Различия между импульсными и линейными лабораторными блоками питания

Различия между импульсными и линейными лабораторными блоками питания

 Рассмотрим характерные особенности и отличия двух основных групп лабораторных блоков питания  - импульсных и линейно-стабилизированных – на примере двух хорошо зарекомендовавших себя  источников питания компании «Профигрупп» с близкими выходными параметрами. Так же, рассмотрим, как эти индивидуальные особенности правильно использовать в эксплуатации рассматриваемых блоков. Возьмем для примера линейно-стабилизированный лабораторный блок питания Б5-3010-ПРО и импульсный лабораторный блок питания Б5-71/1-ПРО.

        Действительно, принадлежа к двум разным типам блоков питания, рассматриваемые источники имеют очень похожие выходные параметры: диапазоны установки выходного напряжения и тока ( 30 В и 10 А соответственно) и уровни пульсаций в режимах стабилизации напряжения и тока. Оба лабораторных блока питания имеют цифровую индикацию устанавливаемых параметров и близкие значения допустимых погрешностей. Первое, на что обратит внимание пользователь этих источников – существенные различия габаритных размеров и массы. Импульсный лабораторный блок питания в этих параметрах обладает явным преимуществом : 230 х 105 х 310 мм и 3,5 кг у импульсного блока питания против 255 х 160 х 380 мм и 14 кг у линейно стабилизированного блокапитания. С точки зрения удобства размещения на рабочем месте импульсный лабораторный блок питания выглядит удобнее – условное «очко» в пользу импульсного источника. Кроме того, линейно стабилизированный блок питания снабжен радиатором внушительного размера на задней стенке, который «намекнет» пользователю о серьезном тепловыделении. Так и происходит на практике, при одновременной работе двух источников суммарное выделение тепла у линейно стабилизированного блока питания существенно выше – и, снова, «очко» получает импульсный источник питания. Роль «печки» в этом случае выполняют четыре мощных n-p-nтранзистора (TIP 3055). Интересно организована работа  выходного каскада  линейного блока питания: используются две раздельные обмотки силового трансформатора, два раздельных выпрямителя и два ключевых элемента (по два параллельно включенных транзистора в каждом ). При работе на максимальном токе, оба ключевых элемента (т.е. все четыре выходных транзистора) работают параллельно на общую нагрузку. Этим достигается повышение надежности лабораторного блока питания: выход из строя любого из четырех выходных транзисторов приводит к неисправности одного ключевого элемента. При этом, второй ключевой элемент может продолжать нормально работать вплоть до достижения половины от максимального значения тока блока (5 А). Только после этого начнется ограничение выходного напряжения. Работа ключевого  каскада  импульсного блока питания принципиально отличается от рассмотренного выше. Два мощных MOSFETтранзистора  «раскачивают» обмотку выходного трансформатора импульсами практически постоянной амплитуды, но переменной длительности, которая в свою очередь, определяется напряжением «уставки». Результирующее значение выпрямленного напряжения на конденсаторе фильтра будет равно напряжению уставки. Понятно, что выход из строя регулирующего элемента в импульсном блоке питания приведет к  полной неработоспособности. Тут очередное «очко» можно присудить уже линейному блоку питания.  Продолжая изучать конструктив рассматриваемых лабораторных блоков питания, хочется отметить, что силовой трансформатор линейно-стабилизированногоблока питания не имеет запаса габаритной мощности, на практике это означает, что при работе на максимальном токе нагрузки, вся полезная мощность трансформатора оказывается задействованной (на нагрузку блока и питание его внутренних схем регулирования, стабилизации и индикации выходного напряжения). Индукция в сердечнике достигает максимальных значений, что становится заметным пользователю в режиме стабилизации тока. Если ток нагрузки в этом режиме достигает 10 ампер, форма тока вторичной обмотки трансформатора начинает искажаться – это проявляется в повышенном уровне пульсаций тока (в режиме стабилизации тока ). Таким образом, если предполагается стабилизировать токи предельных значений, импульсный блок питания справится с задачей лучше, и зарабатывает очередное «очко».  Кстати, достаточно поднять напряжение первичного питания линейно-стабилизированного блока питания с 220 до 240 вольт, и недостаток перестает проявляться.  Видимо, разработчикам этот факт был известен, и они предусмотрели возможность установки компенсационной цепи. Такая доработка существенно снижает уровень пульсаций « в токе», но сильно ухудшает быстродействие линейного блока питания в динамическом режиме (при работе на периодически меняющуюся нагрузку). Время провала и нарастания выходного напряжения заметно увеличится. Однако, если предельные режимы не являются для пользователя основными, и компенсационную цепь использовать не предполагается, то, при работе на динамически меняющуюся нагрузку, линейно-стабилизированный блок питания справляется с задачей существенно лучше импульсного и зарабатывает твердое «очко». Так же, этот блок имеет цельнометаллический корпус, имеющий вывод на отдельную клемму, что позволяет пользователю минимизировать уровень помех в нагрузке по цепи питания. Кстати, этот показатель является слабым местом импульсных блоков питания вообще, как следствие ШИМ-регулирования выходного напряжения. Причем, чем короче импульс, питающий первичную обмотку трансформатора импульсного источника, тем труднее избавиться от «игольчатых» помех в цепи питания нагрузки. Для пользователя это означает, что чем ниже установленное выходное напряжение, тем  более короткими будут импульсы «раскачки» и хуже соотношение амплитуды шума к уровню выходного напряжения источника. Линейному блоку питания этот недостаток не свойственен. Импульсный блок питания предоставляет пользователю удобный сервис установки и контроля выходного напряжения: напряжение «уставки» может быть отображено на дисплее до подачи на нагрузку. Кроме того, возможен выбор дискрета «уставки» как по напряжению, так и по току. Линейно-стабилизированный блок питания этим похвастаться не может, и «предлагает» пользователю традиционно «покрутить» ручки и, так же вручную подключать или отключать нагрузку.

          Таким образом, каждый из рассматриваемых блоков питания имеет свои явные преимущества и недостатки, которые  были вкратце рассмотрены. Для питания сильноточных цифровых устройств удобно пользоваться импульсным лабораторным блоком питания с широкими сервисными возможностями, хорошо организованной системой защиты от перегрузок и коротких замыканий на выходе. Так же, импульсный источник питания имеет защиту от перегрева. Линейный блок питания, хотя и не может «похвастаться» сервисными удобствами, хорошо подойдет для питания аналоговой аппаратуры, чувствительной к помехам по питанию. В любом случае, выигрывает пользователь, имея хорошую возможность выбирать.