ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ: ЛИНЕЙНЫЙ ИЛИ ИМПУЛЬСНЫЙ?
АЛЕКСАНДР СОКОЛОВ, г. МОСКВА
Журнал "Радиолюбитель КВ и УКВ", 2003, № 10, с. 20-22
https://radiorai.ru/view.php?id=63&view=showArticle
https://qrx.narod.ru/bp/l_ip.htm
https://kcbdx.ru/publ
https://un7ppx.narod.ru/art/power.htm
https://radiovector.ru/items/19
http://radiokaraganda.narod.ru/art/power.htm
Недавно услышал в эфире беседу двух радиолюбителей:
– Собираюсь купить блок питания на 20…30 ампер. Какой лучше взять, не посоветуешь?
– Только ни в коем случае не бери «импульсник»! – Далее следовала целая проповедь, обличающая импульсные источники питания (ИИП) во всех «смертных грехах»: они де и очень сложные, и крайне ненадёжные, и помехи на приём дают, и ужасно дорогие.
Подобные предубеждения настолько распространены в радиолюбительской среде, что народ в испуге шарахается от импульсных источников. Столь негативные психологические установки вызваны не здоровым консерватизмом, а весьма банальной причиной. В глазах многих радиолюбителей репутация ИИП была серьёзно подорвана ещё в 80-х годах, во времена массовых отказов приснопамятных УСЦТ/УПИЦТ и низкокачественной импортной видеотехники. К сожалению, несмотря на бурный прогресс электроники, преодоление стереотипов в сознании людей происходит очень медленно. Давайте по пунктам проанализируем, так ли справедливо критикуют импульсные источники.
Относительно «сложности» ИИП можно согласиться: да, схемотехнически они сложнее. Ну и что? Супергетеродин тоже сложнее детекторного приёмника. В одном интервью Билл Гейтс признался: «Меня всегда искренне поражало, почему компьютер вообще работает – ведь он настолько сложный, что по идее должен тотчас сломаться». А мой знакомый купил простой «как дважды два» трансформаторный блок питания. Вскоре тот выкинул номер: сгорел дотла, заодно прикончив трансивер стоимостью 800 долларов. Как говориться, «без комментариев».
Утверждения о «ненадёжности» ИИП звучат, по меньшей мере, странно. Сегодня в мире эксплуатируется невероятное количество компьютеров, телевизоров, видеомагнитофонов, факсов, научного и промышленного оборудования, зарядных устройств, адаптеров и другой техники, в которой используется импульсное преобразование напряжений. Особенно широко импульсные источники применяются на автомобильном и железнодорожном транспорте, на борту водных и воздушных судов. Неужто все специалисты по силовой электронике дружно тронулись умом, тиражируя в миллионах экземпляров такие «ненадёжные» изделия, тем более размещая их на объектах, связанных с повышенной опасностью?
Что касается помех, то проблема, действительно, существует. В самом принципе работы ИИП заложено формирование мощных импульсов с короткими фронтами, а также возникновение выбросов напряжения и затухающих свободных колебаний в обмотках импульсного трансформатора. Эти коммутационные процессы и предопределяют широкий спектр паразитного радиоизлучения. В результате затрудняется электромагнитная совместимость ИИП с устройствами, содержащими чувствительный радиоприёмный тракт. И если импульсный источник спроектирован без тщательной проработки конструкции, то его корпус и соединительные провода превращаются в антенну для распространения радиопомех. Естественно, такой ИИП «забьёт» любой приёмник.
Ослабить помехи до уровня разумной достаточности можно с помощью относительно несложных комплексных мер:
а) использование эффективных заграждающих входных и выходных фильтров;
б) минимизация ёмкости и взаимной индуктивности между сильноточными импульсными цепями и корпусом;
в) использование демпфирующих цепей, экранирования и заземления.
Все, кто интересуются этой тематикой, могут ознакомиться с [1-4].
Будет уместно провести краткий обзор ассортимента ИИП, применяемых в радиосвязи. Начнём с того, что самый «навороченный», 200-ваттный всеволновый трансивер высшего класса FT-1000МР MARK-V фирмы YAESU укомплектован штатным ИИП модели FP-29. Этот Switched Power Supply (английское название ИИП), имеет интересную схему, достойную внимательного изучения [5], а вырабатывает стабилизированные напряжения 30 В/15 А и 13,8 В/3 А. Ещё YAESU производит регулируемый ИИП модели FP-1025 на ток 23 А [6].
Аналогичная ситуация складывается с новейшими разработками других японских фирм, являющихся мировыми лидерами в области производства средств радиосвязи. Например, очень продвинутый трансивер IC-756PROII фирмы ICOM превосходно работает от ИИП модели PS-85 (13,8 В/20 А).
Фирма ALINCO выпускает для своих трансиверов 30-амперный источник DM-330MVT с регулируемым (5…15 В) выходным напряжением. Особенностью источника является применение запатентованной функции “Noise-Offset”, позволяющей отстроиться от возможных импульсных помех в цепях питания.
Фирма VERTEX делает 12-амперный источник FP-712.
Фирма KENWOOD производит компактный импульсный источник модели KRS-15 на ток 20 А.
Фирма DAIWA изготавливает 30-амперный ИПП модели SS-330X.
Зачем японцам питать свою наукоёмкую, сверхчувствительную аппаратуру, стоимостью в тысячи долларов, от дрянных источников?
Посмотрим, как обстоит с этим в США.
Фирма MFJ, хорошо знакомая читателям журнала «Радиолюбитель» великолепными портативными анализаторами антенн, предлагает импульсные источники моделей MFJ-4125, -4225MV, -4245MV на токи 22 и 40 А.
Фирма DURACOMM экспортирует целую гамму ИИП, например, серию LP в настольном исполнении на токи 10, 14, 18, 25 А.
Фирма DIAMOND поставляет мощный регулируемый 40-амперный источник модели GZV4000, имеющий стрелочные измерительные приборы.
Фирма ASTRON предлагает широкий выбор импульсных источников, в том числе, серию SS, состоящую из 5 моделей на токи 7, 10, 15, 20, 25 А.
Итальянская фирма RM, оборудование которой широко представлено в России производит ИИП моделей SPS-20, -30 на соответствующие токи.
Канадская фирма SAMLEX производит импульсные источники моделей SPS-1204UL, SEC-1212, -1223 на токи 3,5; 10 и 20 А, скромно предоставляя на это оборудование 3-х летнюю (!) гарантию [6].
Таким образом, за рубежом импульсные источники позиционируют как абсолютно надёжные, удобные в эксплуатации и технологичные в производстве изделия, вытесняющие традиционные линейные источники питания.
Из отечественных производителей можно выделить московскую фирму ММП «ИРБИС», выпускающую большую номенклатуру импульсных источников в модульном и настольном исполнении на выходную мощность до 300 Вт.
Санкт-Петербургская фирма НПП «ПИК» разрабатывает и изготавливает любые ИИП мощностью от 15 до 1000 Вт.
Фирма «КОНТИНЕНТ», предлагает миниатюрные импульсные модули питания на небольшую мощность (приблизительно до 50 Вт).
Интересный спектр различных источников питания, в том числе импульсных, производит фирма «ЭЛЕКТРОН-КОМПЛЕКТ» (Москва-Новгород).
Серию ИИП мощностью от 30 до 500 Вт выпускает ОАО «Владимирский завод «Электроприбор».
В конце 2002 г. под брендом EWLON ELECTRONICS (ЕЕ) появились новые российские изделия – линейка из 5 стабилизированных импульсных источников питания, построенных по низкошумящей двухтактной схеме на транзисторах Power MOSFET с применением ШИМ-контроллера и SMD монтажа. Возможности этих изделий охватывают весь потенциальный сектор рынка источников питания от источников питания – от рядового пользователя СиБи диапазона до опытного коротковолновика и профессиональных систем связи различного профиля. Основные технические характеристики источников ЕЕ приведены в таблице, а их внешний вид показан на фотоснимках.
Первые продажи источников в ПКФ «МЕГАСЕРВИС» [12] показали: наибольшим спросом пользуется модель К6930, что объясняется просто – характеристики этого источника удовлетворяют запросам подавляющего большинства радиолюбителей-радистов. Директор фирмы В.С. Ручко (UA3APA) неоднократно предоставлял источники ЕЕ радиолюбителям для пробы и тестирования. При этом использовалась самая различная аппаратура, работающая во всех любительских диапазонах, всеми видами модуляции (включая RTTY) и выходными мощностями от 5 до 200 Вт. Кроме этого работа источников проверялась в гражданском диапазоне на трансиверах моделей ALAN, YOSAN, MAYCOM, DRAGON, MEGAJET. В этом случае использовалась стационарная антенна SIRIO 827 (5/8 ;) и усилители мощности от 90 до 220 Вт (ЕА-150Р, L-300, 797). Результат был всегда неизменным: источники питания функционировали безупречно и проблем с импульсными помехами на приём или передачу не возникало.
Одними из первых, кто приобрёл и успешно эксплуатирует источник питания К6930, были RA3YA, RK3AV, RU3DX, RU3DS, а также ряд радиолюбителей из стран СНГ.
Редактор популярного сборника «Радио-Дизайн» Борис Родин (RW3AY) испытывал данный источник при работе на трансивере FT-100D при связях на низкочастотных коротковолновых диапазонах (SSB, 100 Вт) и дал ему положительную оценку [7].
Менеджер национальной дипломной программы России «Путешествия по волнам эфира» [8] Михаил Ефимов (RU3AU) использует К6930 для питания трансивера IC-718, очень доволен работой источника и будет использовать его в радиолюбительских экспедициях.
Активный член радиоклуба «Север Москвы» Денис Попов (RU3AVF) сообщил, что он «долго и с пристрастием» испытывал К6930, пытаясь выявить его слабые стороны. Однако, работая на трансивере FT-840, «на сто процентов» убедился в отличной работе источника. Затем этот экземпляр прошёл жёсткую проверку на коллективной радиостанции RZ3AWM во время проведения «Russian DX Contest» 15-16 марта 2003 г. [9], где питал трансивер IC-746 и, по мнению начальника радиостанции А.И. Козловского (RV3ATR), отработал превосходно.
Будет несправедливо не упомянуть и такой факт: RZ3AAP обнаружил, что его трансивер FT-840 принимает импульсные помехи. Анализ ситуации показал, что причиной являлось крайне неудачное расположение так называемой «баночной» антенны [10, 11]. Эта весьма нетрадиционная балконная конструкция находилась за окном всего в 1,5…2 метрах (!) от аппаратуры. При подключении даже не очень качественного заземления уровень помех снизился на 2…4 балла. По словам RZ3AAP, он не помышляет отказываться от импульсного источника, а в будущем планирует установить на крыше полноразмерную антенну.
Прекрасные отзывы были получены от московской фирмы «CAR-AUDIO», разрабатывающей и изготавливающей эксклюзивные демонстрационные стенды для салонной продажи автомобильной аудиотехники – магнитол, CD/MD-проигрывателей, усилителей и акустических систем [13]. Там с помощью источников К9670 обеспечено круглосуточное функционирование мощной звуковоспроизводящей аппаратуры и блоков электронной коммутации, установленных на демостендах.
Большой популярностью пользуются источники ЕЕ для централизованного питания электрических запорных устройств в системах ограничения доступа, а также видеокамер скрытого наблюдения, установленных в крупных супермаркетах, аэропортах, вокзалах и аналогичных охраняемых объектах. Что касается серии 27-вольтовых источников, то большой интерес к их использованию проявляют различные силовые ведомства.
Если утверждать о «дороговизне» ИИП, то значит абсолютно не замечать такой «мелочи», как новые эксплуатационные свойства изделий данного класса. Например, из-за отсутствия громоздких и тяжелых деталей импульсный источник имеет великолепные массогабаритные характеристики. На практике даже одно это многого стоит: компактный ЕЕ занимает минимум места на рабочем столе, а при необходимости его можно без особых хлопот взять, например, на дачу (линейный БП той же мощности тяжелее в 5…7 раз!) Источники ЕЕ экономичны и удивительно мало греются (КПД 95%). Они нормально работают в отечественных сетях с «размытым» стандартом качества электроэнергии, то есть при искажениях синусоидальной формы тока, колебаниях частоты и входного напряжения.
Но это ещё не всё. Источники состоят из унифицированных узлов, допускающих наращивание мощности путём параллельного включения. Их можно использовать в качестве зарядного устройства для автомобильных АКБ. В источниках реализован «буферный» режим, позволяющий, подключив резервный аккумулятор, организовать систему бесперебойного питания [14]. Источники имеют 3-х уровненый светодиодный индикатор тока, потребляемого нагрузкой, и снабжены всеми видами защит (ток, напряжение, перегрев). В конструкции источников воплощен ряд оригинальных решений. Например, для корпуса-теплоотвода был специально разработан фасонный алюминиевый профиль, пронизанный изнутри вентиляционными каналами для обдува воздухом, что значительно увеличило эффективную поверхность охлаждения.
Источники ЕЕ вполне конкурентоспособны, поскольку по ключевому критерию «пиковый ток/цена» практически не уступают сопоставимым по мощности линейным блокам питания. При этом уникальную модель К9670 сравнивать просто не с чем, поскольку она не имеет промышленных аналогов. Если же производить сравнение источников ЕЕ с импортными моделями ИИП, то наши оказываются в 1,3…2 раза дешевле. Важно отметить, что существенная разница в цене отнюдь не подразумевает более низкий технический уровень российских изделий. Наоборот – надёжность, качество компонентов и сборки, современный дизайн соответствуют самым высоким требованиям.
Так какой же источник питания «лучше» – линейный или импульсный? Выбор должен сделать сам пользователь, исходя из собственных потребностей и возможностей. Хочется надеяться, что эта статья поможет ему более объективно взвесить аргументы «за» и «против», а также будет способствовать повышению доверия к российской продукции.
vectorservis@bk.ru
ЛИТЕРАТУРА
1. Гроднев И. – Электромагнитные экранирования в широком диапазоне частот. – М.: Связь, 1973.
2. Косенко С. – Эволюция обратноходовых импульсных ИП. – Радио, 2002, № 6, с. 43; № 7, с. 47; № 8, с. 32; № 9, с. 24.
3. Косенко С. – VIPer-100А и «карманное» зарядное устройство на его ос-нове. – Радио, 2002, № 11, с.30.
4. Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Справочник. – М.: ДОДЭКА, 1999.
5. HF Transceiver MARK-V FT-1000MP. Technical Supplement. YAESY MUSEN Co., Ltd.
6. Communication Equipment Catalog, Summer 2002. HAM RADIO OUTLET.
7. Родин Б. – Радио-дизайн, № 17 (осень 2002 г.), с. 80.
8. http:\\www.radioaward.org.
9. http:\\www.rdxc.org.
10. Сенчуров А. – ЕН-антенна для диапазона 20 м. – КВ и УКВ, 2003, № 1, с. 34.
11. http:\\www.gsl.net/w0kph.
12. http:\\www.megaservis.ru.
13. Автозвук, 2003, № 2, с. 134.
14. Системами бесперебойного питания на основе К6930 оборудован комплекс охранно-пожарной радиосигнализации на удалённом объекте в одном из городов республики Саха, а также несколько загородных коттеджей в Подмосковье.