автоматически (рис. 5).
  5. Производим расстановку выключателей.
  6. Проектируем розеточную сеть (рис. 6).
  7. Не забываем про схемы и щиты аварийного и эвакуационного освещения.

Рис. 5. Автоматическое размещение разветвительных коробок

Рис. 6. Расстановка на плане элементов розеточной сети из каталога

Щит освещения (ЩО) — важная часть проекта электроснабжения освещения. Он может быть включен  в состав силового щита, но обычно щит освещения выделяют. Установим щит освещения в  доступное, удобное место на плане и сведем к нему все групповые линии в соответствии с ПУЭ. Сечение  кабеля определяется по общей нагрузке щита. Наступает очередь рабочей документации — спецификаций, ведомостей, журналов и однолинейной схемы.

Оценить проект системы электроснабжения и проконтролировать все кабели и трассы лучше всего, посмотрев на объект в трехмерном пространстве (рис. 7). Такую возможность новое приложение Библиотека проектирования систем электроснабжения: ЭС предоставляет!

Рис. 7. Трехмерная модель здания с элементами системы электроснабжения

Спецификация формируется автоматически и включает все элементы, установленные нами на плане и схеме (рис. 8). В нее входят все электромонтажные материалы, выключатели, рейки, корпус щита, автоматы, провод, коробки и др. Это автоматическое действие избавляет проектировщика от утомительной однообразной работы и многократно снижает риск возникновения ошибки.

По окончании проектирования при помощи Инженерного редактора КОМПАС составляем пояснительную записку к проекту, в которой перечисляем, какие чертежи в нем представлены, даем краткое описание принятых решений и применяемых материалов, а также приводим сведения о точках питания и принадлежности объекта.

Рис. 8. Спецификация материалов, полученная в автоматическом режиме

Проект системы электроснабжения объекта всегда решает двойную задачу. С одной стороны, это снабжение энергией электропотребителей, с другой — безопасность и целостность функционирования объекта в целом. Система электроснабжения является неотъемлемой частью системы безопасности, системы охранно­пожарной сигнализации (ОПС), системы контроля и учета доступа. 

По результатам работы Библиотеки проектирования систем электроснабжения: ЭС формируются следующие проектные документы: планы расположения оборудования и электропроводок, однолинейные расчетные схемы, спецификации, ведомости и журналы, таблица значений освещенности в помещении.

Приложение Библиотека проектирования систем электроснабжения: ЭС включает Каталог: Элементы систем электроснабжения, в котором элементы сгруппированы по нескольким разделам:

  • элементы силового электрооборудования:

— релейная защита и подстанционная автоматика,

— сигналы системы диспетчерского управления электроснабжением,

  • элементы электротехнических устройств;

— элементы автоматизации технологического производства:

— контрольно­измерительные приборы и автоматика,

— элементы коммутационных устройств,

— элементы функциональных схем автоматизации техпроцессов;

  • электроустановочные изделия:  осветительные приборы, коробки, розетки, выключатели, кабельные изделия, щиты, шкафы и др.;
  • условно­графические обозначения по ГОСТ 21.614­88.

Каталог также содержит новую базу объектов ЭС для создания однолинейных схем. Объекты каталога имеют трехмерный вид.

При создании приложения использовалась следующая нормативно­техническая документация:

  • ГОСТ 21.1101­2009. Основные требования к проектной и рабочей документации;
  • ГОСТ 21.608­84. СПДС. Внутреннее электрическое освещение. Рабочие чертежи;
  • ГОСТ 17677­82*. Светильники. Общие технические условия;
  • СНиП 23­05­95. Естественное и искусственное освещение;
  • Библия электрика: ПУЭ. 6­е и 7­е изд. МПОТ. ПТЭ. Сибирское универ. изд., 2010;
  • Маньков В.Д. Справочно­методическое пособие по изучению и применению СП 31­110­2003 Свода правил по проектированию и строительству «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий». НОУ ДПО «УМИТЦ «Электро Сервис», 2007;
  • Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения: Метод. пос. для курс. проект. 2­е изд. Форум, 2010;
  • Айзенберг Ю.Б. Справочная книга по светотехнике. М.: Энергоатомиздат, 1995;
  • и другие.

САПР и графика 2`2011

Часть 3: Линейный источник питания

Почти с тех пор, как было электричество, были линейные источники питания, но иногда одного не хватало.

Для некоторых проектов требуется более одного напряжения, и иногда второе напряжение должно быть отрицательным по отношению к первому. Одна из причин этого заключается в том, что напряжение около 0 В невозможно контролировать, если оно также является вашим самым отрицательным напряжением. Инструментарий и аудиоусилители, которые усиливают истинное напряжение AC , также требуют протекания тока в обоих направлениях, что требует истинного источника питания с двойной полярностью.

Одно из решений — купить два коммерческих источника питания и, убедившись, что они оба не зависят от реальной земли, соединить их вместе с общим напряжением.

Использование двух источников питания позволяет экспериментатору увидеть, что произойдет, если два напряжения изменятся независимо друг от друга, как это может случиться с устройством с батарейным питанием, когда батарея на одной стороне источника питания разряжается раньше, чем на другой стороне.

Таким образом, хотя двойной источник питания с фиксированным напряжением и линейной стабилизацией хорош для производства, иногда лабораторный источник питания должен иметь возможность управлять напряжением независимо; а в других случаях управляются вместе.

В этом месяце мы рассмотрим некоторые из этих требований и основу проекта, чтобы выполнить все это.

Хотя операционный усилитель (операционный усилитель) может использоваться с одним напряжением питания, в некоторых проектах требуется, чтобы на операционный усилитель подавалось два напряжения: одно над землей и одно под землей (т. Е. Отрицательное напряжение).

1

2

Один из способов — использовать две батареи 9 В , соединенные одной положительной клеммой с землей, а другой отрицательной клеммой с массой.Вместе две батареи будут вырабатывать 18 В на двух батареях и питать операционный усилитель +/- 9 В постоянного тока на землю для портативного использования. [1] показывает, как можно использовать два обычных источника питания, соединенных вместе, чтобы сформировать источник питания с двумя шинами.

Два напряжения должны быть одинаковыми, но с противоположной полярностью. Чтобы добиться этого с помощью линейных регуляторов, производители IC имеют как положительные, так и отрицательные регуляторы, такие как дополнительные устройства LM7805 / LM7905. Обширная серия включает +/- 9 В, +/- 12 В, +/- 15 В, +/- 18 В и даже +/- 24 В.Вы, вероятно, больше знакомы с LM7805, у которого есть партнер, LM7905.

Первые две буквы обозначают предпочтения производителя, например «LM», что означает «линейный монолитный». Другие устройства могут использовать мкА, ВКЛ и т. Д. Все числа имеют формат 78xx, регулятор положительного напряжения или 79xx, регулятор отрицательного напряжения, где «xx» представляет напряжение устройств, LM7818 будет, например, положительным регулятором 18 В .

Схема, показанная здесь [2] полезна для операционных усилителей и устройств, требующих +/- 12 В постоянного тока, в проекте с минимальным количеством деталей, который может быть добавлен при необходимости.Светодиод LED и балластный резистор могут быть размещены между входом LM7812 и входом LM7912, чтобы указать исходную мощность на входе, или два светодиода и балластные резисторы, добавленные на каждом выходе, чтобы указать, что выходная мощность доступна.

Регуляторы имеют внутреннюю защиту от перегрузки по току и перегрева, поэтому нет необходимости добавлять дополнительную защиту в схему; хотя предохранитель 2 A может быть добавлен в каждый из входов переменного тока, но не заземлен! Все зависит от того, для чего вы используете схему и что вы действительно защищаете.

Наш следующий шаг на пути к полезному лабораторному источнику питания — это источник питания с двойной полярностью и переменным напряжением обоих типов. Мы будем использовать дополнительную пару регуляторов: LM317 и LM 337. Таблицы данных легко доступны в Интернете и их легко найти.

Первое, что следует отметить в отношении двух регуляторов, — это разные соединения. Хотя люди, которые используют эти регуляторы, вероятно, могли бы договориться о том, какие контакты должны быть какими, очень вероятно, используя LM7805 в качестве вероятной модели, у дизайнеров, по-видимому, была веская причина не делать их одинаковыми и не делать их симметричными, зеркальными или зеркальными. , ну все, что можно утверждать как преднамеренное.Иди разберись!

На рисунке ниже показана распиновка LM317 и LM337. Контакты LM317 расположены слева направо, если смотреть на маркированную поверхность: регулировочный штифт, выходной контакт и входной контакт. Есть разумные конструктивные соображения, чтобы сделать такое расположение разумным. Выходной транзистор, возможно, подключенный как к центральному контакту, так и к креплению радиатора, вероятно, обеспечит лучший отвод тепла.

3

Почему тогда LM337 имеет контакты как Регулировка, Вход, Выход? Может быть, кто-нибудь сможет аргументировать это, но я считаю, что это плохой инженерный дизайн.Это все равно, что позволить художникам взять верх. Вместо того, чтобы делать зеркальное отображение PCB для версии положительной печатной платы с отрицательной полярностью, отрицательная сторона печатной платы должна быть спроектирована отдельно. Кроме того, печатная плата проста. Для регулировки каждой полярности можно использовать два отдельных электролизера, или можно подключить два электролизера для одновременной регулировки обоих электролизеров, если вы понимаете, что напряжения будут совпадать только с тем, что вы используете.

Скрытая настройка, которая использовалась в некоторых довольно дорогих старых источниках питания, заключается в том, чтобы поместить горшок меньшего размера, составляющий одну десятую сопротивления основных горшков, между двумя (объединенными) горшками, при этом дворник должен заземляться.Обычно он обозначается как «Fine Volt Adjust», «Balance Adjust» или аналогичный.

Здесь у нас есть одна разновидность [4] с потенциометром 100 Ом , соединяющим дворники двух потенциометров с общей землей. Независимо от того, объединены ли две потенциометры напряжения вместе или нет, потенциометр точной балансировки должен обеспечивать достаточную регулировку, чтобы сбалансировать напряжения любой полярности с одинаковым значением.

4

Регулировка потенциометра приводит к увеличению напряжения на одной полярности и падению напряжения на другой.Небольшая настройка, и вы подобрали напряжения. Неприятность для лаборанта, но простой дешевый трюк для любителей.

Схема [5] имеет ту же схему регулирования, что и раньше, но с добавлением операционного усилителя, который выполняет отслеживание, поэтому требуется только один регулировочный потенциометр. Конечно, можно добавить второй горшок и переключатель, чтобы при необходимости можно было регулировать отдельно.

5

Трансформатор подает источник переменного тока с центральным отводом на входной разъем, который показан как винтовые разъемы; но можно использовать любую форму соединения с соответствующей изоляцией и номинальным током.Самым простым способом провода от трансформатора можно было припаять прямо к печатной плате.

Хотя прямой подход позволяет сэкономить на деталях и снизить риск плохого соединения или потери соединения, он становится проблемой для обслуживания. Печатную плату можно «распаять» и «перепаять» столько раз, прежде чем медная дорожка печатной платы отслоится от платы. Для новичков пайка с первого раза может иметь заметную частоту отказов.

Заземление идет непосредственно к выходному заземлению, которое является не только надежной точкой отсчета, но и помогает гарантировать, что напряжение в этой точке известно.Хотя он не всегда подключается напрямую к земле, электрическому распределительному «заземлению», он часто подключается через резистор в диапазоне килоОм или через конденсатор 600 В 1 мкФ , чтобы помочь заземлить любой RF или даже аудиосистему. помехи, которые попадают в цепь.

Большинство техников по приборам и даже электриков рассказывают о том, как их укусил якобы заземленный провод. Так что это хорошая практика — следовать правилу Малдера: «никому не доверять».

Каждая сторона обмотки с центральным отводом проходит через диодный мост к необработанным положительным и необработанным отрицательным шинам.Два диода подключили катод к катоду к положительной шине, а оставшиеся два подключили анод к аноду к отрицательной шине.

Ток проходит в направлении стрелки в каждом символе диода, и если две полярные нагрузки равны (т. Е. При одинаковом токе нагрузки), ток не будет проходить по дорожке заземления. Однако, если одна нагрузка становится разомкнутой, ток нагрузки оставшейся нагрузки будет проходить по заземляющей дорожке. Поэтому все три дорожки должны быть рассчитаны на ток полной нагрузки источника питания.

Диоды вызывают падение 0,6 В, которое необходимо вычесть из пикового напряжения обмотки трансформатора, по одному прямому напряжению диода на каждую сторону.

Обмотки трансформатора также имеют сопротивление, 0,2 Ом согласно моему мультиметру, но в настоящее время у меня нет подходящего Омметра с низким сопротивлением. Однако при 0,2 Ом (расчетное?) И максимальном токе 1,5 А будет падение 0,3 В на обмотку.

Трансформатор, который я привез домой из Jaycar, тороидальный, с высоким КПД, мощностью 160 ВА, что означает 160 Вольт-Ампер, НЕ Ватт.Трансформаторы и двигатели переменного тока могут указывать максимальную мощность в ваттах, но номинальная мощность в ВА является более важной из двух.

Vrms для моего трансформатора измеряется при 12,48 В переменного тока в заданный день в заданном месте (т.е. напряжение зависит от факторов, которые я не могу контролировать, но в основном это напряжение на моем GPO в любое заданное время суток). Поэтому я могу ожидать 160 ВА / 12,48 В переменного тока = 12,82 А полного тока от двух обмоток. Это намного больше, чем желаемые 1,5 А на каждую сторону, но у него есть много резерва для других дополнений к предлагаемому мной источнику питания для рабочего места.

Обычная ошибка любителей рассчитать минимальный компонент для работы и попытаться заставить ее делать больше, чем она предназначена. Другой трансформатор, имеющий половину мощности, вероятно, стоит всего на несколько долларов меньше.

Этот трансформатор будет обеспечивать +/- 12,48 В среднеквадратичного значения или 17,65 В пикового значения, минус 0,6 В падение напряжения на диоде, или ~ 17 В постоянного тока с полным сглаживанием (или ~ 34 В постоянного тока, если обе полярности используются последовательно для более высокого напряжения).

C1 и C2 — электролитические конденсаторы, подключенные к положительному и отрицательному источнику питания соответственно.Их задача — уменьшить пульсацию до значения, которое можно контролировать с помощью регуляторов, не вызывая пульсации на выходе. Это обманчиво легко сделать без нагрузки, поэтому ток нагрузки является одним из важных факторов, определяющих требуемую емкость. Для данного упражнения максимальный ток можно принять равным 1,5 А.

Частота также определяет требования к емкости, как и максимально допустимые пульсации напряжения. Для двухполупериодного источника питания в системе 50 Гц «время» будет не более одного полупериода, половина x 1/50 Гц = 10 мСм .

Некоторые инженеры предпочитают использовать частоту пульсаций, которая для двухполупериодной выпрямленной синусоидальной волны составляет 2 x f или 100 Гц в Австралии и других странах с частотой 50 Гц.

Наконец, низкие пульсации напряжения позволяют использовать более высокое выходное напряжение. Будем надеяться на пульсацию 1В и посмотрим, как пойдут расчеты.

Из предыдущего столбца емкость определяется по формуле:

C = It / V

, где «C» — емкость в фарадах, «t» — время в секундах, а «V» — максимально допустимое напряжение пульсации.

Следовательно: C = 1,5 A x 0,01 с / 1 В = 15 000 мкФ или 15 мФ.

Примечание. Термин мФ используется редко; однако до того, как был принят термин «микрофарад», термин «ммФ» (милли-милли-Фарад) использовался даже для корпусов конденсаторов, вместо того, чтобы принимать метрическую систему «мкФ».

Те, кто предпочитает использовать частоту пульсаций, вычислили бы это, используя:

C = I / 2fV, = 1,5 / (2 x 50 x 1) = 15 мФ.

Мне не нужен источник питания 1,5 А и не полное доступное напряжение, и поскольку конденсатору требуется некоторое время для зарядки, период 10 мс в любом случае будет несколько меньше, даже при полном токе.Таким образом, хотя 15000 мкФ считается оптимальным, я использовал 4700 мкФ в своем источнике и указал 2200 мкФ как подходящие для этой схемы для экспериментов с операционными усилителями.

Один из моих прошлых источников питания был построен с использованием параллельного подключения 10 x 10 000 мкФ для любительского радиоприемопередатчика, поэтому возможны батареи большой емкости. Я предлагаю оставить вокруг них немного места и убедиться, что у вас есть поток воздуха для вентиляции и охлаждения конденсаторов. Они нагреваются под нагрузкой, и если они превышают рекомендуемые пределы температуры (т.например, температура), они могут выделять электролит — иногда даже взрывоопасно.

Также помогает иметь небольшое сопротивление последовательно с каждым конденсатором, чтобы побудить их делить ток. Десять резисторов с сопротивлением 1 Ом, подключенных параллельно, имеют сопротивление всего 0,1 Ом, и это также помогает сгладить пульсации.

C3 и C4, с C7 и C8 защищают регулятор IC от всплесков и EMI шума, который может усиливаться внутренней схемой регулятора; они помогают защитить схему от помех.

Два регулятора имеют разные выводы, поэтому не пытайтесь копировать верхнюю и нижнюю стороны печатной платы. Каждая ИС имеет вход, выход и регулировочный штифт, который легко подключается к входу трансформатора, а выход — к клеммам нагрузки.

Мы также разрешили для D5 и D6 диод от выхода обратно ко входу каждой полярности IC, чтобы защитить IC от индуктивных нагрузок и внезапной потери входной мощности. Они являются необязательной, но дешевой страховкой, просто обратите внимание на их полярность и ориентацию.

D9 и D10 имеют аналогичное назначение, на этот раз защищая регулировочные штырьки каждой ИС от чрезмерных и / или обратных напряжений. Это маловероятно, но и дешево включить.

IC1, LM317, регулируется потенциометром 2 кОм , хотя можно использовать 1 кОм, пока регулятор Adj. Контакт может получить 50 мкА мин от делителя напряжения без нагрузки цепи смещения, вызывая изменения напряжения.

Предполагая, что максимальное выходное напряжение составляет 15 В, чего я, вероятно, не достигну при выборе трансформатора, поскольку напряжение на головке регулятора может быть равно 2.5В при полной нагрузке. Расчетный ток через потенциометр 2 кОм будет равен I = V / R = (15–1,25) / 2,000 = 6,875 мА, что немного ниже рекомендованного 10 мА; и R1 тогда будет R = V / I = 1,25 В / 6,875 мА = 182 Ом. Поэтому мы будем использовать 180 Ом для R1 и 2000 Ом для VR1.

Для питания с двумя переменными параметрами без отслеживания, мы использовали бы те же значения для R2 и VR2, а также оставим R2 = 180 Ом для версии с отслеживанием. В схеме, которую мы представили, можно добавить переключатель SW1 для переключения между элементами управления двойным выходом и элементами управления слежением.

SW1 не следует менять при подключенной нагрузке, так как на выходе может произойти скачок напряжения до максимума.

Завершая схему, пока без отслеживания, C7 и C8 часто включаются в блоки питания в качестве своего рода финального фильтра. Во-первых, они помогают еще больше сгладить напряжение на нагрузке, но они также помогают устранить колебания нагрузки в цепи питания. Они могут быть намного больше, 1000 мкФ или более, но мы использовали только 100 мкФ и предполагаем, что они не требуются, если нагрузка постоянная и без пульсаций нагрузки.

Это оставляет нам следящий усилитель, использующий LM741, вместо него можно использовать другие операционные усилители, такие как TL071, LF351 и т. Д. LM741 имеет конденсатор на каждом выводе питания, 10 мкФ каждый. Остальные требуемые компоненты — это три резистора: R3, R4 и R5.

R3 соединяет LM741 неинвертирующий вход, контакт 3, на землю в качестве ссылки. В идеале R3 должен быть равен R4 и R5, включенным параллельно, что составляет 5 кОм, поскольку мы использовали 10 кОм для R4 и R5. Схема показывает R3 как 5k1, что является ближайшим доступным стандартным значением.

R4 и R5 включены последовательно через выходы + ve и -ve, и если они точно равны по сопротивлению, и два выхода точно равны по напряжению, но имеют противоположную полярность, тогда центральное соединение между R3 и R4 будет представлять 0 В на инвертирующий вход LM741; и его выход, если бы он не был подключен к R2, был бы 0В.

При подключении к R2, выход LM741 будет только 0 В, если на выходе обоих регуляторов будет 1,25 В с противоположной полярностью.

Если положительное напряжение было 6.25 В, что означает, что напряжение на регулировочном штыре LM317 составляло 5 В, тогда любое напряжение меньше -6,25 В на выходе -ve приведет к тому, что R4 и R5 сделают инвертирующий вывод LM741 более положительным, чем 0 В.

Выход LM741 станет более отрицательным из-за инвертирующего входа, пока выход LM741 не станет -5 В, что заставит LM337 генерировать -6,25 В на выходе -ve. В этот момент инвертирующий и неинвертирующий контакты будут равны, а выход LM741 будет стабильным.

Если изменения нагрузки привели к тому, что выходное напряжение LM337 станет более отрицательным, инвертирующий вход LM741 станет слишком отрицательным, что приведет к тому, что выход LM741 станет более положительным, пока снова выход + ve не станет равным выходу -ve.

Изменение напряжения на LM317 путем регулировки VR1 заставит LM337 следовать за LM317 с отрицательным выходом того же напряжения.

Хотя цель серии статей «Класс» — помочь вам понять, как работает электроника, мы также хотим поделиться достаточной информацией, чтобы вы могли применить эти методы самостоятельно.Однако вы должны знать, что коммерческие источники питания часто имеют необъяснимую схему, которая иногда кажется только для усложнения схемы.

Я полагаю, что добавленная схема вносит определенный вклад при определенных обстоятельствах, но в большинстве случаев коммерческие схемы действительно содержат больше деталей, чем схемы для хобби. Например, конденсатор на VR1 сделает напряжение на VR1 более стабильным, но при регулировке VR1 емкость допускает очень небольшую задержку, измеряемую в миллисекундах, что позволяет LM741 «не отставать».Иногда простой и дешевый блок питания можно модифицировать, чтобы добиться большего, чем предполагалось. Некоторые блоки питания были построены на основе зарядных устройств, но современные зарядные устройства — совсем другое дело.

Часто существуют модификации для коммерческого снаряжения, чтобы помочь снаряжению работать в соответствии с более высокими стандартами, с большей точностью, контролем или управляемостью. Иногда моды позволяют использовать коммерческое оборудование для других целей. Просто убедитесь, что мод хорошо задокументирован, и что вы понимаете, что делается и почему.

Мы не создали проект этого блока питания просто потому, что уже существует множество дешевых коммерческих блоков питания. К тому времени, когда вы соберете корпус, трансформатор, печатную плату, полную компонентов, вольтметр и амперметр, клеммы и проводку, переключатели и ручки, и, без сомнения, другие затраты, о которых я не думал, вы потратите больше, чем может стоить разумный источник питания купить с полки. Однако, если вам нужен специальный источник питания для определенной цели, и вы не можете просто взять его по дороге домой, приятно знать, что вы можете не только построить что-то, что работает, но также диагностировать неисправности и исправить их, или расширить его функциональность, не теряя контроля.

Часть 1

Часть 2

Как работает блок питания

Для контроля доступа, IP-камер и домофонов требуются блоки питания

Разработка источника питания — одна из первых задач в области электротехники, которую я решал в колледже. Я помню те дни. Мы многому научились, например, не пить много пива перед лабораторным занятием. Не вставляйте палец в электрическую розетку. Всегда пытайтесь угадать, что проходит тест. И держитесь подальше от курсов об антеннах, потому что они ужасны.

Источники питания используются в компьютерах, IP-камерах, системах контроля доступа, IP-пейджинге и домофонах. Это один из самых недооцененных компонентов компьютерной системы. Когда вы указываете компьютер, вы думаете о скорости процессора, памяти, хранилище и видеокарте. Блок питания никогда не рассматривается. Конечно, если это не удастся, ни один из других компонентов не будет работать. Иногда самая важная часть системы оказывается самой простой. Кто-нибудь помнит старый анекдот о споре между различными частями тела *?

Конструкция блока питания

В этой статье описывается, как работает блок питания, и некоторые вещи, которые следует учитывать при покупке блока питания.

Что такое блок питания?

Блок питания (PSU) — это устройство, которое преобразует энергию входящей электрической мощности в мощность, которая может использоваться устройством компьютерного типа. Блок питания компьютерного типа преобразует мощность переменного (переменного тока) в постоянный (постоянный), обеспечивает фиксированный уровень выходного напряжения и регулирует или поддерживает выходное напряжение в диапазоне условий нагрузки. На самом деле он не «поставляет» энергию; он преобразует или изменяет его, чтобы электронное устройство могло его использовать.

Например, блок питания вашего компьютера преобразует 120 В переменного тока переменного тока (AC) в низковольтный постоянный ток (DC) при 5 В или 12 В постоянного тока. Блок питания (блок питания) также должен регулировать выходное напряжение, чтобы оно не изменялось более чем на несколько процентов. Он также обычно включает в себя переключатель ограничения тока, который отключается (как предохранитель) при обнаружении слишком большого тока нагрузки. Это защищает загрузочное устройство от повреждений.

Принципиальная схема источника питания

Блок питания состоит из четырех основных частей.

  • Трансформатор : Регулирует напряжение переменного тока до нужного уровня для конкретного источника питания
  • Выпрямитель : Преобразует сигнал переменного тока (переменный ток), чтобы он всегда был положительным (постоянный ток)
  • Фильтр : сглаживает выпуклости в сигнале
  • Регулятор : регулирует выходное напряжение постоянного тока так, чтобы оно поддерживалось на нужном уровне (12 В постоянного тока). Он поддерживает постоянное напряжение, несмотря на изменение нагрузки.
Блок-схема блока питания

Типы блоков питания

Существует два типа источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания .Линейный источник питания имеет простую конструкцию и дешевле импульсного источника питания. Импульсный источник питания сложнее, но он намного эффективнее и гибче.

Линейный источник питания

Вот пример принципиальной схемы. Линейный источник питания включает в себя большой трансформатор, который регулирует входное напряжение, выпрямитель, транзисторы и компонент регулятора напряжения.

Принципиальная схема линейного источника питания
Преимущества линейного источника питания
  • Простое устройство .В линейных регуляторах используется меньше компонентов, чем в импульсных источниках питания. На приведенной выше принципиальной схеме показано, как микросхему регулятора (7812) можно использовать в источнике питания.
  • Низкая стоимость . Если вашему устройству требуется выходная мощность менее 10 Вт, то стоимость компонентов и производства намного ниже, чем у импульсных источников питания.
  • Низкий уровень шума / пульсаций . Линейные регуляторы имеют очень низкие пульсации выходного напряжения и широкую полосу пропускания. Это делает их идеальными для любых приложений, чувствительных к шуму, включая устройства связи и радио.
Недостатки
  • Более крупный : Для линейных источников питания требуется трансформатор большего размера, поэтому они больше и тяжелее, чем импульсные источники питания.
  • Ограниченная гибкость . Линейные регуляторы обычно могут использоваться с фиксированными входным напряжением и частотой. Например, они предназначены для подключения к входу питания 120 В переменного тока, 60 Гц или 240 В переменного тока. Если вы хотите использовать питание 240 В переменного тока, вам необходимо переключить ответвления на входном трансформаторе.
  • Ограниченные тиражи .Источники питания с линейной стабилизацией обеспечивают только одно выходное напряжение. Если вам нужно больше, вам нужно будет добавить отдельный линейный регулятор напряжения на каждый требуемый выход.
  • Низкая эффективность . Среднее устройство с линейным регулированием достигает КПД от 30% до 60% за счет рассеивания тепла. Также требуется радиатор, который увеличивает размер и вес устройства.

Импульсный источник питания

Многие современные источники питания используют импульсное питание. Этот тип источника питания включает импульсный стабилизатор для управления напряжением и током.Он более гибкий и намного более эффективный, чем линейный источник питания. Применяются в домофонах, IP камерах, считывателях-контроллерах контроля доступа.

Схема состоит из намного большего количества блоков, чем линейный источник питания.

Схема импульсного источника питания

Импульсный источник питания может обрабатывать множество различных уровней входного напряжения и частоты переменного тока (переменного тока). Компьютерные продукты продаются в Японии, где напряжение составляет 100 В переменного тока, 50 Гц, и во Франции, где напряжение составляет 230 В при 50 Гц.Импульсный источник питания может вместить все эти источники питания.

Импульсные источники питания также могут преобразовывать мощность постоянного тока с одного уровня напряжения на другой. Например, инжекторы PoE обеспечивают около 48 В постоянного тока на устройство в сети. IP-устройство, такое как камера, имеет преобразователь постоянного тока в постоянный, который преобразует 48 В постоянного тока в 5 В постоянного тока для питания цепей камеры.

Преимущества и недостатки коммутационных расходных материалов

Импульсные источники питания могут иметь более высокий КПД, чем линейные регуляторы, но они могут стать проблемой в некоторых ситуациях, когда шум делает их плохим выбором.Например, для приложений радио и связи требуется малошумящий источник питания.

Преимущества
  • Малый форм-фактор . Понижающий трансформатор в импульсном регуляторе работает на высокой частоте, что означает, что трансформатор намного меньше и легче.
  • Высокая эффективность . Регулировка напряжения в импульсном блоке питания рассеивает меньше тепла. КПД может достигать 85% -90%.
  • Гибкие приложения .К импульсному источнику питания можно добавить дополнительные обмотки, чтобы обеспечить более одного выходного напряжения. Устройство с трансформаторной изоляцией также может обеспечивать выходное напряжение, не зависящее от входного напряжения.
Недостатки
  • Сложная конструкция . Конструкция требует большего количества компонентов, поэтому ее следует разрабатывать тщательно, чтобы обеспечить надежность.
  • Высокочастотный шум . Операция переключения полевого МОП-транзистора в импульсном источнике питания обеспечивает высокочастотный шум в выходном напряжении.Это часто требует использования радиочастотного экранирования и фильтров электромагнитных помех в чувствительных к шуму устройствах.
  • Более высокая стоимость . Для более низкой выходной мощности 10 Вт или менее дешевле использовать линейно регулируемый источник питания.

Краткое описание выбора источника питания

Блок питания преобразует уровни напряжения. Он также преобразует мощность переменного тока в постоянный и поддерживает постоянное напряжение, несмотря на нагрузку. Линейная подача стоит меньше, но менее эффективна и гибка. Импульсный источник питания легче, дороже и эффективнее.


* Шутка:

Однажды разные части тела спорили, чтобы выбрать, кто должен быть ответственным.

Мозг сказал: «Я все думаю, поэтому я самый важный и должен нести ответственность».

Глаза сказали: «Я все вижу и сообщаю остальным, где мы находимся, поэтому я самый важный, и я должен нести ответственность».

Руки сказали: «Без меня мы не смогли бы что-либо поднять или что-либо сдвинуть.Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Желудок сказал: «Я превращаю пищу, которую мы едим, в энергию для остальных. Без меня мы бы голодали. Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Ноги говорили: «Без меня мы не смогли бы никуда двигаться. Так что я самый важный, и я должен быть главным ».

Затем прямая кишка сказала: «Думаю, я должен быть за это».

Все остальные части говорили: « Ты?!? Вы ничего не делаете! Ты не важен! Вы не можете нести ответственность.

Итак, прямая кишка закрыта.

Через несколько дней все ноги начали шататься, живот был тошнотворным, руки дрожали, глаза слезились, а мозг был затуманен. Все они согласились, что больше не могут этого выносить, и решили взять прямую кишку под контроль.

Мораль истории?

Вам не обязательно быть самым важным, чтобы быть ответственным; любой мудак может это сделать.


Если вам нужна помощь в выборе IP-камеры, контроля доступа или IP-пейджинга и внутренней связи, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону 800-431-1658 в США, 914-944-3425 в любом другом месте или воспользуйтесь нашей формой обратной связи.

Полное руководство по проектированию источника питания

История источника питания

Источник питания играет очень важную роль в электронной встроенной системе. Он известен как материнская система, поскольку обеспечивает достаточное количество энергии для различных схем и частей системы. С другой стороны, источник питания должен защищать материнскую плату и не допускать, чтобы проблема достигла основной системы, когда она сталкивается с проблемой из-за суровых условий внешнего мира.

Появились блоки питания с привязными системами, которые соединены электрическим проводом с фиксированной электрической установкой для преобразования, выпрямления и регулирования переменного тока (AC) 110 вольт / 220 вольт в другую электрическую форму, +12 вольт / + 5 вольт постоянный ток (DC), который будет использоваться различными модулями системы.

Источники питания обычно использовались и разрабатывались как автономный интегрированный модуль в персональном компьютере (ПК), который преобразует мощность переменного тока во множество различных падений постоянного напряжения для питания других субмодулей с использованием различных электронных компонентов, таких как транзисторы, электролитические конденсаторы и магнитные индуктивности сердечника. На рис. 1 из источника переменного тока поступают напряжения +12 В, –12 В и 5 В постоянного тока для обслуживания материнской платы микропроцессора или жесткого диска.

На рисунке 2 представлена ​​материнская плата ПК, в которую встроены микропроцессор, периферийные карты и память, которые питают предыдущий блок питания, показанный на рисунке 1.Это преобразование мощности в непосредственной близости от приемного устройства известно как преобразование мощности в точке нагрузки (POL).

Эта идея была представлена ​​во время войны токов между сербско-американским инженером Николой Тесла и американским изобретателем Томасом Эдисоном, в то время как Тесла доказал возможность удаленной передачи переменного тока при очень высоких напряжениях. Таким образом, Tesla также решила проблему потерь энергии в путях передачи из-за высоких токов, как в электронных системах, с помощью преобразования мощности POL.

В настоящее время большинство источников питания включают в себя интегральные схемы (ИС) для получения источника энергии и специальную систему для преобразования и / или регулирования напряжения. Как правило, портативные и крошечные электронные устройства используют герметичную батарею помимо преобразователей напряжения для создания требуемых различных напряжений для нескольких подсистем.

Рис. 1: Блок питания в персональном компьютере

электрические требования к конечному продукту.:

  1. Линейные регуляторы.
  2. Импульсные источники питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).
  3. Высокоэффективные импульсные источники питания с резонансной и квазирезонансной технологией.

Линейные регуляторы

Линейные регуляторы обычно используются в приложениях, которые не требуют высокой эффективности, генерируют небольшое количество тепла при низкой стоимости и коротком времени разработки. Они очень используются во многих приложениях, где выходное напряжение составляет менее 40 вольт постоянного тока.Этот метод позволяет получить единичное выходное напряжение ниже входного. линейный регулятор обеспечивает средний КПД от 35 до 50 процентов. Однако потери энергии рассеиваются в виде тепла.

Импульсные источники питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ)

Импульсные источники питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) более эффективны (КПД 70–85%) и менее тяжелые, чем линейные регуляторы. Они в основном используются в портативной электронике, небольших измерительных приборах, автомобильной и авиационной продукции, автономных приложениях.Импульсные источники питания с ШИМ обеспечивают несколько выходных напряжений с высокой эффективностью. Блоки питания этого типа рассеивают меньше тепла и требуют меньшего количества радиатора. Однако импульсные источники питания с ШИМ более дороги и требуют более длительного периода инженерной разработки.

Импульсные источники питания с высокой эффективностью по резонансной технологии

Эта технология основана на импульсном источнике питания с ШИМ. Они обычно используются в приложениях меньшего размера, таких как легкие переносные модули, электроника космических кораблей и авиационная электроника.Эта технология источника питания требует гораздо больше времени на проектирование и стоит намного дороже, чем первые две технологии.

Распределение энергии

Как правило, электроэнергия подается через токопроводящую связь или методы электромагнитной связи. При проводящей связи мощность передается за счет электрической проводимости, когда заряды перемещаются от одного тела к другому через проводящую среду, такую ​​как электрохимические батареи и источники питания постоянного тока.В электромагнитной связи мощность передается за счет электромагнитной индукции, когда индуцированные заряды перемещаются за счет электромагнитной энергии, такой как демонстрация беспроводной энергии, представленная Николой Тесла в 1893 году для освещения вакуумных ламп.

Таким образом, сеть распределения электроэнергии (PDN), которая направлена ​​на обеспечение целевого устройства надлежащим и стабильным напряжением, достигается за счет соединения и комбинации электрических устройств, которые передают электрическую мощность от источника к электрической нагрузке с минимальными затратами. потеря энергии и минимальная деградация мощности.

Настоящие источники питания постоянного тока с более высоким током, более низким напряжением и меньшим запасом шума по напряжению предназначены для уменьшения сопротивления при протекании тока с помощью выпрямителей — в основном, когда электрическая энергия поступает от источника переменного тока, — которые создают электрический ток течет однонаправленно. Выход постоянного тока этого выпрямителя в некоторых случаях требует дополнительной обработки с помощью фильтров и устройств развязки (конденсаторов и катушек индуктивности) из-за колебаний формы сигнала переменного напряжения от нуля до пиковой амплитуды.

В настоящее время интегрированное распределение энергии — это новый метод, в котором как преобразование, так и распределение энергии встроены в цепи нагрузки. Этот новый метод имеет огромные преимущества за счет уменьшения длины межсоединений между преобразователем мощности и компонентами нагрузки, что приводит к минимизации потерь энергии. Модель PDN представлена ​​на рисунке 3 от диспетчера ресурсов напряжения (VRM) до прикладного процессора (AP).

Рисунок 3: Модель сети подачи питания

Следовательно, характеристики PDN должны определяться на ранней стадии проектирования печатной платы путем извлечения индуктивности контура конденсатора, сопротивления постоянного тока и параметра развязки целевого импеданса.

Параметр индуктивности контура конденсатора помогает определить разделительный конденсатор, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Принцип индуктивности контура

Сопротивление постоянному току может определяться геометрией сетки и ее материалом. проводимость, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Сопротивление постоянному току

Следовательно, для анализа PDN требуется расчет целевого полного сопротивления сети Ztarget с использованием метода целевого импеданса в частотной области ( FDTIM) в соответствии со следующим уравнением:

Целостность электропитания (PI)

Целостность электропитания — это метод, который приводит к доведению источника питания до его идеального состояния или к обеспечению постоянного и стабильного требуемого напряжения питания независимо от мощности. входные изменения и потребляемая мощность нагрузки.

В устройствах постоянного тока идеальный источник питания должен поддерживать постоянное выходное напряжение независимо от потребляемой мощности нагрузки. Как правило, практические особенности источника питания приводят к отклонению выходного напряжения от идеальной кривой. Сегодня PI можно интегрировать в микросхему, в печатную плату (PCB), в корпус микросхемы и в основную систему.

Для обеспечения целостности питания на уровне печатной платы необходимо решить следующие четыре проблемы:

Прежде всего, вы должны поддерживать и минимизировать пульсации напряжения на контактных площадках микросхемы в соответствии со спецификацией, установленной клиентом.

Затем вы должны контролировать отскок земли и электромагнитные помехи из-за сети распределения питания, которая включает в себя множество проводников на печатной плате, которые увеличивают шум. Кроме того, вы должны поддерживать подходящее напряжение постоянного тока на нагрузке при работе с большими токами.

Расчет бюджета мощности

Подобно бюджету, необходимому для ваших финансов, бюджет мощности указывает необходимое количество энергии, которое будет снабжать устройство именно его электронными модулями и подсистемами.

При проектировании продукта определение мощности и оценка позволяют определить, какой источник питания больше подходит для вашего продукта, а также для ваших комплектов компонентов для большего рассеивания тепла.

В этом случае мы возьмем простой пример электронной схемы, для которой требуется программа для работы с электронными таблицами (с использованием Minitab 17), которая включает простые математические функции, как показано на рисунке 6, и таблицы различных микросхем, чтобы узнать, каков бюджет мощности. рассчитано.

Рисунок 6: Бюджет мощности

Два столбца (A и B) используются для идентификации данных каждого устройства. Затем вторые два столбца (C и D) можно использовать для расчета мультипликативного коэффициента, что означает, что если ваша схема включает 6 компонентов, которые содержат 3 операционных усилителя (ОУ) на каждый, то это будет потреблять в 18 раз больше мощности, чем одно устройство на плате, которое содержит только один операционный усилитель на каждый. В следующих двух столбцах (E и F) указано количество тока, потребляемого каждым устройством (указанное в таблице данных), а затем сумма всех устройств на плате.Поэтому напряжение питания указано в столбце G, который используется для расчета потребляемой мощности с использованием известной формулы мощности (мощность [Вт] = ток [A] x напряжение [В]), представленной в столбце H на устройство. Суммируются все эти потребления и дается общая электрическая мощность, потребляемая продуктом.

В приведенном выше примере продукту требуется 5 вольт и 1 ампер от источника питания (~ 5 Вт). В этом случае целесообразно разработать источник питания, способный обеспечить 1.5 ампер. Эта 50-процентная погрешность рассматривается как подушка, которая позволяет скрыть просчет и расширить доску в будущем. Эта погрешность зависит от приложения и его требований.

Бюджеты мощности важны при разработке нового продукта, потому что они дают представление о сроке службы батареи. По этой причине настоятельно рекомендуется научиться рассчитывать бюджет мощности, и он принесет вам дивиденды в будущем.

Топология регулируемого источника питания

Источник питания, основанный на линейных регуляторах, преобразует нерегулируемый переменный ток (AC) в постоянный и стабильный постоянный ток (DC) даже при изменении нагрузки или входа.Этот тип источника питания состоит из нескольких блоков, как показано на рисунке 7.

Рисунок 7: Блок-схема линейно регулируемого источника питания

Линейный источник питания обеспечивает диэлектрическую изоляцию за счет использования основного источника питания или переменного тока. трансформатор. Функция регулирования обеспечивает стабильность выходного напряжения при изменении токов нагрузки. Чтобы упростить ситуацию, линейные регуляторы являются понижающими регуляторами только потому, что входное напряжение должно быть выше желаемого выходного напряжения.

Стабильность выходного напряжения в регулируемых источниках питания достигается за счет замкнутого контура отрицательной обратной связи, который позволяет поддерживать выходное напряжение на постоянном значении.

Два основных момента, которые вы должны принять во внимание, прежде чем иметь дело с линейными регуляторами при проектировании источника питания. Первый — это запас напряжения, который представляет собой мгновенное падение напряжения между входом и выходом. Второе соображение — это минимальное падение напряжения линейного регулятора, которое является минимальным запасом по напряжению, с которым регулятор может справиться, ниже этого значения регуляторы выйдут из строя.

Например, в знаменитых трехконтактных регуляторах, таких как серия LM78XX, падение напряжения составляет от 1,8 до 2,5 вольт постоянного тока. При проектировании линейных источников питания с входным напряжением от 1,8 до 2,5 В постоянного тока настоятельно рекомендуется использовать стабилизатор с малым падением напряжения (LDO).

LDO — это линейные регуляторы напряжения, которые обеспечивают очень небольшое напряжение между входом и выходом. Они также продолжают работать, даже если выходное напряжение ближе к входному.LDO занимает мало места по сравнению с обычным линейным стабилизатором напряжения и не дает никаких помех переключения. Некоторые известные LDO, такие как AMS1117, MIC29302 и RT9199, представлены на рисунке

Рисунок 8: ИС LDO

Рисунок 9: Состав LDO

LDO состоит из трех основных компонентов: элемент, источник опорного напряжения и усилитель ошибки, как показано на рисунке 9. пропуск элемента, как правило, Р-канальный / N-канальный полевой транзистор (полевой транзистор) или NPN / PNP биполярный плоскостной транзистор (BJT).Входное напряжение подается в проходной элемент (в данном случае полевой транзистор с N каналом). Этот полевой транзистор работает в области усиления / линейности, чтобы минимизировать входное напряжение до желаемого выходного напряжения. Усилитель ошибки отслеживает выходное напряжение, сравнивая его с опорным напряжением. LDO могут использоваться в различных приложениях бытовой / персональной электроники, в основном в высокоэффективных линейных источниках питания.

С другой стороны, преобразователи постоянного / постоянного тока быстро завоевывают популярность, и их можно включать в блоки питания.Преобразователи постоянного тока в постоянный преобразуют входное постоянное напряжение в другое значение постоянного напряжения путем включения и выключения (ШИМ) переключающих элементов, таких как полевые МОП-транзисторы и полевые транзисторы, с высокой эффективностью (95%). Однако они создают пульсации и переключающий шум в выходном напряжении, что не подходит для чувствительных к шуму продуктов. Разработка печатных плат с использованием преобразователей постоянного тока в постоянный ток будет дорогостоящей и сложной, поскольку по сравнению с регуляторами LDO необходимо добавлять дополнительные компоненты. Разработчику печатных плат важно выбрать правильную технологию, соответствующую вашим требованиям.В таблице 1 мы сравниваем стабилизаторы LDO и преобразователи постоянного тока в постоянный.

Таблица 1: Сравнение LDO и DC / DC преобразователей

Общие рекомендации и рекомендации по компоновке

Для LDO требуются конденсаторы как на входе, так и на выходе. Следовательно, входной конденсатор обходит внутренний операционный усилитель, который используется в контуре регулирования напряжения. Однако выходной конденсатор усиливает реакцию регулятора на резкие изменения нагрузки.В общем случае вы можете разместить керамический конденсатор 0,1 мкФ непосредственно рядом с LDO. При работе с большими токами и использовании регуляторов Super LDO (MIC5157 и MIC5158) следует использовать конденсатор 10 мкФ или больше. Для LDO требуется минимальная емкость конденсатора, которая указана в таблице данных для контура управления напряжением. Подводя итог, можно сказать, что установка керамического конденсатора байпаса и фильтра — это решение многих неожиданных проблем.

С другой стороны, нежелательные падения напряжения и чрезмерное сопротивление выводов решаются увеличением размера проводника, как показано на рисунке 10.

Рисунок 10: Схема LDO

В этом разделе мы обсудим рекомендации по размещению регуляторов и сосредоточимся на популярном корпусе TO-220, но эти рекомендации останутся применимыми к другим пакетам.

LDO должны быть размещены вверху или в верхнем левом углу вашей платы, потому что они представляют собой начальную точку сигнала, который подает вашу плату.

При переходе к процессу сборки вы должны использовать плоскогубцы, чтобы согнуть внешний вывод LDO.

Вашему корпусу LDO TO-220 может не требоваться радиатор, если рассеиваемая мощность не превышает 2 Вт. В противном случае вы можете использовать радиаторы с монтажными зажимами, которые обеспечивают низкое тепловое сопротивление и хорошую площадь теплового контакта. Следовательно, вы можете использовать крепежные винты для крепления радиатора, как показано на рисунке 11, но вы должны приложить соответствующий крутящий момент, чтобы избежать растрескивания ИС.

Рисунок 11: Крепление корпуса TO-220 к радиаторам с помощью крепежного винта

Практический пример

Линейные регуляторы используются во многих портативных устройствах, чтобы обеспечить им подходящие значения напряжения и тока.Чтобы прояснить идеи, мы возьмем практический пример конструкции блока питания мобильного телефона, рассчитав бюджет мощности, а затем примем решения по мощности.

На рисунке 13 представлена ​​блок-схема сотового телефона Openmoko Neo Freerunner (версия A6), а в таблице 2 перечислены его основные ключевые компоненты с данными о потребляемой мощности, полученными непосредственно из таблиц данных.

Рисунок 12: Архитектура устройства Freerunner

Таблица 2: Технические характеристики модуля Openmoko Neo Freerunner

Бюджет мощности в этом случае рассчитывается автоматически путем суммирования энергопотребления каждого устройства.Итого 68 милливатт.

Чтобы обеспечить достаточную мощность для всех этих устройств, мы предлагаем в этом случае использовать LDO, и каждый модуль будет иметь свою мощность, не мешая другим, как показано на рисунке, который представляет блок-схему источника питания (аккумулятор 200 мАч и 3,7 В постоянного тока), чтобы удовлетворить бюджет мощности смартфона Openmoko Neo Freerunner.

Рис. 13: Блок-схема блока питания смартфона

Импульсный блок питания: преимущества использования и принцип работы | Статья

.

СТАТЬЯ ОБРАЗОВАНИЯ


Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Что такое блок питания?

Источник питания — это электрическое устройство, которое преобразует электрический ток, исходящий от источника питания, в значение напряжения, необходимое для питания нагрузки, такой как двигатель или электронное устройство.

Существует два основных исполнения источников питания: линейный источник питания и импульсный источник питания.

  • Линейный: В конструкции линейного источника питания используется трансформатор для понижения входного напряжения. Затем напряжение выпрямляется и превращается в напряжение постоянного тока, которое затем фильтруется для улучшения качества формы сигнала. В линейных источниках питания используются линейные регуляторы для поддержания постоянного напряжения на выходе. Эти линейные регуляторы рассеивают лишнюю энергию в виде тепла.
  • Коммутация: Импульсный источник питания — это новая методология, разработанная для решения многих проблем, связанных с конструкцией линейного источника питания, включая размер трансформатора и регулировку напряжения. В схемах импульсных источников питания входное напряжение больше не снижается; вместо этого он исправляется и фильтруется на входе. Затем напряжение проходит через прерыватель, который преобразует его в серию высокочастотных импульсов. Прежде чем напряжение достигнет выхода, оно снова фильтруется и выпрямляется.

Как работает импульсный источник питания?

На протяжении многих лет линейные источники питания переменного / постоянного тока преобразуют мощность переменного тока из электросети в напряжение постоянного тока для работы бытовой техники или освещения. Потребность в источниках меньшего размера для приложений большой мощности означает, что линейные источники питания стали использоваться в конкретных промышленных и медицинских целях, где они все еще необходимы из-за низкого уровня шума. Но на смену им пришли импульсные источники питания, потому что они меньше, эффективнее и способны выдерживать большую мощность. На рисунке 1 показано общее преобразование переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) в импульсном источнике питания.

Рисунок 1: Изолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока

Выпрямление входа

Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Выпрямление входного сигнала — это первый шаг в импульсных источниках питания переменного / постоянного тока.

Принято считать, что постоянное напряжение — это прямая, непоколебимая линия постоянного напряжения, подобная той, которая выходит из батареи.Однако то, что определяет постоянный ток (DC), — это однонаправленный поток электрического заряда. Это означает, что напряжение течет в одном направлении, но не обязательно постоянно.

Синусоидальная волна представляет собой наиболее типичную форму волны переменного тока, которая является положительной для первого полупериода, но отрицательной для остальной части цикла. Если отрицательный полупериод реверсируется или устраняется, то ток перестает меняться и становится постоянным. Этого можно добиться с помощью процесса, называемого исправлением.

Выпрямление может быть достигнуто с помощью пассивного полумостового выпрямителя для устранения отрицательной половины синусоидальной волны с помощью диода (см. Рисунок 2) . Диод позволяет току течь через него во время положительной половины волны, но блокирует ток, когда он течет в противоположном направлении.

Рисунок 2: Полумостовой выпрямитель

После выпрямления результирующая синусоида будет иметь низкую среднюю мощность и не сможет эффективно обеспечивать питание устройств.Гораздо более эффективным методом было бы изменить полярность отрицательной полуволны и сделать ее положительной. Этот метод называется двухполупериодным выпрямлением, и для него требуется всего четыре диода в конфигурации моста (см. Рисунок 3) . Такая конструкция поддерживает стабильное направление тока независимо от полярности входного напряжения.

Рисунок 3: Полномостовой выпрямитель

Полностью выпрямленная волна имеет более высокое среднее выходное напряжение, чем напряжение, создаваемое полумостовым выпрямителем, но это все еще очень далеко от постоянной формы волны постоянного тока, необходимой для питания электронных устройств.Хотя это волна постоянного тока, ее использование для питания устройства было бы неэффективным из-за формы волны напряжения, которая очень быстро и очень часто меняет значение. Это периодическое изменение напряжения постоянного тока называется пульсацией — уменьшение или устранение пульсаций имеет решающее значение для эффективного источника питания.

Самый простой и наиболее часто используемый метод уменьшения пульсаций — это использование большого конденсатора на выходе выпрямителя, называемого накопительным конденсатором или сглаживающим фильтром (см. Рисунок 4) .

Конденсатор накапливает напряжение во время пика волны, а затем снабжает нагрузку током до тех пор, пока его напряжение не станет меньше, чем сейчас нарастающая волна выпрямленного напряжения. Результирующая форма волны намного ближе к желаемой форме и может считаться постоянным напряжением без составляющей переменного тока. Этот окончательный сигнал напряжения теперь можно использовать для питания устройств постоянного тока.

Рисунок 4: Полномостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром

Пассивное выпрямление использует полупроводниковые диоды в качестве неуправляемых переключателей и является самым простым методом выпрямления волны переменного тока, но не самым эффективным.

Диоды — относительно эффективные переключатели; они могут быстро включаться и выключаться с минимальными потерями энергии. Единственная проблема с полупроводниковыми диодами заключается в том, что они имеют падение напряжения прямого смещения от 0,5 В до 1 В, что снижает эффективность.

Активное выпрямление заменяет диоды управляемыми переключателями, такими как полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы (см. Рисунок 5) . У этого есть два преимущества: во-первых, выпрямители на основе транзисторов устраняют фиксированное падение напряжения от 0,5 В до 1 В, связанное с полупроводниковыми диодами, поскольку их сопротивление может быть произвольно малым и, следовательно, иметь небольшое падение напряжения.Во-вторых, транзисторы представляют собой управляемые переключатели, что означает, что частоту переключения можно контролировать и, следовательно, оптимизировать.

Обратной стороной является то, что активные выпрямители требуют более сложных схем управления для достижения своей цели, что требует дополнительных компонентов и, следовательно, делает их более дорогими.

Рисунок 5: Полномостовой активный выпрямитель

Коррекция коэффициента мощности (PFC)

Второй этап в конструкции импульсного источника питания — это коррекция коэффициента мощности (PFC).

Цепи

PFC имеют мало общего с фактическим преобразованием мощности переменного тока в мощность постоянного тока, но являются важным компонентом большинства коммерческих источников питания.

Рисунок 6: Осциллограммы напряжения и тока на выходе выпрямителя

Если вы понаблюдаете за формой волны тока накопительного конденсатора выпрямителя (см. Рисунок 6) , вы увидите, что зарядный ток течет через конденсатор в течение очень короткого промежутка времени, особенно с точки, где напряжение на входе конденсатор больше, чем заряд конденсатора до пика выпрямленного сигнала.Это вызывает серию коротких всплесков тока в конденсаторе, что создает значительную проблему не только для источника питания, но и для всей электросети из-за большого количества гармоник, которые эти всплески тока вводят в сеть. Гармоники могут создавать искажения, которые могут повлиять на другие источники питания и устройства, подключенные к сети.

В схеме импульсного источника питания цель схемы коррекции коэффициента мощности — минимизировать эти гармоники путем их фильтрации.Для этого есть два варианта: активная и пассивная коррекция коэффициента мощности.

  • Пассивные схемы коррекции коэффициента мощности состоят из пассивных фильтров нижних частот, которые пытаются устранить высокочастотные гармоники. Однако источники питания, особенно в приложениях с большой мощностью, не могут соответствовать международным нормам по гармоническому шуму с использованием только пассивной коррекции коэффициента мощности. Вместо этого они должны применять коррекцию активной мощности.
  • Активная коррекция коэффициента мощности изменяет форму кривой тока и заставляет ее следовать за напряжением.Гармоники перемещаются на гораздо более высокие частоты, что упрощает их фильтрацию. Наиболее широко используемой схемой для этих случаев является повышающий преобразователь, также называемый повышающим преобразователем.

Изоляция: изолированные и неизолированные импульсные источники питания

Независимо от того, присутствует ли схема PFC, последний этап преобразования мощности — это понижение выпрямленного напряжения постоянного тока до нужной величины для предполагаемого применения.

Поскольку форма входного переменного тока выпрямлена на входе, выходное напряжение постоянного тока будет высоким: если нет коррекции коэффициента мощности, выходное напряжение постоянного тока выпрямителя будет около 320 В.Если есть активная схема коррекции коэффициента мощности, на выходе повышающего преобразователя будет постоянное постоянное напряжение 400 В или более.

Оба сценария чрезвычайно опасны и бесполезны для большинства приложений, которые обычно требуют значительно более низких напряжений. В таблице 1 показаны некоторые аспекты преобразователя и приложения, которые следует учитывать при выборе правильной топологии изоляции.

Изолированные источники питания переменного / постоянного тока Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока
Топология Обратный преобразователь Понижающий преобразователь
Безопасность Гальваническая развязка обеспечивает повышенную безопасность пользователя Возможные утечки тока могут причинить значительный вред пользователям или нагрузкам
Размер и эффективность Трансформаторы увеличивают размер и вес Требуется только один индуктор, схема гораздо меньшего размера
КПД Потери в железе и меди трансформатора влияют на КПД Один индуктор намного эффективнее, чем целый трансформатор
Сложность Схема управления необходима как для

Таблица 1: Изолированные vs.Неизолированные источники питания переменного / постоянного тока

При выборе метода понижения главное внимание уделяется безопасности.

Источник питания подключен к сети переменного тока на входе, что означает, что в случае утечки тока на выходе электрический ток такой степени может серьезно повредить или вызвать смерть, а также повредить любое устройство, подключенное к выходу.

Безопасность может быть достигнута за счет магнитной изоляции входных и выходных цепей источника питания переменного / постоянного тока, подключенного к сети.Наиболее широко используемые цепи в изолированных источниках питания переменного / постоянного тока — это обратноходовые преобразователи и резонансные LLC-преобразователи, поскольку они включают гальваническую или магнитную изоляцию (см. Рисунок 7) .

Рисунок 7: Обратный преобразователь (слева) и LLC-резонансный преобразователь (справа)

Использование трансформатора означает, что сигнал не может быть постоянным напряжением. Вместо этого должно быть изменение напряжения и, следовательно, изменяющийся ток, чтобы передавать энергию от одной стороны трансформатора к другой через индуктивную связь.Следовательно, как обратный преобразователь, так и LLC-преобразователи «прерывают» входное постоянное напряжение в виде прямоугольной волны, которая может быть понижена с помощью трансформатора. Затем выходная волна должна быть снова выпрямлена перед выходом.

Обратные преобразователи в основном используются для приложений с низким энергопотреблением. Обратный преобразователь представляет собой изолированный повышающий-понижающий преобразователь, что означает, что выходное напряжение может быть как выше, так и ниже входного напряжения, в зависимости от соотношения витков трансформатора между первичной и вторичной обмотками.

Обратный преобразователь работает аналогично повышающему преобразователю.

Когда переключатель замкнут, первичная катушка заряжается входом, создавая магнитное поле. Когда переключатель разомкнут, заряд в первичной катушке индуктивности передается на вторичную обмотку, которая вводит ток в цепь, питающую нагрузку.

Обратные преобразователи

относительно просты в проектировании и требуют меньшего количества компонентов, чем другие преобразователи, но не очень эффективны из-за значительных потерь из-за жесткого переключения при принудительном включении и выключении транзистора произвольно (см. Рисунок 8).Это очень пагубно сказывается на жизненном цикле транзистора и приводит к значительным потерям мощности, особенно в приложениях с высокой мощностью, поэтому обратноходовые преобразователи лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, обычно до 100 Вт.

Резонансные LLC-преобразователи чаще используются в приложениях большой мощности. Эти цепи также имеют магнитную изоляцию через трансформатор. Преобразователи LLC основаны на явлении резонанса, которое представляет собой усиление определенной частоты, когда она совпадает с собственной частотой фильтра.В этом случае резонансная частота LLC-преобразователя определяется последовательно включенными катушкой индуктивности и конденсатором (LC-фильтр) с дополнительным эффектом первичной катушки индуктивности трансформатора (L), отсюда и название LLC-преобразователь.

Резонансные преобразователи

LLC предпочтительны для приложений большой мощности, поскольку они могут производить переключение при нулевом токе, также известное как мягкое переключение (см. Рисунок 8) . Этот метод переключения включает и выключает переключатель, когда ток в цепи приближается к нулю, сводя к минимуму потери переключения транзистора, что, в свою очередь, снижает электромагнитные помехи и повышает эффективность.К сожалению, за это улучшение рабочих характеристик приходится платить: сложно спроектировать LLC-резонансный преобразователь, который может обеспечить плавное переключение для широкого диапазона нагрузок. С этой целью MPS разработала специальный инструмент для проектирования LLC, который помогает убедиться, что преобразователь работает точно в правильном резонансном состоянии для оптимальной эффективности переключения.

Рисунок 8: Жесткое переключение (слева) в сравнении с потерями при мягком переключении (справа)

Ранее в этой статье мы обсуждали, почему одним из ограничений источников питания переменного / постоянного тока являются размер и вес входного трансформатора, который из-за низкой рабочей частоты (50 Гц) требует больших катушек индуктивности и магнитных сердечников, чтобы избежать насыщения. .

В импульсных источниках питания частота колебаний напряжения значительно выше (как минимум выше 20 кГц). Это означает, что понижающий трансформатор может быть меньше, потому что высокочастотные сигналы генерируют меньше магнитных потерь в линейных трансформаторах. Уменьшение размеров входных трансформаторов позволяет миниатюризировать систему до такой степени, что весь блок питания помещается в корпус размером с зарядные устройства для мобильных телефонов, которые мы используем сегодня.

Существуют устройства постоянного тока, которым не требуется изоляция, обеспечиваемая трансформатором.Это обычно наблюдается в устройствах, к которым не нужно напрямую прикасаться пользователю, таких как освещение, датчики, IoT и т. Д., Потому что любые манипуляции с параметрами устройства выполняются с отдельного устройства, такого как мобильный телефон, планшет или компьютер.

Это дает большие преимущества с точки зрения веса, размера и производительности. Эти преобразователи снижают уровни выходного напряжения с помощью понижающего преобразователя высокого напряжения, также называемого понижающим преобразователем. Эту схему можно описать как инверсию повышающего преобразователя, описанного ранее.В этом случае, когда транзисторный ключ закрыт, ток, протекающий через катушку индуктивности, генерирует напряжение на катушке индуктивности, которое противодействует напряжению от источника питания, уменьшая напряжение на выходе. Когда переключатель размыкается, катушка индуктивности выпускает ток, который течет через нагрузку, поддерживая значение напряжения на нагрузке, в то время как цепь отключена от источника питания.

В импульсных источниках питания переменного / постоянного тока используется высоковольтный понижающий преобразователь, поскольку полевой МОП-транзистор, который действует как переключатель, должен выдерживать большие изменения напряжения (см. Рисунок 9) .Когда переключатель замкнут, напряжение на полевом МОП-транзисторе близко к 0 В; но когда он открывается, это напряжение возрастает до 400 В для однофазных приложений или до 800 В для трехфазных преобразователей. Эти большие резкие изменения напряжения могут легко повредить нормальный транзистор, поэтому используются специальные высоковольтные полевые МОП-транзисторы.

Рисунок 9: Неизолированный импульсный источник питания переменного / постоянного тока с активным PFC

Понижающие преобразователи

гораздо проще интегрировать, чем трансформаторы, потому что требуется только один индуктор.Они также намного более эффективны при понижении напряжения с нормальным КПД выше 95%. Такой уровень эффективности возможен, потому что транзисторы и диоды почти не имеют потерь мощности при переключении, поэтому единственные потери происходят от катушки индуктивности.

Одним из примеров неизолированного выходного стабилизатора переменного / постоянного тока является семейство MPS MP17xA. Это семейство может управлять многими различными топологиями преобразователя, такими как понижающий, повышающий, понижающий-повышающий или обратноходовой. Его можно использовать для напряжений до 700 В, то есть он предназначен для однофазных источников питания.У него также есть опция зеленого режима, в котором частота переключения и пиковый ток уменьшаются пропорционально нагрузке, повышая общую эффективность источника питания. Рисунок 10 показывает типичную прикладную схему MP173A, в которой он регулирует понижающий преобразователь, состоящий из катушки индуктивности (L1), диода (D1) и конденсатора (C4). Резисторы (R1 и R2) образуют делитель напряжения, который обеспечивает напряжение обратной связи (вывод FB), замыкая контур управления.

Рисунок 10: Типовая прикладная схема MP173A

Импульсные блоки питания переменного / постоянного тока

предлагают повышенную производительность при небольшом размере, что и сделало их такими популярными.Обратной стороной является то, что их схемы значительно сложнее, и они требуют более точных схем управления и фильтров шумоподавления. Несмотря на дополнительную сложность, MPS предлагает простые и эффективные решения, облегчающие разработку вашего источника питания переменного / постоянного тока.

Сводка

Импульсные блоки питания

AC / DC в настоящее время являются наиболее эффективным способом преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока. Преобразование мощности происходит в три этапа:

  1. Входное выпрямление: этот процесс преобразует сетевое напряжение переменного тока в выпрямленную волну постоянного тока с помощью диодного моста.На выходе моста добавлен конденсатор для уменьшения напряжения пульсаций.
  2. Коррекция коэффициента мощности (PFC): из-за нелинейного тока в выпрямителе гармоническая составляющая тока довольно велика. Есть два способа решить эту проблему. Первый — это пассивная коррекция коэффициента мощности, использующая фильтр для ослабления влияния гармоник, но он не очень эффективен. Второй вариант, называемый активным PFC, использует импульсный повышающий преобразователь, чтобы форма волны тока соответствовала форме входного напряжения.Активная коррекция коэффициента мощности — единственный метод проектирования преобразователя мощности, отвечающий современным стандартам размера и эффективности.
  3. Изоляция: Импульсные источники питания могут быть изолированными или неизолированными. Устройство изолируется, когда вход и выход источника питания физически не соединены. Изоляция осуществляется с помощью трансформаторов, которые гальванически изолируют две половины цепи. Однако трансформаторы могут передавать электроэнергию только при изменении тока, поэтому выпрямленное постоянное напряжение преобразуется в высокочастотную прямоугольную волну, которая затем передается во вторичную цепь, где снова выпрямляется и, наконец, передается на выход.

При проектировании импульсного источника питания необходимо учитывать множество различных аспектов, особенно связанных с безопасностью, производительностью, размером, весом и т. Д. Цепи управления для импульсных источников питания также более сложны, чем в линейных источниках питания, поэтому многие Разработчики считают полезным использование интегрированных модулей в своих источниках питания.

MPS предлагает широкий спектр модулей, которые могут упростить проектирование импульсных источников питания, таких как преобразователи мощности, контроллеры, выпрямители и т. Д.

_________________________

Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!

Регулируемая поставка »Электроника

Источники питания с линейной стабилизацией могут обеспечивать чрезвычайно низкий уровень выходного шума и хорошую стабилизацию, но за счет размера и эффективности.


Схемы линейного источника питания Праймер и руководство Включает:
Линейный источник питания Шунтирующий регулятор Регулятор серии Ограничитель тока Регуляторы серий 7805, 7812 и 78 **

См. Также: Обзор электроники блока питания Импульсный источник питания Защита от перенапряжения Характеристики блока питания Цифровая мощность Шина управления питанием: PMbus Бесперебойный источник питания


Линейные источники питания широко используются из-за преимуществ, которые они предлагают с точки зрения общей производительности, а также эта технология очень хорошо зарекомендовала себя, потому что она была доступна в течение очень многих лет.

Хотя линейные источники питания могут быть не такими эффективными, как импульсные источники питания, они обеспечивают лучшую производительность и поэтому используются во многих приложениях, где шум имеет большое значение.

Одна из основных областей, где почти всегда используются линейные источники питания, — это аудиовизуальные приложения, усилители Hi-Fi и тому подобное. Здесь шум и всплески переключения от импульсных источников питания могут вызывать проблемы — при этом говорится, что SMPS постоянно улучшают производительность, но линейные источники, как правило, используются большую часть времени.

Типовой регулируемый линейный источник питания для лабораторных стендов

Основы линейного источника питания

Источники питания с линейной стабилизацией получили свое название от того факта, что в них используются линейные, т. Е. Не коммутационные методы, для регулирования выходного напряжения источника питания. Термин линейный источник питания означает, что источник питания регулируется для обеспечения правильного напряжения на выходе.

Измеряется напряжение, и этот сигнал подается обратно, обычно в какой-либо дифференциальный усилитель, где он сравнивается с опорным напряжением, и результирующий сигнал используется для обеспечения того, чтобы на выходе оставалось требуемое напряжение.

Иногда измерение напряжения может осуществляться на выходных клеммах, а в некоторых случаях — непосредственно на нагрузке. Дистанционное измерение используется там, где могут быть омические потери между источником питания и нагрузкой. Часто такая возможность есть у лабораторных стендов.

Различные линейные источники питания будут иметь разные схемы и включать разные схемные блоки, если требуются дополнительные возможности, но они всегда будут включать в себя базовые блоки, а также некоторые дополнительные дополнительные.

Входной трансформатор питания

Поскольку многие регулируемые источники питания получают питание от сети переменного тока, для линейных источников питания часто используется понижающий или иногда повышающий трансформатор. Это также служит для изоляции источника питания от сетевого входа в целях безопасности.

Трансформатор обычно представляет собой относительно большой электронный компонент, особенно если он используется в линейно регулируемом источнике питания большей мощности. Трансформатор может значительно увеличить вес источника питания, а также может быть довольно дорогим, особенно для более мощных.

В зависимости от используемого выпрямителя трансформатор может быть с одной вторичной обмоткой или с центральным ответвлением. Также могут присутствовать дополнительные обмотки, если требуются дополнительные напряжения.

Для старинных радиоприемников и другой старинной электронной электроники многократные вторичные обмотки были обычным явлением. Обычно основная вторичная обмотка имела центральный отвод, чтобы обеспечить двухполупериодное выпрямление с помощью двойного диодного клапана или трубчатого выпрямителя, а дополнительные вторичные обмотки требовались для вентильных или трубчатых нагревателей — часто 5 вольт для выпрямителя, а затем 6.3в для самих клапанов / трубок.

Выпрямитель

Поскольку вход от источника переменного тока является переменным, его необходимо преобразовать в формат постоянного тока. Доступны различные формы выпрямительной схемы.

Самая простая форма выпрямителя, которую можно использовать в источнике питания, — это одиночный диод, обеспечивающий полуволновое выпрямление. Этот подход обычно не используется, потому что сложнее удовлетворительно сгладить выходной сигнал.

Обычно используется двухполупериодное выпрямление с использованием обеих половин цикла.Это обеспечивает более легкое сглаживание формы волны.

Есть два основных подхода к обеспечению полуволнового выпрямления. Один из них — использовать трансформатор с отводом от центра и два диода. Другой — использовать одну обмотку на трансформаторе источника питания и использовать мостовой выпрямитель с четырьмя диодами. Поскольку диоды очень дешевы, а стоимость трансформатора с центральным ответвлением выше, наиболее распространенным подходом в наши дни является использование мостового выпрямителя.

Примечание по схемам диодного выпрямителя:

Диодные выпрямительные схемы используются во многих областях, от источников питания до радиочастотной демодуляции.В схемах диодного выпрямителя используется способность диода пропускать ток только в одном направлении. Есть несколько разновидностей от полуволнового до двухполупериодного, мостовые выпрямители, пиковые детекторы и многое другое.

Подробнее о Диодные выпрямительные схемы

Даже для регуляторов с питанием от постоянного тока на входе может быть установлен выпрямитель для защиты от обратного подключения источника питания.

Электропитание сглаживающее

После выпрямления из сигнала переменного тока необходимо сглаживать постоянный ток, чтобы удалить изменяющийся уровень напряжения.Для этого используются большие емкостные конденсаторы.

Сглаживающее действие накопительного конденсатора

В сглаживающем элементе схемы используется большой конденсатор. Он заряжается по мере того, как сигнал, поступающий от выпрямителя, достигает своего пика. По мере того, как напряжение выпрямленной формы волны падает, как только напряжение становится ниже напряжения конденсатора, конденсатор начинает подавать заряд, поддерживая напряжение до тех пор, пока не появится следующая нарастающая форма волны от выпрямителя.

Сглаживание не идеальное, и всегда будет некоторая остаточная пульсация, но это позволяет устранить огромные колебания напряжения.


Линейные регуляторы питания

Большинство источников питания в наши дни обеспечивают регулируемую мощность. С современной электроникой довольно просто и не слишком дорого включить линейный стабилизатор напряжения. Это обеспечивает постоянное выходное напряжение независимо от нагрузки — в указанных пределах.

Поскольку многие электронные компоненты, электронные устройства и т. Д. Требуют аккуратно обслуживаемых источников питания, регулируемый источник питания является необходимостью.

Существует два основных типа линейных источников питания:

  • Шунтирующий регулятор: Шунтирующий регулятор менее широко используется в качестве основного элемента в линейном регуляторе напряжения.Для этой формы линейного источника питания переменный элемент размещается поперек нагрузки. Сопротивление истока установлено последовательно со входом, а шунтирующий стабилизатор регулируется, чтобы гарантировать, что напряжение на нагрузке остается постоянным.

    Источник питания рассчитан на заданный ток, и с приложенной нагрузкой шунтирующий регулятор поглощает любой ток, не требуемый нагрузкой, так что выходное напряжение сохраняется.


  • Регулятор серии: Это наиболее широко используемый формат линейного регулятора напряжения.Как следует из названия, в цепь помещается последовательный элемент, и его сопротивление изменяется с помощью управляющей электроники, чтобы гарантировать, что правильное выходное напряжение генерируется для потребляемого тока. Блок-схема регулятора напряжения серии

    В этой блок-схеме, опорное напряжение используется для привода серии прохода элемента, который может представлять собой биполярный транзистор или полевой транзистор. Ссылка может быть просто напряжение берется из источника опорного напряжения, например, электронный компонент, такой как стабилитрон.

    Более обычный подход состоит в том, чтобы отобрать выходное напряжение и подать его в дифференциальный усилитель для сравнения выходного сигнала с эталоном, а затем использовать его для управления схемой элемента конечного прохода.


Оба этих типа линейных регуляторов используются в источниках питания, и хотя последовательный стабилизатор используется более широко, в некоторых случаях также используется шунтирующий регулятор.

Преимущества / недостатки линейного источника питания

Использование любой технологии часто представляет собой тщательный баланс нескольких преимуществ и недостатков.Это справедливо для линейных источников питания, которые имеют ряд явных преимуществ, но также имеют свои недостатки.

Преимущества линейного блока питания

  • Установленная технология: Линейные источники питания широко используются в течение многих лет, а их технология хорошо отработана и изучена.
  • Низкий уровень шума: Использование линейной технологии без какого-либо переключающего элемента означает, что шум сведен к минимуму, и теперь обнаруживаются раздражающие всплески, обнаруживаемые в импульсных источниках питания.

Линейный БП Недостатки

  • КПД: Ввиду того, что линейный источник питания использует линейную технологию, он не особенно эффективен. Эффективность около 50% не является чем-то необычным, а при некоторых условиях может предлагать гораздо более низкие уровни.
  • Рассеивание тепла: Использование последовательного или параллельного (менее распространенного) регулирующего элемента означает, что рассеивается значительное количество тепла, и его необходимо удалить.
  • Размер: Использование линейной технологии означает, что размер линейного источника питания, как правило, больше, чем у других форм источника питания.

Несмотря на недостатки, технология источников питания с линейной регулировкой все еще широко используется, хотя она более широко используется там, где требуется низкий уровень шума и хорошее регулирование. Типичное применение — аудиоусилители, в которых линейный источник питания может обеспечить оптимальные характеристики для питания всех каскадов усилителя.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Регулируемая цепь источника питания постоянного тока от 0 до 30 В, 2 А (Часть 1/13)

Источники питания являются основой электронных схем.Схемы питания могут быть спроектированы разными способами. Могут быть регулируемые блоки питания или блоки питания с фиксированным напряжением. Схема источника питания рассчитывается по напряжению или диапазону подаваемого напряжения, а также по максимальному току, который она позволяет потреблять нагрузкой. Во-вторых, домохозяйства обеспечиваются источником переменного напряжения в качестве основного источника питания. Многие электрические приборы, такие как вентиляторы, люминесцентные лампы и другие, могут напрямую использовать переменное напряжение, но для работы большинства электронных устройств требуется преобразование переменного напряжения в постоянное.Любая схема внешнего источника питания должна преобразовывать переменное напряжение в постоянное для использования электронными устройствами. В этом проекте разработана регулируемая схема источника питания, которая вводит сеть переменного тока и обеспечивает выходное напряжение от 0 до 30 В 2 А постоянного тока.

Блок питания, разработанный в этом проекте, представляет собой регулируемый линейно регулируемый источник, поэтому выходное напряжение схемы является постоянным и изменяется механически с помощью переменного резистора. В этом типе питания к выходу подключается последовательно с нагрузкой линейный регулирующий элемент (переменный резистор).Линейный элемент, такой как BJT или FET, используется для обеспечения требуемых токов на выходе.

В разработанной здесь схеме питания биполярный переходной транзистор 2N3055 работает в линейном режиме с переменным сопротивлением. Переменное сопротивление помогает обеспечить соответствующее напряжение на выходе для любого тока в рабочем диапазоне. Нагрузки, запитываемые по цепи, могут иметь разную номинальную мощность. Нагрузки с высокой номинальной мощностью потребляют более высокие токи. В этой схеме блока питания транзистор 2N3055 помогает увеличить выходной ток блока питания до предела до 2 А.

Проектирование схемы источника питания — это пошаговый процесс, включающий понижение напряжения переменного тока, преобразование напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока, сглаживание напряжения постоянного тока, компенсацию переходных токов, регулирование напряжения, изменение напряжения, усиление тока и защиту от короткого замыкания.

Необходимые компоненты —

Рис.1: Список компонентов, необходимых для регулируемого источника питания постоянного тока от 0 до 30 В, 2 А

Блок-схема

Фиг.2: Блок-схема регулируемого источника питания постоянного тока от 0 до 30 В, 2 А

Подключение цепей —

Схема собирается поэтапно, каждая ступень служит определенной цели. Для понижения 230 В переменного тока используется трансформатор 18 — 0 — 18 В. Вторичная обмотка трансформатора соединена с мостовым выпрямителем. Полный мостовой выпрямитель создается путем соединения друг с другом четырех диодов SR560, обозначенных на схемах как D1, D2, D3 и D4. Катод D1 и анод D2 подключены к одной из вторичной катушки, а катоды D4 и анод D3 подключены к другим концам вторичной катушки.Катоды D2 и D3 подключены, из которых одна клемма снята с выхода выпрямителя, а аноды D1 и D4 подключены, из которых другая клемма снята с выхода двухполупериодного выпрямителя. Предохранитель на 2 А последовательно подключается к выходной клемме катодных переходов D2-D3 для безопасности.

Конденсатор емкостью 470 мкФ (обозначенный на схеме как C1) подключен между выходными клеммами двухполупериодного выпрямителя для сглаживания. Для регулирования напряжения два стабилитрона номиналом 12 В и 18 В подключены последовательно параллельно сглаживающему конденсатору.Переменное сопротивление последовательно подключено к стабилитронам для регулировки напряжения, а конденсатор емкостью 10 мкФ (обозначен на схеме как C1) подключен параллельно для компенсации переходных токов. Два NPN-транзистора (показаны как Q1 и Q2 на схеме) подключены в качестве усилителя пары Дарлингтона к одной из выходных клемм последовательно для достижения желаемого усиления по току. Выход пары Дарлингтона дополнительно подключен к NPN-транзистору (показан как Q3 на схемах) и сопротивлению (показано как R3 на схемах) для защиты от короткого замыкания.

Нарисуйте схематическую диаграмму или распечатайте ее на бумаге и тщательно выполняйте каждое соединение. Только после проверки правильности каждого подключения подключите силовую цепь к источнику переменного тока.

Как работает проект —

Силовая цепь работает по четко определенным стадиям, каждая из которых служит определенной цели. Схема работает в следующих этапах —

1. Преобразование переменного тока в переменный

2. Преобразование переменного тока в постоянный — полноволновое выпрямление

3.Сглаживание

4. Компенсация переходного тока

5. Регулирование напряжения

6. Регулировка напряжения

7. Усиление тока

8. Защита от короткого замыкания

Преобразование переменного тока в переменное

Напряжение основных источников питания (электричество, подаваемое через промежуточный трансформатор после понижения линейного напряжения от генерирующей станции) составляет приблизительно 220–230 В переменного тока, которое необходимо дополнительно понизить до уровня 30 В.Для снижения напряжения 220 В переменного тока до 30 В переменного тока используется понижающий трансформатор.

В схеме наблюдается некоторое падение выходного напряжения из-за резистивных потерь. Поэтому необходимо использовать трансформатор с высоким номинальным напряжением, превышающим требуемые 30 В. Трансформатор должен обеспечивать на выходе ток 2А. Наиболее подходящий понижающий трансформатор, отвечающий указанным требованиям по напряжению и току, — 18–0–18 В / 2 А. Эта ступень трансформатора снижает сетевое напряжение до 36 В переменного тока, как показано на рисунке ниже.

Рис.3: Схема трансформатора 18-0-18В

Преобразование переменного тока в постоянный — полноволновое выпрямление

Пониженное напряжение переменного тока необходимо преобразовать в напряжение постоянного тока путем выпрямления. Выпрямление — это процесс преобразования переменного напряжения в постоянное. Есть два способа преобразовать сигнал переменного тока в сигнал постоянного тока. Один — это полуволновое выпрямление, а другое — полноволновое выпрямление.В этой схеме двухполупериодный мостовой выпрямитель используется для преобразования 36 В переменного тока в 36 В постоянного тока. Двухполупериодное выпрямление более эффективно, чем полуволновое выпрямление, поскольку оно обеспечивает полное использование как отрицательной, так и положительной стороны сигнала переменного тока. В конфигурации двухполупериодного мостового выпрямителя четыре диода соединены таким образом, что ток течет через них только в одном направлении, что приводит к появлению сигнала постоянного тока на выходе. Во время двухполупериодного выпрямления одновременно два диода смещаются в прямом направлении, а еще два диода — в обратном.

Рис.4: Принципиальная схема полноволнового выпрямителя

Во время положительного полупериода питания диоды D2 и D4 проходят последовательно, в то время как диоды D1 и D3 смещены в обратном направлении, и ток протекает через выходной контакт, проходя через D2, выходной контакт и D4. Во время отрицательного полупериода питания диоды D1 и D3 проходят последовательно, но диоды D1 и D2 смещены в обратном направлении, и ток протекает через D3, выходную клемму и D1.Направление тока в обоих направлениях через выходную клемму в обоих условиях остается неизменным.

Рис. 5: Принципиальная схема, показывающая положительный цикл полнополупериодного выпрямителя

Рис. 6: Принципиальная схема, показывающая отрицательный цикл полнополупериодного выпрямителя

Диоды SR560 выбраны для создания двухполупериодного выпрямителя, поскольку они имеют максимальный (средний) номинальный прямой ток 2 А и в состоянии обратного смещения они могут выдерживать пиковое обратное напряжение до 36 В.Поэтому в этом проекте для двухполупериодного выпрямления используются диоды SR560.

Сглаживание

Как следует из названия, это процесс сглаживания или фильтрации сигнала постоянного тока с помощью конденсатора. Выход двухполупериодного выпрямителя не является постоянным напряжением постоянного тока. Частота на выходе выпрямителя в два раза выше, чем у основного источника питания, но все же присутствуют пульсации. Следовательно, его необходимо сгладить, подключив конденсатор параллельно выходу двухполупериодного выпрямителя.Конденсатор заряжается и разряжается в течение цикла, давая на выходе стабильное постоянное напряжение. Итак, конденсатор (обозначенный на схеме как C1) большой емкости подключен к выходу схемы выпрямителя. Поскольку постоянный ток, который должен быть выпрямлен схемой выпрямителя, имеет много всплесков переменного тока и нежелательных пульсаций, для уменьшения этих выбросов используется конденсатор. Этот конденсатор действует как фильтрующий конденсатор, который пропускает через него весь переменный ток на землю. На выходе среднее оставшееся постоянное напряжение более плавное и без пульсаций.

Рис.7: Принципиальная схема сглаживающего конденсатора

Компенсация переходных токов

К выходным клеммам силовой цепи также параллельно подключен конденсатор (обозначенный на схеме как C2). Этот конденсатор помогает быстро реагировать на переходные процессы нагрузки. При изменении тока нагрузки на выходе возникает начальная нехватка тока, которая может быть восполнена этим выходным конденсатором.

Изменение выходного тока можно рассчитать по

.

Выходной ток, Iout = C (dV / dt), где

dV = Максимально допустимое отклонение напряжения

dt = переходное время отклика

С учетом dv = 100 мВ

dt = 100 мкс

В этой схеме используется конденсатор емкостью 10 мкФ, так что,

C = 10 мкФ

Iout = 10u (0,1 / 100u)

Iout = 10 мА

Таким образом, можно сделать вывод, что выходной конденсатор будет реагировать на изменение тока 10 мА при переходном времени отклика 100 мкс.

Рис.8: Принципиальная схема компенсатора переходных токов

Регулировка напряжения

Силовая цепь должна обеспечивать регулируемое и постоянное напряжение без каких-либо колебаний или колебаний. Для регулирования напряжения в схеме нужен линейный регулятор. Целью использования этого регулятора является поддержание постоянного напряжения на желаемом уровне на выходе.

Фиг.9: Принципиальная схема регулятора напряжения для регулируемого источника питания постоянного тока от 0 до 30 В, 2 А

В этой схеме максимальное напряжение на выходе должно быть 30 В, поэтому стабилитрон 30 В идеально подходит для регулирования напряжения на выходе. Здесь последовательно соединены два стабилитрона на 12 В и 18 В, которые обеспечивают на выходе 30 В. Стабилитрон 30 В мощностью 1 Вт или другую комбинацию стабилитронов также можно использовать для получения 30 В на выходе.

Регулировка напряжения

Для регулировки выходного напряжения от 0 до 30 В к выходу подключен переменный резистор (на схемах RV1).Переменный зонд RV1 подключен к коллектору переключающего транзистора BC547 (на схемах показан как Q3). Изменяя этот резистор, эмиттер переключающего транзистора будет обеспечивать переменное напряжение от 0 до 30 В.

Усиление тока

Стабилитрон может выдавать ток только в миллиамперах. Следовательно, для получения высокого тока нагрузки на выходе какой-либо линейный элемент должен быть подключен последовательно с нагрузкой, которая могла бы потреблять требуемый ток.В этой схеме в качестве линейного элемента используется биполярный переходной транзистор NPN. Транзистор BC547 (показан на схеме как Q2) используется для обеспечения достаточного базового напряжения для биполярного транзистора NPN 2N3055 (обозначенного на схемах как Q1). Транзистор 2N3055 способен обеспечивать на выходе ток 2А. Транзисторы подключены в конфигурацию парного усилителя Дарлингтона для вывода желаемого усиления по току. В конфигурации пары Дарлингтона чистый коэффициент усиления по току является умножением коэффициентов усиления по току двух транзисторов.

Общий коэффициент усиления по току (hFE total) = коэффициент усиления по току транзистора 1 (hFE t1) x коэффициент усиления по току транзистора 2 (hFE t2)

Следовательно, текущий коэффициент усиления BC547 составляет 800, а коэффициент усиления 2N3055 составляет от 20 до 70, поэтому в среднем принимаем 50. Тогда

Общий прирост тока (всего hFE) = 800 * 50 = 40,000

Этого достаточно, чтобы поднять токи в миллиампер до уровня в амперах.

Защита от короткого замыкания

Для защиты от короткого замыкания переключающий транзистор BC547 (на схемах обозначен как Q3) и сопротивление, обозначенное на схемах как R2, подключаются последовательно перед выходом схемы.

Тестирование и меры предосторожности —

При сборке схемы следует соблюдать следующие меры предосторожности —

• Номинальный ток трансформатора, мостового выпрямителя и транзистора должен быть больше или равен требуемому выходному току. Только тогда схема может обеспечить достаточный ток на выходе.

• Номинальное напряжение понижающего трансформатора должно быть больше максимального требуемого выходного напряжения.Это связано с тем, что в цепи возникает падение напряжения из-за некоторых резистивных потерь. Таким образом, входное напряжение от трансформатора должно быть на 2–3 В больше максимального выходного напряжения.

• Конденсатор C1 на выходе выпрямителя используется для подавления сетевых шумов и устранения пульсаций.

• Конденсатор C2 на выходных клеммах силовой цепи помогает справляться с быстрыми переходными процессами и шумом на выходной нагрузке. Величина этого конденсатора зависит от отклонения напряжения, колебаний тока и переходного времени отклика используемого конденсатора.

• Конденсаторы, используемые в цепи, должны иметь более высокое номинальное напряжение, чем входное напряжение. В противном случае конденсатор начнет пропускать ток из-за превышения напряжения на их пластинах и выйдет из строя.

• Используемые в цепи стабилитроны должны иметь номинальную мощность 1 Вт, в противном случае они будут повреждены из-за нагрева.

• По мере увеличения потребления тока на выходной нагрузке транзистор 2N3055 начинает нагреваться.Чтобы решить эту проблему, поперек него должен быть установлен надлежащий радиатор для отвода избыточного тепла. В противном случае транзистор может перегореть.

• Поскольку схема рассчитана на потребление максимального тока на выходе 2А, ​​предохранитель на 2А должен быть подключен к выходу двухполупериодного выпрямителя. Этот предохранитель не позволит цепи потреблять ток более 2 А. При токе, потребляемом выше 2А, ​​предохранитель перегорает, отключая входное питание от цепи.

После того, как схема собрана, самое время ее протестировать.Подключите цепь к электросети и измените переменное сопротивление. Снимите показания напряжения и тока на выходной клемме силовой цепи с помощью мультиметра. Затем подключите фиксированные сопротивления в качестве нагрузки и снова проверьте показания напряжения и тока.

Во время тестирования без нагрузки выходное напряжение на регулируемом переменном сопротивлении изменялось на величину от 0,3 В до 30,3 В. Следовательно, при вычислении ошибки получается следующий процент ошибки —

% Ошибка = (Экспериментальное значение — Ожидаемое значение) * 100 / Ожидаемое значение

% Ошибка = (30.3–30) * 100/30

% Ошибка = 1%

Когда на выходе подключена нагрузка, максимальное напряжение считывается 30 В. При нагрузке с сопротивлением 1 кОм выходное напряжение составляет 29,1 В, что показывает падение напряжения 0,9 В. Выходной ток измеряется 29,1 мА, поэтому рассеиваемая мощность при нагрузке с сопротивлением 1 кОм выглядит следующим образом —

Pout = Iout * Iout * R

Pвых = 0,0291 * 0,0291 * 1000

Pout = 0,84 Вт

Если используемое сопротивление нагрузки 470 Ом, тогда напряжение 28.Измеренное значение 9 В показывает падение напряжения 1,1 В, а измеренный ток составляет 61,4 мА. Итак, рассеиваемая мощность при нагрузке 470 Ом составляет

.

Pout = Iout * Iout * R

Pвых = 0,0614 * 0,0614 * 470

Pout = 1,7 Вт

Эту схему можно использовать в качестве адаптера питания для поддержки широкого спектра электронных приложений, таких как радиовещание, цифровые камеры, принтеры, ноутбуки и другие портативные электронные устройства. Его также можно использовать в качестве регулируемого источника постоянного тока для электронных устройств.

Маленький разговор о будущих поставках —

В ближайшем будущем высоковольтный постоянный ток (HVDC) может стать более популярным средством передачи энергии, поскольку все больше внимания уделяется возобновляемым источникам энергии. HVDC обычно используется только для межгосударственной и подводной передачи электроэнергии. Это сделано для уменьшения потерь на индуктивность и емкость на больших расстояниях. Сопротивление, индуктивность и емкость провода практически невозможно изменить.Для передачи электроэнергии внутри страны в настоящее время предпочтительным методом является переменный ток. Переменный ток предпочтителен для передачи электроэнергии внутри страны, несмотря на потери из-за индуктивности и емкости, поскольку понижение напряжения переменного тока намного дешевле, чем понижение напряжения постоянного тока.

Напряжение переменного тока можно легко понизить с помощью трансформатора. Таким образом, в настоящее время домохозяйства получают электроэнергию переменного тока. Электростанции поставляют высокое напряжение переменного тока для снижения потерь мощности.Подобно тому, как напряжение переменного тока, подаваемое в дом, составляет 230 В, 50 Гц, генерирующая станция подает 2300 В по проводу передачи, которое понижается до 230 В с помощью промежуточного трансформатора. Возможно, в тот день, когда HVDC из возобновляемых источников станет обычным источником электропитания в домашних условиях, силовые цепи на основе полупроводников будут использоваться для понижения и регулирования напряжения.

Принципиальные схемы


Видео проекта

Блок питания | Блог Димдима

Я заранее извиняюсь, если это звучит немного элитарно с моей стороны, но меня поражает, сколько любителей аудио DIY нуждаются в помощи в планировании решений по источникам питания.

И я не говорю о дискуссиях «Салас или ЛПС-1», я говорю о дискуссиях типа «какое напряжение должен выдавать мой трансформатор».

Итак, я попытаюсь прояснить основы.

Прежде всего, вам нужно знать свой груз. Это означает требования к напряжению и максимальному току. Основываясь на них, вы узнаете, какие у вас будут варианты блоков питания. Вариантов слишком много, чтобы вникать в них — переключение или линейное, последовательное против шунтирующего, LDO против батарей и т. Д.

Цель этой публикации не в том, чтобы помочь вам выбрать топологию источника питания — это решение в любом случае во многом субъективно.

Для нашего упражнения предположим, что нашей нагрузке требуется источник питания, способный выдавать 5 В при токе до 1 А. Предположим также, что мы будем делать «классический» источник питания на базе регулятора LM317.

Это часть схемы источника питания, на которой мы сосредоточимся.

Наша задача — подобрать подходящий силовой трансформатор, выпрямительный каскад и фильтрующий конденсатор.

Выбор выходного напряжения трансформатора
Глядя на техническое описание LM317, мы видим, что для правильной работы требуется разница между входным и выходным напряжением не менее 3 В.Это означает, что для получения регулируемого 5 В на его выходе его входное нерегулируемое напряжение должно быть не менее 8 В.

Чтобы получить 8 В постоянного тока после выпрямления и фильтрации, наш блок питания должен обеспечивать как минимум 7 В переменного тока. Это 7 В переменного тока превратится в 7 x 1,414 = 9,9–1,8 В (наихудшее падение напряжения на диодах выпрямителя) = 8,1 В постоянного тока.

В реальной жизни нам нужно будет учитывать возможное «проседание» электросети на несколько вольт в определенные часы дня, поэтому было бы неплохо компенсировать это, выбрав трансформатор с небольшим выходным напряжением. выше теоретического.В нашем случае вместо 7 В переменного тока более безопасным выбором будет ~ 8 В переменного тока.

Выбор номинальной мощности трансформатора
Номинальная мощность трансформатора выражается как «вольт-амперы» (ВА), также известные как ватты. Это произведение выходного напряжения трансформатора на его номинальный выходной ток. Таким образом, трансформатор, обозначенный как «12В 120ВА», способен выдавать 12В переменного тока при 10А.

Возвращаясь к нашему примеру, мы заявили, что наша нагрузка требует 5 В при 1 А. Мы уже рассчитали, что необходимое выходное напряжение нашего трансформатора должно быть 8 В переменного тока, поэтому 8 В переменного тока, умноженное на 1 А, равняется 8 ВА, верно? Боюсь, что нет.Это самая распространенная ошибка для любителей электроники, когда дело касается источников питания. Они предполагают, что трансформатор, рассчитанный на 12 В переменного тока при 10 А, на самом деле может выдавать 10 А после выпрямления и фильтрации напряжения. Но этого не может быть. Если это так, это будет означать, что трансформатор выдает больше мощности, чем то, что в него вкладывается.

Дело в том, что общая мощность, которую может «преобразовать» трансформатор, является фиксированной, поэтому, поскольку выпрямление и фильтрация приводят к тому, что постоянное напряжение превышает доступное переменное напряжение, соответствующий максимальный ток должен быть меньше.

Итак, в нашем случае, чтобы получить 1 А постоянного тока на нашем трансформаторе 8 В переменного тока, нам понадобится трансформатор с номинальным током не менее 1,5 А, поэтому 8 x 1,5 = 12 В.
На самом деле, чтобы трансформатор работал холодно и бесшумно, мы увеличили его вдвое и установили мощность около 25 ВА.

Выбор компонентов: выпрямительные диоды
Для того, чтобы диоды работали холодно и надежно, вам следует выбирать детали, рассчитанные на ток нагрузки, по крайней мере, в три или более раз превышающий ожидаемый. Это особенно важно при создании шунтирующих источников питания, которые постоянно потребляют относительно высокие токи.Для аудиосхем выбирайте диоды со сверхбыстрым восстановлением, такие как серия MUR (~ 25 нс). В случае больших токов (> 1 А) обязательно установите диоды на расстоянии не менее нескольких мм от платы (в случае радиальных частей) или используйте радиаторы (в случае диодов, которые могут их принять). Каждый диод падает примерно до 0,9 В, поэтому, когда они пропускают ток ~ 1 А, им нужно будет рассеивать почти 1 Вт тепла. Это довольно много тепла для небольшой детали.

Выбор компонентов: Конденсатор фильтра
Конденсатор фильтра — это трудолюбивый компонент.Он должен заряжаться и разряжаться примерно 100 раз в секунду (120 раз в США), чтобы сгладить колебания напряжения, выходящие из ступени выпрямления. Чем больший ток потребляет нагрузка, тем тяжелее должен работать конденсатор. В нашем примере, поскольку конденсатор вполне может заряжаться до максимально доступного напряжения, выходящего из выпрямителей, его номинальное напряжение должно быть не менее (8 В переменного тока x 1,414) — 1,8 = 9,5 В постоянного тока. Принимая во внимание тот факт, что трансформаторы без нагрузки выдают напряжение, превышающее их номинальное напряжение, вам следует выбрать конденсатор с номинальным напряжением, которое разумно выше минимально необходимого.
Что касается емкости конденсатора, то здесь немного сложнее понять, но, в конце концов, все сводится к одному: с какой пульсацией напряжения у нас все в порядке (иначе: способны ли наш регулятор и нагрузка выдерживать ). Как только мы это определили, все, что нам нужно сделать, это посчитать. Прекрасное описание теории, лежащей в основе этого, находится на этой странице: http://www.skillbank.co.uk/psu/smoothing.htm

Итак, C = Iload / 4 * f * Vpk-pk пульсация.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *