Разлика между импулсните и конвенционалните захранвания: характеристики и разлики

По-голямата част от съвременната електроника се захранва с постоянен ток, с ниски нива на ток и напрежение. Например маршрутизаторите черпят 12 волта и 5 ампера, а смартфоните обикновено черпят 5 волта и 2 ампера. Но в битовата мрежа циркулира съвсем различен вид ток – променлив ток с честота 60 Hz, 220 волта и (обикновено) до 6 ампера.

Следователно, за да се използват електронни уреди в битовата мрежа, този ток трябва да се преобразува по някакъв начин. За това се използват захранващите блокове. Тяхната задача е да преобразуват тока, за да му придадат определено напрежение, сила и честота (преобразуване на променлив ток в постоянен).

И ако трябва да изберете подходящо захранване или да създадете свое собствено, можете да срещнете най-често два варианта – обичайни, трансформаторни и импулсни. И каква е разликата, освен структурната сложност, не винаги е ясно. В тази статия ще разгледаме разликата между импулсно и конвенционално захранване и ще разгледаме техните характеристики и разлики.

Конвенционални захранвания (трансформаторни)

Трансформаторното захранване е едно от първите устройства за преобразуване на електроенергия. Те са от аналогов тип, характеризират се с конструктивна простота и сравнително висока надеждност. Те обаче имат и големи недостатъци, като например твърде големи размери.

Трансформаторът е основният функционален елемент на тези захранващи устройства. Състои се от две индукционни намотки. Първият захранва с електричество 220-волтовата битова мрежа и създава електромагнитно поле. Това от своя страна предизвиква индукция и създава електродвижеща сила върху втория компонент. По този начин се постига спад на напрежението.

Електрическият ток, генериран от понижаващата намотка, се предава на токоизправителния блок. Обикновено те се състоят от няколко захранващи диода, свързани в мостова конфигурация. Кондензатор, свързан паралелно с диоден мост, се използва за изглаждане на пулсиращите напрежения, а след това силовите транзистори го стабилизират.

Крайният резултат е постоянен ток с определено напрежение и сила. Специални резистори за настройка, включени във веригата за стабилизация, се използват за регулиране на нейната работа.

Конвенционалните БПУ (тип трансформатор) се характеризират с максимална конструктивна простота. Схемата на елементарния блок се състои само от три части: бобина, диоден мост и кондензатор.

Основни предимства на конвенционалните захранвания:

1. Лесен за сглобяване и дизайн. Захранването с необходимата мощност може да бъде сглобено от самите вас – достатъчно е да разберете принципа на работа и да знаете точно за какви цели ще се използва устройството;
2. Висока надеждност и издръжливост. Експлоатационният живот на уредите е практически неограничен при правилна експлоатация. Затова и днес е възможно да се намерят функциониращи модели, произведени преди повече от няколко десетилетия;
3. Наличието на компоненти. Всички необходими части могат да бъдат закупени от радиопазари, от радиолюбители и специални магазини, като не е необходимо да се поръчват някои специфични микросхеми от чужбина;
4. Не произвеждат паразитни токове на радиовълни. По този начин на практика се елиминират смущенията в захранващата мрежа или при крайните потребители.

Основни недостатъци на конвенционалните захранвания:

1. Ниска ефективност. Когато електроенергията се пренася през трансформатор, огромно количество енергия просто се губи. Освен това, поради използването на стабилизатор на изходната страна, допълнително се губи известна ефективност;
2. Голям. Колкото по-мощен е захранващият блок, толкова по-голямо е теглото и размерите му. Вследствие на това мощните машини могат да бъдат нископодвижни;
3. Създаване на голямо електромагнитно поле. По този начин те могат да предизвикат смущения в други сигнални линии – например коаксиални кабели или усукани двойки.

Всички тези недостатъци са толкова критични, че днес почти не се използват конвенционални PSU. Вместо това те използват импулсен режим.

Комутационни захранвания

Импулсните захранвания са сложни устройства от инверторен тип. Основната разлика с конвенционалните е, че входното напрежение се насочва директно към изправител. След това той генерира импулси с определена честота. За това отговаря отделна подсистема за управление, което превръща импулсните захранващи устройства в пълноценни цифрови устройства.

Тъй като импулсните захранвания се отличават със структурна и фундаментална сложност, разглеждането на схемата на тяхната работа в рамките на тази статия не е подходящо. и

1. Токът от електрическата мрежа се подава към мрежовия филтър, който намалява до минимум входящите и изходящите изкривявания;
2. Инверторът преобразува синусоидален променлив ток в импулсен постоянен ток;
3. Инверторът, управляван чрез модул за управление, генерира правоъгълни високочестотни сигнали от импулсен постоянен ток;
4. Токът постъпва в импулсния трансформатор, който захранва различните компоненти на самото захранване, както и товара;
5. След това токът постъпва в изходния токоизправител и се изглажда от изходния филтър.

Такава система осигурява не само висока ефективност, но и малки размери. Колкото по-висока е честотата на превключване, толкова по-компактен е захранващият блок поради намаления размер на трансформатора.

Основни предимства на импулсните захранвания

1. Висока ефективност на работа, обикновено около 98%. Незначителните загуби се дължат на преходни превключвания. Но те са твърде незначителни, за да бъдат взети под внимание;
2. Компактен размер и ниско тегло. Това е така, защото импулсните захранвания не изискват масивен трансформатор.

Основни недостатъци на импулсните захранвания:

1. Конструктивна сложност. Почти невъзможно е да се сглоби такова устройство в домашни условия без познания по електроника или електротехника;
2. Видима топлина по време на работа. Ето защо мощните импулсни процесори се оборудват с допълнителни системи за охлаждане, които увеличават размера и теглото на устройството;
3. Наличие на високочестотни смущения. В резултат на това тези захранвания са снабдени с шумов филтър за използване в чувствително оборудване, но дори и той не осигурява 100% защита срещу такива „нежелани сигнали“;
4. Товароносимостта трябва да попада в номиналния диапазон. Ако е свръхнапрежение или поднапрежение, ще има промяна в изходното напрежение. По правило производителите предвиждат това явление и инсталират защита срещу такива необичайни ситуации.

Компактният размер и високата ефективност направиха импулсните захранвания много разпространени. Днес те се използват в зарядни устройства за батерии за мобилна електроника, компютри и домакински уреди, както и в електронни баластни системи за осветителни тела.

Сравнение на импулсни и конвенционални захранвания

Нека да сравним тези два вида устройства, за да определим кое е по-добре да се използва в дадена ситуация.

При равни други условия импулсните захранвания са за предпочитане. Те са по-ефективни и тежат само няколко десетки грама. Но за някои приложения с висока прецизност е по-добре да се използват конвенционални (трансформаторни) модели, тъй като те не задръстват изходния сигнал с интерференция.