База электротехники Урок 1e

Преобразователи напряжения: блок питания, драйвер и стабилизация напряжения/тока

В бытовой сети мы имеем переменное напряжение, а большинству приборов требуется другое питание: 5 В, 12 В, 19 В или вообще не напряжение, а стабилизированный ток. Поэтому между розеткой и устройством почти всегда работает преобразователь — выпрямитель, трансформатор, блок питания, драйвер либо инвертор.

Содержание

  1. 1. Самый простой вариант преобразования — выпрямитель
  2. 2. Трансформатор
  3. 3. Импульсный блок питания
  4. 4. Драйвер
  5. 5. Инвертор
  6. 6. Вопросы для самопроверки

Мы уже разобрались, чем переменное напряжение отличается от постоянного. Теперь пора понять, как на практике получают нужный тип питания.

В дом приходит сетевое переменное напряжение. Но ноутбуку требуется примерно 19 В постоянного, телефону — 5 В, многим светодиодам — стабильный ток. Бывает и наоборот: нужно из 12 В постоянного сделать 220 В переменного.

С этими задачами справляются преобразователи напряжения.

Самый простой вариант преобразования — выпрямитель

Когда задача сводится к тому, чтобы превратить переменное напряжение в постоянное и не требуется сложная стабилизация, применяют выпрямитель.

Самое простое решение — диод: он проводит ток только в одном направлении. На практике чаще используют диодный мост — он «переворачивает» отрицательную полуволну, и на выходе получается напряжение одной полярности.

После выпрямления полярность уже постоянная, но форма сигнала ещё далека от идеальной: на выходе сохраняются пульсации.

Метод действительно простой и компактный, однако он не защищает нагрузку от сетевых скачков и не обеспечивает стабильное низкое напряжение.

Примеры преобразователей

Коллаж: выпрямитель, диодный мост в шнуре, трансформатор, драйвер, блок питания и инвертор

Коллаж наглядно показывает, что одним выпрямителем всё не ограничивается: далее в цепочке могут быть трансформаторы, блоки питания, драйверы и инверторы.

Как меняется напряжение после выпрямления

Графики: переменное напряжение, выпрямленное и сглаженное
Переменное напряжение периодически меняет полярность
Диодный мост делает отрицательную часть положительной
Для электроники обычно дополнительно требуется сглаживание

Трансформатор

Для большинства бытовых устройств и электроники 220 В — слишком высокий уровень. Поэтому часто первым шагом напряжение нужно понизить.

Классическое решение — трансформатор. Например, он может преобразовать 220 В переменного напряжения в 12 В переменного, а дальше это напряжение уже выпрямляют.

Способ простой и понятный, но есть нюансы: под нагрузкой выход может проседать, а при большой мощности трансформатор получается крупным и тяжёлым.

Простая конструкция
Нет высокочастотных помех, как у импульсных решений
При высокой мощности заметно растут вес и габариты
Выходное напряжение может изменяться

Импульсный блок питания

Большинство современных блоков питания — импульсные. Внутри обычно уже реализованы выпрямление, преобразование напряжения, стабилизация и защитные схемы.

Ключевой плюс — компактность и более ровный выход по сравнению с простыми трансформаторными вариантами.

Поэтому при изменениях в сети или при колебаниях нагрузки выходные параметры, как правило, остаются заметно стабильнее.

Небольшой вес и компактные размеры
Стабилизированное выходное напряжение
Часто есть встроенные защиты

Драйвер

Стабилизированное напряжение нужно не всегда. Например, для светодиодов часто важнее именно стабильный ток.

В таких случаях применяют драйверы. Их выходное напряжение может немного «гулять», зато ток поддерживается на заданном уровне.

Поэтому блок питания и драйвер — разные устройства: первый удерживает напряжение, второй — ток.

Блок питания стабилизирует напряжение
Драйвер стабилизирует ток
Для светодиодов драйвер часто оказывается более подходящим

Инвертор

Инвертор выполняет противоположное преобразование: из постоянного напряжения формирует переменное.

Типичный пример — получить из 12 В автомобильной сети напряжение, близкое к бытовым 220 В, чтобы подключить обычный прибор.

Иными словами, направление преобразования у инвертора обратное тому, что делает стандартный сетевой блок питания.

Блок питания: 220 В AC → низкое DC
Инвертор: низкое DC → 220 В AC
Полезен, когда есть аккумулятор, но нужно питание для бытового прибора

Выпрямитель

Превращает переменное напряжение в постоянное по полярности, но без полноценной стабилизации.

Трансформатор

Изменяет уровень переменного напряжения, но сам по себе не даёт готовое стабильное DC.

Блок питания

Обеспечивает нужное стабилизированное напряжение для электроники.

Драйвер

Поддерживает заданный ток, что особенно важно для светодиодов.

Инвертор

Преобразует постоянное напряжение в переменное.

Теги

#основы

Вопросы для самопроверки

1. Можно ли запитать ноутбук от бытовой сети, используя только диодный мост? Почему?

Показать ответ
Нет. Один диодный мост даст выпрямленное напряжение, но оно будет слишком высоким, нестабильным и с пульсациями. Ноутбуку требуется конкретное и стабильное постоянное напряжение (обычно около 19 В), а не почти сетевой выпрямленный сигнал.

2. Назови пять преимуществ импульсного блока питания по сравнению с трансформатором.

Показать ответ
Можно перечислить такие преимущества:
1. Меньший вес.
2. Более компактные размеры.
3. Более стабильное выходное напряжение.
4. Часто присутствуют встроенные защиты.
5. Обычно лучше выдерживают изменения входного напряжения и нагрузки.

3. В чём разница между блоком питания и драйвером?

Показать ответ
Блок питания обычно стабилизирует напряжение, а драйвер стабилизирует ток. Для обычной электроники чаще выбирают блок питания, а для светодиодов и похожих нагрузок нередко нужен именно драйвер.

Навигация по статье