Блок питания представляет собой электрическое устройство, которое обеспечивает питание одной или нескольких электрических нагрузок. Его основная функция - адаптация электрической энергии к нагрузке путем преобразования энергии от электрического источника в соответствующий ток, напряжение и частоту, требуемые нагрузкой. Источники питания также обеспечивают защиту поставляемой нагрузки, ограничивая ток нагрузки и отключая ее в случае неисправности. Эти устройства также изменяют выходную мощность, чтобы предотвратить электронный шум и обеспечить коррекцию коэффициента мощности.
В этой статье мы расскажем о различных типах блоков питания и рассмотрим, почему безвентиляторные блоки питания могут обеспечить наилучшую производительность.
Линейные регуляторы и SMPS
Источники питания можно разделить на два основных типа: линейные регуляторы и импульсные источники питания (SMPS).
Линейные регуляторы преобразуют переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). Они используют трансформатор, чтобы обеспечить гальваническую изоляцию между входом переменного тока высокого напряжения и выходом постоянного тока низкого напряжения, чтобы отфильтровать шум от входа и уменьшить входное напряжение переменного тока, которое должно быть выпрямлено до выходного напряжения постоянного тока. Линейные регулируемые источники питания имеют низкий КПД (30-60 процентов), что означает большие потери мощности и рассеивание тепла.
Импульсные источники питания имеют высокую эффективность (более 80 процентов) и повышенную производительность. SMPS преобразуют входное напряжение частоты сети в высокочастотное напряжение переменного тока, а затем понижают его до более низкого напряжения с помощью небольшого трансформатора. Затем напряжение выпрямляется, фильтруется и регулируется для вывода постоянного напряжения.
SMPS имеют более сложную конструкцию и более высокую стоимость по сравнению с линейными регуляторами. Тем не менее, они имеют многочисленные преимущества по сравнению с линейными регуляторами, включая небольшие корпуса и очень высокую эффективность без отвода избыточного количества тепла.
Важность эффективности энергоснабжения
Эффективность источника питания - это процентное соотношение общей выходной мощности к входной мощности, обычно заданное для полной нагрузки и номинального входного напряжения.
Например, если блок питания имеет 50-процентную эффективность и запрошенная мощность нагрузки составляет 100 Вт, общая потребляемая мощность должна составлять 200 Вт. Остальные 50 процентов потребляемой мощности теряются, в основном, в виде тепла, и должны быть отведены должным образом, чтобы не повредить устройство. Это показывает, насколько важны высокоэффективные источники питания. У них значительно меньше потерь, что означает, что они остаются холоднее и потребляют меньше энергии от сети для обеспечения одинаковой выходной мощности.
Устройства электропитания не имеют постоянной эффективности, так как это зависит от условий окружающей среды и нагрузки. Как правило, источники питания имеют максимальную эффективность при работе на 50 процентов от номинальной нагрузки. Блоки питания имеют более высокую эффективность при питании 230 В, чем 110 В переменного тока. В настоящее время на рынке предлагаются усовершенствованные модели, которые могут работать с постоянно высокой эффективностью даже в диапазоне 50-100 процентов от номинальной нагрузки.
Невозможно достичь КПД блока питания на 100 процентов. Тем не менее, благодаря усовершенствованной конструкции и надлежащим компонентам возможна высокая эффективность. Потери в источниках питания вызваны пассивными и активными компонентами и происходят больше в линейных источниках, чем в SMPS. Потери мощности SMPS происходят в основном в коммутационных устройствах (MOSFETS и диоды). Другие потери вызваны конденсаторами и катушками индуктивности (это может быть уменьшено, если используются усовершенствованные компоненты с низким сопротивлением, которые обычно являются дорогостоящими). Потери пассивных компонентов включают потери на резисторах (I2R), потери на конденсаторах и потери на индуктивности из-за индуктивности сердечника и обмотки. Потери активных компонентов в основном вызваны полевыми МОП-транзисторами и диодами в виде потерь на проводимость и переключение.
Хотя SMPS могут быть более дорогими, их высокая эффективность экономит затраты на электроэнергию. Они также более надежны, производят меньше шума и требуют меньшего охлаждения. В них используются высококачественные компоненты, такие как коммутационные устройства, конденсаторы для тяжелых условий эксплуатации и дроссели с хорошими характеристиками. Они производят лучшее выходное напряжение с низким уровнем пульсаций, меньшим уровнем шума и тепла, а также обеспечивают лучшее регулирование напряжения.
Источник: arttelekom.ru