В настоящее время практически не используются.

• Напряжение −5 В использовался только интерфейсом ISA и из-за фактического отсутствия этого интерфейса на современных материнских платах провод −5 В в новых блоках питания отсутствует.
• Напряжение −12 В необходим лишь для полной реализации стандарта последовательного интерфейса RS-232 , поэтому также часто отсутствует.

В большинстве случаев используется импульсный блок питания, выполненный по полумостовой (двухтактной) схеме . Блоки питания с накапливающими энергию трансформаторами (обратноходовая схема) естественно ограничены по мощности габаритами трансформатора и потому применяется значительно реже.

Устройство (схемотехника)

Импульсный блок питания компьютера (ATX) со снятой крышкой: A - входной диодный выпрямитель , ниже виден входной фильтр ; B - входные сглаживающие конденсаторы , правее виден радиатор высоковольтных транзисторов ; C - импульсный трансформатор , правее виден радиатор низковольтных диодных выпрямителей ; D - дроссель групповой стабилизации ; E - конденсаторы выходного фильтра

Широко распространённая схема импульсного источника питания состоит из следующих частей:

Входные цепи

• Отдельный маломощный блок питания, выдающий +5 В дежурного режима мат. платы и +12 В для питания микросхемы преобразователя самого ИБП. Обычно он выполнен в виде обратноходового преобразователя на дискретных элементах (либо с групповой стабилизацией вых. напряжений через оптрон плюс регулируемый стабилитрон TL431 в цепи ОС , либо линейными стабилизаторами 7805/7812 на выходе) или же (в топовых моделях) на микросхеме типа TOPSwitch.

• Полумостовой преобразователь на двух биполярных транзисторах
• Схема управления преобразователем и защиты компьютера от превышения/снижения питающих напряжений, обычно на специализированной микросхеме (TL494, UC3844, KA5800, SG6105 и пр.).
• Импульсный высокочастотный трансформатор , который служит для формирования необходимых номиналов напряжения, а также для гальванической развязки цепей (входных от выходных, а также, при необходимости, выходных друг от друга). Пиковые напряжения на выходе высокочастотного трансформатора пропорциональны входному питающему напряжению и значительно превышают требуемые выходные.
• Цепи обратной связи , которая поддерживает стабильное напряжение на выходе блока питания.
• Формирователь напряжения PG (Power Good, «напряжение в норме»), обычно на отдельном ОУ .

• Выходные выпрямители. Положительные и отрицательные напряжения (5 и 12 В) используют одни и те же выходные обмотки трансформатора, с разным направлением включения диодов выпрямителя. Для снижения потерь, при большом потребляемом токе, в качестве выпрямителей используют диоды Шоттки , обладающие малым прямым падением напряжения.
• Дроссель выходной групповой стабилизации. Дроссель сглаживает импульсы, накапливая энергию между импульсами с выходных выпрямителей. Вторая его функция - перераспределение энергии между цепями выходных напряжений. Так, если по какому-либо каналу увеличится потребляемый ток, что снизит напряжение в этой цепи, дроссель групповой стабилизации как трансформатор снизит напряжение по другим цепям. Цепь обратной связи обнаружит снижение выходных цепей, увеличит общую подачу энергии, и восстановит требуемые значения напряжений.
• Выходные фильтрующие конденсаторы. Выходные конденсаторы, вместе с дросселем групповой стабилизации интегрирует импульсы, тем самым получая необходимые значения напряжений, которые значительно ниже напряжений с выхода трансформатора
• Один (на одну линию) или несколько (на несколько линий, обычно +5 и +3,3) нагрузочных резисторов 10-25 Ом, для обеспечения безопасной работы на холостом ходу .

Достоинства такого блока питания:

• Простая и проверенная временем схемотехника с удовлетворительным качеством стабилизации выходных напряжений.
• Высокий КПД (65-70 %). Основные потери приходятся на переходные процессы, которые длятся значительно меньшее время, чем устойчивое состояние.
• Малые габариты и масса, обусловленные как меньшим выделением тепла на регулирующем элементе, так и меньшими габаритами трансформатора, благодаря тому, что последний работает на более высокой частоте.
• Меньшая металлоёмкость, благодаря чему мощные импульсные источники питания стоят дешевле трансформаторных, несмотря на бо́льшую сложность
• Возможность включения в сети широкого диапазона напряжений и частот, или даже постоянного тока. Благодаря этому возможна унификация техники, производимой для различных стран мира, а значит и её удешевление при массовом производстве.

Недостатки полумостового блока питания на биполярных транзисторах:

Стандарты

AT (устаревший)

В блоках питания у компьютеров форм-фактора выключатель питания разрывает силовую цепь и обычно вынесен на переднюю панель корпуса отдельными проводами; питание дежурного режима с соответствующими цепями отсутствует в принципе. Однако почти все материнские платы стандарта АТ+ATX имели выход управления блоком питания, а блоки питания, в то же время, вход, позволяющий материнской плате стандарта АТ управлять им (включать и выключать).

Блок питания стандарта AT подключается к материнской плате двумя шестиконтактными разъёмами, включающимися в один 12-контактный разъём на материнской плате. К разъёмам от блока питания идут разноцветные провода, и правильным является подключение, когда контакты разъёмов с чёрными проводами сходятся в центре разъёма материнской платы. Цоколёвка AT-разъёма на материнской плате следующая:

ATX (современный)

У 24-контактного ATX разъёма, последние 4 контакта могут быть съёмными, для обеспечения совместимости с 20-контактным гнездом на материнской плате

Повышены требования к +5VDС - теперь БП должен отдавать ток не менее 12 А (+3.3 VDC - 16,7 А соответственно, но при этом совокупная мощность не должная превысить 61 Вт) для типовой системы потребления мощностью 160 Вт. Выявился перекос выходной мощности: раньше основным был канал +5 В, теперь были продиктованы требования по минимальному току +12 В. Требования были обусловлены дальнейшим ростом мощности комплектующих (в основном, видеокарты), чьи требования не могли быть удовлетворены линиями +5 В из-за очень больших токов в этой линии.

Разъёмы БП / потребителей питания

Распиновка SATA-разъёмов

Разъём ATX PS 12V (P4 power connector)

Один из двух шестиконтактных разъёмов питания AT

• 20-контактный разъём основного питания +12V1DCV использовался с первыми материнскими платами форм-фактора ATX , до появления материнских плат с шиной PCI-Express .

Также на БП размещаются:

КПД - «80 PLUS»

Производители компьютерных блоков питания

• Cooler Master
• Corsair

См. также

Примечания

1. для соответствия требованиям законодательства стран по электромагнитным излучениям , в России - требованиям СанПиН 2.2.4.1191-03 2.2.4.1191-03.htm «Электромагнитные поля в производственных условиях, на рабочих местах. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы»
2. Б.Ю. Семенов Силовая электроника: от простого к сложному. - М .: СОЛОМОН-Пресс, 2005. - 415 с. - (Библиотека инженера).
3. На пиковой нагрузке +12 VDC, диапазон выходного напряжения +12 VDC может колебаться в пределах ± 10.
4. Минимальное напряжение уровнем 11.0 VDC во время пиковой нагрузки по +12 V2DC.
5. Выдержка в диапазоне требуется разъёму основного питания материнской платы и разъёму питания S-ATA .
6. Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 61 Вт
7. Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 63 Вт
8. Совокупная мощность по линиям +3.3 VDC и +5 VDC не должная превысить 80 Вт

Если вы покупаете компьютер, возможно, он уже будет укомплектован стандартным блоком питания. Но, учитывая важнейшую функцию этого узла для стабильной, долговременной работы, стоит ознакомиться с его характеристиками, а при необходимости заменить, на более подходящий вам с учетом всех требований к этому элементу. Подобрать мощный и надежный блок питания для компьютера можно, ознакомившись с общими требованиями к нему, выбрать тип, мощность и производителя с учетом специфических особенностей установленного в вашем системнике оборудования.

Что такое блок питания компьютера

Большинство компьютеров подключаются напрямую к розетке общедоступной электрической сети без применения дополнительных стабилизаторов, сглаживающих всплески, перепады напряжения и частоты питающей сети. Современное устройство электропитания обязано выдать для всех узлов компьютера стабильное напряжение требуемой мощности с учетом пиковых нагрузок при выполнении сложных графических задач. От мощности, стабильности работы этого модуля зависят все дорогостоящие узлы компьютера – видеокарты, жесткий диск, материнская плата, процессор, и другие.

Из чего состоит

Современные компьютерные устройства электропитания имеют несколько основных узлов, многие из которых крепятся на радиаторах охлаждения:

1. Входной фильтр, на который подается напряжение сети. Его задача состоит в сглаживании входного напряжения, подавления пульсаций и помех.
2. Инвертор сетевого напряжения повышает частоту сети с 50 Гц до сотен килогерц, предоставляя возможность уменьшить габариты основного трансформатора, сохранив его полезную мощность.
3. Импульсный трансформатор преобразовывает входное напряжение в низковольтное. Дорогие модели содержат несколько трансформаторов.
4. Трансформатор дежурного напряжения и контролер, управляющий включением основного блока питания в автоматическом режиме.
5. Выпрямитель переменного сигнала на основе диодной сборки, с дросселями и конденсаторами, которые сглаживают пульсации. Многие модели комплектуются активным корректором коэффициента мощности.
6. Стабилизация выходного напряжения производится в качественных устройствах независимо по каждой силовой линии. Недорогие модели используют один групповой стабилизатор.
7. Важным элементом снижения затрат электроэнергии и снижения шума является терморегулятор скорости вращения вентилятора, принцип работы которого основан на использовании термодатчика температуры.
8. Сигнальные узлы включают схему контроля напряжения и потребляемого тока, систему предотвращения коротких замыканий, перегрузок по потребляемому току, защиту от перенапряжения.
9. Корпус обязан вместить все перечисленные узлы, включая 120-миллиметровый вентилятор. Качественный блок питания предоставит возможность отключения неиспользуемых жгутов.

Виды блоков питания

Устройства электропитания системников стационарных ПК отличаются от тех, которые применяются в ноутбуках. Различают несколько видов данных устройств по их конструктиву:

1. Модульные устройства предоставляют возможность отсоединить неиспользуемые жгуты проводов.
2. Безвентиляторные устройства с пассивным охлаждением, тихие и дорогие.
3. Полупассивные устройства питания снабжены вентилятором охлаждения с управляющим контроллером.

Для стандартизации размеров, физической компоновки компьютерных модулей используется понятие форм-фактора. Узлы, которые имеют одинаковый форм-фактор, полностью взаимозаменяемы. Одним из первых международных стандартов в этой области был форм-фактор АТ (Advanced Technology), который появился одновременно с первыми IBM-совместимыми компьютерами и применялся до 1995 года. Большинство современных устройств электропитания используют стандарт ATX (Advanced Technology Extended).

Компания Intel в декабре 1997 представила материнскую плату нового семейства microATX, для которой было предложено устройство электропитания меньшего размера – Small Form Factor (SFX). С этого времени стандарт стал SFX использоваться во многих компьютерных системах. Его достоинством является возможность применения пяти физических форм, измененных разъёмов подключения к материнской плате.

Лучшие блоки питания для компьютеров

Выбирая устройства электропитания для компьютера, не стоит экономить. Многие производители таких систем эконом класса для снижения цены исключают важные элементы защиты от помех. Это заметно по установленным на монтажной плате перемычкам. Для стандартизации уровня качества этих приборов был создан Сертификат 80 PLUS, указывающий на коэффициент полезного действия – 80 %. Совершенствование характеристик и комплектующих блоков электропитания компьютеров привело к обновлению разновидностей этого стандарта до:

• Bronze – КПД 82 %;
• Silver – 85 %;
• Gold – 87 %;
• Platinum – 90%;
• Titanium – 96%.

Купить блок питания для компьютера можно в компьютерных магазинах или супермаркетах Москвы, Санкт-Петербурга, других городов России, в которых представлен большой выбор комплектующих. Для активных пользователей сети интернет узнать, сколько стоит, сделать подбор из большого количества моделей, купить блок питания для ПК можно в интернет-магазинах, в которых легко выбрать их по фото, заказать по акциям, распродажам, скидкам, сделать покупку. Доставка всех товаров осуществляется курьерскими службами или более дешево – по почте.

AeroCool Kcas 500W

Для большинства настольных домашних компьютеров подойдет мощность 500Вт. Предлагаемый вариант китайского производства сочетает хорошие показатели качества и приемлемую цену:

• название модели: AEROCOOL KCAS-500W;
• цена: 2 690 рублей;
• характеристики: форм-фактор ATX12В В2.3, мощность – 500 Вт, активный PFC, КПД – 85 %, стандарт 80 PLUS BRONZE, цвет – черный, разъемы МП 24+4+4 pin, длина 550 мм, видеокарты 2х(6+2) pin, Molex – 4 шт, SATA – 7 шт, разъемы для FDD –1 шт, 120 мм вентилятор, размеры (ШхВхГ)150х86х140 мм, сетевой шнур в комплекте;
• плюсы: функция активной коррекции коэффициента мощности;
• минусы: КПД только 85 %.

AeroCool VX-750 750W

Устройства электропитания линейки VX мощностью 750 Вт собраны из высококачественных компонентов и обеспечивают стабильное и надёжное запитывание систем начального уровня сложности. Такой прибор от компании Aerocool Advanced Technologies (Китай) защищён от перепадов напряжения в сети:

• название модели: AeroCool VX-750;
• цена: 2 700 р.;
• характеристики: стандарт ATX 12В 2.3, активный PFC, мощность – 750 Вт, сила тока по линиям +5 В – 18A, +3.3 В – 22 A, +12 В – 58 A, -12 В – 0.3 A, +5 В – 2,5 A, 120 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX,1 шт Floppy,1 шт 4+4-pin CPU, 2 шт 8-pin PCI-e (6+2), 3 шт Molex, 6 шт, размеры – 86x150x140 мм, вес – 1,2 кг;
• плюсы: регулятор скорости вращения вентилятора;
• минусы: нет сертификата.

FSP Group ATX-500PNR 500W

Китайская компания FSP выпускает большой ассортимент качественных комплектующих для компьютерной техники. Предлагаемый этим производителем вариант имеет низкую цену, но снабжен модулем защит от перегрузок в сетях общего пользования:

• название модели: FSP Group ATX-500PNR;
• цена: 2 500 р.;
• характеристики: стандарт ATX 2В.2, активный PFC, мощность – 500 Вт, нагрузка по линиям +3.3 В – 24A, +5В – 20A, +12В – 18 A, +12 В – 18A, +5В – 2,5A, -12 В – 0,3A, 120 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX, 1 шт 8-pin PCI-e (6+2), 1 шт Floppy, 1 шт 4+4-pin CPU, 2шт Molex, 3 шт SATA, размеры – 86x150x140 мм, вес – 1,32 кг;
• плюсы: есть защита от короткого замыкания;
• минусы: отсутствует сертификация.

Corsair RM750x 750W

Продукция компании Corsair обеспечивает уверенный контроль напряжения, работает бесшумно. Представляемый вариант устройства электропитания имеет Сертификат 80 PLUS Gold, низкий уровень шума и модульную кабельную систему:

• название модели: Corsair RM750x;
• цена: 9 320 р.;
• характеристики: стандарт ATX 12В 2.4, активный PFC, мощность – 750 Вт, нагрузка по линиям +5 В – 25 A, +3,3 В – 25 A, +12 В – 62,5 A, -12 В – 0,8 A, +5 В – 1 A, 135 мм вентилятор, разъемы 1 шт 20+4-pin ATX, 1 шт Floppy, 1 шт 4+4-pin CPU, 4 шт 8-in CI-e (6+2), 8 шт Molex, 9 шт SATA, сертификат 80 PLUS GOLD, защита от короткого замыкания и перегрузки, размеры – 86x150x180 мм, вес – 1,93 кг;
• плюсы: терморегулируемый вентилятор;
• минусы: высокая стоимость.

Высокой функциональностью и стабильностью всех характеристик отличаются устройства электропитания компании Thermaltake. Предлагаемый вариант такого прибора подойдет для большинства системных блоков:

• название модели: Thermaltake TR2 S 600W;
• цена: 3 360 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 600 Вт, активный PFC, максимальный ток 3,3 В – 22 А, +5 В – 17 А, + 12 В – 42 А, +12 В – 10 А, 120 мм вентилятор, коннектор материнки – 20+4 pin;
• плюсы: можно применять в новых и старых компьютерах;
• минусы: сетевого кабеля в комплекте нет.

Corsair CX750 750 W

Приобретение качественного и дорогого устройства электропитания оправдано при использовании дорогих остальных комплектующих. Применение продукции компании Corsair сделает маловероятным выход из строя этого оборудования по вине устройства электропитания:

• название модели: Corsair CX 750W RTL CP-9020123-EU;
• цена: 7 246 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 750 Вт, нагрузка +3,3 В – 25 A, +5 В – 25 A, +12В – 62,5A, +5 В – 3 A, -12В – 0,8 A, размеры – 150x86x160 мм, 120 мм вентилятор, КПД – 80 %, габариты – 30x21x13 см;
• плюсы: контроллер скорости вращения вентилятора;
• минусы: дорого стоит.

Deepcool DA500 500W

Вся продукция компании Deepcool сертифицирована по стандарту 80 PLUS. Предлагаемая модель питающего прибора обладает сертификатом степени Bronze, имеет защиту от перегрузки и короткого замыкания:

• название модели: Deepcool DA500 500W;
• цена: 3 350 р.;
• характеристики: форм-фактор Standard-ATX 12В 2.31 и EPS12В, активный PFC, Основной разъем – (20+4)-pin, 5 интерфейсов 15-pin SATA, 4 molex-разъема, для видеокарты – 2 интерфейса (6+2)-pin, мощность – 500 Вт, 120 мм вентилятор, токи +3.3 В – 18 A, +5 В – 16 A, +12 В – 38 A, -12 В – 0,3 A, +5 В – 2,5 A;
• плюсы: сертификат 80 PLUS Bronze;
• минусы: не отмечены.

Zalman ZM700-LX 700 W

Для современных моделей процессоров и дорогих видеокарт желательно покупать сертифицированные блоки питания стандарта не ниже Платинум. Представляемый компьютерный блок питания компании Zalman имеет КПД 90 % и высокую надежность:

• название модели: Zalman ZM700-LX 700W;
• цена: 4 605 р.;
• характеристики: стандарт ATX, мощность – 700 Вт, активный PFC, +3,3 В – 20 A, ток +5 В – 20 A, + 12В – 0,3 A, 140 мм вентилятор, размеры 150х86х157 мм, вес 2,2 кг;
• плюсы: защита от короткого замыкания;
• минусы: не отмечены.

Как выбрать блок питания для компьютера

Доверять свое дорогостоящее компьютерное оборудование малоизвестным производителям не стоит. Некоторые непорядочные производители маскируют низкое качество своей аппаратуры под «липовые» сертификаты качества. Высоким рейтингом среди фирм-производителей устройств электропитания для компьютеров обладают Chieftec, Cooler Master, Hiper, SeaSonic, Corsair. Желательно наличие защит от перегрузки, перенапряжения и короткого замыкания. О многом может сказать и внешний вид, материал корпуса, крепления вентилятора, качество разъемов и жгутов.

Разъём питания материнской платы

Количество и вид разъемов, которые установлены на материнской плате, зависят от ее типа. Основными из них являются разъемы:

• 4 pin – для электроснабжения процессора, HDD дисков;
• 6 pin – для запитки видеокарт;
• 8 pin – для мощных видеокарт;
• 15 pin SATA – для подключения интерфейса SATA с жесткими дисками, CD-ROM.

Мощность блока питания

Обеспечить все требования стабильной работы могут блоки питания для компьютеров, мощность которых подобрана с запасом и превышает номинальное потребление всех узлов компьютера на 30-50 %. Запас мощности гарантирует превышение охлаждающих свойств радиаторов, назначение которых состоит в отводе излишнего перегрева его элементов. Определить нужный вам прибор по обзору их предложения в интернете сложно. Для этой цели есть сайты, на которых, введя параметры своих комплектующих, можно рассчитать требуемые характеристики устройств электропитания.

Номинальное значение потребляемой мощности для домашних компьютеров варьируется от 350 до 450 Вт. Покупать источники питания для коммерческих целей лучше от номинала 500 Вт. Игровые компьютеры, серверы должны запускаться с блоками питания от 750 Вт и выше. Важным компонентом устройства электропитания является PFC или коррекция коэффициента мощности, которая бывает активной или пассивной. Активная PFC увеличивает значение коэффициента мощности до 95%. Этот параметр всегда указывается в паспорте и инструкции на товар.

Видео

Компьютер – сейчас привычная для каждого человека вещь, но далеко не все заглядывали внутрь корпуса. Большинство используют это устройство и не задумываются, из чего оно состоит. Работает – и прекрасно.

А если что-то ломается, есть специалисты. Понятно, что не каждому нужно забивать голову техническими деталями, но знать основы желательно. Для начала стоит поинтересоваться, что такое «блок питания», и как правильно его выбирать. Почему эта часть так важна, расскажем ниже.

Для чего нужен блок питания в компьютере?

Не будем писать заумные фразы, которые мало о чем скажут простому пользователю. Попытаемся сравнить. Блок питания – это что-то вроде электрической станции для всех элементов вашего ПК. Он формирует напряжение из электрической сети, которое необходимо для определенных деталей. Подпитывает их энергией и заставляет работать.

На БП желательно не экономить, поскольку от этого зависит . Наверняка вы хотя бы один раз, но сталкивались с перепадами сети. В районе резко выключался свет, и потом, уже после включения ПК вы замечали, что документы не сохранились или вообще какие-то программы отказываются нормально открываться.


Чтобы таких проблем не возникало, нужно покупать надежные и современные блоки питания, которые хоть и стоят подороже, но зато способны противостоять перепадам напряжения. Вы сможете все сохранить и спокойно завершить работу.

Какими бывают блоки питания: параметры для выбора

Первое, на что стоит обратить внимание – мощность. Нужно, чтобы ее хватало. Для выполнения простых задач обычно хватает 300-500 Вт. А если вы любитель навороченных компьютерных игр или используете серьезное ПО, то желательно поставить блок питания с мощностью около 600 Вт.

Нужны точные значения? Тогда воспользуйтесь специальными онлайн-сервисами или программами для расчета, вы легко найдете бесплатные.

При выборе стоит обратить внимание также на встроенные вентиляторы. Они бывают разных размеров, но лучше всего остановиться на 120-миллиметровых. Если что-то случится, быстрее найдете замену.

Дальше поговорим о более сложном вопросе – кабелях и разъемах. Все должно подходить друг другу, иначе, как понимаете, компьютер работать не будет. Сначала обращают внимание на разъем для подключения , в современных БП он 24-пиновый, и некоторые модели можно использовать даже в старых компьютерах. А вот старые БП для новых РС не подходят.


Это еще не все. Для питания процессора лучше всего покупать БП с двумя разъемами, по возможности не пользоваться старыми IDE дисками или DVD-приводом с 4-пиновым разъемом. Это еще больше усложнит задачу выбора подходящего блока питания.

Проследите также, чтобы был 6-пиновый разъем для видеокарты, и чтобы длина кабелей соответствовала вашим потребностям. Для этого, само собой, лучше выбирать вживую, а не по картинкам и описанию в интернете.

Если вдаваться в подробности, то нужно рассмотреть и такой параметр, как КПД блока питания. Он говорит об эффективности преобразования энергии – соотношении потребления ее БП и отдачи элементам компьютера. В современных блоках питания уровень КПД составляет примерно 80-85%, для личного пользования вполне достаточно.

А вот для крупных фирм, где много ПК, нужно 90-95%. Им также стоит присмотреться к блокам питания с раздельной стабилизацией по каждому кабелю. Остальным же можно не заморачиваться по этому вопросу.

За сколько покупать блок питания в компьютер?

Ориентируйтесь на свои задачи и возможности, но помните, что слишком дешевые – в любом случае не ваш вариант. За 30 долларов вы себе только лишние проблемы приобретете. Есть и относительно недорогие, но качественные производители, к которым можно отнести Cooler Master, Chieftec и FSP.


А если совсем не хотите вникать в тонкости работы своего ПК, обзаведитесь надежным помощником. Только специалист сможет подобрать идеальный блок питания, исходя из вашей ситуации. Рисковать же работоспособностью компьютера не стоит. Скупой же дважды платит. Так что лучше не повторять чужих ошибок и заплатить слегка больше.

Вторичный источник электропитания - устройство, которое преобразует параметры электроэнергии основного источника электроснабжения (например, промышленной сети) в электроэнергию с параметрами, необходимыми для функционирования вспомогательных устройств.

Источник электропитания может быть интегрированным в общую схему (обычно в простых устройствах; либо когда недопустимо даже незначительное падение напряжения на подводящих проводах - например материнская плата компьютера имеет встроенные преобразователи напряжения для питания процессора), выполненным в виде модуля (блока питания , стойки электропитания и так далее), или даже расположенным в отдельном помещении (цехе электропитания).

Задачи вторичного источника электропитания

• Обеспечение передачи мощности - источник электропитания должен обеспечивать передачу заданной мощности с наименьшими потерями и соблюдением заданных характеристик на выходе без вреда для себя. Обычно мощность источника питания берут с некоторым запасом.
• Преобразование формы напряжения - преобразование переменного напряжения в постоянное , и наоборот, а также преобразование частоты , формирование импульсов напряжения и т. д. Чаще всего необходимо преобразование переменного напряжения промышленной частоты в постоянное.
• Преобразование величины напряжения - как повышение, так и понижение. Нередко необходим набор из нескольких напряжений различной величины, для питания различных цепей.
• Стабилизация - напряжение, ток и другие параметры на выходе источника питания должны лежать в определённых пределах, в зависимости от его назначения при влиянии большого количества дестабилизирующих факторов: изменения напряжения на входе, тока нагрузки и так далее. Чаще всего необходима стабилизация напряжения на нагрузке, однако иногда (например, для зарядки аккумуляторов) необходима стабилизация тока.
• Защита - напряжение, или ток нагрузки в случае неисправности (например, короткого замыкания) каких-либо цепей может превысить допустимые пределы и вывести электроприбор, или сам источник питания из строя. Также во многих случаях требуется защита от прохождения тока по неправильному пути: например прохождения тока через землю при прикосновении человека или постороннего предмета к токоведущим частям.
• Гальваническая развязка цепей - одна из мер защиты от протекания тока по неверному пути.
• Регулировка - в процессе эксплуатации может потребоваться изменение каких-либо параметров для обеспечения правильной работы электроприбора.
• Управление - может включать регулировку, включение/отключение каких-либо цепей, или источника питания в целом. Может быть как непосредственным (с помощью органов управления на корпусе устройства), так и дистанционным, а также программным (обеспечение включения/выключения, регулировка в заданное время или с наступлением каких-либо событий).
• Контроль - отображение параметров на входе и на выходе источника питания, включения/выключения цепей, срабатывания защит. Также может быть непосредственным или дистанционным.

Чаще всего перед вторичными источниками питания стоит задача преобразования электроэнергии из сети переменного тока промышленной частоты (например, в России - 240 В 50 Гц, в США - 120 В 60 Гц).

Две наиболее типичных конструкции - это трансформаторные и импульсные источники питания.

Трансформаторный

Линейный блок питания

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора , у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение . Затем устанавливается выпрямитель , преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр , сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков (варисторы), защиты от короткого замыкания (КЗ), стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Здесь S {\displaystyle S} выражено в см 2 , E e f f 1 {\displaystyle E_{eff1}} - в вольтах. Меньшие значения знаменателя выбирают для маломощных трансформаторов, большие - для мощных.

Другой путь повышения мощности трансформатора - повышение рабочей частоты. Приблизительно можно считать, что при заданных размерах трансформатора его мощность прямо пропорциональна рабочей частоте. Поэтому увеличение частоты в k {\displaystyle k} раз при неизменной мощности позволяет уменьшить размеры трансформатора в ∼ k {\displaystyle \sim {\sqrt {k}}} раз (площадь сечения магнитопровода уменьшается в ∼ k {\displaystyle \sim k} раз), или, соответственно, его массу в ∼ k 3 / 2 {\displaystyle \sim {\sqrt[{3/2}]{k}}} раз.

В частности, в том числе и этими соображениями, в силовых бортовых сетях летательных аппаратов и судов обычно применяется частота 400 Гц с напряжением 115 В.

Но повышение частоты ухудшает магнитные свойства магнитопроводов, в основном из-за увеличения потерь на гистерезис, поэтому при рабочих частотах свыше единиц кГц применяют ферродиэлектрические магнитопроводы трансформаторов, например, ферритовые или изготовленные из карбонильного железа.

Современные источники вторичного электропитания различной бытовой техники, компьютеров, принтеров и др. сейчас практически полностью выполняются по схемам и практически полностью вытеснили классические трансформаторы. В таких источниках гальваническое разделение питаемой цепи и питающей сети, получение набора необходимых вторичных напряжений, производится посредством высокочастотных трансформаторов с ферритовыми сердечниками. Источником высокочастотного напряжения являются импульсные ключевые схемы с полупроводниковыми ключами, обычно транзисторными . Применение таких устройств, часто называемых инверторами позволяет многократно снизить массу и габариты устройства, а также, дополнительно - повысить качество и надёжность электропитания, так как импульсные источники менее критичны к качеству электропитания в первичной сети, - они менее чувствительны к всплескам и провалам сетевого напряжения, изменениям его частоты.

Достоинства и недостатки

• Большой вес и габариты, пропорционально мощности.
• Металлоёмкость.
• Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсный источник питания

Трансформаторные БП

Классическим блоком питания является трансформаторный БП. В общем случае он состоит из понижающего трансформатора или автотрансформатора , у которого первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение . Затем устанавливается выпрямитель , преобразующий переменное напряжение в постоянное (пульсирующее однонаправленное). В большинстве случаев выпрямитель состоит из одного диода (однополупериодный выпрямитель) или четырёх диодов, образующих диодный мост (двухполупериодный выпрямитель). Иногда используются и другие схемы, например, в выпрямителях с удвоением напряжения. После выпрямителя устанавливается фильтр , сглаживающий колебания (пульсации). Обычно он представляет собой просто конденсатор большой ёмкости.

Также в схеме могут быть установлены фильтры высокочастотных помех, всплесков, защиты от КЗ , стабилизаторы напряжения и тока.

Габариты трансформатора

Существует формула, несложно выводимая из базовых законов электротехники (и даже уравнений Максвелла):

(1 / n) ~ f * S * B

где n - число витков на 1 вольт (в левой части формулы стоит ЭДС одного витка, которая есть по уравнению Максвелла производная от магнитного потока, поток есть нечто в виде sin (f * t), в производной f выносится за скобку), f - частота переменного напряжения, S - площадь сечения магнитопровода, B - индукция магнитного поля в нем. Формула описывает амплитуду B, а не мгновенное значение.

Величина B на практике ограничена сверху возникновением гистерезиса в сердечнике, что приводит к потерям на перемагничивание и перегреву трансформатора.

Если принять, что f есть частота сети (50 Гц), то единственные два параметра, доступные для выбора при разработке трансформатора, есть S и n. На практике принята эвристика n = (от 55 до 70) / S в см^2.

Увеличение S означает повышение габаритов и веса трансформатора. Если же идти по пути снижения S, то это означает повышение n, что в трансформаторе небольшого размера означает снижение сечения провода (иначе обмотка не поместится на сердечнике).

Увеличение n и снижение сечения означает сильное увеличение активного сопротивления обмотки. В маломощных трансформаторах, где ток через обмотку невелик, этим можно пренебречь, но с повышением мощности ток через обмотку растет и, при высоком сопротивлении обмотки, рассеивает на ней значительную тепловую мощность, что недопустимо.

Перечисленные выше соображения приводят к тому, что на частоте 50 Гц трансформатор большой (от десятков ватт) мощности может быть успешно реализован только как устройство большого габарита и веса (по пути повышения S и сечения провода со снижением n).

Потому в современных БП идут по другому пути, а именно по пути повышения f, т.е. переходу на импульсные блоки питания. Таковые блоки питания в разы легче (причем основная часть веса приходится на экранирующую клетку) и значительно меньше габаритами, чем классические. Кроме того, они не требовательны к входному напряжению и частоте.

Достоинства трансформаторных БП

• Простота конструкции
• Доступность элементной базы
• Отсутствие создаваемых радиопомех (в отличие от импульсных, создающих помехи за счет гармонических составляющих)

Недостатки трансформаторных БП

• Большой вес и габариты, особенно при большой мощности
• Металлоёмкость
• Компромисс между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения: для обеспечения стабильного напряжения требуется стабилизатор, вносящий дополнительные потери.

Импульсные БП

Импульсные блоки питания являются инверторной системой . В импульсных блоках питания переменное входное напряжение сначала выпрямляется. Полученное постоянное напряжение преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты и определенной скважности , либо подаваемые на трансформатор (в случае импульсных БП с гальванической развязкой от питающей сети) или напрямую на выходной ФНЧ (в импульсных БП без гальванической развязки). В импульсных БП могут применяться малогабаритные трансформаторы - это объясняется тем, что с ростом частоты повышается эффективность работы трансформатора и уменьшаются требования к габаритам (сечению) сердечника, требуемым для передачи эквивалентной мощности. В большинстве случаев такой сердечник может быть выполнен из ферромагнитных материалов, в отличие от сердечников низкочастотных трансформаторов, для которых используется электротехническая сталь.

В импульсных блоках питания стабилизация напряжения обеспечивается посредством отрицательной обратной связи . Обратная связь позволяет поддерживать выходное напряжение на относительно постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. Обратную связь можно организовать разными способами. В случае импульсных источников с гальванической развязкой от питающей сети наиболее распространенными способами являются использование связи посредством одной из выходных обмоток трансформатора или при помощи оптрона . В зависимости от величины сигнала обратной связи (зависящему от выходного напряжения), изменяется скважность импульсов на выходе ШИМ-контроллера. Если развязка не требуется, то, как правило, используется простой резистивный делитель напряжения . Таким образом, блок питания поддерживает стабильное выходное напряжение.

Достоинства импульсных БП

Сравнимые по выходной мощности с линейными стабилизаторами соответствующие им импульсные стабилизаторы обладают следующими основными достоинствами:

• меньшим весом за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса линейных стабилизаторов складывается в основном из мощных тяжелых низкочастотных силовых трансформаторов и мощных радиаторов силовых элементов, работающих в линейном режиме;
• значительно более высоким КПД (вплоть до 90-98%) за счет того, что основные потери в импульсных стабилизаторах связаны с переходными процессами в моменты переключения ключевого элемента. Поскольку основную часть времени ключевые элементы находятся в одном из устойчивых состояний (т.е. либо включен, либо выключен) потери энергии минимальны;
• меньшей стоимостью, благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности. Кроме этого следует отметить значительно более низкую стоимость импульсных трансформаторов при сравнимой передаваемой мощности, и возможность использования менее мощных силовых элементов, поскольку режим их работы ключевой;
• сравнимой с линейными стабилизаторами надежностью. (Блоки питания вычислительной техники, оргтехники, бытовой техники почти исключительно импульсные).
• широким диапазоном питающего напряжения и частоты, недостижимым для сравнимого по цене линейного. На практике это означает возможность использования одного и того же импульсного БП для носимой цифровой электроники в разных странах мира - Россия/США/Англия, сильно отличных по напряжению и частоте в стандартных розетках.
• наличием в большинстве современных БП встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например от короткого замыкания и от отсутствия нагрузки на выходе.

Недостатки импульсных БП

• Работа основной части схемы без гальванической развязки от сети, что, в частности, несколько затрудняет ремонт таких БП;
• Все без исключения импульсные блоки питания являются источником высокочастотных помех, поскольку это связано с самим принципом их работы. Поэтому требуется предпринимать дополнительные меры помехоподавления, зачастую не позволяющие устранить помехи полностью. В связи с этим часто недопустимо применение импульсных БП для некоторых видов аппаратуры.
• В распределённых системах электропитания: эффект гармоник кратных трём. При наличии эффективно действующих корректоров фактора мощности и фильтров во входных цепях этот недостаток обычно не актуален.