Мифы о блоках питания
Чем больше вес, тем качественнее блок питания
Это уже устаревшее определение качества БП, ничего общего не имеющее с реальностью. Если раньше это высказывание опиралось на факты, то сейчас они говорят о другом. Раньше КПД блоков питания был относительно низкий, поэтому на внутренних компонентах выделялось большое количество тепла. Для предотвращения их перегрева использовались массивные радиаторы, которые и составляли львиную долю веса всего БП.
В современных устройствах (ввиду высокого КПД) нагрев элементов несущественный, поэтому зачастую можно встретить блоки питания без радиаторов во вторичной цепи.
Также на уменьшении потерь сказывается использование APFC, улучшение характеристик импульсных трансформаторов, замена выпрямительных диодов на полевые транзисторы. Последнее связано с тем, что у MOSFET-ов сопротивление канала в открытом состоянии составляет доли Ома, что ведет к снижению выделяемой на них мощности. Стоит отметить, что высокая частота работы инверторов также привела к уменьшению размеров компонентов.
Многообещающая компонентная база
Многим компьютерным пользователям известны различные уловки производителей по привлечению покупательского спроса. Самые распространенные из них украшают упаковки: применение «японских» и твердотельных конденсаторов (очень часто — «японских» твердотельных), возможность работать в экстремальных условиях, дроссели с ферритовым сердечником, наличие всевозможных защит.
Все вышеперечисленное, конечно же, является огромным плюсом, но всегда ли это совпадает с реальностью? У хороших фирм — да. Однако уловка заключается в следующем: «японские» и полимерные конденсаторы, дроссели с ферритовым сердечником присутствуют внутри, но их количество — минимальное. Вся остальная «рассыпуха» может быть представлена бюджетными элементами.
А зачем обычному пользователю блок питания с «возможностью работы в экстремальных условиях»? Большинство пользователей разве работает дома при минусовых температурах или, наоборот, при аномально высокой жаре? Лишь за редким исключением. Вердикт таков: индустриальный класс устройств должен применяться по назначению, а не быть навязан домашнему пользователю.
Обилие защит, ярко расписанное маркетологами компаний, ровным счетом ни о чем не говорит. Стандарт ATX предусматривает проверку всех БП на соответствие требованиям безопасности. В противном случае непрошедшие контроль качества устройства просто не поступят в продажу. Маркетинг.
Миф о многоканальных и одноканальных шинах +12V
Эта тема настолько обширная и настолько запутанная, что в рамках статьи невозможно описать все предубеждения, связанные с этим мифом. Внесем лишь одну ясность. Любой БП имеет шину +12V. Согласно стандарту ATX, максимальный ток на одной линии не должен превышать 20 А. Инженеры, «обманывая» регламентированные требования, пошли на ухищрение и снабдили БП виртуальными шинами, каждая из которых питает отельную группу разъемов блока питания. Однако они зашунтированы и запитаны все от того же канала +12V.
В последнее время все чаще встречаются многоканальные БП с ограничением тока по каждой линии в 30 А. В этих устройствах линии сгруппированы для того, чтобы превысить нормы стандарта ATX, не нарушая их. Однако все они изначально связаны с одной единственной несущей шиной!
Для блоков питания с APFC требуется UPS с синусоидальной формой напряжения на выходе
Совместимость источников бесперебойного питания и БП с активным корректором коэффициента мощности давно обсуждается в интернете. Однако стоит расставить все точки над i. Несовместимость UPS и APFC-блока кроется в больших пусковых токах, так как последний фактически работает в режиме высокочастотного короткого замыкания. Поэтому советуем вам присмотреться к покупке «бесперебойника» с двукратным запасом мощности. В противном случае UPS может просто уйти в защиту.
Динамические характеристики
Устройства Torus Power обладают впечатляющими динамическими возможностями по мгновенной отдаче тока. Например, изолирующий трансформатор Torus Power с рабочей силой тока 20 А обладает выходным сопротивлением 0,2 Ом и при резком возрастании нагрузки способен выдать до 400 А. Сердечник трансформатора выступает в роли своеобразного накопителя, обеспечивающего дополнительную мощность в нужные моменты. Типичный усилитель общей мощностью 200 Вт требует 10 А тока, но на пике может потреблять больше, до 50 А. Обычная электрическая розетка не способна выдать 50 А тока. Изолирующий трансформатор Torus мощностью 20 А, подключенный в ту же самую розетку, обеспечит усилителю этот необходимый ток.
Защита от неправильного использования
Когда выбирают лабораторный блок питания, в первую очередь обращают внимание на цену и максимальное значение напряжения и тока
Но наличие качественной защиты — это тоже очень важно, так как позволяет защитить не только блок питания, но и подлюченное к нему оборудование. В этом разделе мы расскажем о типах защит, которыми оснащаются серийные лабораторные блоки питания и рассмотрим несколько сопутствующих моментов
В этом разделе мы расскажем о типах защит, которыми оснащаются серийные лабораторные блоки питания и рассмотрим несколько сопутствующих моментов.
Защита от перегрузки по току (сокращённо OCP — Over Current Protection) должна мгновенно срабатывать при превышении выходным током заданного значения, что может произойти, например, при коротком замыкании выходных клемм блока питания. Такой тип защиты есть в большинстве хороших моделей
Но важно не только само наличие защиты, также важна скорость её срабатывания. В зависимости от реализации, защита от перегрузки по току может: полностью отключить выход блока питания от нагрузки, ограничить выходной ток заданным пороговым уровнем или перейти в режим стабилизации выходного тока (CC — Constant Current), сохранив то значение тока, которое было до перегрузки
В этом коротком видео показано как срабатывает защита маломощного лабораторного блока питания ITECH IT6720 при коротком замыкании его выходов.
Демонстрация срабатывания защиты от перегрузки по току при коротком замыкании.
Защита от перегрузки по напряжению (сокращённо OVP — Over Voltage Protection) срабатывает при превышении уровня напряжения на выходных клеммах блока питания заданного значения. Такая ситуация может возникать при работе на нагрузку с повышенным сопротивлением в режиме стабилизации тока. Или при попадании на клеммы лабораторного блока питания внешнего напряжения. Ещё одно применение этого типа защиты — это ограничение выходного напряжения блока питания на безопасном для подключенного оборудования уровне. Например, при питании цифровой схемы с напряжением 5 Вольт, есть смысл в настройках блока питания установить 5,5 Вольт в качестве порога срабатывания защиты.
Защита от перегрузки по мощности (сокращённо OPP — Over Power Protection) есть во всех моделях с . Задача этой защиты — ограничить максимальную мощность, которую лабораторный блок питания отдаёт в нагрузку, для того, чтобы силовые компоненты блока питания работали в штатном режиме и не перегревались. Если при работе в режиме стабилизации выходного напряжения (CV — Constant Voltage) будет превышен ток потребления, то прибор автоматически перейдёт в режим стабилизации выходного тока (CC — Constant Current) и начнёт снижать напряжение на нагрузке.
Защита от перегрева (сокращённо OTP — Over Temperature Protection) срабатывает при повышенном нагреве силовых компонентов блока питания, находящихся внутри корпуса. В простых моделях используется один датчик температуры, который просто впаян в плату управления. Он отслеживает среднюю температуру внутри корпуса и не способен быстро реагировать на опасный нагрев силовых элементов. В хороших моделях используется несколько датчиков, расположенных прямо в точках максимального выделения тепла. Такая реализация обеспечивает гарантированную защиту прибора, даже при быстром локальном перегреве. Обычно в хороших моделях защита от перегрева работает совместно с вентиляторами охлаждения с изменяемой частотой вращения. Чем больше тепла выделяется внутри прибора, тем выше скорость вращения вентиляторов. Если внутренняя температура всё-таки приблизится к критической, то будет выдано предупреждение (звуковое и надпись на экране), а если произойдёт превышение, то лабораторный блок питания автоматически выключится.
Также в лабораторных блоках питания встречаются такие виды защиты: от смены полярности (реверса), от пониженного напряжения (UVP — Under Voltage Protection) и от аварийного отключения.
Линейные
Начали применять в радиоэлектронной технике в начале 20 века. К настоящему времени устарели и применяются в основном в дешевых конструкциях из-за присущих им недостатков: большого веса и габаритов, низкого КПД. Преимуществами линейных источников питания являются простота и высокая надежность, низкий уровень шумов и излучений.
Принцип действия блока питания чрезвычайно прост. Входное напряжение поступает на трансформатор, понижается до требуемой величины, выпрямляется, сглаживается конденсатором и подается на вход стабилизатора, который состоит из транзистора и схемы управления. «Излишки» напряжения компенсируются регулирующим транзистором. Поэтому на нем выделяется значительная мощность в виде тепла. Линейный источник питания целесообразно применять при токах потребления до 1А.
Количество каналов
Лабораторные блоки питания выпускаются с одним, двумя или тремя выходными каналами. Здесь мы рассмотрим основные моменты их использования, а про гальваническую изоляцию каналов рассказывается .
Большинство лабораторных блоков питания имеют один выходной канал, особенно это касается мощных устройств. Практически все модели с мощностью более 500 Вт имеют один канал. Поэтому часто задают вопрос: можно ли объединять несколько одноканальных приборов? Можно, но есть особенности. Первое, что надо учитывать, когда Вы включаете последовательно несколько импульсных блоков питания: частоты переключения даже однотипных блоков питания будут слегка отличаться. Это будет создавать повышенные пульсации на выходе. Также есть вероятность резонансных эффектов, при которых уровень пульсаций будет периодически резко возрастать.
Второй момент — это соединение «+» и «-» двух приборов для формирования биполярного напряжения для питания транзисторных усилителей, АЦП и подобных устройств. Кроме повышенных пульсаций, будет сложно обеспечить одновременное включение и выключение сразу двух напряжений и их синхронную регулировку. Третий момент — последовательное соединение нескольких высоковольтных источников напряжения может превысить порог пробоя их изоляции. Как результат: возгорание и другие опасные последствия.
Учитывая сказанное, становится понятно, что для схем, в которых предусмотрено несколько питающих напряжений, лучше использовать двухканальные или трёхканальные лабораторные блоки питания, которые специально для этого предназначены. А для генерации высоких напряжений, лучше использовать специальные высоковольтные модели, например модель ITECH IT6726V с напряжением до 1 200 В или модель ITECH IT6018C-2250-20 с напряжением до 2 250 В.
Для примера, на этой фотографии показан типичный двухканальный лабораторный блок питания ITECH IT6412.
Типичный двухканальный лабораторный блок питания ITECH IT6412.
Определение технических характеристик
Вероятно, общей ошибкой, которую допускают специалисты при определении технических требований к разрабатываемому источнику питания, является избыточность требований по уровню выходной мощности, пульсациям, температурной нестабильности и габаритным размерам. Такой подход может привести к неоправданному повышению расходов, а также снизить надежность из-за повышенной сложности прибора и большей плотности мощности. Если какой-то конкретный параметр в каталоге технических характеристик не вполне соответствует применению, следует обратиться за консультацией на завод-изготовитель.
Защита от скачков напряжения
Torus Power защищает подключенное оборудование с помощью технологии Series Mode Surge Suppression (SMSS), которая отключает систему при внезапных скачках напряжения и автоматически восстанавливает энергоснабжение сразу после того как напряжение в сети нормализируется. Многие системы защиты перенаправляют излишки напряжения на земляной контакт, что может привести к повреждению подключенной AV-техники, имеющей шину заземления.
На графике показн отклик системы SMSS при скачке в 6000 В
Конструкция устройств Torus Power позволяет нейтрализовать все скачки напряжения, превышающие заданный уровень более чем на 2 В (без использования заземляющего провода). Система защиты соответствует стандарту IEEE и справляется с нагрузкой до 6000 В, 3000 А, имея при этом ресурс на 1000 срабатываний.
Серия TOT
В эту серию вошло три компактных изолирующих трансформатора. Сама компания объясняет, что в серии TOT есть решения, подходящие большинству пользователей, нуждающихся в стабильном чистом питании для домашних AV-систем.
Сетевой кондиционер Torus Power TOT AVR CE
Модель TOT Mini обеспечивает ток до 3 А и может использоваться для работы с проекторами, телевизорами, мониторами, сетевыми устройствами, источниками AV-сигнала и активной акустикой. Модель TOT Max обеспечивает ток уже до 8 А, чего хватает для работы с усилителями мощности и прочими энергоемкими потребителями. Что касается третьей модели, ТОТ AVR (4 А), то в ней задействован уже упомянутый регулятор напряжения AVR и есть Ethernet-управление. Эта модель, согласно производителю, отлично подойдет для домашних кинотеатров и музыкальных систем с большим количеством цифровых компонентов.
Кондиционеры TOT Mini и TOT Max выпускаются в рэковых версиях. Модуль защиты от скачков SMSS устанавливается в процессе производства под заказ.
ИСТОЧНИКИ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
Большая категория устройств нуждается в непрерывной подаче электроэнергии вне зависимости от внешних условий. Это могут быть как вычислительная техника (серверы, устройства хранения данных), так и целые производства с непрерывным циклом. Перебои питания в таких случаях недопустимы.
Для обеспечения постоянной подачи питающего напряжения разработаны устройства бесперебойного питания. В широком смысле источником бесперебойного питания (ИБП) может служить резервная линия электропередач или автономная электростанция.
Сейчас этим термином принято именовать устройства вторичного электропитания, которые предназначены для обеспечения работоспособности подключенной аппаратуры при кратковременных перебоях электроэнергии питающей сети.
Как правило, источники бесперебойного питания также выполняют функцию защиты от помех и скачков напряжения. По принципу действия их можно разделить на несколько категорий:
- off-line;
- line-interactive;
- online.
Наиболее простую конструкцию имеют off-line
блоки электропитания. В нормальных условиях питание устройств осуществляется напрямую от первичного источника.
В случае пропадания напряжения или его выхода за допустимые пределы источник автоматически переключается на питание от встроенного аккумулятора, напряжение которого преобразуется при помощи инвертора.
Подобные устройства имеют в своем составе пассивные фильтры, препятствующие прохождению помех и схему слежения за параметрами входного напряжения. Несомненное достоинство off-line ИБП – простота конструкции, низкая стоимость и высокий КПД.
Следующий тип «бесперебойников» — line-interactive
, работает по тому же принципу, но имеет встроенный ступенчатый стабилизатор на основе автотрансформатора.
Такой блок дополнительно стабилизирует входное напряжение и в большинстве случаев позволяет не переключаться на питание от аккумулятора, который необходим только в случаях неспособности автотрансформатора справиться со стабилизацией (значительное превышение или понижение входного напряжения, его полное пропадание).
Основные недостатки перечисленных устройств:
- требуется определенное время на переключение в режим работы от аккумулятора;
- невозможность коррекции частоты сети;
- несинусоидальное напряжение на выходе при работе от аккумулятора.
Первый недостаток может вызвать сбои в работе подключенных устройств при переключениях. Второй более существенен и не позволяет подключать устройства, требующие для питания синусоидального напряжения, а это асинхронные электродвигатели и бытовая техника, имеющая их в составе, например, отопительные котлы.
Только электроприемники, работа которых основана импульсных блоках питания, то есть не чувствительные к форме входного напряжения, могут нормально функционировать от подобных ИБП. К таким потребителям относятся устройства вычислительной техники, где off-line ИБП получили наибольшее распространение.
Наиболее высокое качество обеспечивают online
устройства. Работают они по принципу двойного преобразования. Входное напряжение сети сначала преобразуется в постоянное, а затем, при помощи инвертора, обратно в переменное.
Самое главное, что время переключения на питание от внешнего аккумулятора здесь отсутствует полностью, поскольку он постоянно подключен в цепь и при нормальных условиях работы находится в буферном режиме.
Поскольку выходное напряжение получается в результате преобразования постоянного, то имеется возможность коррекции его частоты и уровня в необходимых пределах.
Только самые дешевые устройства имеют на выходе напряжение с низким качеством. В основном большинство ИБП двойного преобразования выдают потребителям чистое синусоидальное напряжение, что делает такие приборы пригодными для питания большинства устройств.
Существенный недостаток online преобразователя – его высокая стоимость.
Все перечисленные устройства предназначены для кратковременной работы от внутреннего аккумулятора. Так происходит потому, что аккумуляторы имеют низкое значение ЭДС и при преобразовании к уровню входного напряжения от аккумулятора требуется отдать довольно значительный ток.
Аккумуляторы больших емкостей имеют значительные габариты и массу, а также требуют большое количество времени на подзарядку.
Таким образом, ИБП служат в основном для того, чтобы корректно и безопасно отключить устройства при пропадании напряжения сети.
Что такое источник питания?
Источник энергии — это место, откуда возникает энергия. Поскольку энергия не может быть создана, во Вселенной нет источника всей энергии, но мы можем идентифицировать родительский источник в другой форме энергии. Например, источником энергии Земли может быть солнце. Точно так же источник, из которого производится электричество, является источником электричества.
Электроэнергия производится из разных источников. В глобальном масштабе основными источниками производства электроэнергии являются уголь, природный газ, гидроэнергетика и атомная энергия. Кроме того, для производства также используются такие источники, как углеводородное топливо, солнечная энергия, приливные волны, топливо из биомассы, ветер и геотермальная энергия. Доступность источников, стоимость единицы продукции, инфраструктуры и т. Д. Учитываются при выборе источников для массового производства электроэнергии. Кроме того, химические соединения используются в качестве источника в батареях, таких как литий-ионные батареи, никель-кадмиевые батареи, автомобильные батареи и т. Д.
Некоторые источники, такие как ядерная энергия и уголь, используются для выработки тепла, которое кипит вода для производства пара, который запускает паровую турбину. Турбина используется с генератором, который преобразует кинетическую энергию в электричество. Во всех вышеперечисленных случаях, за исключением солнечной энергии, для производства электроэнергии используется генератор. Солнечное электричество, производимое фотоэлектрическими панелями, — единственный метод, не требующий механического преобразования энергии.
Сетевой фильтр
Сетевой фильтр – выглядит как удлинитель, у которого несколько розеток и один или несколько выключателей. Основное его назначение – сглаживать (фильтровать) помехи и скачки напряжения.
Внешний вид сетевого фильтра
Выбор сетевого фильтра
Стоимость сетевого фильтра указанного на фотографии — около 4$ (30 грн./100 р.). Немного лучшую защиту дают модели чуть дороже – от 6$, уже хорошую защиту – от 12$, а наилучшую защиту – модели от 20$.
При покупке обратите внимание на характеристики сетевого фильтра:
- длину кабеля (1,8 м / 3 м / 5 метров);
- ток импульсной помехи, выдерживаемый ограничителем (от 3500 А до 10 000 А);
- максимальный ток (не менее 10 А);
- количество и тип розеток.
Как и при покупке любого другого устройства, экономия должна быть в разумных пределах. Самые дешевые модели, по сути, простые удлинители с выключателями, а функции фильтрации в них минимальны или вообще отсутствуют. Делайте выводы.
Лучшие дешёвые блоки питания до 1000 рублей
Если руководствоваться мнением опытного специалиста по компьютерному hardware, то он скажет: блок питания не стоит покупать ни в коем случае. И в чём-то он будет прав: нужное качество стартует от определённой цены. Однако на практике для очень многих простых пользователей решающим фактором является цена. Купить подешевле, а там сколько отпущено, столько и прослужит. Поэтому бюджетный сегмент комплектующих будет востребован всегда, даже при невысоком качестве товара. Тем не менее, даже в дешёвой ценовой категории можно найти устройства, которые смогут работать более-менее надёжно и продуктивно. Правда, большой мощности от них ожидать не стоит.
5. ExeGate ATX-XP450 450W
Фирма «Экзегейт» прочно обосновалась в самом низу ценовых категорий блоков питания. Примерно половина всех дешёвых блоков питания выпускаются ей. Совсем дешёвые устройства можно найти и за 600 рублей, а за 800-900 они будут даже оформлены наподобие дорогих. 450-ваттная версия будет вполне достаточна для питания стандартного компьютера со слабой видеокартой. Также благодаря низкой цене его можно приобретать на замену в старые машины, которые ещё годятся для работы. Однако большой нагрузки он не выдержит.
ExeGate ATX-XP450 450W
Характеристики:
- форм-фактор ATX;
- мощность 450 Вт;
- кулер охлаждения 12 см.
Плюсы
- низкая цена;
- достаточная мощность;
- распространённый форм-фактор;
- разъём под мат-плату подходит к старым и новым устройствам.
Минусы
- низкая надёжность;
- высок процент заводского брака.
Блок питания ExeGate ATX-XP450 450W
4. STM STM-40SH 400W
Простой и компактный блок питания с 80-миллиметровым вентилятором. Из-за небольшого диаметра такому кулеру приходится вращаться более интенсивно, а значит, создавать больший шум. Впрочем, шумность — отличительная черта всех дешёвых выпрямителей. 400 Вт рабочей мощности не создадут критического перегрева в модуле.
STM STM-40SH 400W
Характеристики:
- форм-фактор: ATX;
- мощность 400 Вт;
- кулер охлаждения 80 мм.
Плюсы
- компактный;
- недорогой;
- средняя мощность.
Минусы
- шумный;
- выдаёт мощность ниже заявленной.
Блок питания STM STM-40SH 400W
3. ACCORD ACC-450-12 450W
Те, кому нужно недорогое надёжное решение для систем умеренной производительности, могут смело брать этот аппарат и устанавливать в свой десктоп. Простейшее исполнение здесь скоре плюс, чем минус. А вот длинные соединительные кабеля позволяют запитать комплектующие практически в любой части без переходников и удлинителей. Шумность кулера и его возможная поломка года через два всё равно не перевешивают приятную цену.
ACCORD ACC-450-12 450W
Характеристики:
- форм-фактор: ATX;
- мощность 450 Вт;
- кулер охлаждения 120 мм.
Плюсы
- надёжная работа;
- длинные кабеля с разъёмами;
- доступная цена;
- простая конструкция.
Минусы
- шум при работе;
- необходимость периодического обслуживания кулера.
Блок питания ACCORD ACC-450-12 450W
2. CROWN MICRO CM-PS400 Standart 400W
Crown Micro — ещё один китайский бренд, выпускающий бюджетные блоки питания для нетребовательных пользователей. Продукция отличается долгим сроком службы, если при сборке не был допущен брак — тогда остаётся только замена. Впрочем, попытать счастья за такие деньги вполне оправдано. Из достоинств — поддержка даже более мощных, чем офисные, систем, минус — большой шум маленького кулера, который пытается охладить разогревшуюся начинку.
CROWN MICRO CM-PS400 Standart 400W
Характеристики:
- форм-фактор: ATX;
- мощность 400 Вт;
- кулер охлаждения 80 мм.
Плюсы
- надёжная работа;
- запас выдаваемой мощности;
- комплектующие не сгорают — только сам блок.
Минусы
сильно шумит.
Блок питания CROWN MICRO CM-PS400 Standart 400W
1. CROWN MICRO CM-PS450 450W
Один из лучших вариантов до 1000 рублей. Простой, надёжный, попадаются модификации в стильном корпусе цвета охры и тканевой оплёткой проводов. Мощность, как и во всех бюджетных блоках, не дотягивает до заявленной, что, впрочем, не мешает аппарату тянуть современные офисные или игровые системы 3 — 5-летней давности. Качество пайки не слишком высокое, но за такую цену даже отработка гарантийного срока уже окупает изделие.
CROWN MICRO CM-PS450 450W
Характеристики:
- форм-фактор: ATX;
- мощность 450 Вт;
- кулер охлаждения 120 мм.
Плюсы
- относительно тихая работа;
- долгая служба при отсутствии заводского брака;
- приятная цена;
- наличие защиты от скачка электросети и повышенного отбора мощности.
Минусы
- неаккуратная пайка;
- завышенные паспортные параметры.
Блок питания CROWN MICRO CM-PS450 450W
Кто здесь главный?
Чтобы надежно и предсказуемо функционировать в общей группе, источники питания, как правило, должны специально проектироваться для параллельной работы. Необходимы синхронизация при запуске, координация цепей защиты от неисправностей и стабильность контура обратной связи.
Для группы источников питания, соединенных параллельно с целью увеличения полезного тока нагрузки, требуется использование таких методов управления петлей обратной связи, которые учитывают совместную работу источников. Распространенной стратегией является включение источников питания без внутренних усилителей сигналов ошибки, когда вместо этого все источники объединяются в группу с общим входом управления, подключенным к одному усилителю ошибки. Этот усилитель регулирует выходное напряжение системы, а затем его сигнал обратной связи распределяется между всеми источниками питания в системе.
Основным преимуществом этой популярной стратегии управления является отличная стабилизация выходного напряжения. Кроме того, ошибки распределения уходят на второй план перед производственным разбросом коэффициентов усиления широтно-импульсных модуляторов преобразователей. С другой стороны, использование одного усилителя ошибки и однопроводной шины управления создает уязвимую для неисправностей точку, которая может стать источником проблем в некоторых высоконадежных системах. Кроме того, параметрические отклонения в модуляторе трудно контролировать, что вынуждает производителя к компромиссному решению в пользу управления распределением токов нагрузки.
В варианте с общей петлей регулирования ошибки распределения токов можно сделать минимальными, если жестко ограничить разброс параметров цепей управления источников. Во избежание перегрузки какого-либо источника в группе из-за больших ошибок распределения необходимо либо снизить расчетную нагрузку группы, либо использовать определенные меры противодействия. Для выравнивания ошибок распределения токов, обусловленных разбросом параметров цепей управления, может использоваться заводская регулировка для калибровки выходных ошибок (дорогостоящий метод), или добавление в каждый источник массива локального контура стабилизации тока (что увеличит сложность схемы и количество компонентов). Для измерения тока этих локальных петель, как правило, к источнику питания добавляют резистивный шунт.
Еще один проблемой, возникающей в случае группирования изолированных источников питания, имеющих собственные узлы управления с опорными уровнями на первичной стороне DC/DC преобразователя, является передача сигнала усилителя ошибки через изолирующий барьер между первичной и вторичной частями схемы. Использование изоляции часто увеличивает стоимость решения, отбирает существенную часть ценной площади печатной платы и, в зависимости от используемых для изоляции компонентов, может неблагоприятно влиять на надежность.
Вторая стратегия организации контура управления, позволяющая объединять источники в параллельные группы, основана на использовании сопротивлений силовых проводников в качестве балластных резисторов для метода, изображенного на Рисунке 1. При реализации технологии, называемой «droop-share» (распределенное снижение напряжения), каждый источник питания имеет свое опорное напряжение и интегрированный усилитель ошибки, но вслед за увеличением тока нагрузки опорное напряжение намеренно и линейно снижается на некоторую определенную величину.
Запараллеливание источников питания может оказывать негативное влияние на переходную характеристику и качество стабилизации выходного напряжения. В методе droop-share для распределения мощности между модулями в группе намеренно используется обратная характеристика регулирования. Из-за этого стабильность выходного напряжения группы droop-share, как правило, бывает хуже, чем у группы, созданной с одним традиционным усилителем ошибки. Если это нежелательно, для эффективной компенсации отрицательного наклона характеристики управления можно использовать внешний контур регулирования. Получающаяся погрешность статического регулирования идентична погрешности для случая традиционного усилителя ошибки, так как внешний контур сам по себе является интегратором ошибки.
Стабилизатор
Фотография регулятора напряжения Быстрая Электроника
Интегральный стабилизатор напряжения (ICs) совместим с постоянным (как правило, 5, 12 и 15В) или переменные выходным напряжением. Они также оцениваются по максимальному току, который они могут пропустить. Отрицательное регулирование напряжения доступно, главным образом для использования в двухполупериодных схемах. Большинство регуляторов включает некоторую автоматическую защиту от чрезмерного тока (защита от перегрузки) и перегрева (тепловая защита). Большинство интегральных стабилизаторов постоянного напряжения имеют 3 электропровода и выглядят как транзисторы большой мощности, такие как 7805 +5В 1A стабилизатор, показанный справа. Они включают отверстие для того, чтобы приложить теплоотвод в случае необходимости.
Основные критерии выбора
Прежде всего следует отметить, что разработчики зачастую не задумываются о том, каким образом готовые изделия будут попадать к конечному пользователю. Так, из-за ограничений, касающихся транспортировки батарей на основе лития, пересылка заказчику устройства с литий-полимерным аккумулятором по почте может оказаться непростой задачей. Однако проблемы с доставкой могут возникнуть не только из-за правил перевозки. Свинцово-кислотные батареи, например, очень тяжелы, поэтому их доставка может быть весьма затратной. Указанные факторы могут свести на нет любые преимущества батарей указанных типов.
Также разработчики часто упускают из виду условия, в которых будет эксплуатироваться изделие. Если устройство будет работать на открытом воздухе или в условиях промышленного предприятия, то температура в месте его установки может оказаться намного ниже или намного выше допустимой для батарей выбранного типа. Пока вы тестируете изделие в своей лаборатории при комнатной температуре, все идет прекрасно. А потом прибор оказывается, например, в Канаде на 40-градусном морозе или в Австралии на 45-градусной жаре и — сюрприз! – батареи работают совсем не так, как ожидалось. В химических источниках тока используется энергия протекающих в них химических реакций, которые при -40°C существенно замедляются (электролит вообще может замерзнуть), и батарея перестает работать. А в Австралии – обратная ситуация: на открытом солнце черный корпус легко может нагреться выше 70°C. При таких высоких температурах элементы определенных типов вполне могут устроить красивый фейерверк.
Если вы разрабатываете портативное устройство, то, выбирая тип элементов питания, в первую очередь обратите внимание на их размеры и вес. Возьмем, к примеру, слуховые аппараты
Думаю, никто не ожидает увидеть в слуховом аппарате свинцово-кислотную батарею.
И, конечно же, нельзя обойти вниманием такой параметр как напряжение элемента. Если для получения нужного напряжения придется использовать несколько элементов, то итоговая сборка может оказаться слишком громоздкой или попросту неудобной в применении
С напряжением напрямую связан и ток. Одни батареи способны отдавать очень большой ток, а другие с трудом могут работать даже на небольшую нагрузку. Соответственно, если вашему устройству требуется большой ток для питания двигателей, ярких светодиодов или для обеспечения требуемой производительности, то можно сразу исключить из рассмотрения многие типы батарей.
Расскажу одну историю. Недавно я испытывал экспериментальный автопилот, который управлял небольшим дроном с фотокамерой. Что-то пошло не так, и аппарат упал посреди поля. День был ветреный, стояла жара 42°C (107,6°F), а поле, на которое упал дрон, уже полгода не видело дождя. При падении большая 4-элементная литий-полимерная батарея помялась, в результате чего загорелась одна из ячеек. Постепенно одна за другой воспламенились и остальные ячейки, а потом огонь перекинулся на окружающую траву. К счастью, у нас с собой был огнетушитель – боюсь даже представить себе, что могло бы произойти, не потуши мы огонь (рис. 1). После этого случая мы стали использовать в своих дронах только LiFePO4-аккумуляторы, поскольку они не склонны к таким каскадным возгораниям, да и вообще более надежны. Хоть мне и нужна такая плотность энергии, которую обеспечивают литиевые аккумуляторы, но я вовсе не хочу выплачивать миллионные суммы, возмещая ущерб от пожара.
Рис. 1. Последствия деформации литий-полимерной батареи
Глядя на фотографию, можно подумать, что огонь не такой уж и сильный. Но представьте себе, что крушение произошло у дальней границы полетной зоны, прямо над деревьями. К тому времени, когда мы добрались бы до точки падения, вполне мог начаться серьезный пожар. Отдельно хочу подчеркнуть, что я разбил уже много аппаратов во время тестирования нового оборудования и/или программного обеспечения, но огнетушитель мне понадобился впервые. Вывод: даже несмотря на множество проведенных испытаний, в ситуации, подобной описанной, батарея может показать себя с неожиданной стороны.
