Отчет по практике: Обслуговування комп’ютерних та інтелектуальних систем і мереж

Перша проблема, з якою при конструюванні будь-яких пристроїв стикаються і початківці і досвідчені радіоаматори - це проблема електроживлення.

При виборі і розробці джерела живлення (далі ІП) необхідно враховувати ряд факторів, що визначаються умовами експлуатації, властивостями навантаження, вимогами до безпеки і т.д.

Досить прості у виготовленні і експлуатації вторинні імпульсні перетворювачі напруги, їх відрізняє простота виготовлення і дешевизна комплектуючих. Економічно і технологічно виправдане конструювати ІП за схемою вторинного імпульсного перетворювача для пристроїв з струмом споживання 1-5 А, для безперебійних ІП до систем відеоспостереження та охорони, для підсилювачів низької частоти, радіостанцій, зарядних пристроїв.

Краща відмінна риса вторинних перетворювачів перед лінійними - масогабаритні характеристики випрямляча, фільтра, перетворювача, стабілізатора. Проте їх вирізняє великий рівень перешкод, тому при конструюванні необхідно приділити увагу екрануванню і придушення високочастотних складових у шині живлення.

Останнім часом набули досить широке поширення імпульсні ИП, побудовані на основі високочастотного перетворювача з безтрансформаторним входом. Ці пристрої, харчуючись від промислової мережі ~ 110В/220В, не містять у своєму складі громіздких низькочастотних силових трансформаторів, а перетворення напруги здійснюється високочастотним перетворювачем на частотах 20-400 кГц. Такі джерела живлення володіють на порядок кращими масогабарітними показниками в порівнянні з лінійними, а їх ККД може досягати 90% і більше. ІП з високочастотним імпульсним перетворювачем істотно поліпшують багато характеристик пристроїв, що живляться від цих джерел, і можуть застосовуватися практично в будь-яких радіоаматорських конструкціях. Однак їх відрізняє достатньо високий рівень складності, високий рівень перешкод у шині живлення, низька надійність, висока собівартість, недоступність деяких компонентів. Таким чином, необхідно мати дуже вагомі підстави для застосування імпульсних ІП на основі високочастотного перетворювача в аматорській апаратурі (у промислових пристроях це в більшості випадків виправдано). Такими підставами можуть служити: вірогідність коливань напруги на межах ~ 100-300 В. можливість створювати ІП з потужністю від десятків ват до сотень кіловат на будь-які вихідні напруги, поява доступних високотехнологічних рішень на основі ІМС та інших сучасних компонентів.

Класичним блоком живлення є трансформаторний БП. У загальному випадку він складається з понижуючого трансформатора або автотрансформатора, у якого первинна обмотка розрахована на мережеве напруга. Потім встановлюється випрямляч, що перетворює змінну напругу в постійне (пульсуюче односпрямованої). У більшості випадків випрямляч складається з одного діода (однополуперіодний випрямляч) або чотирьох діодів, що утворюють діодний міст (двухполуперіодний випрямляч). Іноді використовуються й інші схеми, наприклад, в випрямлячах з подвоєнням напруги. Після випрямляча встановлюється фільтр, згладжує коливання (пульсації). Зазвичай він являє собою просто конденсатор великої ємності.

Також у схемі можуть бути встановлені фільтри високочастотних перешкод, сплесків, захисту від КЗ, стабілізатори напруги та струму.

Позитивні сторони лінійних БП:

· Простота конструкції

· Надійність

· Доступність елементної бази

· Відсутність створюваних перешкод (на відміну від імпульсних, що створюють перешкоди за рахунок гармонійних складових)

Недоліки лінійних БП:

· Велика вага і габарити, особливо при великій потужності

· Металоємність

· Компроміс між зниженням ККД і стабільністю вихідного напруги: для забезпечення стабільного напруги потрібно стабілізатор, що вносить додаткові втрати.

Імпульсні блоки харчування є інверторною системою. У імпульсних блоках харчування змінна вхідна напруга спочатку випрямляється. Отримане постійна напруга перетвориться в прямокутні імпульси підвищеної частоти та певної шпаруватості, або подаються на трансформатор (у разі імпульсних БП з гальванічною розв'язкою від живильної мережі) або безпосередньо на вихідний ФНЧ (в імпульсних БЖ без гальванічної розв'язки). У імпульсних БП можуть застосовуватися малогабаритні трансформатори - це пояснюється тим, що зі зростанням частоти підвищується ефективність роботи трансформатора і зменшуються вимоги до габаритів (перетин) сердечника, які вимагаються для передачі еквівалентної потужності. У більшості випадків такий сердечник може бути виконаний з феромагнітних матеріалів, на відміну від сердечників низькочастотних трансформаторів, для яких використовується електротехнічна сталь.

У імпульсних блоках харчування стабілізація напруги забезпечується за допомогою негативного зворотного зв'язку. Зворотній зв'язок дозволяє підтримувати вихідна напруга на відносно постійному рівні незалежно від коливань вхідної напруги та величини навантаження. Зворотний зв'язок можна організувати різними способами. У разі імпульсних джерел з гальванічною розв'язкою від живильної мережі найбільш поширеними способами є використання зв'язку за допомогою однієї з вихідних обмоток трансформатора або за допомогою Оптрон. Залежно від величини сигналу зворотного зв'язку (залежному від вихідної напруги), змінюється шпаруватості імпульсів на виході ШІМ-контролера. Якщо розв'язка не потрібно, то, як правило, використовується простий резистивний дільник напруги. Таким чином, блок живлення підтримує стабільну вихідну напругу.

Позитивні імпульсних БП :

· Порівнянні за вихідний потужності з лінійними стабілізаторами відповідні їм імпульсні стабілізатори володіють наступними основними перевагами:

· меншою вагою за рахунок того, що з підвищенням частоти можна використовувати трансформатори менших розмірів при тій же переданої потужності. Маса лінійних стабілізаторів складається в основному з потужних важких низькочастотних силових трансформаторів і потужних радіаторів силових елементів, що працюють в лінійному режимі;

· значно вищим ККД (аж до 90-98%) [Джерело? 165 днів] за рахунок того, що основні втрати в імпульсних стабілізаторах пов'язані з перехідними процесами в моменти перемикання ключового елементу. Оскільки основну частину часу ключові елементи знаходяться в одному зі стійких станів (тобто або включений, або вимкнений) втрати енергії мінімальні;

· меншою вартістю, завдяки масовому випуску уніфікованої елементної бази та розробці ключових транзисторів високої потужності. Крім цього, слід зазначити значно нижчу вартість імпульсних трансформаторів при порівнянній переданої потужності, і можливість використання менш потужних силових елементів, оскільки режим їх роботи ключовою;

· порівнянною з лінійними стабілізаторами надійністю. (Блоки живлення обчислювальної техніки, оргтехніки, побутової техніки майже виключно імпульсні).

· коротким діапазоном живлячої напруги і частоти, недосяжним для порівнянного за ціною лінійного. На практиці це означає можливість використання одного і того ж імпульсного БЖ для переносної цифрової електроніки в різних країнах світу - Росія / США / Англія, сильно відмінних по напрузі і частоті в стандартних розетках.

· наявністю в більшості сучасних БП вбудованих ланцюгів захисту від різних непередбачених ситуацій, наприклад від короткого замикання і від відсутності навантаження на виході.

Недоліки імпульсних БП:

· Робота основної частини схеми без гальванічної розв'язки від мережі, що, зокрема, дещо ускладнює ремонт таких БП;