Информация
Поиск

Лабораторные блоки питания: особенности устройства и применения.

29.01.2020



Также лабораторные блоки питания используются как аналог стабилизатора напряжения для медицинского оборудования. При этом он имеет преимущество перед стабилизаторами, поскольку выдаёт не процентное значение, а фиксированное напряжение, что бывает важно при скачках напряжения. Т.е., при любом входном напряжении он даёт на выходе заданное необходимое значение напряжения.

Основные характеристики блоков питания можно узнать исходя из названия модели. Этот международный стандарт наименования сделан специально для избегания путаницы и поддерживается всеми зарубежными производителями.

Первые две буквы в названии (их может и не быть) обозначают код производителя.  Далее — четыре (реже три или пять) цифр обозначают максимальное выдаваемое напряжение (первые две цифры) и максимальный выходной ток (последние две цифры).  К ним, через чёрточку, может быть добавлена цифра, означающая количество каналов.

К примеру, YIHUA 1502DD, EXtools PS-1502D, HYelec HY1502D обозначает блок питания, выдающий предельное напряжение 15В, и максимальный ток до 2А.

В зависимости от принципа действия и количества подключаемых устройств, лабораторные БП делятся на линейные и импульсные, а также одноканальные и многоканальные, соответственно. Кроме того, они различаются по параметрам стабилизации (тока или напряжения), форме напряжения: постоянному или переменному, типу диапазона, максимальному току и напряжению, мощности, по типу настройки выдаваемого напряжения и тока, по виду изоляции и по индикации.

Линейные (также называемые «трансформаторными») основаны на низкочастотном трансформаторе, понижающем входное переменное напряжение 220В с частотой 50 Гц до десятков Вольт с той же частотой 50 Гц. Потом переменное напряжение выпрямляется и сглаживается конденсаторами. После чего понижается транзисторным стабилизатором до необходимого заданного уровня. Преимущество такого типа устройств — простота и надёжность конструкции, отсутствие высокочастотных пульсаций, а также низкая стоимость ремонта и запчастей. Однако у линейных БП имеется и обратная сторона — низкий КПД (до 60%), связанный с тем, что всё избыточное напряжение преобразуется в тепло. На транзисторном стабилизаторе будет рассеиваться в 4 раза больше мощности, чем поступать на нагрузку. Из-за этого они достаточно громоздкие и тяжёлые. К примеру, современные модели, обеспечивающие работу с нагрузкой до 200 Вт, весят от 5 до 10 кг. Также, со временем, происходит усыхание сглаживающих конденсаторов, из-за чего на выходе образуются провалы напряжения. Вдобавок к этому не исключено попадание высокочастотных шумов. Поэтому, если требуется наиболее чистое выходное напряжение, следует использовать хороший сетевой фильтр, установленный перед линейным ЛБП.

Импульсные лабораторные блоки питания функционируют посредством заряда импульсами тока сглаживающих конденсаторов. В них входное переменное напряжение выравнивается и полученный постоянный ток, в виде малых импульсов увеличенной частоты, поступает на фильтры конденсаторов. После этого благодаря инвертору происходит преобразование постоянного тока в переменный. А потом напряжение сглаживается фильтром. Ну а регулирование выходного напряжения, как правило, осуществляется с помощью изменения специальным контроллером широтно-импульсной модуляции (ШИМ).



Для преобразования тока используются небольшие трансформаторы, поэтому импульсные БП достаточно компактны, имеют небольшой вес. КПД импульсных блоков — 80, а иногда и 90%. К преимуществам можно отнести высокий коэффициент стабилизации и более высокая, в сравнении с линейными блоками питания, выходная мощность, а также отсутствие чувствительности к качеству электроэнергии и частоте входного напряжения.

Главные недостатки импульсных блоков питания — сложность конструкции, что влияет на надёжность, и наличие высокочастотной пульсации (даже с учётом фильтрации): при этом уровень пульсаций зависит от нагрузки — чем она выше, тем больше амплитуда пульсаций. Кроме того, он даёт радиочастотные наводки. Так что они не позволяют работать с некоторыми типами устройств.

Как видим, у обоих типов лабораторных блоков питания есть как преимущества, так и недостатки. Поэтому выбор оптимального типа устройства зависит от необходимых качеств. Если Вам нужен ЛБП, обладающий хорошей надёжностью и отсутствием радиопомех, стоит выбрать линейный (трансформаторный). Если же имеется необходимость в большой мощности и удобной транспортабельности — подойдёт импульсный.

Также тип нужного БП определяется нагрузкой по току. Так, для приборов, потребляющих до 5А подходят линейные блоки питания. Для устройств, работающих на токе свыше 5А — импульсные БП. Дело в том, что все мощные лабораторные блоки питания, дающие большой ток, — импульсные.

Современные лабораторные блоки питания могут применяться как для одного, так и для одновременного использования нескольких приборов. Это определяется количеством выходных каналов. Поэтому они делятся на одно- и многоканальные.

Большинство новых моделей лабораторных блоков питания имеют только один выходной канал. Реже используются двух и трёхканальные устройства.

Стоит отметить, что многоканальные блоки питания позволяют выдавать регулируемое напряжение и ток различных значений. Т.е., параметры выходного напряжения задаются раздельно. Согласитесь, это очень удобно, если нужно работать с разными типами подключаемых устройств. Правда, в трёхканальных блоках питания третий канал нерегулируемый (на 5В).

Наиболее дешёвыми и распространёнными являются одноканальные блоки питания. Их достаточно для проверки или подключения одного прибора. Два канала вывода подойдут если нужно запитать два участка схемы разными напряжениями или одновременно протестировать два устройства. Трёхканальные, имеющие один фиксированный на 5В (как наиболее распространённое малое напряжение) и два регулируемых канала, находят применение для подключения к сложным приборам. Например, это может использоваться для питания медицинского оборудования с раздельной запиткой датчика, блока первичной обработки данных и схемы точной обработки и отображения параметров. При наличии гальванической развязки между каналами такие ЛБП способны выдавать напряжения и токи, заметно различающиеся с соседними каналами.

Поскольку все БП большой мощности (больше 500 Вт) имеют только один канал, может показаться очевидным, что при необходимости, возможно подключить несколько БП. Однако такое решение не позволит обеспечить синхронное включение/выключение и регулировку блоков питания и спровоцирует повышение высокочастотной пульсации. Кроме того, не исключен риск повреждения БП из-за пробоя изоляции.



Основными свойствами лабораторных БП являются регулируемая выдача стабилизированного напряжения (CV) и тока (CC). При использовании лабораторного блока питания в режиме выдачи стабилизированного напряжения, формируется заданное напряжение даже при изменяющихся токах нагрузки. В режиме стабилизации тока блок питания должен подавать заданный ток даже при изменяющемся сопротивлении нагрузки.

Режим стабилизации выходного тока, как правило, присутствует на всех одноканальных блоках питания качественных брендов (Mastech, AXIOMET, HYelec). И изредка, как исключение, в дорогих многоканальных моделях.

Режим стабилизации выходного тока отсутствует в дешёвых одноканальных и в большинстве многоканальных (независимо от бренда) блоках питания. Вместо этого они имеют «защиту от перегрузки и короткого замыкания».

Ещё одной из характеристик является форма напряжения и тока на выходе. В зависимости от конкретной модели, ЛБП могут быть рассчитаны как на выдачу постоянного тока и напряжения, так и на переменные напряжение/ток.

Как правило, лабораторные БП выдают постоянное напряжение и ток. Однако для тестирования электронных приборов может понадобиться изменение выходного напряжения по определённому заданному алгоритму. Для этого в некоторых моделях блоков питания имеется «Режим изменённого выходного напряжения по списку заданных значений». С его помощью можно создать программу, состоящую из последовательных шагов, каждый из которых имеет определённое напряжение и продолжительность. Благодаря существованию такого режима возможно проводить тестирование оборудования и устройств на скачки напряжения, нарастание и спад напряжения, потерю напряжения. Если же имеет значение имитация нагрузок в бытовой электрической сети 220 В, стоит обратить внимание на БП, выдающие переменное напряжение. Причём некоторые модели формируют трёхфазное напряжение с измерением сдвига углов фаз.

Диапазон лабораторных блоков питания по выходному напряжению и току бывает двух видов: фиксированным и автоматическим. Фиксированный диапазон имеют многие бюджетные ЛБП. Они позволяют выбрать любую комбинацию тока и напряжения в максимальных значениях. Так, одноканальный ЛБП с наибольшим напряжением 30В и силой тока 5А способен поддержать данный ток при таком напряжении. Однако повысить пределы как тока, так и напряжения, на таком устройстве невозможна. При этом поддерживаемая мощность составит 30В х 5А = 150Вт.

Автоматический диапазон характеризуется возможностью выбора любой комбинации напряжения и тока, даже превышая их максимальные значения, в пределах максимальной мощности.

БП обладают разным подаваемым напряжением и током. Распространённые диапазоны постоянного напряжения такие: 0 – 15В, 0 – 30В, 0 – 60В. Диапазоны по току: 0 – 2А/3А, 0 – 5А, 0 – 10А, 0 – 20А, 0 – 30А.

Следующий принципиальный фактор при выборе БП — мощность устройства, выдаваемая в нагрузку. Так, ЛБП постоянного тока делятся на стандартные и мощные. Первые поддерживают нагрузку до 700 Вт. Вторые — больше 700 Вт. БП стандартной мощности имеют вес до 15 кг. Сверхмощные устройства до 3 кВт существуют как в приборном, так и в стоечном варианте. Более мощные (от 3 кВт) — только в промышленном стоечном исполнении.  Поскольку универсальных лабораторных блоков питания не существует, при выборе следует опираться на мощность под конкретную задачу.

По виду настройки лабораторные блоки питания бывают ручные и программные. Ручные настраиваются непосредственно на самом ЛБП с помощью рукояток-крутилок или кнопок. Программная настройка производится не на приборе, а на компьютере. Поэтому ею возможно управлять удалённо. Она может быть выполнена в виде готовой специальной программы, поставляемой вместе с ЛБП, так и в виде собственной созданной программы. Необходимость программирования может возникнуть в случае включения ЛБП в состав измерительного комплекса или применения сверхмощных ЛБП.

Некоторые модели обладают комбинированным управлением, которое можно осуществлять как с корпуса ЛБП, так и с компьютера. Для этого предусмотрена возможность подключения к ПК.

Основными отображаемыми параметрами являются вольтметр и амперметр. Их индикация бывает стрелочной и цифровой. Стрелочные индикаторы представлены в виде аналоговой шкалы со стрелкой. Они более чувствительны к скачкам напряжения и тока, но менее информативны, поскольку точность измерения зависит от делений шкалы и по ним невозможно определить десятые и тысячные значения (например, 0.2 А или 0.05А).

Цифровые отображают электрические параметры на LCD дисплее. Они позволяют показывать десятые и тысячные доли измерений. Такие дисплеи трёх и четырёх разрядные.

Есть модели ЛБП, имеющие цифровое отображение вольтметра и стрелочное — для амперметра.

Гальваническая изоляция БП позволяет изолировать напряжение и ток между разными каналами и сетью питания. Она защищает от пробоя напряжением выше 220В и замыканием на землю. Это достигается посредством наличия отдельных обмоток трансформатора для каждого из каналов.

Наличие гальванической защиты обязательно для применения ЛБП при подключении устройств, имеющих аналоговую и цифровую часть или изолированные части.

Для обеспечения безопасной работы и сохранности как самого ЛБП, так и подключённого к нему оборудования, предусмотрены защитные функции, представленные в виде защиты от токовой перегрузки, перенапряжения, перегрузки по мощности, перегрева. Реализация защитных функций разнообразна. Например, при превышении заданного тока, в случае короткого замыкания, может отключить нагрузку, ограничить ток на выходе или переключиться на режим стабилизации выходного тока.

Похожие статьи

Виды прецизионных отверток, их названия и назначение

Виды прецизионных отверток, их названия и назначение

Сферой применения прецизионных отвёрток является ремонт миниатюрных электронных устройств и мелких приборов которые имеют мелкие крепёжные элементы.

Лупа косметологическая, для вышивания, для пайки — назначение и характеристики

Лупа косметологическая, для вышивания, для пайки — назначение и характеристики

Увеличительные линзы и стёкла относятся к оптическим приборам и предназначаются для рассматривания мелких предметов и деталей.

Газовые горелки: особенности устройства и применения.

Газовые горелки: особенности устройства и применения.

Газовая горелка — это устройство, характеризующееся образованием пламени в процессе сгорания газообразного топлива. Посредством регулирования пламени достигается необходимый нагрев. А факел образуется с помощью поджигания газа на выходе из устройства.

Теги: лабораторный, блок питания, источник питания, одноканальный блок, многоканальный, источник питания