Джерело живлення. Принцип роботи та характеристики. Акумулятори та блоки безперебійного живлення

Джерело живлення – це спеціальний пристрій, який забезпечує електроживленням різні споживачі енергії. Джерела живлення поділяються на первинні і вторинні. До першої групи відносяться перетворювачі. Основне їх призначення – перетворювати будь-який вид енергії в електричну. Тобто первинний джерело живлення є генератором електричної енергії.




Первинні джерела живлення включають в свій склад хімічні джерела струму (гальванічні елементи, паливні елементи, акумулятори, редокси-елементи) та інші джерела струму (фотоелектричні перетворювачі, електромеханічні джерела струму, термоелектричні перетворювачі, МГД-генератори, радіоізотопні джерела енергії). Вторинні джерела перетворять електричну енергію. Вони дозволяють отримати електроживлення для різних пристроїв з необхідними параметрами. У цю групу входять трансформатори і автотрансформатори, стабілізатори напруги, стабілізатори струму, імпульсні перетворювачі, віброперетворювачі, інвертори, умформери.

Вибір блоку живлення(БП)

При виборі або розробці БП слід враховувати умови експлуатації, характер навантаження, вимоги до безпеки і т. д. повинні Параметри відповідати вимогам питомого приладу. Бажано наявність пристрою захисту, невелика вага і габарити.





Джерело живлення є частиною електронної апаратури, тому вихід за межі допуску будь-якого з його параметрів може призвести до нестійкої роботи або відмови всього пристрою.

Основні типи вторинних джерел живлення

Мережеві БЖ входять до складу будь-якого радіоелектронного пристрою. Вони поділяються на такі типи:
- бестрансформаторние;
- лінійні;
- імпульсні.

Бестрансформаторние

Ці пристрої дуже прості, дешеві, не вимагають настройки. Схема джерела живлення складається всього з декількох елементів: вхідний ланцюга, випрямляча і параметричного стабілізатора. Пристрої розраховані на струм до сотень мА. Мають малу вагу і габарити. Споживач живиться від мережі через гасящий конденсатор чи резистор і постійно знаходиться під мережевим напругою. Тому при роботі слід дотримуватись обережності: не можна торкатися неізольованих елементів.

Лінійні

Почали застосовувати в радіоелектронній техніці початок 20 століття. До теперішнього часу застаріли і застосовуються в основному в дешевих конструкціях із-за властивих їм недоліків: великої ваги і габаритів, низький ККД. Перевагами лінійних джерел живлення є простота і висока надійність, низький рівень шумів і випромінювань. Принцип дії блоку живлення надзвичайно простий. Вхідна напруга поступає на трансформатор, знижується до необхідної величини, випрямляється, згладжується конденсатором і подається на вхід стабілізатора, який складається з транзистора та схеми управління. "Надлишки" напруги компенсуються регулюючим транзистором. Тому на ньому виділяється значна потужність у вигляді тепла. Лінійне джерело живлення доцільно застосовувати при струмі споживання до 1А.

Імпульсні БЖ

В електронних пристроях, які споживають струм від 1 до 5 ампер, використовують імпульсні блоки живлення. Принцип дії таких пристроїв заснований на перетворенні напруги в змінний струм високої частоти. Високочастотні трансформатори мають невелику вагу і габарити. Тому імпульсні джерела живлення значно менше і легше лінійних. Відмінною рисою цих пристроїв є великий рівень паразитних випромінювань, що призводить до необхідності захисту та фільтрації високочастотних перешкод. Особливе місце займають імпульсні джерела живлення з бестрансформаторним входом і високочастотним перетворювачем, розрахованим на роботу з частотами 20-400 кгц. Коефіцієнт корисної дії цих пристроїв досягає 90% і більше. Але поки вони не знайшли широкого застосування із-за високої вартості, складності пристрою, низькій надійності, великого рівня перешкод.

Особливості джерел живлення постійного струму

Ці пристрої призначені для отримання стабільного постійної напруги або струму. Відповідно, вони мають режими стабілізації як по струму так і по напрузі. Тобто при максимальному зміні струму напруга практично не змінюється, і аналогічно при значних коливаннях напруги величина струму залишається постійною. Є режим відсічки струму. В цьому режимі з питомого пристрою знімається напруга, якщо струм перевищує встановлену величину.
Сучасний джерело живлення має кілька регульованих виходів і додаткові виходи на фіксовані напруги (33 V, 5V, 12V ). Управління роботою БП здійснюється вбудованим мікроконтролером. Режими роботи і окремі параметри записуються в комірки пам'яті.
Потужність джерела живлення залежить від призначення приладу і розв'язуваних завдань. Підприємства-виробники випускають прилади малої (до 100 Вт), середньої (до 300 Вт) і великий (понад 300 Вт) потужності.

Чим відрізняються джерела безперебійного та резервного живлення

Джерело резервного живлення підключається до апаратури лише при пропажі напруги в мережі. Підключення може здійснюватися в автоматичному або ручному режимі. Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) використовуються в апаратурі, в якій відсутній мережевий блок живлення. Вони підключені постійно і забезпечують навантаження стабільним харчуванням. ДБЖ є одночасно основним і резервним джерелом живлення. При зникненні напруги в мережі він автоматично перемикається на резервне живлення. До складу джерела безперебійного живлення входять мережевий блок живлення, джерело резервного живлення (акумуляторна батарея), зарядний пристрій, схема комутації.

Основні види ДБЖ, особливості застосування

Періодичні раптові відключення електроенергії стали звичайним явищем у нашому житті. На жаль, такі скачки напруги істотно скорочують життя побутової техніки, приводять до втрати електронних даних. Уникнути неприємних наслідків допомагають джерела безперебійного живлення. Сучасний ринок представляє широкий асортимент цих приладів. Принцип роботи досить простий: пристрій включають в електромережу, а до нього підключають побутові прилади. Якщо мережа функціонує нормально, безперебійник тільки накопичує енергію. При зникненні електроенергії в роботу включається ДБЖ. ДБЖ бувають наступних видів: • Резервний ДБЖ. Підходить для офісної техніки, комп'ютерів, побутового застосування. ККД близько 99%. Це хороший джерело безперебійного живлення. Ціна цілком доступна. На жаль, такі бесперебойники працюють не тільки при відключенні електрики, але і при зміні його параметрів, тому знос акумуляторної батареї збільшується. В цьому випадку можна запропонувати використовувати додаткове зовнішнє джерело живлення. • Лінійно-інтерактивні ДБЖ. Працюють тільки в разі повного відключення живлення. Їх можна застосовувати для офісного обладнання, опалювальних котлів, обчислювальної техніки. • ДБЖ з подвійним перетворенням. Це найдорожчий джерело безперебійного живлення. Ціна його перевищує 50 тис. рублів, але він того вартий. ДБЖ з подвійним перетворенням доводять свідчення мережі до відмінних параметрів. Час перемикання при збоях - менше 1 мс. Використовуються вони для живлення медичної техніки, серверів, високочутливого обладнання.

Заміна акумуляторних батарей ДБЖ

Акумуляторні батареї – джерела живлення струму – є найбільш слабким елементом ДБЖ. 90% несправностей ДБЖ пов'язано з виходом з ладу акумулятора. В ДБЖ, як правило, встановлюють свинцеві необслуговувані герметизовані акумулятори. Електролітом служить гелеподібна маса на основі сірчаної кислоти. Це один з найдешевших видів акумуляторів. В той же час вони досить ефективні (малий внутрішній опір, низький саморозряд). Свинцеві акумулятори не допускають сильної розрядки. У цьому випадку вони швидко втрачають ємність. Термін їх служби не перевищує 5 років. Висока температура і часті розряди помітно скорочують термін служби акумулятора.
Критерії вибору акумуляторів для ДБЖ:
• Акумулятор повинен мати необхідні напруга і розміри.
• Бажано встановлювати акумулятори від відомих виробників.
• Для ДБЖ годяться тільки спеціально призначені для них акумуляторні батареї або акумулятора певних марок.