Что такое импульсный блок питания (ИБП) и как он работает

Что такое импульсный блок питания и чем он отличается от обычного аналогового

Во многих электрических приборах уже давно применяется принцип реализации вторичной мощности за счет использования дополнительных устройств, на которые возложены функции обеспечения электроэнергией схем, нуждающихся в питании от отдельных типов напряжений, частоты, тока…

Для этого создаются дополнительные элементы: блоки питания, преобразующие напряжение одного вида в другой. Они могут быть:

встроены внутрь корпуса потребителя, как на многих микропроцессорных приборах;

или изготовлены отдельными модулями с соединительными проводами по образцу обычного зарядного устройства у мобильного телефона.

В современной электротехнике успешно уживаются два принципа преобразования энергии для электрических потребителей, основанные на:

1. использовании аналоговых трансформаторных устройств для передачи мощности во вторичную схему;

2. импульсных блоках питания.

Они имеют принципиальные отличия в своей конструкции, работают по разным технологиям.

Трансформаторные блоки питания

Первоначально создавались только такие конструкции. Они изменяют структуру напряжения за счет работы силового трансформатора, питающегося от бытовой сети 220 вольт, в котором происходит понижение амплитуды синусоидальной гармоники, направляемой далее на выпрямительное устройство, состоящее из силовых диодов, включенных, как правило, по схеме моста.

После этого пульсирующее напряжение сглаживается параллельно подключенной емкостью, подобранной по величине допустимой мощности, и стабилизируется полупроводниковой схемой с силовыми транзисторами.

За счет изменения положения подстроечных резисторов в схеме стабилизации удается регулировать величину напряжения на выходных клеммах.

Импульсные блоки питания (ИБП)

Подобные конструктивные разработки массово появились несколько десятилетий назад и стали пользоваться все большей популярностью в электротехнических приборах благодаря:

доступностью комплектования распространенной элементной базой;

надежностью в исполнении;

возможностями расширения рабочего диапазона выходных напряжений.

Практически все источники импульсного питания незначительно отличаются по конструкции и работают по одной, типичной для других устройств схеме.

В состав основных деталей источников питания входят:

сетевой выпрямитель, собранный из: входных дросселей, электромеханического фильтра, обеспечивающего отстройку от помех и развязку статики с конденсаторами, сетевого предохранителя и диодного моста;

накопительная фильтрующая емкость;

ключевой силовой транзистор;

схема обратной связи, выполненная на транзисторах;

импульсный источник питания, со вторичной обмотки которого исходит напряжение для преобразования в силовую цепь;

выпрямительные диоды выходной схемы;

цепи управления выходного напряжения, например, на 12 вольт с подстройкой, изготовленной на оптопаре и транзисторах;

силовые дроссели, выполняющие роль коррекции напряжения и его диагностики в сети;

Пример электронной платы подобного импульсного блока питания с кратким обозначением элементной базы показан на картинке.

Как работает импульсный блок питания

Импульсный блок питания выдает стабилизированное питающее напряжение за счет использования принципов взаимодействия элементов инверторной схемы.

Напряжение сети 220 вольт поступает по подключенным проводам на выпрямитель. Его амплитуда сглаживается емкостным фильтром за счет использования конденсаторов, выдерживающих пики порядка 300 вольт, и отделяется фильтром помех.

Входной диодный мост выпрямляет проходящие через него синусоиды, которые затем преобразуются транзисторной схемой в импульсы высокой частоты и прямоугольной формы с определенной скважностью. Они могут преобразовываться:

1. с гальваническим отделением сети питания от выходных цепей;

2. без выполнения подобной развязки.

Импульсный блок питания с гальванической развязкой

В этом случае высокочастотные сигналы направляются на импульсный трансформатор, осуществляющий гальваническую развязку цепей. За счет повышенной частоты увеличивается эффективность использования трансформатора, снижаются габариты его магнитопровода и вес. Чаще всего для материала подобного сердечника применяют ферромагнетики, а электротехнические стали в этих устройствах практически не используются. Это также позволяет минимизировать общую конструкцию.

Один из вариантов исполнения схемы импульсного блока питания с трансформаторной развязкой цепей показан на картинке.

В таких устройствах работают три взаимосвязанных цепочки:

2. каскад из силовых ключей;

3. импульсный трансформатор.

Как работает ШИМ-контроллер

Контроллером называют устройство, которое управляет каким-либо технологическим процессом. В рассматриваемых нами блоке питания им выступает процесс преобразования широтно-импульсной модуляции. В его основу заложен принцип выработки импульсов одинаковой частоты, но с разной длительностью включения.

Подача импульса соответствует обозначению логической единицы, а отсутствие — нуля. При этом они все равны по величине амплитуды и частоте (имеют одинаковый период колебаний Т). Продолжительность включенного состояния единицы и его отношение к периоду меняются и позволяют управлять работой электронных схем.

Типовые изменения ШИП-последовательностей показаны на графике.

Контроллеры обычно создают подобные импульсы с частотой 30÷60 кГц.

В качестве примера можно привести контроллер, выполненный на микросхеме TL494. Для настройки частоты выработки его импульсов используется схема, состоящая из резисторов с конденсаторами.

Работа каскада из силовых ключей

Он состоит из мощных транзисторов, которые подбираются из биполярных, полевых или IGBT-моделей. Для них может быть создана индивидуальная система управления на других маломощных транзисторах либо интегральных драйверах.

Силовые ключи могут быть включены по различным схемам:

со средней точкой.

Импульсный трансформатор

Первичная и вторичная обмотки, смонтированные вокруг г магнитопровода из феррита или альсифера, способны надежно передавать высокочастотные импульсы с частотой вплоть до 100 кГц.

Их работу дополняют цепочки из фильтров, стабилизаторов, диодов и других компонентов.

Импульсные блоки питания без гальванической развязки

В импульсных блоках питания, разработанных по алгоритмам, исключающим гальваническое разделение, высокочастотный разделительный трансформатор не используется, а сигнал поступает сразу на фильтр нижних частот. Подобный принцип работы схемы показан ниже.

Особенности стабилизации выходного напряжения

Все импульсные блоки питания имеют в своем составе элементы, осуществляющие отрицательную обратную связь с выходными параметрами. За счет этого они обладают хорошей стабилизацией выходного напряжения при изменяющихся нагрузках и колебаниях питающей сети.

Способы реализации обратной связи зависят от применяемой схемы для работы блока питания. Она может осуществляться у блоков, работающих с гальванической развязкой за счет:

1. промежуточного воздействия выходного напряжения на одну из обмоток высокочастотного импульсного трансформатора;

2. применения оптрона.

В обоих случаях эти сигналы управляют скважностью импульсов, подаваемых на выход ШИМ-контроллера.

При использовании схемы без гальванической развязки обратная связь обычно создается за счет подключения резистивного делителя напряжения.

Преимущества импульсных блоков питания над обычными аналоговыми

При сравнении конструкций блоков с равными показателями выходных мощностей импульсные блоки питания обладают следующими достоинствами:

Читайте также:
Тюль до подоконника в спальню

1. уменьшенный вес;

2. повышенный КПД;

3. меньшая стоимость;

4. расширенный диапазон питающих напряжений;

5. наличие встроенных защит.

1. Пониженный вес и габариты импульсных блоков питания объясняются переходом от преобразований низкочастотной энергии мощными и тяжелыми силовыми трансформаторами с управляющими системами, расположенными на больших радиаторах охлаждения и работающими в постоянном линейном режиме, к технологиям импульсного преобразования и регулирования.

За счет повышения частоты обрабатываемого сигнала сокращается емкость конденсаторов у фильтров напряжения и, соответственно, их габариты. Также упрощается их схема выпрямления вплоть до перехода к самой простой — однополупериодной.

2. У низкочастотных трансформаторов значительная доля потерь энергии создается за счет выделения и рассеивания тепла при выполнении электромагнитных преобразований.

В импульсных блоках наибольшие потери энергии создаются во время возникновения переходных процессов при коммутациях каскадов силовых ключей. А в остальное время транзисторы находятся в устойчивом положении: открыты или закрыты. При таком их состоянии создаются все условия для минимальной потери электроэнергии, когда КПД может составлять 90÷98%.

3. Цена на импульсные блоки питания постепенно снижается за счет постоянно проводимой унификации элементной базы, которая производится широким ассортиментом на полностью механизированных предприятиях со станками-роботами. К тому же режим работы силовых элементов на основе управляемых ключей позволяет использовать менее мощные полупроводниковые детали.

4. Импульсные технологии позволяют запитывать блоки питания от источников напряжения с разной частотой и амплитудой. Это расширяет область их применения в условиях эксплуатации с различными стандартами электрической энергии.

5. Благодаря использованию малогабаритных полупроводниковых модулей, работающих по цифровым технологиям, в конструкцию импульсных блоков удается надежно встраивать защиты, контролирующие возникновение токов коротких замыканий, отключения нагрузок на выходе прибора и другие аварийные режимы.

У обычных трансформаторных блоков питания такие защиты создавались на старой электромеханической, релейной, полупроводниковой базе. Применять сейчас для них цифровые технологии в большинстве схем не имеет смысла. Исключение составляют случаи питания:

маломощных цепей управления сложной бытовой техники;

слаботочных устройств управления высокой точности, например, используемых в измерительной технике или метрологических целях (цифровые счетчики электроэнергии, вольтметры).

Недостатки импульсных блоков питания

В/ч помехи

Поскольку импульсные блоки питания работают по принципу преобразования высокочастотных импульсов, то они в любом исполнении вырабатывают помехи, транслируемые в окружающую среду. Это создает необходимость их подавления различными способами.

В отдельных случаях помехоподавление может быть неэффективным, что исключает использование импульсных блоков питания для отдельных типов точной цифровой аппаратуры.

Ограничения по мощности

Импульсные блоки питания имеют противопоказание к работе не только на повышенных, но и пониженных нагрузках. Если в выходной цепи произойдет резкое снижение тока за предел минимального критического значения, то схема запуска может отказать или блок станет выдавать напряжение с искаженными техническими характеристиками, не укладывающимися в рабочий диапазон.

Описание работы и устройство импульсного блока питания

Импульсные источники питания (ИИП) заполонили мир. Кажется, что они применяются везде, полностью вытеснив традиционные. На самом деле, этот вопрос неоднозначный.

В обзоре речь пойдет именно об импульсных блоках питания (ИИП) – преобразователях переменного сетевого напряжения в постоянное. Следует отличать такие устройства от импульсных стабилизаторов (стабилизируют входное постоянное напряжение) и преобразователей DC/AC или AC/AC (например, 12VDC/220 VAC, преобразующих напряжение автомобильной бортсети в 220 вольт), хотя в этих устройствах применяются похожие принципы.

Отличия импульсного блока питания от обычного трансформаторного

Традиционный «трансформаторный» блок питания строится по схеме: трансформатор – выпрямитель с фильтром – стабилизатор выходного напряжения (может отсутствовать). Схема несложна и отработана годами, но у нее есть существенный недостаток – при увеличении мощности опережающими темпами растут габариты и вес.

В первую очередь растут размеры и масса трансформатора. Для повышения тока надо увеличивать сечение обмоток, но главный вклад в массогабаритные характеристики вносит сердечник. Не вдаваясь в физические подробности, можно отметить, что эту проблему можно обойти, увеличив частоту, на которой происходит трансформация. Чем выше частота, тем меньшим сердечником можно обойтись. Не зря в авиации и кораблестроении используются электросети на частоту 400 Гц. Многие элементы получаются гораздо легче и компактнее. Но в быту негде взять повышенную частоту. 50 Гц в розетке – все, что доступно потребителю. Поэтому блоки питания на большие токи строят по другому принципу. В них переменное напряжение сети выпрямляется, а затем из него «нарезаются» импульсы более высокой (до нескольких десятков килогерц) частоты. За счет этого трансформатор получается маленьким и легким без потери мощности. Это главное, чем отличается любой импульсный блок питания от обычного.

Еще один источник повышенных размеров и габаритов – стабилизатор. В традиционных БП применяются линейные стабилизаторы. Они требуют повышенного входного напряжения, а разница между входом и выходом, умноженная на ток нагрузки, бесполезно рассеивается. Это ведет к дополнительному увеличению массы трансформатора, который должен обеспечивать необходимый бесполезный запас по мощности, а также требует больших и тяжелых теплоотводящих радиаторов. В ИИП это делается по другому принципу. Напряжение стабилизируется методом изменения ширины импульсов. Это позволяет повысить КПД и не требует отвода излишнего тепла в таком количестве.

В видео-сравнение линейного и импульсного блоков питания.

К недостаткам импульсников можно отнести усложненную схемотехнику и повышенные требования к надежности элементов. Эти минусы сходят на нет с ростом мощности. Считается, что для выходных токов до 2..3 ампер подходят трансформаторные блоки с линейными стабилизаторами, а чем выше нагрузка, тем ярче начинают проявляться преимущества ИИП. При токах от 10 А обычно о трансформаторных БП речь уже не идет.

Среди минусов импульсных источников также надо упомянуть генерацию помех в питающую сеть и «замусоренность» выходного напряжения высокочастотными составляющими.

Какие бывают виды и где применяются

Разделить импульсники можно по разным признакам. По выходному напряжению они делятся на:

  • однополярные с одним уровнем напряжения;
  • ондополярные с несколькими уровнями напряжения;
  • двухполярные.

Эти типы можно комбинировать как угодно – принципиальных ограничений нет. Можно создать блок питания, например, с несколькими однополярными напряжениями (+5 В, +24 В) и с двуполярным (±12 В), или с двумя двуполярными выходами (±12 В, ±5 В). Все зависит от области применения.

Читайте также:
Электрический патрон, как подключить закрепить и отремонтировать, устройство самостоятельно

Более интересной является информация о типе стабилизации. Здесь ИИП можно разделить на категории:

  1. Нестабилизированные источники. У них выходное напряжение зависит от нагрузки. Могут быть применены для питания оконечных устройств аудиоаппаратуры (усилители и т.п.).
  2. Стабилизированные источники. У таких устройств от нагрузки могут не зависеть напряжение, ток или и то, и другое. Источники со стабилизированным напряжением используются, например, в качестве БП для компьютеров и серверов, или для заряжания кислотно-свинцовых аккумуляторов. Стабилизированный ток подойдет для зарядных устройств для других типов АКБ.
  3. Регулируемые источники. У них уровень выходного напряжения и тока можно выставлять в определенных пределах в зависимости от потребности. Такие устройства используются в качестве лабораторных источников питания.

Описать все области использования импульсников невозможно. Они применяются там, где надо получить большой ток от легкого и компактного источника.

Также можно разделить ИИП по схемотехнике:

  • с импульсным трансформатором;
  • с накопительной индуктивностью.

В схемотехнику можно углубляться и дальше и классифицировать БП по другим критериям, но это принципиального значения не имеет.

Структурная схема и описание работы основных узлов ИБП

Структурная схема импульсника сложнее, чем у трансформаторного источника. Для понимания принципа работы импульсного блока питания в целом, надо разобрать функционирование каждого узла в отдельности.

Входные цепи

Входные цепи предназначены для защиты сети от перегрузки при неисправности БП и от импульсных помех, возникающих при работе устройства. В качестве примера можно рассмотреть фильтр и защиту промышленного компьютерного ИИП.

Плавкий 5-амперный предохранитель перегорает при превышении номинального тока при аварийной ситуации в БП. Для защиты от повышения напряжения предусмотрен варистор V1. В штатном режиме он не влияет на работу устройства. При скачке в сети от открывается, его сопротивление резко увеличивается, ток через варистор возрастает. Это вызывает перегорание предохранителя.

Терморезистор с отрицательным коэффициентом сопротивления THR1 сначала имеет большое сопротивление и ограничивает ток, идущий на зарядку конденсаторов фильтра высоковольтного выпрямителя. Потом термистор прогревается проходящим через него током, его сопротивление падает, но к тому моменту емкости уже будут заряжены. Конденсаторы CX1, C11, C12, CY3 и синфазный дроссель FL1 защищают сеть от синфазных и дифференциальных помех.

Высоковольтный выпрямитель и фильтр

Высоковольтный выпрямитель обычно строится по традиционной мостовой двухполупериодной схеме и особенностей не имеет. Если в преобразователе применяется полумостовая схема, то фильтр выполняется из двух емкостей, включенных последовательно – так формируется средняя точка с напряжением, равным половине питания.

Иногда параллельно конденсаторам ставят резисторы. Они нужны для разряда емкостей после выключения питания.

Инвертор

Преобразование постоянного напряжения в импульсное происходит с помощью инвертора на полупроводниковых ключах (часто на транзисторах). Открываясь и закрываясь, ключи подают в обмотку импульсы напряжения. Таким методом получается своеобразное переменное напряжение (однополярное), которое может быть трансформировано в напряжение другого уровня обычным способом.

Самая простая схема преобразователя постоянного напряжения в импульсное – однотактная. Для ее реализации нужен минимум элементов. Недостаток такого узла – при росте мощности резко растут габариты и масса трансформатора. Связано это с принципом действия такого преобразователя. Он работает в два цикла – во время первого транзистор открыт, энергия запасается в индуктивности первичной обмотки. Во время второго запасенная энергия отдается в нагрузку. Чем больше мощность, тем больше должна быть индуктивность, тем больше должно быть витков в первичной обмотке (соответственно, увеличивается количество витков во вторичных обмотках).

От этого недостатка свободна двухтактная схема со средней точкой (пушпульная). Первичная обмотка трансформатора разделена на две секции, которые через ключи поочередно подключаются к минусовой шине. На рисунке красной стрелкой показано направление тока для одного цикла, а красной – для другого. Минусом является необходимость иметь удвоенное количество витков в первичке, а также наличие выбросов в момент коммутации. Их амплитуда может достигать двойного значения от напряжения питания, поэтому надо применять транзисторы с соответствующими параметрами. Сфера применения такой схемы – низковольтные преобразователи.

Выбросы отсутствуют, если инвертор выполнен по мостовой схеме. Из четырех транзисторов составлен мост, в диагональ которого включена первичная обмотка трансформатора. Транзисторы открываются попарно:

  • первый цикл – верхний левый и нижний правый;
  • второй цикл – нижний левый и верхний правый.

Обмотка подключается к плюсу питания то одним выводом, то другим. Минусом является применение 4 транзисторов вместо двух.

Компромиссным вариантом считается применение полумостовой схемы. Здесь коммутируется один конец первичной обмотки, а второй подключен к делителю из двух емкостей. В этой схеме также отсутствуют выбросы напряжения, но применено всего два транзистора. Недостаток такого решения – к первичной обмотке прикладывается только половина питающего напряжения. Вторая проблема – при создании мощных источников емкость конденсаторов делителя растет, и их стоимость становится нецелесообразной.

Если ИИП построен по схеме с регулировкой параметров методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), то в большинстве случаев ключи приводятся в действие не напрямую от микросхемы ШИМ, а через промежуточный узел – драйвер. Связано это с повышенными требованиями к прямоугольности управляющих сигналов.

В схемах всех преобразователей используются как полевые, так и биполярные транзисторы, а также IGBT, сочетающие свойства обоих типов.

Выпрямитель

Трансформированное во вторичные обмотки напряжение надо выпрямить. Если требуется выходное напряжение выше +12 вольт, можно применять обычные мостовые схемы (как и в высоковольтной части).

Если напряжение низкое, то выгодно применять двухполупериодные схемы со средней точкой. Их преимущество в том, что падение напряжение происходит только на одном диоде для каждого полупериода. Это позволяет сократить количество витков в обмотке. Для этой же цели используют диоды Шоттки и сборки на них. Недостаток такого решения – более сложная конструкция вторичной обмотки.

Фильтр

Выпрямленное напряжение надо отфильтровать. Для этой цели применяются как традиционные емкости, так и индуктивности. Для используемых частот преобразования дроссели получаются небольшими, легкими, но работают эффективно.

Читайте также:
Укладка рубероида на крышу гаража

Цепи обратной связи

Цепи обратной связи служат для стабилизации и регулировки выходного напряжения, а также для ограничения тока. Если источник нестабилизированный, у него эти цепи отсутствуют. У устройств со стабилизацией тока или напряжения эти цепи выполняются на постоянных элементах (иногда с возможностью подстройки). У регулируемых источников (лабораторных и т.п.) в обратную связь включены органы управления для оперативной регулировки параметров.

У компьютерного БП дополнительно имеется схема управления и формирования служебных сигналов (Power_good, Stand By и т.д.).

Как устроен ШИМ контроллер

В стабилизированных и регулируемых источниках питания напряжение на выходе поддерживается методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Суть метода в том, что первичная обмотка питается импульсами неизменной амплитуды и частоты. Для регулировки напряжения в зависимости от нагрузки или выбранного уровня изменяется ширина импульса. Трансформированные во вторичную обмотку импульсы затем выпрямляются и усредняются на выходном конденсаторе фильтра. Чем больше ширина импульса, тем выше усредненное напряжение. Если в результате увеличения тока нагрузки напряжение на выходе просело, ШИМ-контроллер сравнивает выходное напряжение с заданным и дает команду увеличить ширину импульсов. Если напряжение увеличилось, ширина импульсов уменьшается. Среднее напряжение также уменьшается.

Культовой микросхемой для построения импульсных источников считается TL494. На ее примере можно разобрать принцип действия
шим контроллера блока питания.

Назначение выводов микросхемы указано в таблице.

Назначение Обозначение Номер вывода Номер вывода Обозначение Назначение
Прямой вход усилителя ошибки 1 IN1 1 16 IN2 Прямой вход усилителя ошибки 1
Инверсный вход усилителя ошибки 1 ­IN1 2 15 IN2 Инверсный вход усилителя ошибки 1
Выход обратной связи FB 3 14 Vref Выход опорного напряжения
Управление временем задержки DTC 4 13 ОТС Выбор режима работы
Частотозадающий конденсатор C 5 12 VCC Напряжение питания
Частотозадающий резистор R 6 11 С2 Коллектор 2-го транзистора
Общий провод GND 7 10 E1 Эмиттер 1-го транзистора
Коллектор 1-го транзистора C1 8 9 E2 Эмиттер 2 -го транзистора

На выводы 7 и 12 подается напряжение питания +7..40 вольт. На выходе микросхемы установлены два транзистора, которые можно использовать для управления внешними ключами. Коллекторы (выводы 8 и 11) и эмиттеры (10 и 9) выходных транзисторов никуда не подключены. Их можно включать по схеме с открытым коллектором или с открытым эмиттером. Микросхема оптимизирована для управления ключами на биполярных транзисторах, но с использованием немного усложненных схемотехнических решений можно переключать и полевые транзисторы.

Частоту генератора задают элементы, подключаемые к выводам 5 и 6. Напряжением на выводе 4 ограничивают ширину выходного импульса. Это необходимо для исключения «перехлеста» открытия транзисторов чтобы избежать ситуации, когда оба ключа оказываются открыты. Через этот вывод также можно организовать мягкий пуск БП. Вывод 13 служит для перевода микросхемы в однотактный режим. Если его подключить к общему проводу, импульсы на выводах обоих ключей станут одинаковыми. На выводе 14 постоянно присутствует образцовое напряжение, равное +5 вольтам. Оно может быть использовано в любых схемотехнических целях.

Выводы 1 и 2 служат прямым и инверсным выводами усилителя ошибки. Если напряжение на выводе 1 превышает напряжение на 2 ноге, то ширина выходных импульсов будет уменьшаться пропорционально разнице на этих выводах. Если напряжение на 2 выводе выше, чем на 1, то на выходе импульсы будут отсутствовать. Также работает второй усилитель ошибки (выводы 16 и 15). Выходы обоих усилителей соединены по схеме ИЛИ и подключены к ноге 3. Первый усилитель обычно используют для регулирования напряжения, второй – для регулирования тока.

В качестве примера можно рассмотреть схему лабораторного источника на данной микросхеме. Здесь применены практически все технические решения, описанные выше. Регулируемая обратная связь, выполненная на операционных усилителях OP1..OP4, позволяет настраивать уровень выходного напряжения и ограничивать ток. Для создания импульсного напряжения используется полумостовой инвертор на биполярных транзисторах, подключенных к микросхеме посредством драйвера.

Для наглядности рекомендуем серию тематических видеороликов.

Также при создании ИИП применяются и другие микросхемы-регуляторы ШИМ. Они могут отличаться от TL494 по функционалу и назначению выводов, но в них используются те же принципы. Разобраться в их работе не составит труда.

Схема, принцип работы импульсного блока питания

Любой блок питания – это устройство, обеспечивающее формирование вторичной мощности посредством применения дополнительных электрических компонентов. Проще говоря, БП служит для преобразования напряжения из одного вида в другой, по номиналу или другим характеристикам. Существует два больших класса таких преобразователей:

  • использующие для преобразования напряжения аналоговые трансформаторы;
  • блоки питания (инверторы) импульсного типа.

Первый тип известен достаточно давно, несмотря на постоянное совершенствование, трансформаторные блоки питания имеют ряд ограничений, преодолеть которые оказалось под силу импульсным устройствам. Принцип действия у них разный, отличия принципиальные, но многие не видят разницы между трансформаторными и импульсными преобразователями. Мы попробуем внести ясность в этот вопрос, рассмотрев принцип работы, достоинства и недостатки, а также сферу применения импульсных БП. И, конечно, затронем основные отличия от блоков питания устаревшего типа.

Что это такое

Упрощённо трансформаторный БП можно представить в виде схемы, состоящей из собственно трансформатора, выпрямителя, фильтра для сглаживания параметров выходного напряжения и стабилизатора. Такие устройства обладают достаточно простой схемотехникой, недорогие и обеспечивают низкий уровень помех выходного сигнала.

Но у них есть серьёзные конструктивные недостатки – большой вес и невысокий КПД. Значительная часть энергии преобразовывается в тепловую, поэтому проблема перегрева для таких устройств, особенно мощных – одна из самых актуальных.

Принцип работы импульсных БП для начинающих тоже можно объяснить довольно просто: он также основан на использовании трансформатора, однако работает он на очень больших частотах, порядка 1-100 КГц и обладает гораздо меньшими габаритами и массой. Это, в свою очередь, делает задачу отвода тепла легко выполнимой. Функция фильтрации/стабилизации выходного напряжения упрощается, поскольку для этой задачи используются конденсаторы малой ёмкости.

Но и у инверторных оков питания имеются недостатки – сложная схемотехника, чувствительность к электромагнитным помехам. Что касается стоимости, то она вполне сравнима с трансформаторными устройствами.

Принцип работы импульсного (инверторного) блока питания

А теперь рассмотрим, как работает импульсный блок питания, на полупрофессиональном уровне.

Читайте также:
Теплый пол для дома

Основной функционал устройства заключается в выпрямлении характеристик первичного напряжения с последующим преобразованием в непрерывную последовательность импульсов, следующих с частотой, существенно превышающую номинальные 50 Гц. Именно в этом и заключается основное отличие от БП трансформаторного типа. У инверторных устройств выходное напряжение прямо влияет на функционирование блока посредством обратной связи. Используя характеристики импульсов, можно более точно регулировать стабилизацию выходного напряжения, тока и других параметров. Фактически импульсный блок питания может использоваться в качестве стабилизатора и напряжения, и тока. При этом полярность и число выходных характеристик может варьироваться в широких пределах, в зависимости от конкретной конструкции ИБП.

Опишем принцип действия импульсного БП схематично.

На первый блок устройства, выпрямитель, подаётся бытовое напряжение номиналом 220 В, на трансформаторе амплитуда напряжения сглаживается, за что отвечает фильтр на основе конденсатора ёмкостного типа. Следующий этап – выпрямление синусоидного сигнала посредством диодного моста. После этого синусоидное напряжение преобразовывается в высокочастотные импульсы, при этом может быть использован принцип гальванического отделения питающего напряжения от выходного.

Если такая гальваническая развязка присутствует, высокочастотные сигналы по принципу обратной связи снова направляются на трансформатор, который использует их для осуществления гальванической развязки. Чтобы повысить КПД трансформатора, используется такой приём, как повышение его рабочей частоты.

Инверторный принцип обратной связи реализован посредством взаимодействия 3 базовых цепочек:

  • за широтно-импульсную модуляцию входного напряжения отвечает ШИМ-контроллер;
  • второй элемент – каскад силовых ключей, включающий собранные по специальным схемам транзисторы (схема со средней точкой Push-Pull, мостовая или полумостовая);
  • третья цепочка – собственно импульсный трансформатор.

Разновидности импульсных БП

По большому счёту классификация ИБП может включать немало схем, но мы рассмотрим только две из их:

  • бестрансформаторные импульсные устройства;
  • трансформаторные ИБП.

Мы уже рассматривали, чем отличается импульсный инвертор от обычного трансформаторного блока питания. Теперь можно рассказать об отличиях между этими двумя разновидностями импульсных преобразователей.

В бестрансформаторных ИБП высокочастотные импульсы следуют на выходной выпрямитель, и далее – на оконечную компоненту, сглаживающий фильтр. Основное достоинство такой схемы – простота конструкции. Большую роль здесь играет широтно-импульсный генератор, представляющий собой специализированную микросхему.

Главный минус таких устройств – отсутствие гальванической развязки, то есть обратной связи с питающей цепочкой. По этой причине уровень безопасности бестрансформаторных блоков не так высок – существует опасность поражения электрическим током высокой частоты. Поэтому блоки питания такого типа делают маломощными.

Трансформаторные БП более распространены. Здесь присутствует гальваническая развязка: высокочастотные импульсы подаются на трансформаторный блок, на первичную обмотку, при этом количество вторичных обмоток неограниченно. Другими словами, выходных напряжений может быть много, при этом каждая вторичная обмотка содержит собственную пару выпрямитель – фильтр. К КПД такого импульсного блока питания претензий нет, уровень безопасности – высокий. Неслучайно в компьютерах используют именно этот тип. Здесь для подачи сигнала на трансформатор по гальванической развязке используется напряжение номиналом 5/12 В, поскольку уровень точности и стабильности для работы компонентов ПК требуется очень высокий.

В числе основных отличий импульсного блока питания от классического трансформаторного является использование высокочастотных импульсов вместо стандартных 50 Гц. Такое решение позволило использовать ферромагнитные сплавы вместо электротехнических разновидностей железа. Они обладают высокой коэрцитивной силой, что предоставило возможность многократно уменьшить вес и размеры трансформаторной части и всего устройства.

Использование инверторных схем существенно упростило задачу преобразования напряжения и тока, хотя схематически ИБП намного сложнее трансформаторных аналогов.

Схема ИБП

Рассмотрим, как устроен не самый сложный импульсный блок питания в наиболее распространённой конфигурации:

  • помехоподавляющий фильтр;
  • диодный выпрямитель;
  • сглаживающий фильтр;
  • ШИП;
  • блок силовых ключевых транзисторов;
  • высокочастотный трансформатор;
  • выпрямители;
  • групповые/индивидуальные фильтры.

В зону ответственности помехоподавляющего фильтра входит функция фильтрация помех, источником появления которых является сам блок питания. Дело в том, что использование мощных полупроводниковых компонентов часто приводит к формированию кратковременных импульсов, наблюдаемых в обширном диапазоне частот. Чтобы снизить их влияние на выходной сигнал, применяются цепочки специальных проходных конденсаторов, служащих фильтром для подобных импульсов.

Назначение диодного выпрямителя – преобразование переменного напряжения на входе блока в постоянное на выходе. Возникающие паразитные пульсации сглаживает установленный долее по схеме фильтр.

Если устройство импульсного блока включает преобразователь постоянного напряжения, цепочка из выпрямителя и фильтра будет лишней, поскольку входной сигнал будет сглаживаться на участке помехоподавляющего фильтра.

Широтно-импульсный преобразователь (его ещё называют модулятором) – наиболее сложная часть устройства. Он выполняет несколько функций:

  • генерирует импульсы высокой частоты (от килогерца до сотен КГц);
  • на основании параметров сигнала обратной связи корректирует характеристики импульсной последовательности на выходе;
  • осуществляет защиту схемы от перегрузок.

С ШИМ импульсы подаются на ключевые транзисторы высокой мощности, чаще всего выполненные по мостовой/полумостовой схемам. Выводы ключевых транзисторов поступают на первичную обмотку трансформаторного блока. В качестве элементной базы используются транзисторы типа MOSFET или IGBT, отличающиеся от биполярных аналогов незначительным снижение напряжения на участке перехода, а также более высоким быстродействием. Это позволило снизить параметр рассеиваемой мощности при тех же габаритах.

Что касается принципа работы импульсного трансформатора, то он использует тот же способ преобразования, что и классические трансформаторные БП. Единственное, но важное отличие – он работает на гораздо более высоких частотах. Это и позволило при той же выходной мощности заметно уменьшить массу и размеры блока.

С вторичной обмотки трансформатора (напоминаем, их может быть несколько) импульс поступает на выходные выпрямители. В отличие от аналога на входе блока, здесь диоды должны обеспечивать работу на высоких частотах. Лучше всего с такой работой справляются диоды Шоттки. Они устроены так, что обеспечивают малую ёмкость p-n перехода и, соответственно, небольшое падение напряжения при высоком показателе рабочей частоты.

Последний элемент схемы, выходной фильтр, сглаживает пульсации поступающего на вход выпрямленного напряжения. Поскольку это высокочастотные импульсы, здесь отпадает необходимость в применении конденсаторов и катушек большой мощности.

Сфера применения ИБП

Эра классических трансформаторных БП уходит в небытие. Импульсные преобразователи на основе полупроводниковых стабилизаторов повсеместно их вытесняют, поскольку при тех же значениях выходной мощности характеризуются гораздо меньшими весогабаритными показателями, они надёжнее аналоговых оппонентов и обладают намного более высоким КПД, позволяя снизить тепловые потери. Наконец, ИБП могут функционировать с входным напряжением в обширном диапазоне значений. Импульсный блок такого же размера, как трансформаторный, обладает в разы большей мощностью.

Читайте также:
Современные слесарные верстаки и их виды

В настоящее время в сферах, требующих преобразования переменного напряжения в постоянное, используются практически только импульсные инверторы, при этом они могут обеспечить и повышение напряжения, что недоступно для классических аналоговых блоков. Ещё одним достоинством ИБП является способность обеспечить смену полярности выходного напряжения. Работа на высоких частотах облегчает функцию стабилизации/фильтрации выходных импульсов.

Малогабаритные инверторы, построенные на специализированных микросхемах, являются основой зарядных устройств всевозможных мобильных гаджетов, а надёжность их такова, что срок службы существенно превышает ресурс мобильных устройств. О компьютерных блоках питания мы уже упоминали. Отметим, что принцип работы ИБП используется в 12-вольтовых драйверах питания светодиодов.

Помогла ли вам данная статья разобраться с тем, какой же всё-таки принцип работы импульсного блока питания? Если что-то осталось непонятным или вы просто хотите поблагодарить за информацию, ждём вас в комментариях.

Как выбрать источник бесперебойного питания

Сколь бы надежен не был ваш поставщик электропитания, броски напряжения иногда случаются на любых линиях. Каждый пользователь ПК хоть раз, да сталкивался с внезапной перезагрузкой или отключением компьютера из-за неполадок на питающей линии. И компьютеры – не единственный вид техники, требующий бесперебойного электропитания.

Продолжительное отключение электропитания может привести к заморозке системы отопления частного дома. ИБП с подключаемыми аккумуляторами способен «продержать на плаву» циркуляционный насос и электронику котла в течение нескольких часов, и стоить такой ИБП будет намного дешевле, чем генератор с автозапуском.

Роутер, подключенный к ИБП, позволит оставаться «онлайн» и при отсутствии электропитания. Потребляет роутер совсем немного и емкости аккумулятора даже недорогого «бесперебойника» хватит на пару-тройку часов его работы.

Серверам и внешним дисковым накопителям бесперебойное питание совершенно необходимо – внезапное отключение электричества может привести к потере данных.

И вообще, наличия ИБП требует любая автоматика, сбой в работе которой может привести к серьезным последствиям – медицинское и технологическое оборудование, системы пожарной и охранной сигнализации и т.д. Но параметры электропитания у разных видов техники разные, поэтому и ИБП для них потребуется с различными характеристиками.

Характеристики источников бесперебойного питания.

Вид устройства.

Резервный ИБП имеет наиболее простую конструкцию. Электроника источника следит за уровнем входного напряжения, и, при его выходе за установленные рамки (обычно +10% от номинала), переключается на питание от аккумулятора.

Конструкция проста и надежна, но в некоторых ситуациях от такого ИБП будет больше вреда, чем пользы. Например, если он имеет минимальное входное напряжение 180 В и используется для защиты компьютера с блоком питания, работающим от 110 до 240 В. Без ИБП компьютер бы спокойно работал, а ИБП при падении напряжения ниже входного (180 В) перейдет на аккумулятор и после его разряда выключит питание компьютера. Поэтому для этого вида ИБП следует обеспечить соответствие минимального и максимального напряжений «бесперебойника» и потребителя – лучше всего, если диапазон напряжений ИБП будет незначительно (5-10В) уже диапазона напряжений электроприбора. Например, для диапазона рабочих напряжений потребителя 180-240 В, диапазон ИБП должен быть примерно 190-230 – это позволит перейти на питание от аккумулятора до того, как напряжение станет неприемлемым для защищаемого прибора.

Кроме того, переключение на аккумулятор занимает некоторое время, что может быть критичным для некоторых видов техники. Например, для импульсных блоков питания с активным корректором мощности (APFC), которым оснащено большинство таких БП мощностью более 400 Вт. При подборе ИБП для компьютеров, специальной аппаратуры, аудио- и видеотехники с подобными блоками питания следует оставлять большой запас по мощности, либо выбирать ИБП другого вида.

Линейно-интерактивный ИБП, фактически, состоит из резервного ИБП и стабилизатора. При наличии в сети пониженного или повышенного напряжения, автоматический регулятор напряжения (AVR) стабилизирует его, а на аккумулятор ИБП переключается только при настолько большом отклонении напряжения от нормального, что стабилизировать его уже невозможно.

Линейно-интерактивные ИБП немного дороже резервных, но для бытового применения именно этот вид является оптимальным. Единственный случай, когда ему следует предпочесть резервный – когда в вашей сети стабильно пониженное напряжение, подходящее, однако, для защищаемого электроприбора. Резервный ИБП просто пропустит это напряжение в компьютер, а линейно-интерактивный будет его повышать до нормального. Но продолжительная работа в таком режиме может сильно сократить ресурс AVR (особенно на недорогих «бесперебойниках»).

Недостаток, связанный с кратковременным отсутствием питания во время переключения на аккумулятор у линейно-интерактивных ИБП также присутствует.

Устройства с двойным преобразованием (on-line) обеспечивают наилучшее качество электропитания. У ИБП этого вида аккумулятор подключен к цепи питания постоянно, поэтому провалы напряжения в момент перехода на автономное питание отсутствуют. Входной ток выпрямляется, его напряжение понижается до напряжения аккумулятора, после чего инвертор преобразует его в переменный 230 В /50 Гц.

Такие ИБП стоят заметно дороже остальных видов, зато выдают стабильную частоту, напряжение и форму синусоиды при любых помехах на входной линии питания.

Выходная мощность (ВА) стабилизатора определяет максимальную суммарную полную мощность подключенных к нему электроприборов. Однако следует иметь в виду, что приведенное в паспорте на электроприбор значение в Ваттах – это его активная мощность, т.е., выделяющаяся в виде тепла или света.

Многие подключаемые к ИБП электроприборы создают вдобавок к активной еще и реактивную нагрузку, и полная выходная мощность ИБП должна подбираться с её учётом. Для определения полной мощности электроприбора следует активную мощность поделить на коэффициент мощности (cos(φ)), обычно указанный в паспорте. Если найти это значение не удается, можно воспользоваться таблицей:

Поскольку чаще всего ИБП используется для защиты ПК, часто возникает вопрос: какую мощность имеет компьютер? Самый точный способ определения мощности – расчет на основе замера потребляемого им тока. Проще и безопаснее всего это сделать с помощью токовых клещей и самодельного удлинителя с раздельными проводниками.

Читайте также:
Траншея под водопровод: ширина, оптимальная глубина, как копать и цена

Измерение тока с помощью мультиметра связано с опасностью поражения электрическим током и делать это, не обладая соответствующими навыками, небезопасно.

Измерение следует производить, дав на процессор и видеокарту максимальную нагрузку – это можно сделать с помощью требовательной к ресурсам игры или с помощью специальных программ (например, OCCT в режиме power supply). Измеренное значение умножается на величину напряжения в сети – это и будет искомая полная мощность (ВА) компьютера.

Простой, но грубый способ – взять максимальную мощность блока питания (в Ваттах), обычно приведенную на корпусе БП и поделить на коэффициент мощности. Реальная мощность компьютера, скорее всего, будет ниже, но уж точно не выше.

К примеру, для защиты компьютера с блоком питания без PFC мощностью 300 Вт и монитором мощностью 50 Вт потребуется ИБП с входной мощностью (ВА) 300/0,65+50/0,8 = 524 ВА. Поскольку реальная мощность системного блока, скорее всего, ниже 300 Вт, ИБП на 500 ВА могло бы и хватить для этого компьютера. Однако с учетом того, что пусковые токи (неизбежные при переключении на аккумулятор) могут превышать номинальные вдвое, выбор ИБП на 750 или 1000 ВА представляется более оправданным.

Следует также отметить, что недорогие ИБП часто характеризуются слабой перегрузочной способностью и не могут выдерживать высокие токи даже очень непродолжительное время (менее 100 мс). Поэтому при покупке недорогого ИБП необходимо следить, чтобы пиковая мощность нагрузки не превышала выходную мощность «бесперебойника».

Если определение полной выходной мощности (ВА) представляется слишком сложным, можно подобрать ИБП по активной выходной мощности (Вт) – обычно этот параметр тоже приводится в паспорте ИБП.

Однако большинство производителей при указании активной выходной мощности ориентируются на cos(φ) = 0,6-0,7, подходящий только при использовании ИБП для защиты компьютеров с блоками питания без PFC.

Коэффициент мощности многой другой техники выше, и, подбирая ИБП по активной мощности в ваттах, вы рискуете переплатить, выбрав ИБП более мощный, чем вам действительно необходимо.

Тип формы напряжения может быть важен для некоторых видов техники. В электродвигателях, трансформаторах, катушках индуктивности «ступенчатая» форма питающего тока приводит к дополнительным нагрузкам – это может проявляться изменением звука работы, увеличенным нагревом обмоток и ускоренным износом. Проблемы могут возникнуть с некоторыми моделями аудио- и видеотехники, измерительными приборами и медицинской техникой.

Импульсные блоки питания к форме напряжения невосприимчивы – ступенчатая аппроксимация синусоиды подходит для любых компьютеров. Проблемы, возникающие на современных блоках питания с активным корректором мощности (APFC) чаще всего связаны не с формой сигнала, а с недостатком запаса по мощности и низкой перегрузочной способностью ИБП. При переключении на аккумулятор и падении входного напряжения, APFC резко увеличивает потребляемый ток, при этом нарастание потребления происходит так быстро, что ИБП часто отключается защитным автоматом (токовым реле), при том, что контроллер даже не успевает «заметить» перегрузку.

Однако, некоторые блоки питания с APFC плохо работают при ступенчатой синусоиде – корректор успевает среагировать на горизонтальную «ступеньку» как на пониженное напряжение, увеличивает ток потребления и перегружает ИБП, приводя к срабатыванию его защиты и отключению. И, хотя многие БП с APFC прекрасно «уживаются» со ступенчатой синусоидой, чтобы не оказаться в ситуации, когда ПК откажется работать с «бесперебойником», следует либо убедиться в их совместимости перед покупкой, либо выбирать ИБП подороже: с «чистой» синусоидой и запасом по мощности, либо ориентироваться на устройство с двойным преобразованием. В последнем случае чрезмерный запас по мощности не нужен, а синусоида у таких устройств и так «чистая».

Тип выходных разъемов питания на современных ИБП может быть различным. Старые ИБП все имели выходные разъемы стандарта IEC 320 C13 («компьютерные») для подключения питающих кабелей системного блока и монитора.

Но роутеры, внешние жесткие диски и многие современные мониторы для подключения к сети используют обычную «евро» вилку. Поэтому сегодня уместнее выбирать ИБП с выходными разъемами типа CEE 7/* – «евророзетками». Обратите внимание, чтобы количество розеток соответствовало количеству потребителей.

Некоторые специализированные ИБП, предназначенные для создания линий бесперебойного электропитания, оснащаются клеммами для удобства прямого подключения линейных проводов.

Удобно, если ИБП имеет какой-нибудь интерфейс, по которому он может «сообщить» работающему на ПК приложению о пропадании напряжения. Это позволит сохранить все открытые документы, записать на диск данные из буфера и корректно завершить работу компьютера в автоматическом режиме, даже если оператора поблизости нет. Особенно это важно для серверов: сбой сервера – вещь неприятная, но она может стать еще неприятнее, если «испортятся» хранящиеся на нём данные из-за некорректного завершения работы. ИБП с интерфейсом USB или RS-232 подключается интерфейсным кабелем непосредственно к защищаемому компьютеру, на котором должно быть запущено соответствующее ПО.

Совсем другое назначение имеют разъмы RJ-11/RJ-45 расположенные парой IN/OUT – это защита телефонных и компьютерных сетей от импульсных помех (часто возникающих, например, во время грозы). Входную (уличную) линию следует подключать к разъему IN, а к разъему OUT – локальную телефонную или компьютерную сеть, которая, таким образом, будет защищена от приходящих “извне” помех.

Функция «холодного старта» позволяет осуществить запуск подключенных к ИБП электроприборов при отсутствии питающего напряжения. Холодный старт позволяет использовать ИБП как автономный источник питания для маломощной нагрузки.

Время автономной работы зависит от емкости установленных аккумуляторов и суммарной мощности подключенных потребителей. Производителем обычно указывается продолжительность автономной работы при определенной мощности нагрузки. Но зачастую мощность нагрузки сильно отличается от приведенной производителем. В этом случае следует иметь в виду, что емкость аккумулятора сильно зависит от тока разряда. При быстрой разрядке (5-10 минут) аккумулятор выдает всего 20-30% от номинальной емкости.

Так, если производителем приводится время автономной нагрузки в 5 минут при нагрузке 200 Вт, то при вдесятеро меньшей нагрузке (20 Вт) время автономной работы будет не 50 минут, а около двух часов, потому что емкость при разряде такой продолжительности будет примерно вдвое больше. Максимальная (100%) емкость аккумуляторной батареи достигается при продолжительности разряда в 20 часов и более, это следует учитывать, если предполагается длительная работа оборудования от ИБП.

Читайте также:
Чем лучше штукатурить кирпичные стены внутри дома

«Бесперебойники», рассчитанные на продолжительную автономную работу, часто имеют возможность подключения дополнительных батарей. Это позволяет набрать емкость, необходимую для поддержания работы потребителей в течение необходимого времени.

Имейте в виду, что аккумуляторная батарея имеет ограниченный ресурс и через некоторое время (0,5-5 лет в зависимости от качества батареи и частоты циклов заряда/разряда) она потребует замены. В этом случае возможность замены батарей будет совсем нелишней. Оборудование, которое должно работать непрерывно, следует защищать с помощью ИБП с возможностью горячей замены батарей – т.е., без отключения ИБП от сети.

Варианты выбора источников бесперебойного питания.

Для защиты от кратковременных падений напряжения маломощных потребителей (роутеров, модемов, точек доступа) предназначены ИБП с «евророзетками» мощностью до 400 ВА.

ИБП мощностью 500-1000 ВА сможет «поддержать на плаву» простой офисный компьютер в течение времени, достаточного для сохранения всех открытых документов.

ИБП с «холодным стартом» способен обеспечить автономное питание электроприборов в условиях полного отсутствия питающей сети.

Если вам важно стабильное электропитание на выходе «бесперебойника» по минимальной цене, выбирайте среди линейно-интерактивных ИБП.

ИБП с двойным преобразованием гарантируют высокое качество питающего напряжения и обеспечивают полное отсутствие переходных процессов при пропадании внешнего питания.

Ремонт шуруповерта: основные неисправности инструмента

Шуруповерт относится к категории инструментов, которые часто используются не только при выполнении строительных и ремонтных работ, но и в быту. С течением времени любым механизмам свойственно ломаться, что случается и с шуруповертами. Если случилось такое дело, то не нужно спешить выбрасывать инструмент, так как можно выполнить самостоятельный ремонт шуруповерта. Из этой статьи вы узнаете о том, как дать отремонтировать шуруповерт, не прибегая к помощи специалистов.

Шуруповерт и его конструктивные особенности

Начинать ремонт шуруповерта своими руками следует с ознакомления с его конструкцией. Главным элементом шуруповерта является электрический мотор. Шуруповерты бывают как сетевого, так и аккумуляторного типа. К использованию сетевого шуруповерта прибегают реже, из-за такого недостатка, как необходимость подключения инструмента к сети 220В. Инструменты аккумуляторного типа более популярны, так как позволяют проводить не только ремонтные работы дома, но и за его пределами.

Основными узлами аккумуляторного шуруповерта являются:

  1. Корпус. Обычно все шуруповерты изготавливаются из прочного пластика.
  2. Кнопка пуска. Она устроена так, что от силы нажатия на нее зависит количество оборотов патрона.
  3. Электродвигатель. В аккумуляторных инструментах применяются однофазные моторы коллекторного типа и постоянного тока. Двигатель представляет собой ротор, статор в виде магнитов, а также щеточный узел.
  4. Редуктор.
  5. Регулятор усилия.
  6. Переключатель реверса.
  7. Аккумулятор. Как правило он съемный и зачастую комплектуется с изделием в двойном экземпляре.
  8. Патрон. Как правило, применяются быстрозажимные патроны.

Некоторые модели дополнительно оснащаются светодиодными фонариками подсветки, а также указателями зарядки батареи. Возвращаясь к проблемам с шуруповертом, следует отметить, что любой из вышеперечисленных элементов может стать причиной неисправности инструмента. Что необходимо для ремонта? Первым делом требуется отыскать причину поломки, после чего принимать соответствующее решение об ее устранении. Инструмент можно разделить на две части: электрическую и механическую. Первоначально требуется выяснить, в чем проблема неработоспособности шуруповерта: в механике или электрике. Сделать это не составит особого труда, поэтому рассмотрим поломки более подробно.

Неисправности механической части

Выявить механические неисправности шуруповертов можно по такому признаку, как слышимость функционирования электродвигателя. При нажатии на кнопку пуска слышны признаки работы электродвигателя, но при этом патрон инструмента не вращается или при вращении слышны характерные звуки неисправности.

Устройство шуруповерта достаточно простое, но существенным недостатком является то, что все элементы практически в 2-3 раза меньше, чем на электродрели. К механическим возможным поломкам шуруповерта относятся следующие неисправности:

  • Поломка патрона. Несмотря на то, что быстрозажимные патроны являются более универсальными и простыми в работе, существенным их недостатком можно назвать низкий срок службы. Починить быстрозажимной патрон невозможно, поэтому если инструмент отказывается держать сверло или биту, то патрон следует снять и заменить на новый. Это одна из наиболее частых неисправностей инструмента, но при этом не понадобится разбирать шуруповерт.
  • Выход из строя редуктора. На шуруповертах установлен редуктор планетарного типа. Обычно производители с целью экономии средств изготавливают шестерни редуктора из пластика или металла низкого качества. Это влияет не только на мощность инструмента, но и на срок его службы. Если двигатель при нажатии кнопки «Пуск» работает, а патрон не вращается, то проблема заключается именно в планетарном редукторе. Чтобы выяснить причину его неисправности, нужно разобрать инструмент, после чего определять поломку. Редуктор в случае выхода из строя одной шестеренки следует заменить.
  • Износ подшипника. Подшипник находится в планетарном редукторе, поэтому он заменяется вместе с шестеренками.
  • Поломка регулятора усилия. Данное устройство в шуруповертах применяется не только для увеличения или уменьшения тяговой силы инструмента, но и для повышения безопасности. Если в ходе выполнения работы произойдет заклинивание рабочей насадки, то вместо проворачивания инструмента, произойдет поворот регулятора. Таким образом, мастер не получит вывих руки, а электродвигатель будет защищен от высокой нагрузки, от которых он может сгореть.

Следует отметить, что малые размеры механической части инструмента несколько усложняют процесс ремонта инструмента, поэтому обязательно при проведении ремонтных работ будьте внимательны.

Неисправности электрической части

В отличие от дрели, шуруповерты функционируют преимущественно от аккумуляторов. Это означает, что в конструкции этих инструментов используются разные электродвигатели. Определить неисправность электрической части шуруповерта не составляет труда. Если аккумулятор заряжен, но при нажатии кнопки «Пуск» не слышен звук работы электромотора, то причиной является поломка именно в электрике. Рассмотрим основные виды неисправностей шуруповертов по электрической части.

  • Неисправность аккумулятора. Первоначально следует обратить внимание на аккумулятор. Как правило, на шуруповертах используются низкокачественные никель-кадмиевые аккумуляторы. Они имеют существенный недостаток, который заключается в необходимости заряжать его только тогда, когда он полностью «сядет». Такие АКБ нельзя подзаряжать, так как это сокращает их срок службы. Если однажды шуруповерт откажется функционировать, то не спешите его разбирать убедитесь, что АКБ работоспособна и выдает заряд. Проверить можно путем подключения второго аккумулятора. Заряд батареи можно также проверить с помощью тестера, который должен показать соответствующую величину вольтажа.
  • Неисправность зарядного устройства. Для зарядки аккумулятора имеется специальное зарядное устройство. Если аккумулятор разряжен даже после того, как вы его зарядили, то следует проверить целостность зарядного устройства. Для этих целей обычно на зарядных устройствах имеются световые индикаторы. Если их нет, то нужно воспользоваться мультиметром.
  • Неисправность кнопки включения. Необходимо проверить пусковую кнопку, так как часто причиной ее неработоспособности является окисление контактов или попадание пыли. Инструмент следует разобрать, после чего почистить контакты. Кнопки обычно на шуруповертах имеют функцию регулирования скорости вращения патрона, для чего устанавливается транзистор. Если инструмент работает, но функция регулирования числа оборотов отсутствует, то нужно заменить транзистор.
  • Если не функционирует функция реверса, то исправить поломку можно путем очистки контактов кнопки переключения полярности.
  • Неисправность электродвигателя. Электромотор является одним из самых дорогостоящих конструктивных элементов шуруповерта. Если все проверено и выявлено, что проблема кроется в электромоторе, тогда следует выяснить причину. Чаще всего проблема возникает со щетками, которые с течением времени попросту истираются. Отремонтировать щетки невозможно, поэтому их следует заменить. Якорь следует заменить, если при прозвонке его выводов обмоток обнаружен обрыв. Перемоткой такого маленького ротора никто не будет заниматься, поэтому проще приобрести новый агрегат. Статор постоянного электродвигателя представлен в виде 2-3 магнитных пластин, которые не выходят из строя.
Читайте также:
Советы как сделать своими руками декупаж из салфеток на мебели

Теперь вы знаете основные признаки и виды неисправностей шуруповерта. Чтобы его отремонтировать, не нужно быть специалистом, а достаточно запастись инструментом и свободным временем.

Шуруповерт: особенности конструкции и способы ремонта своими руками

Наиболее часто используемый инструмент абсолютно любого домашнего умельца — это, конечно же, шуруповерт. Однако, как и всякий электрический прибор, он подвержен поломкам. Что же делать в этой ситуации? Для исполнения отдельных мероприятий можно воспользоваться электрической дрелью, но только для некоторых. Инструмент также можно отнести к специалистам сервис-центра и ждать, пока они его починят. Однако это сопряжено с тратой денег и времени. Но есть и другое решение — ремонт шуруповерта своими руками. Сделать это не так уж и трудно.

  • Особенности конструкции
  • Электрические неисправности
  • Механические неисправности

Особенности конструкции

Перед изучением неисправностей нужно узнать об устройстве этого оборудования, то есть о схеме шуруповерта.

Начать следует с кнопки активизации. Она исполняет сразу пару функций: запуск электропривода и регулирование скорости оборотов. При надавливании на кнопку происходит замыкание электроцепи. Устройство же, регулирующее обороты, находится на плане. Интенсивность работы определяется силой нажатия на указанную выше кнопку. От расположения ШИМ генератора зависит уровень создаваемого импульса. Если говорить простыми словами, то принцип получается следующим: чем сильнее мастер нажимает на данную кнопку, тем сильнее импульс и напряжение.

Переключение на реверс производится посредством изменения полярности клемм с помощью перекидных контактов, перебрасываемых посредством рукояти реверса.

Электрический двигатель. В таких устройствах, как правило, используются однофазные двигатели коллекторного типа. Они отличаются высоким уровнем надежности, простотой обслуживания и изготовления. В состав конструкции этого привода входит корпус с магнитами, щетки и якорь.

Редуктор. Предназначение данного элемента основывается на преобразовании оборотов двигателя в обороты патронного вала. Есть две разновидности редукторов, которые применяются для производства шуруповертов: классическая и планетарная. Первый вариант применяется в очень редких случаях, потому следует поговорить о планетарных изделиях. Итак, редуктор планетарного типа включает в себя следующие детали:

  • солнечная шестеренка;
  • кольцевая шестеренка;
  • водило и сателлиты.

Вал якоря приводит в движение солнечную шестеренку, зубчики которой заставляют двигаться сателлиты, а они, в свою очередь, передают усилие на водило.

Регулятор усилия позволяет производить регулировку усилия, подаваемого на шуруп. Большинство современных шуруповертов обладают 16 регулировочными режимами. То есть они позволяют работать даже с крайне хрупкими материалами.

Патрон закрепляется на редукторном валу и обладает тремя кулачками, которые фиксируют элемент внутри него.

Электрические неисправности

Узнав о конструкции этого инструмента, можно переходить к рассмотрению самых распространенных неисправностей. И начать следует именно с электрочасти. Самыми характерными «симптомами» такого рода поломок считаются:

  • устройство не запускается;
  • отсутствует переключение режима «реверс»;
  • не работает регулировка числа оборотов.

Шуруповерт не запускается. Для начала следует проверить состояние аккумуляторной батареи. Если вы уже пробовали подзаряжать инструмент, и это не дало никакого положительного результата, то следует взять мультиметр и попытаться выявить проблему. Сначала нужно измерить напряжение на аккумуляторе, которое должно соответствовать показателям, указанным на самой батарее. При слишком низком значении нужно отыскать неисправную деталь — устройство для подзарядки или АКБ.

Проверить состояние «зарядника» можно с помощью мультиметра. Для этого его нужно включить в электросеть и проверить напряжение на холостом ходу. Должно получиться значение примерно на два-три вольта больше номинального. Если же напряжение вовсе отсутствует, то неисправность находится именно в зарядном блоке. В этом случае, чтобы починить инструмент, вам потребуются широкие познания в электронной технике.

Если же поломка в АКБ, то блок нужно вскрыть. После этого нужно внимательно осмотреть состояние проводов и контактов, а также произвести проверку надежности пайки.

В ситуации, если АКБ и зарядное устройство полностью исправны, а инструмент все равно не желает запускаться, его придется разобрать. От аккумуляторных клемм идет пара проводков. Нужно взять мультиметр и измерить напряжение непосредственно на входе кнопки при вставленном АКБ. Если на входе имеется напряжение, то батарею следует извлечь и с помощью специальных зажимов «крокодилов» нужно замкнуть провода, идущие от АКБ. Настраиваем устройство на измерение показателей сопротивления (в Ом). Надавливаем до упора на кнопку и измеряем показатель на выходе. Устройство должно отобразить показатель сопротивления.

Если это произошло — с кнопкой нет никаких проблем, а неисправность либо в щеточках, либо в каких-то иных деталях электрического двигателя. В ситуации, если прибор выдает обрыв, требуется ремонт или полная замена кнопки. Самое важное при демонтаже кнопки — не торопиться и быть максимально аккуратным, в противном случае можно потерять мелкие детали. Аналогичные действия нужно предпринять и в том случае, если отсутствует реверс.

Читайте также:
Чем так хорош ламинат Egger и в чем преимущества этого покрытия?

Электропривод функционирует на максимуме, а настройка числа оборотов не работает? Причина этой проблемы может быть и в регулирующем транзисторе, и в кнопке.

В том случае, если все электроцепи привода находятся в исправном состоянии, но шуруповерт так и неисправен, поломка в щетках. Специалисты рекомендуют менять эти части в том случае, если их первоначальная длина стерлась на сорок процентов.

Можно произвести проверку обмоток якоря. В случае, если неисправность именно в них, якорь можно приобрести и заменить своими руками.

Механические неисправности

К поломкам механической части относятся следующие:

  • в процессе эксплуатации шуруповерт издает посторонний шум, которого не было раньше;
  • инструмент сильно вибрирует;
  • устройство запускается, но через некоторое время его начинает заклинивать.

Причинами шума при эксплуатации шуруповерта может быть деформация якорного подшипника или втулок. Для решения этой проблемы следует разобрать двигатель и проверить уровень износа и целостность этих деталей. При вращении якоря не должно быть никаких перекосов и трений. Если есть необходимость, то эти детали можно купить в специальном магазине и поменять собственноручно. Что касается редуктора шуруповерта, что в большинстве ситуаций требуется полная замена сломанных элементов этого узла.

Все действия, о которых рассказано выше, требуют последовательности и аккуратности. Воспользовавшись представленной информацией, можно самостоятельно отремонтировать шуруповерт, не прибегая к помощи специалистов.

Ремонт основных неисправностей шуруповерта

Шуруповерт – это инструмент, часто используемый в профессиональной сфере при ремонтно-строительных работах, а также в быту. Как и любые электромеханические устройства, шуруповерты подвержены неисправностям. Данный аппарат не является сложным устройством, и при возникновении неполадок ремонт основных неисправностей шуруповерта можно провести своими руками.

Основные неисправности шуруповерта и их причины

Ниже представлен рисунок, на котором представлено внутреннее строение аккумуляторного аппарата.

В шуруповертах могут устанавливаться как коллекторные электромоторы, так и безколлекторные двигатели (не имеют электрощеток).

Если у вас сломался шуруповерт, то неисправности данного аппарата могут быть следующие.

  1. Устройство не работает. В первую очередь, может быть неисправна электрическая вилка или кабель, полностью разряжена или неисправна аккумуляторная батарея (АКБ). Также данную проблему может вызвать перегорание обмоток двигателя, неисправность кнопки пуска, стершиеся щетки.
  2. При работе аппарата, он сильно искрит. Здесь возможна неисправность якоря или коллектора двигателя, а также проблемы со щетками.
  3. Быстро разряжается АКБ. Потребуется проверка батарей, входящих в аккумуляторный блок, с помощью тестера.
  4. Аппарат самопроизвольно включается. Скорее всего, неисправна кнопка пуска.
  5. Не работает тормоз двигателя. В таком случае требуется заменить кнопку или транзистор, поскольку эти элементы отвечают за торможение.
  6. Люфт патрона. Чаще всего, биение вызывается искривлением редукторного вала.
  7. Не работает трещотка. Возможные причины: износ лепестков блокиратора трещотки, поломка штифтов или пружины трещотки.
  8. Патрон прокручивается. Неисправность редуктора, а именно его шестеренок, может вызывать ситуацию, когда проскакивает патрон. Также неисправность данного узла является причиной того, что работающий двигатель не крутит шпиндель.
  9. Патрон заклинил, не получается открутить и вытащить сверло или биту. Как правило, произошло заклинивание зажимных кулачков по причине недостаточной смазки или поломки внутренних частей патрона.

Все неисправности, кроме электрической вилки, можно устранить только после разборки аппарата.

Как разобрать шуруповерт для ремонта

Для того чтобы разобрать устройство, проделайте следующие шаги:

  • отсоедините аккумуляторный блок от корпуса аппарата;
  • открутите весь крепеж, удерживающий 2 половинки устройства вместе;

  • снимите верхнюю часть корпуса;
  • выньте все содержимое из корпуса аппарата;

  • аккуратно отсоедините кнопку пуска от корпуса, не повредив провода, связывающие ее с двигателем;
  • извлеките переключатель скоростей;
  • разъедините двигатель, редуктор, муфту и патрон, открутив 4 винта;

Чтобы открутить патрон, потребуется выкрутить винт, который можно увидеть внутри механизма при разжатых кулачках. Откручивать винт следует по часовой стрелке, поскольку на нем левая резьба. После этого, патрон необходимо открутить от вала редуктора, поворачивая его влево (правая резьба).

Диагностика и устранение неисправностей электрической части шуруповерта

Если у вас аккумуляторный аппарат, то первым делом нужно проверить батареи в аккумуляторном блоке, разобрав его. Существуют разборные и неразборные блоки. Во втором случае потребуется аккуратно вставить отвертку в место склейки стенок блока и, не спеша, разъединить их.

Далее, необходимо измерить напряжение на всех “банках”. Номинал напряжения указан на корпусе каждой батарейки. Напряжение должно быть чуть ниже указанного, но одинаковым на исправных аккумуляторах. Неисправные батареи будут значительно отличаться от остальных по выдаваемому напряжению — их и потребуется заменить. Новые батарейки можно приобрести в интернете.

Важно правильно их спаять, то есть последовательно: плюс одной батареи соединяется с минусом другой, а плюс второй с минусом следующей и т.д.

Если вы обладатель сетевого шуруповерта, то алгоритм проверки несколько иной. Вначале, потребуется раскрутить корпус аппарата и снять его одну половинку. Возьмите тестер и “прозвоните” шнур питания на предмет обрыва. В случае исправного шнура, нужно проверить кнопку пуска. Проверьте при нажатой кнопке, есть ли цепь на выходных ее контактах. Если кнопка неисправна, ее потребуется заменить или отремонтировать. Как это сделать, будет рассмотрено далее. При исправной кнопке проблема может крыться в электрощетках или двигателе.

Ремонт кнопки

Ниже представлена электрическая схема аккумуляторного шуруповерта.

Из схемы видно, что на кнопку подходят 2 провода от аккумулятора, и из нее выходят 2 провода на двигатель. Также к кнопке подсоединяются 3 провода от транзистора, отвечающего за регулировку оборотов. Чтобы понять устройство кнопки шуруповерта, ее необходимо разобрать. Все провода, идущие к данной детали, можно и не отпаивать. Они не будут мешать разборке.

Снимите нажимной механизм (красного цвета) со своего посадочного места. Делайте это аккуратными вращательными движениями, одновременно вытягивая деталь в противоположную кнопке сторону, следя за тем, чтобы не сломался шуток.

Далее, снимите крышку кнопки. В местах, указанных на рисунке стрелками, с помощью ножа и отвертки необходимо поддеть и вытолкнуть защелки, после чего снять крышку.

Читайте также:
Трещины на потолке - 105 фото особенностей проведения ремонтных работ

Сняв крышку, вы увидите отсек реверса. Но механизм кнопки будет все еще недоступен. Воспользовавшись паяльником, разъедините 2 элемента (на следующем рисунке указано стрелкой).

Аккуратно вытащите элемент под номером 1, после чего снимите крышку, которая закрывает отсек с механизмом включения аппарата.

Придерживая возвратную пружину, достаньте механизм из корпуса.

В неисправной кнопке вы увидите стертые контактные площадки.

Контактные площадки быстро изнашиваются из-за плохого качества металла. Мелкая металлическая пыль от сработанных контактов накапливается между ними и замыкает площадки. В результате этого возникает самопроизвольный запуск аппарата.

С помощью ваты, смоченной в спирте, удалите металлическую пыль. Если это не удается, можно соскоблить ее ножом. После этих действий самопроизвольный запуск устройства прекратится.

Если не работает регулятор оборотов, значит перегорел транзистор, который необходимо заменить.

Замена щеток

Для проверки состояния щеток необходимо разобрать двигатель, отогнув “усики”, расположенные на торце корпуса.

Далее, легкими ударами молотка по валу двигателя, выбейте ротор из корпуса.

При этом сначала извлечется крышка, в которой располагаются электрощетки.

На следующем фото видно, что коллектор имеет черный цвет. Это значит, что он загрязнет пылью от щеток. В результате загрязнения коллектора, а также канавок между его пластинами, падает мощность двигателя и искрят щетки. Необходимо протереть коллектор ватой, смоченной в спирте, и прочистить канавки иглой.

На следующем фото показано, как выглядит чистый коллектор.

Если щетки изношены, их потребуется поменять. На некоторые модели шуруповертов сложно найти в продаже оригинальные щетки. Но можно найти щетки, подходящие по размеру, после чего на точильном станке подровнять их и подсоединить (припаять) к щеткодержателям.

Иногда, чтобы заменить щетки, потребуется пропилить в них канавку. Это зависит от способа их крепления.

Чтобы лучше понять, как происходит замена щеток, можно воспользоваться следующим видео.

Ремонт тормоза двигателя

Тормоз двигателя — это устройство, останавливающее вращение якоря в момент отпускания кнопки запуска. В шуруповертах данная функция реализована путем замыкания плюса и минуса двигателя при отпускании кнопки. В результате возникает большая самоиндукция, и происходит блокировка шпинделя (с большим искрением из-под щеток). Если затормаживание двигателя не работает, то потребуется замена регулирующего транзистора или пусковой кнопки.

Устранение механических поломок

К механическим поломкам шуруповерта можно отнести неисправности трещотки, редуктора и патрона аппарата.

Ремонт трещотки

Если не работает трещотка на шуруповерте, то потребуется отсоединить ее от редуктора для поиска неисправностей. Иногда в муфте установлены специальные штоки, которыми регулируется усилие, а в некоторых аппаратах вместо штоков установлены по 2 шарика в каждом отверстии. Прижимаются они пружиной, которая при закручивании регулировочного кольца давит на шарики.

В большинстве случаев ремонт трещотки шуруповерта заключается в очистке ее составляющих от загрязнений и в нанесении новой смазки.

Ремонт редуктора шуруповерта

Если в редукторе слышны несвойственные ему шумы, или вращение шпинделя происходит рывками, с проскальзыванием, то виной тому могут быть вышедшие из строя шестерни механизма, сточенные зубцы на его корпусе.

Шестерни чаще всего ломаются, если они изготовлены из пластика (применяются в дешевых аппаратах). Если это произошло, то они подлежат замене.

На следующем фото можно увидеть устройство редуктора.

Причиной того, что при работающем двигателе не вращается шпиндель, может быть износ пластиковых зубьев внутри корпуса редуктора.

Чтобы восстановить работоспособность механизма, необходимо разобрать редуктор (процесс разборки лучше фотографировать) и на место износившихся зубьев вкрутить небольшой болтик, сточенный до необходимых размеров. Место, куда вы будете устанавливать болт, необходимо накернить. Оно должно находиться строго напротив пластикового зуба, расположенного на внутренней стороне корпуса.

Сделайте такую разметку и на обратной стороне корпуса, напротив первой.

Далее, просверлите в размеченных местах отверстия.

Закрутите в эти отверстия болтики необходимой длины, предварительно сточив так, чтобы они находились на одном уровне с другими пластиковыми зубьями. После подгонки болтов можно собрать редуктор с нанесением на шестерни необходимого количества смазки. На этом ремонт редуктора шуруповерта можно считать законченным.

Ремонт быстрозажимного патрона

Чтобы приступить к ремонту данного узла, необходимо сначала снять патрон с шуруповерта. Для этого полная разборка шуруповерта не потребуется. Как открутить быстрозажимной патрон, описывалось выше.

К частым неисправностям патрона можно отнести неполный выход одного из кулачков, как показано на следующем фото.

Причиной неисправности может быть сработанная резьба на гайке, зажимающей кулачки, либо сработанные зубья на самих кулачках. Чтобы убедиться в этом, потребуется разобрать патрон.

Разборка и ремонт патрона шуруповерта делается следующим образом.

    Необходимо стукнуть молотком по выступающей в его центре части. Чтобы не деформировать данную деталь, можно проложить небольшую деревяшку.

  • Отделения верхней части будет недостаточно, и потребуется дальнейшая разборка патрона. Для этого необходимо слегка зажать в кулачки болт и ударить по нему молотком.
  • Когда внутренняя часть патрона вывалится, разбор его считается законченным. Вы увидите гайку, состоящую из 2-х половинок. Чаще всего неисправности в патроне возникают из-за этой детали. Резьба на ней изнашивается и кулачки при закручивании проскальзывают. Поэтому происходит неправильная центровка последних.
  • Также резьба может быть сработана и на кулачках, которые, как и гайку, необходимо заменить. Но если вы не найдете необходимые детали, чтобы их поменять, то потребуется полная замена патрона. При сборке патрона кулачки необходимо установить на одном уровне, в сжатом состоянии, после чего одевается гайка, состоящая из 2-х половинок, а уже после этого вся конструкция помещается в корпус. Когда неисправность будет устранена, можно собрать шуруповерт.

    На практике, поиск запасных деталей для патрона — дело хлопотное. Проще купить новый зажимной патрон, поскольку его цена не такая уж и высокая, в пределах 300 руб.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: