Сравнение линейного и импульсного лабораторных блоков питания

Здравствуйте...

С вами интернет-магазин Electronoff! Если поискать в интернете стабилизаторы напряжения, или лабораторные блоки питания, что практически одно и то же, то можно найти два варианта - линейные и импульсные. Сегодня мы разберем, чем же они различаются, функционально и в рабочем плане, расскажем принципы их работы.

Сильно вдаваться в подробности не будем, но основную информацию попробуем рассказать.

Начнем с линейных стабилизаторов.

Их яркими примерами есть популярные микросхемы серии L78xx. Грубо говоря, такие стабилизаторы работают как обычный резистор – всю “лишнюю” энергию, которая не идет в нагрузку, они гасят на себе. Например, возьмем светодиод. Ему нужно 3 вольта, а на входе у нас 12 вольт. Линейный стабилизатор опустит напряжение до 3-х вольт, а оставшиеся 9 вольт, скажем так, “съест” — превратит их в нагрев себя же.

У них эффективность тем больше, чем меньше разница напряжений. Например, если светодиоду нужно 3 вольта, а на входе у нас 5 - стабилизатор скушает 2 вольта и нагреется совсем чуть-чуть. А если мы подадим 30 вольт - ему придется сожрать целых 27 вольт, и нагрев от этого будет значительно больше.

Можно даже посчитать.

• Возьмем ток через светодиод равным 100 мА, или 0.1 А.
• Из рассчета рассеиваемой мощности, P=U*I, при входном напряжении 5 вольт стабилизатор рассеет 2*0.1 = 0.2 Вт, а при входных 30 вольтах уже 27*0.1=2.7 Вт, то есть в 13.5 раз больше.
• При условии, что сам светодиод потребляет 0.3 Вт, эффективность во втором случае получается ну совсем никакая.

Но не стоит думать, что эти стабилизаторы совсем уж плохие. У них присутствует несколько существенных преимуществ.

Первое - дешевизна и надежность	Сделать нормально работающий стабилизатор можно буквально из трех деталей, причем две будут необязательными
Второе - отсутствие пульсаций и помех на выходе	При правильной компоновке на выходе получается ровная линия напряжения при любой нагрузке. А это очень важно для чувствительных к разным наводкам и пульсациям схем на электронных компонентах

К тому же, промышленные блоки питания минимизируют разницу напряжений при помощи трансформаторов с несколькими обмотками. Таким образом всегда работают в оптимальном режиме.

А вот импульсные лабораторные бп немного сложнее. В них не происходит “съедания” лишнего напряжения, они его преобразуют. Образно говоря, это регулируемый трансформаторчик, который подчиняется “трансформаторным” законам сохранения энергии - если на входе было большое напряжение и маленький ток, то на выходе можем получить, скажем, маленькое напряжение и большой ток (больше, чем входной).

В теории такой стабилизатор может иметь КПД, близкое к 100% (но потреи всегда есть - в магнитопроводе, прит нагреве радиодеталей), и производители стремятся быть как можно ближе к этому значению.
С помощью импульсного метода можно делать небольшие, но при этом очень мощные источники питания.

Звучит хорошо, но на практике всё не так радужно.

Импульсные стабилизаторы значительно сложнее в плане схемотехники и производства. В их составе должна быть специализированная микросхема, которая подключается к преобразующему трансформатору или катушке. К ним нужна дополнительная обвязка, и все это дело использует для преобразования большую переменную частоту (поскольку преобразование может происходить только с переменным током (или же импульсным, откуда и название)).

А следовательно возникают следующие возможные проблемы:

1. Пульсации на выходе. Так как напряжение преобразуется импульсами, эти импульсы могут сохраняться и на выходе стабилизатора, просачиваясь в нагрузку. Особенно неприятно это чувствовать на усилителях звука и других чувствительных схемах - датчиках, сенсорах, таймерах и так далее.
   Пульсации создают помехи не только на частоте преобразования, но и на гармониках этой частоты. К тому же, если основная частота или ее гармоники попадают в звуковой диапазон, то блок питания будет издавать противное пищание, изводящее нашу и без того хрупкую нервную систему.
2. Помимо этого, куча электроники делает всю схему более хрупкой и “капризной”.
   В качественных промышленных импульсных источниках питания, конечно, пульсации сведены к минимуму, а также предусмотрены всевозможные защиты и настройки, чтобы ничего не ломалось. А вот самостоятельно сделать такой блок без определенного багажа знаний проблематично.

Подводя итоги:

✓ Линейный стабилизатор “в лоб съедает” всю лишнюю энергию, более простой, дешевый и надежный, но значительно менее эффективный. Эффективность тем меньше, чем больше разница между входным и выходным напряжением.

✓ Импульсный стабилизатор (преобразует начальное напряжение в требуемое, сохраняя всю (ну, в идеале, всю) энергию, то есть значительно более эффективный - ему практически безразлична разница между входным и выходным напряжением. Но при этом он значительно более сложный в разработке, наладке и производстве, а из-за этого и более дорогой.