З чого складається імпульсний блок живлення, частина 2

Я вже викладав відео про окремі частини блока живлення, але, подумавши, вирішив, що робив це неправильно, а точніше — не зовсім послідовно, тож вирішив виправитися.
Цією статтею я починаю невеликий цикл із серії «як це працює», у якому спробую по черзі показати всі вузли типового імпульсного блока живлення, а також розповісти про їхнє призначення та можливі місця відмови компонентів.

Як я вже розповідав, типовий блок живлення складається з таких вузлів:
1. Вхідний фільтр і випрямляч із фільтрувальними конденсаторами.
2. ШІМ-контролер і транзистори інвертора.
3. Силовий трансформатор і кола гасіння викидів напруги.
4. Вихідний випрямляч, конденсатори вихідного фільтра та коло зворотного зв’язку.

Якщо намалювати спрощену структурну схему, вона матиме такий вигляд. Звісно, бувають деякі винятки, але загалом картина буде дуже схожою.
Як виняток скажу, що існують також блоки живлення з комутованими конденсаторами, але це вже ексклюзив.


Майже всі вузли, своєю чергою, можна також розділити на складові частини, тож, можливо, я описуватиму їх окремо. Але сьогодні розповім про те, з чого починається імпульсний блок живлення. Наприклад, у планах — окреме відео про коректори коефіцієнта потужності.
А починається блок живлення з вхідного фільтра перешкод, випрямляча та фільтрувальних конденсаторів.


Першою йде система захисту, до якої входять запобіжник, варистор, термістор і резистор для розряджання вхідного конденсатора фільтра перешкод


Далі йде фільтр, який не дає перешкодам від блока живлення потрапляти в електромережу.
До нього входять конденсатори класів X і Y, а також синфазний дросель.


Ну а останніми йдуть випрямляч і фільтрувальні конденсатори.


Хоча я вже розповідав про вхідний фільтр і елементи захисту, все ж трохи зупинюся на них і тут.
Нормальний вхідний фільтр має приблизно такий вигляд.


Або ось такий. Тут також видно дросель, конденсатори, запобіжник і варистор.


Або ось фільтр блока живлення Mean Well.


Загалом, як я вже казав, фільтр імпульсного блока живлення — річ не лише важлива, а часто й доволі складна. Іноді складність і кількість елементів фільтра стають співмірними з простеньким блоком живлення. Наприклад, ось схема складнішого фільтра.


До речі, подібні фільтри продаються як окремі пристрої, наприклад, від того ж Mean Well.


Ба більше, виробник навіть наніс схему на верхню частину — це досить незвично.
Загалом, подібні фільтри траплялися у вітчизняній комп’ютерній техніці, один такий досі лежить у мене вдома.


Але в будь-якому разі ключовим елементом фільтра є дросель із двома обмотками. На щастя, визначити його наявність зовсім нескладно.


Але трапляються дуже ощадливі виробники (яким не завадило б добряче надавати по руках), що замість нього ставлять перемички. Зрозуміло, що вони нічого не фільтрують.
Найчастіше таке трапляється в найдешевших блоках живлення. Хоча в мене були й винятки: у дорогому блоці стояли перемички, а в дешевому — дросель.


Не менш важливий елемент — запобіжник. Для початку, вони бувають різними, а іноді їх узагалі замінюють резистором.
Ні, звісно, є спеціальні резистори, але зрештою ставлять звичайні.
Для початку: запобіжники бувають різних типів і розмірів. Такий маленький, як на фото, я б не назвав хорошим.


А ось правильний варіант: він не лише більший, а й захищений термоусадкою. І річ не в тому, що більше — краще: ми ж не за Фрейдом визначаємо розмір запобіжника. Просто в більшого запобіжника більша відстань між виводами, тому розрив кола надійніший.


Зазвичай вважають, що запобіжник має захищати техніку. Це так, але лише наполовину. Якщо в схемі є варистор, то в разі перевищення напруги він почне її обмежувати й зрештою спалить запобіжник, захистивши таким чином техніку. Мені траплялася фірмова техніка, на яку після відгорання нуля подавали понад 300 Вольт. Після заміни варистора й запобіжника все працювало як і раніше.
Якщо варистора немає, то запобіжник виконує лише функцію захисту вашої електропроводки.


Маркування варисторів дуже просте. Три цифри: перші дві — значення, третя — множник. Наприклад, у блоках живлення встановлюють варистори на 470 Вольт, маркування — 471.


Ну і, звісно ж, конденсатори. Я розповідав про них в окремому відео, тому коротко.
По-перше, конденсатори типу Y легко сплутати з варисторами, адже вони мають схоже маркування, колір і розміри. Але маркування варисторів зазвичай простіше, а конденсатори Y товстіші й менші. Тому просто уважно читайте маркування.
З конденсаторами типу X, на фото він праворуч, усе набагато простіше: шукаємо маркування X1 або X2, а також зазначення робочої напруги.


Безпечні конденсатори зазвичай мають більше маркувань, тому відрізнити їх можна навіть за зовнішнім виглядом.


І, відповідно, типу X. Вони бувають також у корпусі блакитного кольору, їх можна побачити на початку відео.


Після всіх фільтрів іде випрямляч. Його завдання просте: перетворити змінний струм на постійний, але й тут можуть чекати сюрпризи.
Зазвичай для випрямлення в імпульсних блоках живлення застосовують діодний міст, це ніби зрозуміло й природно.


Але деякі виробники примудряються заощаджувати навіть на цьому. У мене десь валяються копійчані блоки живлення, у яких застосовано однопівперіодний випрямляч, а по суті — лише один діод.
У такому варіанті рівень пульсацій на виході випрямляча буде значно більшим за тієї самої ємності. Його, звісно, можна доопрацювати, встановивши три діоди, яких бракує, але якщо на ньому так заощадили, то дешевше його викинути.


Діодний міст може бути зібраний з окремих діодів або на основі діодної збірки, що, звісно, набагато зручніше.


До речі, мене якось запитували, чи потрібно встановлювати діодну збірку на радіатор. Скажімо так, це залежить від багатьох чинників, але якщо блок живлення має пасивне охолодження, то краще прикрутити до неї невеликий радіатор, наприклад, як зроблено в блоках живлення Mean Well.
Причому на фото блок живлення потужністю лише 150 Ватт.


У блоках живлення невеликої потужності найчастіше встановлено лише один конденсатор, хоча мені траплялися й винятки.
Найчастіше ці блоки живлення розраховані на широкий діапазон напруги живлення.



У потужніших блоках живлення ви, найімовірніше, побачите ось такий перемикач. Він дає змогу перемикати діапазон вхідної напруги в режим 110 або 220 Вольт.


При цьому поруч будуть два конденсатори. Це, звісно, не обов’язково: бувають потужні блоки живлення з одним конденсатором, і про це я обов’язково розповім. Також трапляються малопотужні з двома конденсаторами, просто найчастіше зроблено так, як видно на фото.


У мережі я зустрічав хибні уявлення й певне нерозуміння процесів, що відбуваються під час перемикання напруги. Спробую пояснити.
У звичному для нас режимі вимикач розімкнений, а до виходу діодного моста підключено два послідовно з’єднані конденсатори.
Резистори потрібні для розряджання конденсаторів і невеликого вирівнювання напруги на них.


Оскільки не в усіх у розетці 220 Вольт, а іноді буває й удвічі менше, придумали простий спосіб перемикання.
Якщо замкнути вимикач, то середня точка з’єднання конденсаторів підключається до одного з вхідних контактів, а діодний міст починає працювати як два діоди.


Якщо розташувати діоди трохи інакше, схема стає зрозумілішою.


І перетворюється на два однопівперіодні випрямлячі, увімкнені так, що один заряджає перший конденсатор від позитивної півхвилі, а другий робить те саме зі своїм конденсатором, але від негативної. У результаті дві менші напруги додаються й отримуємо повні 300-310 Вольт. Ця схема називається випрямлячем із подвоєнням напруги. Такий трюк можливий лише зі змінним струмом — на щастя, багато років тому він переміг у змаганні з постійним.


Але таке рішення має й невеликий мінус. Оскільки схема працює в режимі подвоєння, то якщо замкнути вимикач за наших 220 Вольт, наслідки можуть бути сумними. Випрямляч спробує зарядити конденсатори до напруги 310 Вольт кожен, а вони зазвичай розраховані лише на 200.
У найкращому разі в них здуються кришки, і вся кімната нагадуватиме банку з молоком.


Але траплялися в мене й гірші випадки, коли конденсатор просто розривало, і на платі залишалося тільки гумове денце.


Головне в такій ситуації, щоб кришка, яка відлетіла, не влучила в якийсь важливий орган, наприклад в око.


Наступне важливе запитання, яке мені ставлять дуже часто, — як визначити потрібну ємність вхідного конденсатора.
Зазвичай рекомендують ємність у мікрофарадах, що дорівнює потужності блока живлення у Ваттах, але тут теж є свої нюанси. Спробую розповісти й показати на графіках.
У першому прикладі напруга мережі нормальна, а ємність має запас — видно невеликі пульсації.


Ось вхідна напруга трохи просіла — усе гаразд, за винятком того, що пульсації наблизилися до жовтої зони, але поки що це не критично.


Повернімо напругу до норми, але збільшмо навантаження. Одразу видно, що розмах пульсацій зростає. Такий режим уже може бути шкідливим для вхідного конденсатора, унаслідок чого скорочується термін його служби.


Залишмо ту саму потужність, але знизьмо вхідну напругу. Амплітуда пульсацій трохи зростає, оскільки інвертор намагається компенсувати нестачу напруги довшим часом відбирання енергії від конденсатора. Шкідливо, але все працює.


Знизьмо напругу ще більше — такі ситуації трапляються, причому не обов’язково надовго. Наприклад, запуск компресора холодильника чи кондиціонера за слабкої мережі може спричинити помітне просідання напруги.
Напруга на конденсаторі падає нижче червоної зони, тобто на виході блока живлення ми побачимо пульсації з частотою 100 Герц — це вже погано.

Ще один експеримент: трохи піднімемо напругу, але зменшимо ємність конденсатора. Результат такий самий, як і раніше, тільки розмах пульсацій став більшим, а для конденсатора це тепер іще шкідливіше.


У якісних блоках живлення зазвичай ставлять конденсатор із великим запасом. Це потрібно для стабільної роботи в широкому діапазоні напруги живлення та збільшення терміну служби конденсаторів.
Наприклад, у блоці живлення монітора потужністю близько 40-50 Ватт стоїть конденсатор ємністю 120мкФ, хоча для розрахунку лише на 220 Вольт вистачило б і 47-56 мкФ. Не думаємо ж ми, що виробник зробив це з доброти душевної.


Щоб поліпшити параметри блока живлення, можна збільшити ємність конденсаторів, наприклад, додавши паралельно ще пару. Але врахуйте: конденсатори обов’язково мають мати однакову ємність, а бажано, щоб вони ще й були однаковими.


Так роблять виробники деяких блоків живлення: тут чотири конденсатори з’єднані попарно паралельно-послідовно.


Але можна також поставити один конденсатор на спільну шину 310 Вольт, проте в такому разі він має бути розрахований щонайменше на 400 Вольт.


Я так доопрацьовував блоки живлення для потужного регульованого блока. Нижче видно випаяний перемикач вхідної напруги. Рекомендую робити так і іншим, адже раз на рік може згоріти навіть вимкнений блок живлення. :)


Ще одне популярне запитання: які конденсатори краще ставити — фірма, марка тощо.
У китайських блоках живлення часто стоять або підробки під фірмові, або просто дешеві безіменні конденсатори. Вони, звісно, гірші за фірмові, але практика показує, що в цьому колі це не критично.


Головне, щоб конденсатор не виявився «матрьошкою», тому краще виміряти його ємність і вже тоді вирішити, замінити його чи додатково встановити інші.



У фірмових блоках живлення, звісно, стоять нормальні конденсатори, підробок чи безіменних мені не траплялося.


А тепер щодо виробників. Насправді до якості вхідного конденсатора вимоги не такі суворі, як до вихідного. Але якщо хочеться зробити якнайкраще, я б радив відмовитися від нонейму й звернути увагу на фірмові конденсатори.
Вибір їх досить великий, наприклад, Nippon.


Або Samwha, яка раніше була Samsung: відносно недорого й якісно.


Nichicon, але вони дорожчі й трапляються рідше.


Rubicon — теж хороші конденсатори, шкода тільки, що їх досить часто підробляють. Наприклад, у наведених вище прикладах вони називаються RubiconG, як ви розумієте, це зовсім інше.


Крім того, рекомендую дуже хороші конденсатори CapXon серії KF


Або Jamicon.



Наостанок я залишив питання, яке мені ставлять трохи рідше, але воно також важливе для правильного вибору конденсаторів фільтра.
Мене запитували, з якою максимальною робочою температурою купувати конденсатори на заміну штатним у блоці живлення.
Загалом нормально працюватимуть і на 85, і на 105 градусах, але якщо ваш блок живлення має пасивне охолодження, я радив би встановити конденсатори, розраховані на 105 градусів: у такому блоці живлення вони прослужать довше. Якщо блок живлення має активне охолодження, не думаю, що ви помітите суттєву різницю.


Наостанок — кілька фото вже майже раритетного блока живлення. Цей блок стояв у якомусь старому комп’ютері, якщо не помиляюся, болгарського виробництва. Там же була й клавіатура на датчиках Холла, у металевому корпусі — практично невбивана річ, але від неї залишилися тільки кнопки з датчиками. Тепер шкодую, що розібрав її.
Так от, це блок живлення з пасивним охолодженням і активним коректором коефіцієнта потужності, тобто фактично з тим, що зараз просувають як важливу особливість. А 30 років тому це вже існувало й досить широко використовувалося.
Блок має потужність 270 Вт, хоча на самій платі вказано 260 Вт. Вихідні напруги — лише 12 і 5 Вольт.
Вироблений фірмою Boschert. Але як же я здивувався, дізнавшись, що їх навіть цілком продають, щоправда, відновленими.


А ось так виглядає мій блок живлення. Можливо, влаштую йому окрему фотосесію — думаю, він на це заслужив :)
Вибачте за пил, усе-таки багато років на балконі, а ще переїзд і ремонт у квартирі.


На сьогодні все, як завжди, чекаю на запитання й пропозиції тем для нових відео та оглядів.

Знову мало не забув — власне, відео. Знімав уперше в такому форматі. Якщо є сенс і надалі так знімати, пишіть.