Сравнение линейного и импульсного 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, что же означает линейные и импульсные стабилизаторы и блоки питания в целом, расскажем принципы их работы и в чем между ними разница функционально и в рабоченм плане.

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 таких стабилизаторов 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. 


Но не стоит думать, что эти стабилизаторы совсем уж плохие. У них есть 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 линейного преобразователя получается ровная линия напряжения при любой нагрузке. А это очень важно для чувствительных к разным наводкам и пульсациям схем. Как с этим дела у импульсных источников, поговорим дальше. 

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

А вот импульсные блоки питания 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%, 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 из переменной частоты возникают следующие возможные проблемы: 

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. 

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.