Общая характеристика питания
Питание является жизненно важной потребностью организма. Оно необходимо для построения и непрерывного обновления клеток и тканей, поступления энергии для восполнения энергетических затрат организма и веществ, из которых образуются ферменты, гормоны, другие регуляторы обменных процессов, иммунитета и жизнедеятельности. Обмен веществ, функции и структуры всех клеток, тканей и органов находятся в зависимости от характера питания. Питание — это сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ.
Прежде чем начать разговор о принципах питания, предлагаем вам познакомиться с основными понятиями науки о питании, которые не раз встретятся на страницах этой книги.
Основные пищевые вещества (нутриенты) — это белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины и вода. Эти пищевые вещества называют также питательными, учитывая их статьенствующее значение в жизнедеятельности организма и отграничивая от натуральных, входящих в состав продуктов веществ — вкусовых, ароматических, красящих и т. д. К
организме расходуются другие питательные вещества и нарушаются обменные процессы. Пищевые волокна, состоящие из клетчатки, пектинов и других веществ, почти не усваиваются организмом, однако они нужны для нормальной деятельности органов пищеварения и всего организма. Поэтому пищевые волокна являются необходимой составной частью питания.
Питание осуществляется за счет пищевых продуктов. Только при некоторых заболеваниях в организм вводят отдельные пищевые вещества — аминокислоты, витамины, глюкозу и др. Пищевые продукты включают естественные, реже — искусственные сочетания пищевых веществ. Пища — это приготовленные для еды пищевые продукты или их смесь. Пищевой рацион представляет собой совокупность пищевых продуктов, используемых в течение дня (суток).
Усвоение пищи начинается с ее переваривания в пищеварительном тракте, продолжается при всасывании пищевых веществ в кровь и лимфу и заканчивается усвоением пищевых веществ клетками и тканями организма. В ходе переваривания пищи под действием ферментов органов пищеварения, главным образом желудка, поджелудочной железы, тонкой кишки, а также при участии желчи, белки расщепляются до аминокислот, жиры — до жирных кислот и глицерина, усвояемые углеводы — до глюкозы, фруктозы, галактозы. Эти составные части пищевых веществ всасываются из кишечника в кровь и лимфу, с которыми разносятся но всем органам и тканям. Непереваренная пища поступает в толстую кишку, где образуются каловые массы.
Усвояемость пищи — это степень использования содержащихся в ней пищевых (питательных) веществ организмом. Усвояемость пищевых веществ зависит от их способности всасываться из желудочно-кишечного тракта. Количественную способность к всасыванию (коэффициент усвояемости) выражают в процентах от общего содержания данного пищевого вещества в продукте или рационе. Например, с пищей поступило в сутки 20 мг железа, а всосалось из кишечника в кровь 2 мг; коэффициент усвояемости железа составляет 10%. Коэффициенты усвояемости пищевых веществ зависят от особенностей входящих в рацион продуктов, способов их кулинарной обработки, состояния органов пищеварения. При смешанном (состоящем из животных и растительных продуктов) питании коэффициент усвояемости белков составляет в среднем 84,5%, жиров — 94%, углеводов (сумма усвояемых и неусвояемых углеводов) — 95,6%. Эти коэффициенты используют при расчетах питательной ценности отдельных блюд и всего рациона. Усвояемость пищевых веществ отдельных продуктов отличается от указанных величин. Так, коэффициент усвояемости углеводов
овощей в среднем 85%, а углеводов сахара — 99%, железа риса в среднем — 1%, а железа телятины — 22%.
Удобоваримость пищи характеризуется степенью напряжения секреторной и двигательной функций органов пищеварения при переваривании пищи. К малоудобоваримой пище относят бобовые, грибы, богатое соединительной тканью мясо, незрелые фрукты, пережаренные и очень жирные изделия, свежий теплый хлеб. Показатели удобоваримости и усвояемости пищи иногда не совпадают. Сваренные вкрутую яйца долго перевариваются и напрягают функции органов пищеварения, но пищевые вещества таких яиц усваиваются хорошо. Сведения об усвояемости пищевых веществ из отдельных продуктов особенно важны в лечебном питании. Различными методами кулинарной обработки можно целенаправленно изменять усвояемость и удобоваримость пищи.
Рациональное питание — это полноценное питание здоровых людей с учетом их пола, возраста, характера труда и других факторов. Рациональное питание способствует сохранению здоровья, сопротивляемости вредным факторам окружающей среды, высокой физической и умственной работоспособности, а также активному долголетию. За рубежом термину «рациональное питание» соответствует термин «здоровое питание».
Требования к питанию включают требования к пищевому рациону, режиму питания и условиям приема пищи.
К пищевому рациону предъявляют следующие требования:
энергетическая ценность рациона должна покрывать энерготраты организма;
надлежащий химический состав — оптимальное количество сбалансированных между собой пищевых (питательных) веществ;
хорошая усвояемость пищи, зависящая от ее состава и способа приготовления;
высокие органолептические свойства пищи — внешний вид, консистенция, вкус, запах, цвет, температура. Эти свойства влияют на аппетит и усвояемость пищи;
разнообразие пищи за счет широкого ассортимента продуктов и различных приемов их кулинарной обработки;
способность пищи (состав, объем, кулинарная обработка) создавать чувство насыщения;
санитарно-эпидемическая безвредность пищи. Режим питания включает время и количество приемов пищи, интервалы между ними, распределение пищевого рациона по энергетической ценности, химическому составу, продуктовому набору, массе
по приемам пищи. Важны условия приема пищи: соответствующая обстановка, сервировка стола, отсутствие отвлекающих от еды факторов. Это способствует хорошему аппетиту, лучшему пищеварению и усвоению пищи.
Лечебное (диетическое) питание, или диетотерапия, — это применение с лечебной или профилактической целью специально составленных пищевых рационов и режимов питания для людей с острыми или хроническими заболеваниями. Перечень требований к лечебному (диетическому) питанию совпадает с таковым для рационального питания, однако с учетом характера заболевания на короткий или продолжительный срок могут изменяться требования к энергетической ценности и химическому составу рациона, сбалансированности в нем пищевых веществ, набору продуктов и способам их кулинарной обработки, некоторым органолептическим показателям пищи, режиму питания.
Сбалансированное питание. Данные о потребности организма в пищевых веществах и взаимосвязи между ними обобщены в учении о сбалансированном питании. Согласно этому учению, для хорошего усвоения пищи и жизнедеятельности организма необходимо его снабжение всеми пищевыми веществами в определенных соотношениях между собой. Особое значение придается сбалансированности незаменимых составных частей пищи, которых насчитывается более 50.
Наукой о питании обоснованы средние величины сбалансированной суточной потребности здорового человека в пищевых веществах. Эти величины зависят от пола, возраста, характера труда, климата, физиологического состояния организма (беременность, кормление грудью) и его индивидуальных особенностей. У больного человека эти величины изменяют на основе данных об особенностях обмена веществ при конкретном заболевании. Нормы питания для различных групп населения, составление пищевых рационов для здорового и больного человека, разработка новых продуктов — все это основано на учении о сбалансированном питании.
При оценке рационов учитывают их сбалансированность по многим показателям. Так, соотношение между белками, жирами и углеводами принято за 1:1,1:5 для мужчин и женщин молодого возраста, занятых умственным трудом. При расчетах за 1 принимают количество белков. Например, если в рационе 90 г белка, 81 г жира и 450 г углеводов, то соотношение будет 1:0,9:5. Соотношения в рационе жиров, белков и углеводов, принятые для здоровых людей, могут быть неприемлемыми для лечебных диет.
Учение о сбалансированном питании сохраняет свое значение и в настоящее время, но некоторые его положения в последние годы
пересмотрены и уточнены. Это относится, прежде всего, к вытекающему из теории сбалансированного питания представлению об идеальной пище, которая наиболее точно возмещает расход организмом пищевых веществ и энергии. Признано, что постоянное питание «идеальной пищей» способствует метаболической гиподинамии — своеобразному снижению активности систем, обеспечивающих обмен веществ. Это явление можно условно сравнить с мышечной гиподинамией, связанной с низкой физической активностью и ведущей к детренированности мышц. По мнению академика А. М. Уголева (1991), идеально сбалансированное питание создает такие комфортные условия для обмена веществ, которые не являются оптимальными для жизнедеятельности человека. В пределах коротких периодов времени (дни и, возможно, недели) отступления от сбалансированного питания могут быть не только физиологичны, но и необходимы для поддержания высокого уровня активности органов и систем, обеспечивающих усвоение пищи. При этом правило равенства расхода и поступления пищевых веществ сохраняет свое значение для длительных периодов времени, что предупреждает возникновение болезней недостаточного и избыточного питания .
Таким образом, кратковременные отклонения от сбалансированного питания (например, в дни праздников, во время религиозных постов и т. д.) не только не наносят ущерба здоровью, но и целесообразны с учетом современных взглядов на значение периодической разбалансировки питания. Это не означает, что отклонения от принципов сбалансированного питания полезны всем людям и в разных условиях их жизни. Например, для больного сахарным диабетом, которому вводят инсулин, отклонения от сбалансированной диеты, а тем более голодание или прием пищи один раз в день, чреваты грозными осложнениями. Напротив, при некоторых заболеваниях периодически изменяют характер питания путем пищевых нагрузок или разгрузок (система «зигзагов»). Даже здоровые люди в силу индивидуальных особенностей обмена веществ по-разному реагируют на изменения питания, и у некоторых из них возникает ухудшение самочувствия и работоспособности даже при кратковременной, но значительной раз-балансировке пищевого рациона. Отклонения от сбалансированного питания нельзя распространять на маленьких детей (прежде всего — грудных), кормящих матерей, больных с некоторыми заболеваниями, спортсменов в период состязаний и т. п.
Теория адекватного питания, предложенная А. М. Уголевым (1991), включает в себя учение о сбалансированном питании, но расширяет представления о сложном процессе питания за счет данных
о важной роли для жизнедеятельности организма пищевых волокон и микроорганизмов кишечника, которые образуют ряд пищевых веществ, в том числе незаменимых, а также видоизменяют поступившие с пищей вещества. Эта теория подчеркивает значение образования в пищевом канале гормонов и гормоноподобных веществ из пищи и вырабатываемых в самих органах пищеварения. Поток этих физиологически активных веществ регулирует процессы пищеварения, обмен веществ и другие функции организма.
Наука о питании здорового и больного человека (нутрициология) основана на физиологии, биохимии и гигиене питания, микробиологии, эпидемиологии и других отраслях медицины, имеющих отношение к питанию. Она опирается на представления о причинах и механизмах развития, клиническом течении и профилактике различных заболеваний, особенностях пищеварения и обмена веществ у здорового и больного человека. Наука о питании тесно связана с проблемами экономики, сельского хозяйства, пищевой промышленности и общественного питания.
Продукты, употребляемые в пищу, методы их кулинарной обработки и виды блюд, пищевые ограничения и предпочтения, правила приготовления и приема пищи — все это в совокупности образует систему питания, присущую каждому народу или региону, населенному близкими по культуре народами. В системах питания отражены кли-матогеографические, исторические, национальные, религиозные, социально-экономические и другие факторы. Наука о питании учитывает системы питания разных народов.
Диетология — это раздел науки о питании и клинической медицины, занимающийся изучением и обоснованием характера питания при различных острых и хронических заболеваниях, а также организацией лечебного (диетического) питания.
Похожие статьи
1. Понятие «питание» и характеристика его роли в жизни человека
Содержание
Введение 3
1. Понятие «питание» и характеристика его роли в жизни человека 5
2. Рациональное питание 6
3. Виды питания 7
3.1 Раздельное питание 7
3.2 Вегетарианское питание 8
3.3 Диетическое питание 9
4. Общая характеристика режима питания и его роли в обеспечении сохранения здоровья 10
Заключение 12
Список литературы 13
Введение
«Пусть пища будет вашим лекарством»
Гиппократ.
Правильное питание — это основа здоровья человека. Как правило, пищевая ценность различных блюд во многом зависит от того, как они приготовлены. Рассмотрим особенности приготовления продуктов, которые составляют основу повседневного рациона.
Как известно, неправильное питание и малоподвижный образ жизни являются главными причинами возникновения различных заболеваний. Если вы работник офиса, изменить распорядок рабочего дня невозможно. Однако у вас есть возможность сбалансировать рацион и заботиться о своем здоровье. В свободное от работы время вы можете активно заниматься спортом, а в данной главе вы найдете множество советов по организации правильного питания Г. Л. Апанасенко. Здоровый образ жизни. Л., 2008.
В процессе жизнедеятельности организма в нем происходит, с одной стороны, разрушение (диссимиляция) веществ, входящих в состав тканей и клеток, с другой — постоянное обновление, воссоздание и перестройка ранее разрушенных веществ за счет питательных веществ, поступающих с пищей (ассимиляция).
Эти два процесса, из которых складывается обмен веществ, тесно связаны между собой, находятся во взаимозависимости и состоянии подвижного равновесия, в результате чего клетки и ткани сохраняют свой относительно постоянный состав.
При разрушении веществ в организме происходит окисление сложных органических веществ, входящих в состав тканей и выделение при этом энергии, необходимой для мышечной работы организма, поддержания на определенном уровне температуры тела и других жизненно необходимых процессов. Эта же энергия, освобождаемая во время разрушения, необходима и для обеспечения процессов воссоздания, во время которых происходит образование из простых органических соединений сложных, обладающих большим запасом энергии. Этот процесс называется обменом веществ в организме. Он является основой всех физиологических функций организма, к которым относятся дыхание, кровообращение, пищеварение, нервная деятельность и т.д. Все эти проявления деятельности организма находятся под регулирующим влиянием нервной системы. Необходимо знать, что процессы жизнедеятельности организма находятся в тесной зависимости от питания человека. Считается, что питательные вещества, такие как белки, углеводы и жиры, являются составными частями клеток и тканей организма. В состав клеток и тканей входят, и другие элементы пищи — минеральные соли и витамины. При этом некоторые из витаминов являются составными частями так называемых ферментов, участвующих в процессах расщепления, перестройки и образования новых, сложных органических веществ, входящих в состав организма.
Таким образом, питание является важнейшим фактором внешней среды, воздействующим на состояние организма и его развитие. Для правильной жизнедеятельности организма необходимо, чтобы питание было рациональным, правильным, физиологически полноценным. Это означает, что как по количеству, так и по своему качественному составу пища должна отвечать физиологическим требованиям организма.
Питание является жизненной необходимостью человека. В настоящее время заметно возрастает понимание того, что пища оказывает на человека значительное влияние. Она даёт энергию, силу, развитие, а при грамотном её употреблении – и здоровье. Можно с определённой уверенностью утверждать, что здоровье человека на 70% зависит от питания. Пища зачастую является основным источником большинства заболеваний, однако с её же помощью можно и избавиться от многолетних недугов. Как ни соблазнительна пёстрая палитра продуктов питания и готовых изделий из них, но велики и проблемы, связанные с производством пищи, которые породила современная цивилизация. Повышенное содержание холестерина в крови, ожирение, кариес, диабет, нарушение жирового обмена веществ, гипертония, запоры, повышенное содержание мочевой кислоты в крови или подагра – вот неполный перечень так называемых «болезней цивилизации», вызванных неправильным питанием. С помощью здорового питания и здорового образа жизни (заниматься спортом, избегать стрессовых ситуаций, бросить курить) можно:
— предупредить возможные заболевания;
— сохранить здоровье и привлекательную внешность;
— оставаться стройными и моложавыми;
— быть физически и духовно активными.
Питание обеспечивает важнейшую функцию организма человека, поставляя ему энергию, необходимую для покрытия затрат на процессы жизнедеятельности. Обновление клеток и тканей также происходит благодаря поступлению в организм с пищей «пластических» веществ — белков, жиров, углеводов, витаминов и минеральных солей. Наконец пища — источник образования ферментов, гормонов и других регуляторов обмена веществ в организме. Для поддержания нормального течения энергетических, пластических и каталитических процессов организму требуется определенное количество разнообразных пищевых веществ. От характера питания зависит обмен веществ в организме, структура и функции клеток, тканей, органов.
Здоровье и питание тесно взаимосвязаны. Вещества, поступающие в организм с пищей, влияют на наше душевное состояние, эмоции и физическое здоровье. От качества питания во многом зависит наша физическая активность или пассивность, жизнерадостность или подавленность.
2. Рациональное питание
Рациональным считается такое питание, которое обеспечивает нормальную жизнедеятельность организма, высокий уровень работоспособности и сопротивляемости воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, максимальную продолжительность активной жизни.
Врачи утверждают, что полноценное рациональное питание — важное условие сохранения здоровья и высокой работоспособности взрослых, а для детей еще и необходимое условие роста и развития.
Рациональное питание — важнейшее непременное условие профилактики не только болезней обмена веществ, но и многих других. Для нормального роста, развития и поддержания жизнедеятельности организму необходимы белки, жиры, углеводы, витамины и минеральные соли в нужном ему количестве.
Рациональное питание предусматривает с учетом физиологической потребности организма удовлетворение во всех пищевых веществах и энергии. Рекомендуемые величины потребности человека в пищевых веществах и энергии определены для всех групп трудоспособного населения в зависимости от интенсивности труда, пола и возраста. Установлена также средняя потребность в пищевых веществах пожилых и старых людей, а также одиннадцати групп детского населения, беременных женщин и кормящих матерей.
В течение всей жизни в организме человека непрерывно совершается обмен веществ и энергии. Источником необходимых организму строительных материалов и энергии являются питательные вещества, поступающие из внешней среды в основном с пищей. Если пища не поступает в организм, человек чувствует голод. Но голод, к сожалению, не подскажет, какие питательные вещества и в каком количестве необходимы человеку. Мы часто употребляем в пищу то, что вкусно, что можно быстро приготовить, и не очень задумываемся о полезности и доброкачественности употребляемых продуктов.
Рациональное питание — это питание, достаточное в количественном отношении и полноценное в качественном, удовлетворяющее энергетические, пластические и другие потребности организма и обеспечивающее необходимый уровень обмена веществ. Рациональное питание строится с учетом пола, возраста, характера трудовой деятельности, климатических условий, национальных и индивидуальных особенностей.
Принципами рационального питания являются:
1) соответствие энергоценности пищи, поступающей в организм человека, его энерготратам;
2) поступление в организм определенного количества пищевых веществ в оптимальных соотношениях;
3) правильный режим питания;
4) разнообразие потребляемых пищевых продуктов;
5) умеренность в еде.
Характеристики источников питания постоянного тока ✮ Схемы регулируемых источников питания, графики ➔ Newet.ru
Источники питания постоянного тока, схема которых включает выпрямитель (AC/DC преобразователь), представляют собой востребованные устройства, широко применяемые в автоматизированных испытательных системах, предназначенных для проверки электрооборудования, модулей, монтажных схем. Также их используют для электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры, электродвигателей, заряда аккумуляторных батарей, протекания электрохимических процессов. Они преобразуют переменное напряжение электросети в стабилизированное постоянное напряжение. Многие модели предоставляют возможность регулировки выходных параметров.
Отдельный вид источников питания (ИП) составляют конверторы (DC/DC преобразователи). Они работают от сети постоянного тока. Их сфера применения включает автоматизированные системы управления техпроцессами, энергетику, транспорт, телекоммуникационные и информационные технологии, охранно-пожарные системы.
Основными техническими характеристиками источников питания постоянного тока являются:
- Номинальное входное напряжение.
- Номинальное выходное напряжение и диапазон его регулировки.
- Максимальный ток нагрузки.
- Точность стабилизации выходного напряжения.
- КПД.
Помимо базовых характеристик, большое значение имеют и другие рабочие параметры, которые мы рассмотрим более подробно.
Шумы и пульсации
Эта характеристика источников питания постоянного тока определяет качество выходного сигнала, а также выбор между импульсным и линейным источником электропитания. Импульсные преобразователи являются по сути генераторами шумов. Устройства, использующие для управления переключением силовых ключей широтно-импульсную модуляцию, создают шумы в определенной полосе частот. Частота повторения шума зависит от частоты переключения импульсного источника питания, а амплитуда сильно зависит от топологии оборудования. Пульсации представляют собой флуктуацию выходного напряжения, которая связана с зарядом и разрядом устройства. Она может быть уменьшена с помощью увеличения входной или выходной емкости.
Для многих задач, связанных с тестированием электроаппаратуры, целесообразно использовать не импульсные, а линейные ИП. Несмотря на то, что они отличаются низкой эффективностью, габаритами и весом, выделением значительного количества тепла, их можно применять в приложениях, где не требуется высокая мощность (до 200 Вт на один канал). Линейные устройства генерируют высокочастотный шум, который можно легко отфильтровать. Также они обладают высокой скоростью реагирования на изменение нагрузки. Если же поставленная задача не выдвигает повышенных требований к уровню шума и пульсаций, лучше выбрать импульсный преобразователь. Он характеризуется высокой мощностью, компактностью, широкими диапазонами регулировки, гибкостью настроек.
Скорость изменения выходного напряжения
Это важный параметр, который имеет большое значение в сфере тестирования электроприборов. При испытаниях на аппаратуру подаются различные напряжения для проверки ее правильного функционирования в пределах рабочего диапазона. Чем быстрее источник питания реагирует на изменение настроек, тем выше производительность тестирования. В стандартных устройствах время установки выходного напряжения с точностью до 1% составляет в среднем 50-500 мс. Существуют специальные схемы регулируемых источников питания постоянного тока, которые позволяют уменьшить данный показатель до 1-4 мс.
Время реакции на изменение нагрузки
Этот параметр определяет, насколько быстро ИП реагирует на изменение нагрузки или скачки электротока. Если выходной ток быстро изменяется в широком диапазоне значений, выходное напряжение также начинает с высокой скоростью уменьшаться или увеличиваться. Время, которое необходимо устройству для стабилизации характеристик, называется временем реакции (или отклика) на изменение нагрузки. Из-за использования обратной связи в топологии для контроля выходного напряжения, импульсные ИП отличаются сравнительно медленной реакцией.
Чтобы обезопасить тестируемые устройства от сильных перегрузок, рекомендуется применять предварительную нагрузку. Она подключается параллельно с испытываемым прибором и ограничивает скачки напряжения. У современных импульсных источников питания время отклика составляет 40-80 мкс, а у линейных — до 1 мкс.
Возможность параллельного и последовательного подключения ИП
Параллельное подключение источников электропитания обеспечивает увеличение выходного электротока. Многие ИП оснащены специализированной параллельной шиной управления. Она позволяет создавать единую конфигурацию из нескольких источников. Система автоматически определяет, какие устройства являются ведущими, а какие ведомыми.
Последовательное подключение источников питания используется, если необходимо увеличение напряжения. При этом оно не должно превышать электрическую прочность изоляции выходных клемм.
Цифровое программирование
Многие источники питания поддерживают возможность цифрового программирования для режимов стабилизации напряжения (CV) или тока (CC). Устройства работают в режиме стабилизации напряжения при условии, что ток нагрузки меньше установленного значения. После достижения электротоком порогового значения ИП переходит в режим стабилизации тока. Выходное напряжение может ограничиваться, чтобы исключить перегрузку по мощности. Настройка осуществляется через панель управления устройства или с компьютера через интерфейсы USB, LAN, GPIB.
Программирование предоставляет расширенные возможности по управлению. Например, можно формировать последовательность изменений напряжения и тока, генерирование пилообразных и других сигналов для тестирования предохранителей и различных электроприборов.
Итоги
В статье были рассмотрены основные характеристики источников питания постоянного тока, применяемых в испытательных системах.
Источники питания
Электрические цепи можно разбить на два типа: активные и пассивные. Примерами активных цепей являются усилители и генераторы. Резистивные цепи (состоящие из резисторов), аттенюаторы и трансформаторы — это пассивные цепи. В отличие от пассивных цепей, которые начинают работать просто при их включении в электронную схему, активные цепи требуют подвода энергии постоянного тока. Эту энергию можно получить от батареи или сетевого источника питания.
Источник питания постоянного тока — это устройство, которое преобразует энергию переменного тока в энергию постоянного тока. Он обычно используется для преобразования напряжения электросети в напряжение постоянного тока различной величины.
В этой главе представлены только блок-схемы различных типов выпрямителей и дана их краткая характеристика. Более подробное изложение приведено в гл. 29.
Блок-схема
На рис. 10.1 показаны блок-схемы источников постоянного тока на основе однополупериодного (а) и двухполупериодного (б) выпрямителей. В качестве входного напряжения переменного тока обычно используется напряжение электросети. В обоих случаях первый каскад представляет собой выпрямитель (однополупериодный или двухполупериодный). Выходное напряжение выпрямителя состоит из двух составляющих: постоянной и довольно значительной переменной. Такое выходное напряжение называется пульсирующим, и оно, вообще говоря, непригодно для питания электронных схем постоянным током. Чтобы исключить переменную составляющую, применяется сглаживающий фильтр (фильтр нижних частот), который подавляет эту составляющую до уровня очень малых пульсаций и полностью пропускает постоянную составляющую. Частота пульсаций определяется типом используемого выпрямителя. В однополупериодном выпрямителе пульсации имеют ту же частоту, что и входное напряжение, на выходе двухполупериодного выпрямителя — вдвое выше.
Во многих источниках постоянного тока перед выпрямителем устанавливается трансформатор, преобразующий сетевое напряжение к требуемому уровню входного напряжения выпрямителя (рис. 10.2). Коэффициент трансформации используемого трансформатора определяет уровень выходного напряжения источника питания.
Рис. 10.1. Источники питания постоянного тока.
Рис. 10.2. Источник питания постоянного тока с трансформатором.
Нагрузочная характеристика
Выходное напряжение на выводах любого источника питания постоянного тока, включая и батареи, максимально в отсутствие нагрузки (напряжение холостого хода), то есть когда от источника не потребляется ток. При подаче тока в нагрузку это напряжение уменьшается из-за влияния внутреннего сопротивления источника питания. Зависимости величины выходного напряжения источника питания от величины тока нагрузки называется нагрузочной характеристикой (кривой) источника питания. Типичная нагрузочная характеристика показана на рис. 10.3.
Для улучшения нагрузочной характеристики источника питания, т. е. для поддержания выходного напряжения на постоянном уровне при увеличении тока нагрузки, применяются стабилизаторы, включаемые на выходе источника питания. Блок-схема стабилизированного источника питания показана на рис. 10.4.
Рис. 10.3. Нагрузочная характеристика
Рис. 10.4. Стабилизированный источник питания.
Инверторы и конверторы
Инвертор — это источник питания, который преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока (рис. 10.5), а конвертор обеспечивает преобразование уровней напряжения постоянного тока. По
Рис. 10.5.
По существу, конвертор — это инвертор с выпрямителем на выходе; последний преобразует выходное переменное напряжение генератора обратно в напряжение постоянного тока (рис. 10.6).
Рис. 10.6.
В видео рассказывается о типах выпрямительных схем в радиотехнике:
Добавить комментарий
| 1 | Характеристика питающей сети, В | 170…250 50…60 Гц |
||||
| 2 | Постоянное выходное напряжение при температуре окружающей среды 25°С, В | 9,5…14,0 | ||||
| 3 | Номинальный выходной ток в резервном режиме, А, не более | «ВЫХОД 1», А, не более | 10 | |||
| «ВЫХОД 2», А, не более | 20 | |||||
| 4 | Суммарный выходной ток по обоим выходам, А, не более | при наличии сети 220 В (режим заряда АКБ) |
5,0* | |||
| при отсутствии сети 220 В (резервный режим) | 20,0 | |||||
| 5 | Ток заряда АКБ (при отсутствии нагрузки на выходах), А | 5,4…5,6 | ||||
| 6 | Ток, потребляемый устройством от АКБ в резервном режиме, мА, не более | 130 | ||||
| 7 | Характеристики информационных выходов | максимальный ток, мА, не более | 60 | |||
| максимальное напряжение, В, не более |
60 | |||||
| 8 | Величина напряжения пульсаций с удвоенной частотой сети (от пика до пика) при номинальном (максимальном суммарном) токе нагрузки и заряда, мВ, не более | 30 | ||||
| 9 | Величина напряжения на клеммах АКБ, при котором включается индикация о скором разряде АКБ в резервном режиме, В | 11,0…11,5** | ||||
| 10 | Величина напряжения на клеммах АКБ, при котором происходит автоматическое отключение нагрузки для предотвращения глубокого разряда АКБ в резервном режиме, В | 10,5…11,0 | ||||
| 11 | Мощность, потребляемая устройством от сети (без нагрузки), ВА, не более | 100 | ||||
| 12 | Тип АКБ: герметичная свинцово-кислотная гелиевая необслуживаемая, номинальным напряжением 12 В | |||||
| 13 | Количество АКБ, шт. | 1 | ||||
| 14 | Рекомендуемая ёмкость АКБ, Ач | 17…26 | ||||
| 15 | Габаритные размеры, мм, не более | 295х215х158 | ||||
| 16 | Масса без АКБ нетто (брутто), кг, не более | 2,9 | ||||
| 17 | Рабочие условия эксплуатации: температура окружающей среды от –10°С до +40°С | |||||
Общая характеристика рационального и лечебного питания
Общая характеристика рационального и лечебного питания
Питание является важнейшей физиологической потребностью организма. Оно необходимо для построения и непрерывного обновления клеток и тканей; поступления энергии, необходимой для восполнения энергетических затрат организма; поступления веществ, из которых в организме образуются ферменты, гормоны, другие регуляторы обменных процессов и жизнедеятельности. Обмен веществ, функция и структура всех клеток, тканей и органов находятся в зависимости от характера питания. Питание — это сложный процесс поступления, переваривания, всасывания и усвоения в организме пищевых веществ.
Основные пищевые вещества — белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины и вода. Эти пищевые вещества называют также питательными, учитывая их главенствующее значение в жизнедеятельности организма и отграничивая от натуральных, входящих в состав пищи, веществ — вкусовых, ароматических, красящих и т. д. К незаменимым пищевым веществам, которые не образуются в организме или образуются в недостаточном количестве, относятся белки, некоторые жирные кислоты, витамины, минеральные вещества и вода. К заменимым пищевым веществам относятся жиры и углеводы. Поступление с пищей незаменимых пищевых веществ является обязательным. Нужны в питании и заменимые пищевые вещества, так как при недостатке последних на их образование в организме расходуются другие питательные вещества и нарушаются обменные процессы.
Питание осуществляется за счет пищевых продуктов. Только при некоторых заболеваниях в организм вводят отдельные пищевые вещества; аминокислоты, витамины, глюкозу и др. Пищевые продукты включают естественные, реже — искусственные сочетания пищевых веществ. Пища — это сложная смесь приготовленных для еды пищевых продуктов. Пищевой рацион — это состав и количество пищевых продуктов, используемых в течение дня (суток).
Усвоение пищи начинается с ее переваривания в пищеварительном тракте, продолжается при всасывании пищевых веществ в кровь и лимфу и заканчивается усвоением пищевых веществ клетками и тканями организма. В ходе переваривания пищи под действием ферментов органов пищеварения, главным образом желудка, поджелудочной железы, тонкой кишки, белки расщепляются до аминокислот, жиры — до жирных кислот и глицерина, усвояемые углеводы — до глюкозы, фруктозы, галактозы. Эти простейшие составные части пищевых веществ всасываются из тонкой кишки в кровь и лимфу, с которыми разносятся по всем органам и тканям. Непереваренная пища поступает в толстую кишку, где образуются каловые массы.
Усвояемость пищи — это степень использования содержащихся в ней пищевых (питательных) веществ организмом. Усвояемость пищевых веществ зависит от их способности всасываться из желудочно-кишечного тракта. Количественную способность к всасыванию (коэффициент усвояемости) выражают в процентах к общему содержанию данного пищевого вещества в продукте или рационе. Например, с пищей поступило в сутки 20 мг железа, а всосалось из кишок в кровь 2 мг; коэффициент усвояемости железа составляет 10%. Коэффициенты усвояемости пищевых веществ зависят от особенностей входящих в рацион продуктов, способов их кулинарной обработки, состояния органов пищеварения. При смешанном (состоящем из животных и растительных продуктов) питании коэффициент усвояемости белков составляет в среднем 84,5%, жиров — 94%, углеводов (сумма усвояемых и неусвояемых углеводов) — 95,6%. Эти коэффициенты используют при расчетах питательной ценности отдельных блюд и всего рациона. Усвояемость пищевых веществ из отдельных продуктов отличается от указанных величин. Так, коэффициент усвояемости углеводов овощей в среднем 85 %, сахара — 99 %.
Удобоваримость пищи характеризуется степенью напряжения секреторной и двигательной функций органов пищеварения при переваривании пищи. К мало удобоваримой пище относят бобовые, грибы, богатое соединительной тканью мясо, незрелые фрукты, пережаренные и очень жирные изделия, свежий теплый хлеб. Показатели удобоваримости и усвояемости пищи иногда не совпадают. Сваренные вкрутую яйца долго перевариваются и напрягают функции органов пищеварения, но пищевые вещества яиц усваиваются хорошо.
Знания сведений об усвояемости пищевых веществ из отдельных продуктов особенно важны в лечебном питании. Различными методами кулинарной обработки можно целенаправленно изменять усвояемость и удобоваримость пищи.
Рациональное питание (от латинского слова rationalis — разумный) — это физиологически полноценное питание здоровых людей с учетом их пола, возраста, характера труда и других факторов. Рациональное питание способствует сохранению здоровья, сопротивляемости вредным факторам окружающей среды, высокой физической и умственной работоспособности, а также активному долголетию. Требования к рациональному питанию слагаются из требований к пищевому рациону, режиму питания и условиям приема пищи.
К пищевому рациону предъявляются следующие требования: 1) энергетическая ценность рациона должна покрывать энерготраты организма; 2) надлежащий химический состав — оптимальное количество сбалансированных между собой пищевых (питательных) веществ; 3) хорошая усвояемость пищи, зависящая от ее состава и способа приготовления; 4) высокие органолептические свойства пищи (внешний вид, консистенция, вкус, запах, цвет, температура). Эти свойства пищи влияют на аппетит и ее усвояемость; 5) разнообразие пищи за счет широкого ассортимента продуктов и различных приемов их кулинарной обработки; 6) способность пищи (состав, объем, кулинарная обработка) создавать чувство насыщения; 7) санитарно-эпидемическая безупречность и безвредность пищи.
Режим питания включает время и количество приемов пищи, интервалы между ними, распределение пищевого рациона по энергоценности, химическому составу, продуктовому набору, массе по приемам пищи.
Важны условия приема пищи: соответствующая обстановка, сервировка стола, отсутствие отвлекающих от еды факторов. Это способствует хорошему аппетиту, лучшему пищеварению и усвоению пищи.
Лечебное питание (диетотерапия) — это применение с лечебной или профилактической целью специально составленных пищевых рационов и режимов питания для больных (с острыми заболеваниями или обострениями хронических заболеваний) людей.
Диетология — это раздел медицины, занимающийся изучением и обоснованием характера и норм питания при различных заболеваниях, а также организацией лечебного (диетического) питания. Ведущим центром диетологии в нашей стране является отдел лечебного питания Института питания. Лечебное и диетическое питание — очень близкие, но несколько различающиеся по своему значению в практике понятия. Под диетическим питанием подразумевают главным образом питание людей с хроническими заболеваниями вне обострения, например организуемое для трудоспособных, работающих людей в санаториях-профилакториях и диетических столовых. Основные принципы лечебного питания при тех или иных заболеваниях сохраняются и в диетическом питании. Перечень требований к лечебному (диетическому) питанию совпадает с таковым для рационального питания, однако с учетом характера заболевания на короткий или продолжительный срок могут изменяться требования к энергетической ценности и химическому составу рациона, сбалансированности в нем пищевых веществ, набору продуктов и способам их кулинарной обработки, некоторым органолептическим показателям пиши, режиму питания.
Сбалансированное питание. Современные данные о потребности организма в пищевых веществах и взаимосвязи между ними обобщены в учении о сбалансированном питании. Согласно этому учению, для хорошего усвоения пищи и жизнедеятельности организма необходимо его снабжение всеми пищевыми веществами в определенных соотношениях между собой. Особое значение придается сбалансированности незаменимых составных частей пищи, которых насчитывается более 50. Средние величины сбалансированной потребности здорового человека в пищевых веществах представлены в Таблице 1. Эти величины могут изменяться в зависимости от пола, возраста, характера труда, климата, физиологического состояния организма (беременность, кормление грудью). У больного человека указанные величины подвергаются изменениям на основе данных об особенностях обмена веществ при конкретном заболевании. Физиологические нормы питания (см. раздел «Физиологические нормы питания для различных групп взрослого населения»), составление пищевых рационов для здорового и больного человека, разработка новых продуктов — все это основано на учении о сбалансированном питании.
При оценке рационов учитывают их сбалансированность по многим показателям. Так, соотношение между белками, жирами и углеводами в норме принято за 1 : 1,1 : 4,1 для мужчин и женщин молодого возраста, занятых умственным трудом, и за 1 : 1,3 : 5 — при тяжелом физическом труде. При расчетах за «1» принимают количество белков. Например, если в рационе 90 г белков, 81 г жира и 450 г углеводов, то соотношение будет 1:0,9:5. Отмеченные соотношения могут быть неприемлемыми для лечебных диет, в которых приходится изменять содержание белков, жиров или углеводов (в диете при ожирении — 1 :0,7 : 1,5; при хронической почечной недостаточности — 1 : 2 : 10 и т. д.). В диетах, близких по химическому составу к рациональному питанию, соотношение между белками, жирами и углеводами должно составлять в среднем 1 : 1 : 4 — 4,5. В питании здоровых людей молодого возраста, живущих в умеренном климате и не занятых физическим трудом, белки должны обеспечивать 13 %, жиры — 33 %, углеводы — 54% суточной энергоценности рациона, принятого за 100%. Например, энергоценность рациона — 12,6 мДж (3000 ккал). в рационе 100 г белка, что соответствует 1,7 мДж (400 ккал) и составляет 13,3% общей энергоценности. Указанные выше соотношения могут существенно изменяться в лечебном питании.
При оценке сбалансированности белков учитывают, что на белки животного происхождения должно приходиться 55% общего количества белка. Из общего количества жиров в рационе растительные масла как источники незаменимых жирных кислот должны составлять до 30%. Ориентировочная сбалансированность углеводов: крахмал — 75 — 80 %, легкоусвояемые углеводы — 15 — 20%, клетчатка и пектины — 5 % от общего количества углеводов. Сбалансированность основных витаминов дана из расчета на 4,184 мДж (1000 ккал) рациона: витамин C — 25 мг, B1 — 0,6 мг, B2 — 0,7 мг, B6 — 0,7 мг, PP — 6,6 мг. В лечебном питании эти величины более высокие.
Лучшее для усвоения соотношение кальция, фосфора и магния — 1 : 1,5:0,5. Все рассмотренные показатели сбалансированности питания должны учитываться при оценке диет, применяемых в лечебно-профилактических и санаторно-курортных учреждениях, санаториях-профилакториях и диетических столовых.
Расстройства питания организма — это болезненные (патологические) состояния, возникающие от недостатка или избытка поступающей с пищей энергии или пищевых веществ. В зависимости от степени и продолжительности нарушений полноценного, сбалансированного питания расстройства питания организма могут выражаться: 1) в ухудшении обмена веществ и снижении приспособительных возможностей организма, его сопротивляемости неблагоприятным факторам окружающей среды; 2) в ухудшении функции отдельных органов и систем на фоне нарушения обмена веществ и снижении приспособительных возможностей организма, клинические симптомы при этом мало выражены; 3) в клинически выраженном проявлении расстройства питания — алиментарных заболеваниях (от латинского слова «alimentum» — пища), например авитаминозы, ожирение, эндемический зоб и др. Расстройства питания организма возникают не только от первично-алиментарных (пищевых) нарушений. Они могут быть вызваны заболеваниями самого организма, нарушающими переваривание пищи и всасывание пищевых веществ, повышающими расход последних, ухудшающими их усвоение клетками и тканями. Таким образом, одной из важнейших задач лечебного (диетического) питания является предупреждение или ликвидация расстройств питания организма, вызванного заболеваниями.
Источники бесперебойного питания (ИБП) марки Eaton. Описание, характеристики, сертификаты, инструкции, модели
Корпорация Eaton – это многопрофильная американская компания, работающая более чем в 150 странах мира. Годом основания компании принято считать 1911 год. За сто лет работы интересы компании постоянно трансформировались, ведь технический прогресс не стоял на месте. Сейчас продукция Eaton играет важную роль в космонавтике, автомобильной промышленности, электротехнической отрасли и других сферах производства. Уникальны и промышленная мощь корпорации, и инновационность её собственных разработок (в том числе, в пилотируемой космонавтике). Оборот компании в 2010 году, по официальным данным, составил 13,7 млрд долларов, штат сотрудников – более 70 тыс. человек.
Подробнее…
Последние 40 лет в список областей, в которых компания Eaton является одним из мировых лидеров, входит и электротехника. А именно – производство самых разных источников бесперебойного питания. ИБП Eaton серии Powerware, а также других серий, применяются повсеместно. Их можно встретить в офисах по всему миру, в серверных комнатах и центрах обработки данных самых известных компаний, источники бесперебойного питания Eaton Powerware обеспечивают надёжность работы миллионов компьютеров по всему миру.
Бренд Eaton Powerware – это новейшие разработки в области управления электропитанием. Собственные научные разработки компании, наработанный десятилетиям опыт, строгий контроль качества на всех этапах производства и безупречный сервис сделали корпорацию Eaton лидером рынка. И всё, от квалификации консультантов и качества программного обеспечения до самого мощного ИБП Powerware, соответствует этому уровню. Комплексный подход – это один из основных принципов работы компании-производителя.
Мы рады представить вам серию Eaton Powerware, включающую в себя широкий спектр оборудования от мирового лидера в области производства систем управления электропитанием. Корпорация Eaton уже более 40 лет известна широким ассортиментом и безусловным качеством поставляемой продукции, а также высоким уровнем сервиса. Клиентоориентированность – это то, что отличает весь стиль работы Eaton. Это проявляется во всём: от удобства продукции до учёта пожеланий клиентов, от передового уровня обслуживания клиентов до интуитивно понятного и качественного программного обеспечения. Источники бесперебойного питания Eaton Powerware и другое электротехническое оборудование всегда соответствуют потребностям рынка, меняются вместе с ним и задают уровень работы.
На нашем сайте вы найдёте подробную информацию обо всех ИБП Eaton Powerware. Это высокотехнологичное оборудование, предназначенное для использования в самых разных сферах. Вы можете подобрать удобный и надёжный источник бесперебойного питания Powerware для компьютеров, домашней и офисной электроники. В каталоге представлены модели ИБП разной мощности и разных возможностей. В соответствующем разделе вы найдёте UPS Eaton Powerware для серверов, сетевого оборудования и периферии. Для ответственной электроники, дата-центров и других комплексов предназначены самые мощные источники бесперебойного питания Eaton.
Серия Powerware – это полный спектр источников бесперебойного питания для всех отраслей. Вы можете выбрать как небольшие бюджетные модели мощностью от 500 ВА, так и сложные отказоустойчивые системы мощностью до 275 кВА. Наши специалисты помогут вам в подборе бесперебойника, окажут любую необходимую поддержку и подберут оптимальный для вашей сферы вариант ИБП серии Powerware.
Не только конструкция, но и дизайн всех UPS Eaton учитывает специфику самых разных сфер применения оборудования. Каждая модель источников бесперебойного питания Eaton эргономична, безопасна и удобна. Постоянное совершенствование, доказанное десятилетиями успешной работы качество и высокий уровень сервиса позволяют корпорации Eaton оставаться лидером рынка. Так, в сегменте производства ИБП более 5 кВА бесперебойники Eaton занимают первое место в мире, в производстве ИБП мощностью менее 5 кВА – второе место. Источник бесперебойного питания Eaton Powerware – это эффективное решение самых разных задач.
Характеристики блока питания: часто задаваемые вопросы | Силовая электроника
Как характеристики источника питания влияют на электронную систему?
Характеристики источника питания влияют на производительность и конструкцию электронной системы. Среди важных характеристик источника питания — эффективность в указанном диапазоне температур. Кроме того, существуют важные функции, которые защищают источник питания и его нагрузку от повреждений, таких как перегрузка по току на выходе, перегрев, пусковой ток и перенапряжение на выходе.Кроме того, существуют рабочие параметры источника питания, такие как дрейф, динамический отклик, линейное регулирование и регулирование нагрузки, которые могут повлиять на работу системы.
Как эффективность источника питания влияет на работу электронной системы?
Рис. 1. Типичный график эффективности источника питания.Эффективность источника питания определяет тепловые и электрические потери в системе, а также количество необходимого охлаждения. Кроме того, это влияет на физические размеры корпуса как источника питания, так и конечной конечной системы.Кроме того, это влияет на рабочие температуры компонентов системы и, как следствие, на надежность системы. Эти факторы влияют на определение общей стоимости системы, как оборудования, так и поддержки на месте. Листы данных источника питания обычно включают график зависимости КПД от выходного тока, как показано на рис. Рис. 1 . Этот график показывает, что эффективность зависит от приложенного напряжения источника питания, а также от выходного тока нагрузки.
Эффективность, надежность и рабочая температура взаимосвязаны.В технических паспортах источников питания обычно указываются конкретные требования к воздушному потоку и радиатору. Например, рабочая температура окружающей среды влияет на выходной ток нагрузки, с которым источник питания может надежно справиться. Кривые снижения номинальных характеристик источника питания ( Рис. 2 ) показывают его надежный рабочий ток в зависимости от температуры. Рис. 2 показывает, с какой силой тока можно безопасно справиться с источником питания, если он работает с естественной конвекцией, или 200 LFM и 400 LFM.
Инжир.2. Типичные кривые снижения номинальных характеристик источника питания. Какие рабочие функции защищают источник питания?Есть несколько других характеристик, которые влияют на работу блока питания. Среди них есть те, которые используются для защиты поставок, в том числе:
Перегрузка по току: Режим отказа, вызванный выходным током нагрузки, превышающим указанный. Он ограничен максимальной допустимой токовой нагрузкой источника питания и контролируется внутренними схемами защиты.В некоторых случаях это также может повредить блок питания. Короткие замыкания между выходом источника питания и землей могут создавать токи в системе, которые ограничиваются только максимальной допустимой токовой нагрузкой и внутренним сопротивлением источника питания. Без ограничения этот высокий ток может вызвать перегрев и повредить источник питания, а также нагрузку и ее межсоединения (дорожки на печатной плате, кабели). Поэтому большинство источников питания должны иметь ограничение по току (защиту от перегрузки по току), которое срабатывает, если выходной ток превышает указанный максимум.
Перегрев: Необходимо не допускать превышения температуры, превышающей указанный предел для источника питания, иначе это может вызвать сбой источника питания. Чрезмерная рабочая температура может повредить источник питания и подключенные к нему цепи. Поэтому во многих источниках питания используется датчик температуры и связанные с ним цепи для отключения источника питания, если его рабочая температура превышает определенное значение. В частности, полупроводники, используемые в источниках питания, чувствительны к температурам, превышающим указанные пределы.Многие источники снабжения включают защиту от перегрева, которая отключает подачу, если температура превышает указанный предел.
Перенапряжение: Этот режим отказа возникает, если выходное напряжение превышает заданное значение постоянного тока, что может вызвать чрезмерное постоянное напряжение, которое повреждает цепи нагрузки. Обычно нагрузки электронных систем могут выдерживать перенапряжение до 20% без каких-либо необратимых повреждений. Если это необходимо, выберите источник, который минимизирует этот риск. Многие источники питания включают защиту от перенапряжения, которая отключает питание, если выходное напряжение превышает заданное значение.Другой подход — ломовой стабилитрон, который проводит достаточный ток на пороге перенапряжения, чтобы активировать ограничение тока источника питания и выключиться.
Мягкий старт : Ограничение пускового тока может потребоваться при первом включении питания или при «горячей» замене новых плат. Обычно это достигается с помощью схемы плавного пуска, которая замедляет начальный рост тока, а затем обеспечивает нормальную работу. Если его не лечить, пусковой ток может генерировать высокий пиковый зарядный ток, который влияет на выходное напряжение источника питания.Если это важное соображение, выберите источник питания с этой функцией.
Блокировка при пониженном напряжении : Известная как UVLO, она включает питание, когда оно достигает достаточно высокого входного напряжения, и выключает питание, если входное напряжение падает ниже определенного значения. Эта функция используется для источников питания, работающих как от электросети, так и от батареи. При работе от батарейного источника питания UVLO отключает источник питания (а также систему), если батарея разряжается настолько, что снижает входное напряжение источника питания до слишком низкого уровня для обеспечения надежной работы.
Коррекция коэффициента мощности (PFC): Применимо только к источникам питания ac-dc . Взаимосвязь между напряжением линии переменного тока и током называется коэффициентом мощности. Для чисто резистивной нагрузки на линии питания напряжение и ток совпадают по фазе, а коэффициент мощности равен 1,0. Однако, когда источник питания переменного и постоянного тока размещается на линии электропередачи, разность фаз напряжения и тока увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается, поскольку процесс выпрямления и фильтрации входного переменного тока нарушает соотношение между напряжением и током в линии электропередачи.Когда это происходит, это снижает эффективность источника питания и генерирует гармоники, которые могут вызвать проблемы для других систем, подключенных к той же линии питания. Цепи коррекции коэффициента мощности (PFC) изменяют соотношение между напряжением и током линии электропередачи, делая их ближе к синфазным. Это улучшает коэффициент мощности, уменьшает гармоники и повышает эффективность источника питания. Если важны гармоники в линии питания, выберите источник питания с коррекцией коэффициента мощности, имеющий коэффициент мощности 0,9 или выше.
Электромагнитная совместимость (EMC): В изготовленных источниках питания должны использоваться методы проектирования, обеспечивающие электромагнитную совместимость (EMC) за счет минимизации электромагнитных помех (EMI). В импульсных источниках питания постоянное напряжение преобразуется в прерывистую или импульсную форму волны. Это заставляет источник питания генерировать узкополосный шум (EMI) на основной частоте частоты переключения и связанных с ней гармоник. Чтобы уменьшить шум, производители должны минимизировать излучаемые или кондуктивные излучения.
Производители источников питания могут минимизировать излучение электромагнитных помех, заключив источник в металлический ящик или нанеся на корпус металлический материал с распылением. Производители также должны обращать внимание на внутреннюю компоновку источника питания и проводку, которая входит и выходит из него, что может создавать электрические помехи.
Большая часть кондуктивных помех в линии питания является результатом работы главного переключающего транзистора или выходных выпрямителей. Благодаря коррекции коэффициента мощности и правильной конструкции трансформатора, подключению радиатора и конструкции фильтра производитель источника питания может снизить кондуктивные помехи, чтобы источник питания мог получить одобрение регулирующего органа по электромагнитным помехам без чрезмерных затрат на фильтрацию.Всегда проверяйте, соответствует ли производитель источника питания требованиям нормативных стандартов EMI.
Нормативные стандарты
Стандартыпытаются стандартизировать характеристики продукта по электромагнитной совместимости в отношении электромагнитных помех. Нормативные стандарты должны соблюдаться, поскольку для секции управления питанием конечного оборудования требуются международные и национальные стандарты. Эти стандарты различаются от страны к стране, поэтому производитель подсистемы питания и производитель конечной системы должны придерживаться этих стандартов там, где система будет продаваться.Инженеры-проектировщики должны понимать эти стандарты, даже если они не могут проводить сертификацию стандартов. Понимание этих нормативных стандартов обычно создает проблемы для разработчиков подсистем управления питанием, потому что:
· Многие стандарты технически сложны, и для их расшифровки требуется эксперт.
· Часто стандарты написаны в форме, которую непосвященным трудно интерпретировать, потому что обычно есть исключения и исключения, которые не ясны.
· Могут быть задействованы несколько различных агентств, поэтому некоторые из них могут относиться к одной стране или группе стран, а не к другим.
· Стандартные требования различаются, а иногда и противоречат друг другу.
· Стандарты постоянно развиваются, периодически вводятся новые, поэтому сложно за ними успевать.
Какие агентства по стандартизации встречаются на уровне продуктов и систем?
1. ANSI : Американский национальный институт стандартов курирует создание, распространение и использование норм и руководств, которые напрямую влияют на бизнес, включая распределение энергии.
2. Директивы ЕС (Европейское сообщество). Компании, ответственные за продукт, предназначенный для использования в Европейском сообществе, должны проектировать и производить его в соответствии с требованиями соответствующих директив.
3. EN (европейская норма): Стандартные директивы для Европейского сообщества.
4. IEC (Международная электротехническая комиссия): Разрабатывает стандарты для электрических и электронных систем.
5. UL (Лаборатория страховщика): Сертификаты безопасности для электротехнической и электронной продукции в США. Одобрение UL также можно получить через CSA.
6. CSA (Канадская ассоциация стандартов): Сертификат безопасности, необходимый для использования электрического или электронного продукта в Канаде. Одобрение CSA также можно получить через UL.
7. Telcordia : Стандарты для телекоммуникационного оборудования в США.
8. ETSI (Европейский институт телекоммуникационных стандартов) : Стандарты для телекоммуникационного оборудования.
Обязательные стандарты безопасности для источников питания содержат требования по предотвращению травм или повреждений в результате таких опасностей, как: поражение электрическим током, энергия, пожар, механическое воздействие, тепло, излучение и химические вещества.
Специальные стандарты для акустики источников питания определяют максимальные уровни слышимого шума, которые может производить продукт.Основной причиной акустического шума обычно является вентилятор в блоке питания с внутренним вентилятором.
СтандартыESD (электростатический разряд) проверяют невосприимчивость к воздействию высоковольтных разрядов малой энергии, таких как статический заряд, накопленный обслуживающим персоналом.
Основы управления питанием: Характеристики источника питания
Характеристики источника питания влияют на конструкцию подсистемы управления питанием. Двумя основными характеристиками являются эффективность и производительность в указанном диапазоне температур, при котором может потребоваться охлаждение.Кроме того, существуют важные характеристики, которые защищают источник питания и его нагрузку от повреждений, таких как перегрузка по току, перегрев, перенапряжение и т. Д. Затем есть рабочие параметры, которые описывают характеристики источника питания, такие как дрейф, динамический отклик, линейное регулирование и т. Д. регулирование нагрузки и др.
КПД определяет тепловые и электрические потери в системе, а также количество необходимого охлаждения. Кроме того, это влияет на физические размеры корпуса как источника питания, так и конечной конечной системы.Кроме того, это влияет на рабочие температуры компонентов системы и, как следствие, на надежность системы. Эти факторы влияют на определение общей стоимости системы, как оборудования, так и поддержки на месте. Листы данных источника питания обычно включают график зависимости КПД от выходного тока, как показано на Рис. 2-1 . Этот график показывает, что эффективность зависит от приложенного напряжения источника питания, а также от выходного тока нагрузки.
Эффективность, надежность и рабочая температура взаимосвязаны.В технических паспортах источников питания обычно указываются конкретные требования к воздушному потоку и радиатору. Например, рабочая температура окружающей среды влияет на выходной ток нагрузки, с которым источник питания может надежно справиться. Кривые снижения номинальных характеристик источника питания (, рис. 2-2, ) показывают его надежный рабочий ток в зависимости от температуры. Рисунок 2-2. показывает, какой ток может выдерживать источник питания, если он работает с естественной конвекцией, или 200 LFM и 400 LFM.
Защита поставок
Есть несколько других характеристик, которые влияют на работу блока питания.Среди них есть те, которые используются для защиты источника питания, которые перечислены ниже.
Перегрузка по току: Режим отказа, вызванный выходным током нагрузки, превышающим указанный. Он ограничен максимальной допустимой токовой нагрузкой источника питания и контролируется внутренними схемами защиты. В некоторых случаях это также может повредить блок питания. Короткие замыкания между выходом источника питания и землей могут создавать токи в системе, которые ограничиваются только максимальной допустимой токовой нагрузкой и внутренним сопротивлением источника питания.Без ограничения этот высокий ток может вызвать перегрев и повредить источник питания, а также нагрузку и ее межсоединения (дорожки на плате, кабели). Поэтому большинство источников питания должны иметь ограничение по току (защиту от перегрузки по току), которое срабатывает, если выходной ток превышает указанный максимум.
Перегрев: Необходимо не допускать превышения температуры, превышающей указанное значение блока питания, иначе это может вызвать сбой блока питания. Чрезмерная рабочая температура может повредить источник питания и подключенные к нему цепи.Поэтому во многих источниках питания используется датчик температуры и связанные с ним цепи для отключения источника питания, если его рабочая температура превышает определенное значение. В частности, полупроводники, используемые в источниках питания, чувствительны к температурам, превышающим указанные пределы. Многие источники снабжения включают защиту от перегрева, которая отключает подачу, если температура превышает указанный предел.
Перенапряжение: Этот режим отказа возникает, если выходное напряжение превышает заданное значение постоянного тока, что может вызвать чрезмерное постоянное напряжение, которое повреждает цепи нагрузки.Обычно нагрузки электронных систем могут выдерживать перенапряжение до 20% без каких-либо необратимых повреждений. Если это необходимо, выберите источник, который минимизирует этот риск. Многие источники питания включают защиту от перенапряжения, которая отключает питание, если выходное напряжение превышает заданное значение. Другой подход — ломовой стабилитрон, который проводит достаточный ток на пороге перенапряжения, чтобы активировать ограничение тока источника питания и выключиться.
Мягкий пуск: Ограничение пускового тока может потребоваться при первом включении питания или при «горячей» замене новых плат.Обычно это достигается с помощью схемы плавного пуска, которая замедляет начальный рост тока, а затем обеспечивает нормальную работу. Если не лечить, пусковой ток может вызвать высокий пиковый зарядный ток, который влияет на выходное напряжение. Если это важное соображение, выберите источник питания с этой функцией.
Блокировка при пониженном напряжении: Известная как UVLO, она включает питание, когда оно достигает достаточно высокого входного напряжения, и отключает питание, если входное напряжение падает ниже определенного значения.Эта функция используется для источников питания, работающих как от электросети, так и от батареи. При работе от батарейного источника питания UVLO отключает источник питания (а также систему), если батарея разряжается настолько, что снижает входное напряжение источника питания до слишком низкого уровня для обеспечения надежной работы.
Коррекция коэффициента мощности (PFC): Применимо только к источникам питания постоянного и переменного тока. Соотношение между напряжением и током линии переменного тока называется коэффициентом мощности. Для чисто резистивной нагрузки на линии питания напряжение и ток совпадают по фазе, а коэффициент мощности равен 1.0. Однако, когда источник питания переменного и постоянного тока размещается на линии электропередачи, разность фаз напряжения и тока увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается, поскольку процесс выпрямления и фильтрации входного переменного тока нарушает соотношение между напряжением и током в линии электропередачи. . Когда это происходит, это снижает эффективность источника питания и генерирует гармоники, которые могут вызвать проблемы для других систем, подключенных к той же линии электропередачи. Цепи коррекции коэффициента мощности (PFC) изменяют соотношение между напряжением и током линии электропередачи, делая их ближе к синфазным.Это улучшает коэффициент мощности, уменьшает гармоники и повышает эффективность источника питания. Если важны гармоники в линии питания, выберите источник питания с коррекцией коэффициента мощности, имеющий коэффициент мощности 0,9 или выше.
Электромагнитная совместимость (ЭМС)
В изготовленных источниках питания должны использоваться методы проектирования, обеспечивающие электромагнитную совместимость (EMC) за счет минимизации электромагнитных помех (EMI). В импульсных источниках питания постоянное напряжение преобразуется в прерывистую или импульсную форму волны.Это заставляет источник питания генерировать узкополосный шум (EMI) на основной частоте частоты переключения и связанных с ней гармоник. Чтобы сдержать шум, производители должны минимизировать излучаемые или кондуктивные излучения.
Производители блоков питания сводят к минимуму излучение электромагнитных помех, помещая блок питания в металлический ящик или покрывая корпус металлическим материалом распылением. Производители также должны обращать внимание на внутреннюю компоновку источника питания и проводку, которая входит и выходит из него, что может создавать шум.
Большая часть кондуктивных помех в линии питания является результатом работы главного переключающего транзистора или выходных выпрямителей. Благодаря коррекции коэффициента мощности и правильной конструкции трансформатора, подключению радиатора и конструкции фильтра производитель источника питания может снизить кондуктивные помехи, чтобы источник питания мог получить одобрение регулирующего органа по электромагнитным помехам без чрезмерных затрат на фильтр. Всегда проверяйте, соответствует ли производитель источника питания требованиям нормативных стандартов EMI.
Нормативные стандарты
Соблюдение национальных или международных стандартов обычно требуется отдельными странами. Разные страны могут требовать соблюдения разных стандартов. Эти стандарты пытаются стандартизировать характеристики продукта по электромагнитной совместимости в отношении электромагнитных помех. Среди нормативных стандартов:
• Характеристики электромагнитных помех — Пределы и методы измерения.
• Электромагнитная совместимость — Требования к бытовой технике
• Характеристики радиопомех — Пределы и методы измерения для защиты приемников, кроме тех, которые установлены в самом транспортном средстве / лодке / устройстве или в соседних транспортных средствах / лодках / устройствах.
• Технические условия на приборы и методы измерения радиопомех и помехоустойчивости
Перейти на следующую страницу
На характеристики источника питания влияют несколько характеристик.
Drift: Изменение выходного постоянного напряжения как функция времени при постоянном линейном напряжении, нагрузке и температуре окружающей среды.
Динамический отклик: Источник питания может использоваться в системе, где требуется обеспечить быстрый динамический отклик на изменение мощности нагрузки.Это может иметь место при загрузке высокоскоростных микропроцессоров с функциями управления питанием. В этом случае микропроцессор может находиться в состоянии ожидания и по команде он должен немедленно включиться или выключиться, что создает высокие динамические токи с высокой скоростью нарастания напряжения в источнике питания. Чтобы приспособиться к микропроцессору, выходное напряжение источника питания должно повышаться или понижаться в течение определенного интервала времени, но без чрезмерных выбросов.
КПД: Отношение выходной мощности к входной (в процентах), измеренное при заданном токе нагрузки и номинальных условиях сети (Pout / Pin).
Время поддержки: Время, в течение которого выходное напряжение источника питания остается в пределах спецификации после потери входной мощности.
Пусковой ток: Пиковый мгновенный входной ток, потребляемый источником питания при включении.
Международные стандарты: Укажите требования безопасности к источнику питания и допустимые уровни EMI (электромагнитных помех).
Изоляция: Электрическое разделение между входом и выходом источника питания измеряется в вольтах.Неизолированный источник имеет путь постоянного тока между входом и выходом источника питания, тогда как изолированный источник питания использует трансформатор для исключения пути постоянного тока между входом и выходом.
Линейное регулирование: Изменение значения выходного постоянного напряжения в результате изменения входного переменного напряжения, заданное как изменение в ± мВ или ±%.
Регулировка нагрузки: Изменение значения выходного напряжения постоянного тока в результате изменения нагрузки от разомкнутой цепи до максимального номинального выходного тока, определяемого как изменение в ± мВ или ±%.
Выходной шум: Это может происходить в источнике питания в виде коротких всплесков высокочастотной энергии. Шум вызывается зарядкой и разрядкой паразитных емкостей в источнике питания во время его рабочего цикла. Его амплитуда переменная и может зависеть от импеданса нагрузки, внешней фильтрации и способа измерения.
Регулировка выходного напряжения: Большинство источников питания имеют возможность «обрезать» выходное напряжение, диапазон регулировки которого не обязательно должен быть большим, обычно около ± 10%.Одним из распространенных способов использования является компенсация падения напряжения распределения постоянного тока в системе. Подстройка может происходить как вверх, так и вниз от номинального значения с помощью внешнего резистора или потенциометра.
Периодическое и случайное отклонение (PARD)
Нежелательное периодическое (пульсации) или апериодическое (шум) отклонение выходного напряжения блока питания от номинального значения. PARD выражается в мВ от пика до пика или в среднеквадратичном значении при заданной полосе пропускания.
Пиковый ток
Максимальный ток, который источник питания может обеспечить в течение коротких периодов времени.
Пиковая мощность
Абсолютная максимальная выходная мощность, которую блок питания может производить без повреждений. Как правило, он выходит за рамки возможностей непрерывной надежной выходной мощности и должен использоваться нечасто.
Последовательность источников питания: Последовательное включение и выключение источников питания может потребоваться в системах с несколькими рабочими напряжениями. То есть напряжение должно подаваться в определенной последовательности, иначе система может быть повреждена. Например, после подачи первого напряжения и достижения определенного значения второе напряжение может быть увеличено и так далее.При отключении питания последовательность работает в обратном порядке, хотя скорость обычно не является такой большой проблемой, как включение.
Дистанционное включение / выключение: Это предпочтительнее переключателей для включения и выключения источников питания. В технических паспортах источников питания обычно указываются параметры постоянного тока для удаленного включения / выключения с перечислением требуемых логических уровней включения и выключения.
Remote Sense: Типичный источник питания контролирует свое выходное напряжение и подает его часть обратно в источник для обеспечения стабилизации напряжения.Таким образом, если выходная мощность имеет тенденцию повышаться или понижаться, обратная связь регулирует выходное напряжение источника питания. Однако для поддержания постоянной выходной мощности на нагрузке источник питания должен фактически контролировать напряжение на нагрузке. Но соединения от выхода источника питания к его нагрузке имеют сопротивление, и ток, протекающий через них, вызывает падение напряжения, которое создает разницу напряжений между выходом источника питания и фактической нагрузкой. Для оптимального регулирования напряжение, подаваемое обратно к источнику питания, должно быть фактическим напряжением нагрузки.Два (плюс и минус) подключения удаленного датчика источника контролируют фактическое напряжение нагрузки, часть которого затем возвращается к источнику с очень небольшим падением напряжения, потому что ток через два подключения удаленного датчика очень низкий. Как следствие, напряжение, подаваемое на нагрузку, регулируется.
Пульсация: Выпрямление и фильтрация выходного сигнала импульсного источника питания приводит к возникновению составляющей переменного тока (пульсации), которая действует на его выходе постоянного тока. Частота пульсаций — это некоторое целое число, кратное частоте коммутации преобразователя, которая зависит от топологии преобразователя.Пульсации относительно не зависят от тока нагрузки, но могут быть уменьшены за счет фильтрации внешнего конденсатора.
Отслеживание
При использовании нескольких выходных источников питания, когда один или несколько выходов следуют за другим с изменениями линии, нагрузки и температуры, так что каждый поддерживает одинаковое пропорциональное выходное напряжение в пределах указанного допуска отслеживания по отношению к общему значению.
Щелкните здесь, чтобы просмотреть расширенную версию этой статьи в формате PDF.
Характеристики источника питания — Материалы для изучения электроники и связи
Любой блок питания в идеале должен иметь следующие характеристики
1.Величина выпуска должна быть представлена точно и точно.
2. Содержание пульсации на выходе должно быть нулевым.
3. Выходное напряжение должно иметь высокую стабильность независимо от тока нагрузки и изменений сетевого напряжения.
4. Импеданс источника должен быть нулевым.
5. Он должен быть портативным.
Источники постоянного напряжения:
Ниже приведен список источников постоянного напряжения и показано применение типа источника:
Первичные ячейки (сухая ячейка) | Для использования в приложениях с низким энергопотреблением, таких как радиоприемники, калькуляторы, мультиметры, магнитофоны и т. Д. |
Вторичные элементы (влажные батареи) | Для использования в качестве резервных батарей для усилителей PA, инверторов, ИБП и т. Д. |
Акалиновые батареи | Источники малой мощности, в основном портативные. |
Никель-кадмиевые элементы | Для больших токов нагрузки. |
Литий диоксид серы | Для требований по току большой нагрузки |
Литий-йодные элементы | Для требований по току большой нагрузки |
Стандарт напряжения постоянного тока | Для калибровки приборов |
Лабораторный блок питания | Для проведения лабораторных экспериментов |
Источники питания от сети | Для приложений с низкой, средней и высокой мощностью |
Источники бесперебойного питания | Вычислительные центры, телефонные станции, передатчики, микроволновые станции, ретрансляторы и т. Д. |
Источник питания:
Обычно используемый источник питания с электронными схемами — это сетевой источник питания.В этом случае сетевое напряжение используется в трансформаторе или напрямую для работы выпрямителя. Выпрямленный выход будет фильтроваться с использованием схемы фильтра, которая устраняет пульсации выпрямленного выхода. На выходе блока питания будет пульсирующий однонаправленный ток. Блок-схема блока питания представлена на рисунке.
| Блок-схема сетевого источника питания |
Обобщенная структурная схема каскада питания представлена на рисунке.Трансформатор изолирует нагрузку от заземления электросети. Он обеспечивает либо повышающее, либо понижающее напряжение во вторичной обмотке. На вторичной обмотке трансформатора могут быть предусмотрены ответвители или центральный ответвитель.
Выпрямитель преобразует переменный ток в пульсирующий однонаправленный ток. Чаще всего в качестве выпрямительных схем используются двухполупериодные выпрямительные или мостовые схемы.
Переменная составляющая выпрямленного напряжения называется пульсирующим напряжением. Пульсации не должно быть, и их следует свести к минимуму.Схема фильтра используется для фильтрации пульсаций, содержащихся на выходе выпрямителя.
Сопутствующий резистор подключен к выходным клеммам выпрямителя, чтобы обеспечить небольшую нагрузку на источник питания. Это помогает поддерживать постоянное напряжение на выходе выпрямителя. Кроме того, это может быть делитель напряжения для отвода различных напряжений, требуемых в соответствии с условиями цепи.
Величина выходного напряжения и величина тока, который может потребляться от источника питания, зависят от конструкции источника питания и требований схемы.
БАЗОВЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ — Электроника с длиной волны
Теория нерегулируемых источников питания
Поскольку нерегулируемые источники питания не имеют встроенных регуляторов напряжения, они обычно предназначены для выработки определенного напряжения при определенном максимальном выходном токе нагрузки. Обычно это блочные настенные зарядные устройства, которые превращают переменный ток в небольшую струйку постоянного тока и часто используются для питания таких устройств, как бытовая электроника. Они являются наиболее распространенными адаптерами питания и получили прозвище «настенная бородавка».
Выходное напряжение постоянного тока зависит от внутреннего понижающего трансформатора напряжения и должно быть максимально приближено к току, необходимому для нагрузки. Обычно выходное напряжение уменьшается по мере увеличения тока, подаваемого на нагрузку.
При использовании нерегулируемого источника питания постоянного тока выходное напряжение зависит от размера нагрузки. Обычно он состоит из выпрямителя и конденсатора сглаживания, но без регулятора для стабилизации напряжения. Он может иметь цепи безопасности и лучше всего подходит для приложений, не требующих точности.
Рисунок 4: Блок-схема — нерегулируемая линейная подача
Преимущества нерегулируемых источников питания в том, что они долговечны и могут стоить недорого. Однако их лучше всего использовать, когда точность не является требованием. Они имеют остаточную пульсацию, аналогичную показанной на рисунке 3.
ПРИМЕЧАНИЕ: Wavelength не рекомендует использовать нерегулируемые источники питания с какими-либо из наших продуктов.
Теория регулируемых источников питания
Стабилизированный источник питания постоянного тока — это, по сути, нерегулируемый источник питания с добавлением регулятора напряжения.Это позволяет напряжению оставаться стабильным независимо от величины тока, потребляемого нагрузкой, при условии, что предварительно определенные пределы не превышаются.
Рисунок 5: Блок-схема — Регулируемая поставка
В регулируемых источниках питания схема непрерывно производит выборку части выходного напряжения и регулирует систему, чтобы поддерживать выходное напряжение на требуемом уровне. Во многих случаях включается дополнительная схема для обеспечения ограничений по току или напряжению, фильтрации шума и регулировки выхода.
Линейный, переключаемый или аккумуляторный?
Существует три подгруппы регулируемых источников питания: линейные, переключаемые и аккумуляторные. Из трех основных конструкций регулируемых источников питания линейная является наименее сложной системой, но переключаемое и аккумуляторное питание имеет свои преимущества.
Линейный источник питания
Линейный источник питания используется, когда наиболее важным является точное регулирование и устранение шума. Хотя они не являются наиболее эффективными источниками питания, они обеспечивают лучшую производительность.Название происходит от того факта, что они не используют переключатель для регулирования выходного напряжения.
Линейные источники питания доступны в течение многих лет, и их использование широко распространено и надежно. Они также относительно бесшумны и коммерчески доступны. Недостатком линейных источников питания является то, что они требуют более крупных компонентов, следовательно, они больше и рассеивают больше тепла, чем импульсные источники питания. По сравнению с импульсными источниками питания и батареями они также менее эффективны, иногда демонстрируя лишь 50% эффективности.
Импульсный источник питания
Импульсный источник питания (SMPS) сложнее сконструировать, но он отличается большей универсальностью по полярности и при правильной конструкции может иметь КПД 80% и более. Хотя в них больше компонентов, они меньше и дешевле, чем линейные источники питания.
Рисунок 6: Блок-схема — регулируемое импульсное питание
Одно из преимуществ коммутируемого режима — меньшие потери на коммутаторе.Поскольку SMPS работают на более высоких частотах, они могут излучать шум и создавать помехи для других цепей. Необходимо принять меры по подавлению помех, такие как экранирование и соблюдение протоколов компоновки.
Преимущества импульсных источников питания заключаются в том, что они, как правило, небольшие и легкие, имеют широкий диапазон входного напряжения и более высокий диапазон выходного напряжения и намного более эффективны, чем линейные источники питания. Однако SMPS имеет сложную схему, может загрязнять сеть переменного тока, более шумный и работает на высоких частотах, требующих уменьшения помех.
Аккумуляторный
Аккумуляторный источник питания — это третий тип источника питания, по сути, мобильный накопитель энергии. Питание от батарей производит незначительный шум, мешающий работе электроники, но теряет емкость и не обеспечивает постоянное напряжение по мере разряда батарей. В большинстве случаев, когда используются лазерные диоды, батареи — наименее эффективный метод питания оборудования. Для большинства аккумуляторов трудно подобрать правильное напряжение для нагрузки. Использование батареи, которая может превышать внутреннюю рассеиваемую мощность драйвера или контроллера, может повредить ваше устройство.
Выбор источника питания
- При выборе блока питания необходимо учитывать несколько требований.
- Требования к мощности нагрузки или цепи, включая
- Функции безопасности, такие как ограничения по напряжению и току для защиты нагрузки.
- Физический размер и эффективность.
- Помехозащищенность системы.
Что такое источник питания, типы и характеристики
Столкнувшись с вопросом о том, что такое источник питания, я уверен, что подавляющее большинство из вас скажет, что это тот компонент, к которому подключен ток и который отвечает за снабжая энергией все остальное, и действительно, вы правы, хотя и немного на базовом уровне.По этой причине мы собираемся более подробно рассказать вам не только о том, что это такое, но и о том, как работает этот жизненно важный компонент.
Что такое блок питания и как он работает
Как мы уже упоминали, источником является тот, который отвечает за подачу энергии к остальным компонентам ПК. Но, прежде всего, вы должны понимать, что существует существенная разница в отношении электроснабжения и что она не может быть осуществлена, если источник не выполняет свою работу, и это то, что энергия, которая поступает к нам от электрического розетка вилки переменного тока И все же части ПК работают на постоянном токе.Следовательно, одним из вспомогательных компонентов, составляющих источник питания, является преобразователь переменного тока в постоянный (да, например, группа хэви-метал), который буквально преобразует переменный ток в постоянный, чтобы компьютер мог его использовать.
Но на этом дело не заканчивается; Помимо преобразования переменного тока в постоянный, источник должен обеспечивать компоненты ПК с точным напряжением, в котором они нуждаются, и, как многие из вас знают, в основном необходимы три значения: +12 В, + 5 В. и +3,3 В.Следовательно, внутри источников питания также есть преобразователи напряжения, позволяющие подавать каждому компоненту именно то напряжение, которое ему нужно, ни больше, ни меньше.
В дополнение к этому, все блоки питания имеют фильтры (это конденсаторы Y и X, которые мы можем найти как во входном разъеме, так и в различных компонентах), которые отвечают за обеспечение подачи тока без электрических помех, которые мы обычно называют это «чистым потоком». Качество этих фильтров зависит от колебаний подаваемого тока, и они несут большую часть ответственности с точки зрения эффективности и систем защиты.
Как работает блок питания?
Как мы уже упоминали, первая функция источника питания — преобразование переменного тока в постоянный, и это делается с помощью преобразователя переменного тока в постоянный. Раньше этот же преобразователь имел три выхода (для напряжений 12, 5 и 3,3 В), но это было довольно неэффективно, а также генерировало много тепла, поэтому современные источники преобразуют все входящее в них напряжение в +12 В постоянного тока, а затем через три независимых преобразователя DC / DC они генерируют напряжения +12, +5 и +3.3В. Это сделано потому, что наименее используемые напряжения (5 и 3.3) не преобразуются, если они не используются, что позволяет сэкономить много энергии и тепла.
Когда у нас есть необходимое напряжение, оно фильтруется с помощью катушек индуктивности и конденсаторов, и здесь вступают в игру еще два параметра: регулировка напряжения для обеспечения стабильности напряжения и электрические помехи , поскольку чем выше, тем больше шум, тем больше изнашиваются кабели. компоненты из-за нагрева. Мы объясним это.
Источники питания для ПК используют технологию переключения для преобразования переменного тока в постоянный; Когда выпрямитель включен или выключен, импульсы постоянного тока генерируются со скоростью, установленной на входе переменного тока (которая в случае Испании составляет 50 Гц, а в Мексике, например, 60 Гц).Эти импульсы создают шум.
Ток каждого напряжения проходит через катушку индуктивности (называемую дросселем), которая стабилизирует и сглаживает частоту волны этих импульсов, уменьшая шум. Затем он переходит к конденсаторам (здесь играют роль знаменитые японские конденсаторы ), которые накапливают электрический заряд и высвобождают его снова без шума, о котором мы говорили. Способ сделать это таким образом заключается в том, что если напряжение, поступающее на конденсатор, увеличивает или снижает частоту переключения, заряд конденсатора уменьшается или увеличивается, но гораздо медленнее, чем частота переключения, в то время как выход конденсатора всегда фиксированный, без изменений или, как мы уже говорили, «чистый».
Очевидно, что практически невозможно получить идеально гладкий график с точки зрения выходного напряжения, поскольку, несмотря на то, что мы устранили почти все шумы, возникают волны (пульсации), небольшие пики и спады выходного напряжения. Здесь снова вступают в игру большие последовательно расположенные конденсаторы, так как чем медленнее изменяется между самым высоким и самым низким напряжением, тем более стабильно выходное напряжение.
Некоторые из вас могут задаться вопросом, почему тогда не вставляется еще много конденсаторов, и ответ заключается в том, что это снизит эффективность.Ни один электронный компонент не является эффективным на 100%, и небольшая часть энергии всегда преобразуется в тепло. В случае конденсаторов почти все тепло, которое они генерируют, происходит именно из-за электрического шума, который они устраняют, но даже в этом случае мы обычно видим, что источники имеют два таких знаменитых конденсатора большой емкости и не более. Мы должны найти баланс.
Давайте возьмем пример: на следующем изображении вы можете увидеть пульсацию от источника, у которого нет хорошей фильтрации, или, другими словами, его конденсаторы не хорошего качества.
Теперь, на этом другом изображении вы можете увидеть выход +12 В высококачественного источника питания.
После всех этих утечек предстоит еще много работы, прежде чем отключится питание остальных компонентов ПК. Как мы упоминали ранее, регулятор напряжения несет очень важную ответственность, поскольку он отвечает за определение того, насколько хорошо или плохо источник реагирует на внезапные изменения нагрузки (или потребления), например, когда мы запускаем тест.
Здесь вступает в игру знаменитый закон Ома, который определяет, что чем больше увеличивается сила тока (А), тем больше увеличивается сопротивление, и чем больше сопротивление, тем больше возрастает напряжение (сопротивление — единственное значение, которое остается без изменений, так как это зависит от физических компонентов).Источник хорошего качества должен быть в состоянии компенсировать все это, обычно за счет внутреннего мониторинга, выполняемого «управляющей ИС», способной сообщить контроллеру ШИМ источника, что выпрямителю необходимо переключиться на другую частоту для регулировки напряжения. выход.
В этом отношении цифровые источники питания намного более эффективны, чем обычные, поскольку мониторинг осуществляется в цифровом виде, что значительно ускоряет процесс компенсации. Чем медленнее это переключение, тем больше компонентов страдают от теплового износа, что также снижает эффективность.
В дополнение ко всему, что мы объясняли до сих пор, мы должны иметь в виду, что на самом деле ПК не только работает с тремя значениями напряжения (12, 5 и 3,3 В), но, например, ОЗУ DDR4 использует между 1,2 и 1,35В для запуска. За это также отвечает регулятор напряжения, подающий напряжение, необходимое каждому компоненту; например, в случае RAM, напряжение подается от шины + 3.3V, так как она ближайшая.
Типы и категории
Источники питания можно разделить на категории по уровням, но это оценка того, насколько хорошо или плохо они работают, что, в конце концов, является субъективным.Тем не менее, их можно разделить на категории, исходя из их эффективности, определяемой сертификатом 80 Plus.
ЕЭС (Европейское экономическое сообщество) установило, что параметры, определенные сертификацией 80 Plus Bronze (независимо от того, есть ли у них этот сертификат или нет), являются минимумом для производителя, чтобы продавать свою продукцию в Европе. В любом случае, эта сертификация уже проводится только для блоков питания начального уровня, в то время как уплотнения Silver и Gold встречаются гораздо чаще, а Platinum и Titanium уже зарезервированы для источников питания высокого класса.
С другой стороны, мы также можем классифицировать источник питания по его размеру или форм-фактору, поскольку он определяется стандартом:
- ATX : текущий стандарт, с размерами 150 x 150 x 86 мм, хотя они также являются источниками ATX, которые имеют большую длину, если соблюдаются высота 86 мм и ширина 150 мм.
- SFX : размеры меньше, поскольку они предназначены для систем с малым форм-фактором. Их размеры 100 x 125 x 63,5 мм, и для их установки в стандартные коробки ATX требуется адаптер.
- SFX-L : вариант источников SFX, позволяющий установить вентилятор большего размера. Их размеры 130 х 125 х 63,5 мм.
- TFX : они имеют размеры 85 x 65 x 185 мм и обычно подходят для специального оборудования и серверов.
- Flex ATX : это вариант, который также используется в серверах и специальном оборудовании, особенностью которого является возможность горячего «подключи и работай», то есть в системах с двумя избыточными источниками один может быть удален, а другой установлен без выключение системы.Их размеры 150 х 81,5 х 40,5 мм.
Технические характеристики источника питания »Примечания к электронике
При выборе источника питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, необходимо понимать различные спецификации, чтобы выбрать правильный.
Пособие по схемам источника питания и руководство Включает:
Обзор электронных компонентов источника питания
Линейный источник питания
Импульсный источник питания Защита от перенапряжения
Характеристики блока питания
Цифровая мощность
Шина управления питанием: PMbus
Бесперебойный источник питания
При выборе и покупке блока питания необходимо понимать спецификации, приведенные в техническом паспорте, чтобы можно было выбрать блок питания с правильными характеристиками.
Существует несколько спецификаций, описывающих характеристики источников питания. Каждый из них описывает разные аспекты характеристик источника питания, и в зависимости от приложения некоторые из них будут более важными, чем другие.
Источники питания могут быть как линейными, с использованием линейного регулятора напряжения, так и импульсными источниками питания. Оба типа широко используются, но часто они используются в разных приложениях из-за их различных характеристик.
Характеристики напряжения и тока
Технические характеристики первичного источника питания — это параметры выходного напряжения и тока.Что касается напряжения, источник питания может быть фиксированным или иметь регулируемый выход. Необходимо проверить, имеет ли блок питания постоянный или регулируемый выход.
Если источник питания имеет фиксированный выход, можно будет выполнить небольшую регулировку, и может потребоваться проверить, можно ли отрегулировать его до требуемого значения, если требуемое напряжение не совсем то, что указано в спецификации. Если источник питания имеет переменный диапазон, необходимо убедиться, что он охватывает требуемый диапазон.
Что касается силы тока, необходимо убедиться, что источник питания сможет обеспечивать требуемый уровень тока и иметь запас прочности, превышающий это минимальное требование. При расчете требований к спецификации источника питания по току необходимо учитывать то, что называется пусковым током. Этот бросок тока возникает, когда элемент включен, и для зарядки конденсаторов и т. Д. Потребляется большой скачок тока. Этот пусковой ток может в несколько раз превышать обычный рабочий ток.
Регламент линии
Технические характеристики источника питания содержат подробные данные для параметра, озаглавленного «линейное регулирование». Было обнаружено, что при изменении линейного или входного напряжения на выходе можно увидеть небольшое изменение. График линейного регулирования подробно описывает это изменение.
Важно убедиться, что если напряжение на выходе является критическим, то регулировка линии не будет выходить за пределы требуемых пределов выходного напряжения при ожидаемых изменениях в линии.
Также необходимо добавить это к любым другим изменениям выходного напряжения источника питания, таким как регулировка нагрузки, временная и температурная стабильность.
Спецификация регулирования линии обычно указывается в милливольтах для заданного изменения входного сигнала. Оно также может быть выражено или в процентах от выходного напряжения и обычно должно составлять несколько милливольт (например, 5 мВ) или около 0,01% от максимального выходного напряжения для большинства источников питания для изменения линейного напряжения в любом месте рабочего диапазона. .
Типовой регулируемый линейный источник питания для лабораторных стендовРегулировка нагрузки
Другая важная спецификация источника питания называется «регулировкой нагрузки». Обнаружено, что при добавлении нагрузки к выходу источника питания напряжение на клеммах может немного упасть. Очевидно, это нежелательно, поскольку в идеальном мире выходное напряжение должно оставаться постоянным.
Изменение нагрузки источника питания обычно указывается как изменение в милливольтах или как процент от максимального выходного напряжения. Обычно это может быть несколько милливольт (например.г. 5 мВ) или 0,01% для ступенчатого изменения нагрузки от 0 до 100%. Обычно он указывается для постоянного сетевого напряжения и постоянной температуры.
Также может быть обнаружено заметное падение напряжения вдоль проводов от источника питания к нагрузке. Очевидно, это можно уменьшить, используя более толстые провода с меньшим сопротивлением. Однако некоторые источники питания имеют дополнительные клеммы для дистанционного зондирования.
Дистанционное измерение источника питанияИспользуя дистанционное измерение, источник питания подключается к нагрузке обычным способом, но используются дополнительные провода для измерения фактического напряжения на нагрузке.Эти провода практически не пропускают ток, и, помимо того, что они намного тоньше, на них практически не будет падать напряжение. Они будут определять напряжение на нагрузке и передавать эту информацию обратно в источник питания, так что схема регулятора напряжения регулирует напряжение на нагрузке, а не на выходе источника питания.
Пульсация и шум
Параметры пульсации и шума — еще одна важная спецификация источника питания. Возможно, что шум и другие импульсы в линии электропередачи могут быть переданы на выход цепи, на которую подается питание.Чтобы свести к минимуму это, особенно для чувствительных цепей, необходимо обеспечить максимальную чистоту линий электропередач.
Пульсация и шум на выходе объединены в одну спецификацию. Для линейных источников питания частота пульсаций обычно в два раза превышает линейную частоту. При переключении источников питания пульсации и всплески возникают из-за переключающего действия источника питания.
Компоненты пульсации часто указываются как среднеквадратичные значения, но для переключения источников питания более полезно измерение размаха, поскольку оно показывает степень выбросов, возникающих при переключении.Большинство хороших источников питания должны обеспечивать показатели шума и пульсации выше 10 мВ RMS, а для коммутируемых источников во многих случаях должны быть достижимы значения 50 мВ или меньше, хотя источники с очень высоким током могут иметь несколько более высокие значения.
Температурная стабильность
Температура является одной из основных причин изменения условий цепи, а в случае источников питания, как линейных, так и импульсных источников питания, она может вызвать изменения выходного напряжения.
Опоры напряжения (стабилитроны и т. Д.) Могут быть одной из основных причин изменения напряжения, но изменяются и другие электронные компоненты — резисторы являются основным после опорного диода.
Часто различные формы температурной компенсации могут быть добавлены на этапе проектирования электронной схемы источника питания, и это значительно уменьшит любой дрейф, но он всегда будет.
Даже небольшие изменения могут повлиять на некоторые цепи, поэтому в этих случаях важно проверить показатели стабильности температуры источника питания.
Значения температурной стабильности блока питания будут приведены в паспорте. Параметр измеряется как процентное или абсолютное изменение напряжения на градус С.Обычно это может быть в диапазоне 0,02% / ° C или 2 мВ / ° C. Естественно, эти цифры являются лишь ориентиром того, что утверждают некоторые поставщики.
Стабильность во времени
Все компоненты немного меняют свои значения с течением времени, поэтому неудивительно, что источники питания, но типы линейных регуляторов и импульсные источники питания, изменяются со временем на небольшую величину.
Хотя количество изменений обычно невелико, они могут быть важны для некоторых приложений.В результате показатели стабильности выходного напряжения во времени часто приводятся в общих технических характеристиках источника питания.
Для обеспечения стабильности выходное напряжение источника питания будет измеряться в течение определенного периода времени при постоянной нагрузке и входном напряжении, а также измеряется дрейф напряжения. Обычно это будет несколько милливольт (например, от пяти до десяти) в течение десяти часов.
Ограничение тока и перенапряжения источника питания
Всегда разумно убедиться, что любой источник питания, будь то линейный регулятор напряжения или импульсный источник питания, имеет различные формы защиты, встроенные для предотвращения повреждения в случае отказа той или иной формы.
Есть две основные формы защиты, которые можно найти в линейных и импульсных источниках питания:
Защита от короткого замыкания: Защита от короткого замыкания необходима в случае, если в оборудовании, на которое подается питание, возникает короткое замыкание или начинает потребляться ток, превышающий расчетный. Наличие защиты от короткого замыкания в источнике питания ограничивает ток до максимального уровня.
Многие настольные или лабораторные источники питания имеют регулируемый предел, и это может быть полезно, потому что это означает, что предел может быть отрегулирован в соответствии с требованиями цепи, на которую подается питание.
Есть также две формы ограничения тока. Первый называется ограничением постоянного тока. Это ограничивает ток до максимального уровня, и он остается на этом уровне в случае перегрузки. Другая форма ограничения тока в источнике питания называется обратным ограничением тока. Это постепенно снижает ток от максимума по мере увеличения перегрузки. Другими словами, ток сворачивается назад.
Защита от перенапряжения: Возможно, что последовательный элемент, особенно в линейном регуляторе напряжения, может выйти из строя.В этом случае на выходе может появиться полное предварительно отрегулированное напряжение, что может привести к повреждению цепей, на которые подается питание. Перенапряжение отключит источник питания при возникновении состояния перенапряжения и предотвратит возникновение состояния полного перенапряжения.
Всегда стоит проверять спецификацию источника питания, чтобы убедиться в наличии защиты от перегрузки по току или короткого замыкания, а также от перенапряжения, поскольку в любом случае может возникнуть значительный ущерб.
Характеристики блока питания
Хотя упомянутые выше характеристики источника питания, как правило, наиболее широко используются, могут появиться и другие, которые могут быть важны для некоторых более специализированных приложений. В целом их можно интерпретировать, по крайней мере, в общих чертах, и получить хорошее представление о требуемой работе источника питания.
Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей
Схемы операционных усилителей
Цепи питания
Конструкция транзистора
Транзистор Дарлингтона
Транзисторные схемы
Схемы на полевых транзисторах
Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы».. .
Источник питания — обзор
4.1 Первичное питание
Хотя источник питания может означать трансформатор, аккумулятор или выпрямительный фильтр с или без схемы зарядки, которая преобразует переменный ток (AC) в постоянный (DC), сигнализация инженеры обычно применяют этот термин к компонентам как группе. В большинстве резервных источников питания в качестве вторичного источника питания используются аккумуляторные батареи.
Источник питания начинается с понижающего трансформатора, который преобразует его 240 В переменного тока в напряжение 12–18 В переменного тока, используемое в большинстве систем охранной сигнализации.Трансформатор — это устройство, использующее электромагнитную индукцию для передачи электрической энергии от одной цепи к другой, то есть без прямого соединения между ними. В своей простейшей форме трансформатор состоит из отдельных первичной и вторичной обмоток на общем сердечнике из ферромагнитного материала, такого как железо. Когда переменный ток протекает через первичную обмотку, результирующий магнитный поток в сердечнике индуцирует переменное напряжение на вторичной обмотке; индуцированное напряжение, вызывающее протекание тока во внешней цепи.В случае понижающего трансформатора вторичная сторона будет иметь меньшее количество обмоток. От этого трансформатора питание по двухпроводному кабелю поступает в схему выпрямителя и фильтра, где переменный ток преобразуется в постоянный. Цепь зарядки будет содержаться в блоке питания, так что резервная батарея может постоянно заряжаться, пока присутствует переменный ток.
Источник питания всегда должен быть с регулируемым напряжением и иметь возможность поддерживать фиксированное выходное напряжение в диапазоне нагрузок и зарядных токов.Компоненты микропроцессора, особенно интегральные схемы, предназначены для работы при определенных напряжениях и не особенно устойчивы к колебаниям. Низкое напряжение заставляет компоненты пытаться потреблять избыточную мощность, что еще больше снижает их допуск, в то время как более высокое напряжение может их разрушить. По этим причинам напряжение следует измерять на источнике и еще раз на входных клеммах точки оборудования.
Решающим фактором при выборе источника питания является определение нагрузки, которую он должен поддерживать.Первым делом необходимо установить, сколько мощности потребуют все энергопотребляющие устройства, подключенные к источнику питания. Затем рассчитывается промежуток времени, в течение которого резервный источник питания должен обеспечивать систему в случае потери основного питания.
Основным источником электроэнергии является подача электроэнергии в здание, которая будет поддерживать систему в течение большей части времени. Вторичный источник питания — это система поддержки в случае отказа основного источника питания, то есть батарей. Системы, в которых мы заинтересованы, будут, как правило, питаться от трансформаторной / выпрямленной сети и перезаряжаемых вторичных ячеек через блок питания или источник бесперебойного питания (ИБП).Другие системы электропитания могут включать трансформатор / выпрямленный источник питания плюс неперезаряжаемые (первичные) элементы или только первичные элементы, но эти два типа менее широко используются. Отсюда следует, что сигнализация вторжения в значительной степени зависит от электросети, которая должна быть источником, который:
- •
не будет легко отключен;
- •
никогда не изолирован;
- •
от непереключаемой ответвления с предохранителем;
- •
без скачков напряжения или тока;
- •
подается непосредственно на панель управления, а не через выключатель, вилку и розетку или удаленный ответвитель, который может выйти из строя или отключиться.
Трансформатор должен быть установлен в закрытом положении и вентилироваться, и его нельзя ставить на легковоспламеняющиеся поверхности. Трансформаторы находятся внутри самой панели управления или на конечной станции, если в системе используются независимые удаленные клавиатуры. В тех же пределах находятся выпрямитель и зарядное устройство. В системе будет либо зарядное устройство (BCU), либо ИБП.
ИБП обладает большей способностью подавлять помехи и скачки напряжения в электросети, и он, как правило, широко используется в компьютерных источниках питания с резервными системами.Основные требования к зарядному устройству:
- •
оно может полностью зарядить все батареи в течение 24 часов, сохраняя при этом нагрузку на систему;
- •
с внутренними предохранителями, первичными и вторичными;
- •
свободно плавающий и включает звуковые и видимые признаки неисправности.
- •
включает триггер напряжения для активации дистанционной сигнализации отказа;
- •
предусмотрена тамперная защита крышки;
- •
имеет защиту от короткого замыкания с заземленным минусом на вторичной обмотке постоянного тока.
Как указывалось ранее, ИБП имеет лучшую защиту от помех благодаря усиленной записи и мониторингу. Он также должен иметь безопасный изолирующий трансформатор и иметь указанную мощность плюс требования к перезарядке при любой комбинации номинального напряжения питания и частоты питания при температурах от –10 до 40 ° C.
ИБП дополнительно будет иметь полностью выпрямленный трансформатор с низкой тепловой мощностью, твердотельный регулятор напряжения, линейный регулятор тока и высокотемпературный выключатель с непрерывным мониторингом цепи аварийной сигнализации низкого напряжения.Сетевые фильтры подавления используются для устранения кратковременных скачков высокого напряжения. BS 4737 требует следующих ИБП:
- •
, чтобы они имели достаточную мощность и скорость перезарядки, чтобы справиться с любой длительной сетевой изоляцией основного источника питания, связанной с работами, выполняемыми для пожарной безопасности, нормальной изоляцией или нормальной работой на электрические услуги;
- •
, что они расположены там, где обслуживание может быть легко выполнено;
- •
, чтобы была обеспечена достаточная вентиляция, чтобы предотвратить накопление газа на вентилируемой батарее, которое может привести к повреждению или травме;
- •
, чтобы они не подвергались воздействию коррозионных условий и чтобы элементы были полностью закреплены, чтобы предотвратить их падение или разливание;
- •
, что на агрегатах должна быть указана дата установки.
