Что такое блок питания и зачем он нужен. Просто о сложном.

Казалось бы, очевидное утверждение - ни одно электрическое или электронное устройство не может обойтись без источника питания. Даже простейшие бытовые лампы накаливания, также известные у нас как лампы Ильича, которые обрели свой «современный вид» на рубеже 19 и 20 веков и до сих пор имеют достаточно широкое распространение, питаются от блока питания в не совсем явном виде, и этот блок питания – трансформаторная подстанция, с которой к вам приходит 220 вольт.

Такой лампе не требуется дополнительный промежуточный преобразователь, но это лишь максимально простой случай, а электрических или электронных устройств существует бессчетное множество, и каждому требуется свой блок питания со своими характеристиками, удовлетворяющими потребностям каждого конкретного устройства. И светодиодное освещение, в том числе наши дорожные светодиодные гирлянды и фонари – не исключение.

Но практика показывает, что многие из наших покупателей, как ни удивительно, плохо понимают, что нельзя просто взять и воткнуть светодиодную гирлянду в розетку, поскольку та не имеет своего блока питания, а сами светодиоды от 220 вольт напрямую работать не могут, от слова абсолютно. Это побудило нас к написанию данной статьи и, с позволения сказать, провести небольшой ликбез по источникам питания.

Элементарные основы электричества

Здесь не будет сложных схем, формул, интегральных и дифференциальных вычислений, ведь мы не хотим сходу распугать наших читателей, далеко не у всех из которых технический склад ума, но объяснить основы природы электричества мы обязаны, потому что без этого никак не рассказать про блоки питания. И в таком случае придется начать с самых основ – с закона дядюшки Ома.

Тот самый закон Ома все проходили в средней школе, но, несмотря на его простоту и изящность, лишь немногие помнят его во взрослом возрасте, хотя сталкиваются с его проявлением даже не каждый день – каждую минуту. Например, включая лампу накаливания, с которой мы начали. Итак, закон Ома гласит:

«Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи.»

Иными словами, сила тока I = напряжение U / сопротивление R.

Кроме того, абсолютно необходимо ввести понятие мгновенной электрической мощности. В простейшем случае это напряжение, приложенное к нагрузке, умноженное на ток, текущий через нагрузку, то есть P = U*I. На самом деле это лишь максимально простой случай, но мы обещали обойтись без «сложной» математики.

Вернемся к лампе Ильича. При включении лампы накаливания через нее начинает течь ток, ограниченный сопротивлением нити накаливая лампы. Это сопротивление на порядки больше сопротивления проводов и источника питания, поэтому на нем будет выделяться мощность в виде тепла, которое раскалит нить добела, отчего она начнет испускать видимый свет, а также много-много теплого инфракрасного излучения. Лампа на 220 В мощностью 60 Вт будет потреблять ток 60/220 ≈ 0,27 А, а далее по закону Ома легко найти ее сопротивление: R = U/I = 220/0,27 ≈ 800 Ом.

Если эту же лампу включить от сотни вольт, то она едва будет светиться, поскольку мощность упадет в пять раз, а срок службы, кстати, примерно сравняется с человеческой жизнью (зависимости там квадратичные), а если подать на нее 12 вольт, то не произойдет вообще ничего, так как протекающий в таком случае через нить накала ток будет ничтожно мал, чтобы иметь хоть какие-то видимые невооруженным глазом проявления.

А теперь обратная ситуация: та же лампа накаливания, той же мощности, но рассчитанная на 12 вольт. Это значит, что ее номинальный ток составляет уже 60/12 = целых 5 ампер. Кстати, из этого следует, что ей нужны гораздо более толстые провода. Как думаете, что будет, если попытаться подать на нее, ну предположим для удобства счета, 24 вольта? А если 220? Считаем сопротивление: 12/5 = всего лишь 2,4 Ома. При подаче 24 вольт ток получится 10 ампер, то есть выделится мощность аж целых 24*10 = 240 Вт.

А мы помним, что номинальная мощность лампы составляет 60 Вт, то есть это будет четырехкратная перегрузка. Скорее всего, лампа сгорит через пару секунд, хотя, может, и того меньше – доли секунды. Вы еще не раздумали включать ее в 220?! Если нет, считаем: 220/2,4 ≈ 92 А, мгновенная мощность окажется порядка 220*92 ≈ 20 кВт. Лампу разнесет в клочья, мельчайшие осколки разлетятся на несколько десятков метров, возникнет риск пожара.

На этом простом примере мы наглядно показали, что подавать на электроприбор напряжение, значительно превышающее его номинальное - плохая затея. В свою очередь, значительное занижение для простейших электронагревательных приборов, вроде той же лампочки или утюга – бессмысленно. А для электроники значительное отклонение напряжения вниз в некоторых случаях может быть даже вредным, не говоря уж про превышение.

Теперь мы должны ввести еще понятие постоянного и переменного токов. Постоянный ток – самый простой. Это ток, который всегда течет по кругу в одном направлении и рождаются от источника постоянного напряжения, например, аккумулятора или блока питания (мы постепенно к этому подходим), переменный же, как вы, наверное, уже догадались, меняет свое направление с некоторой частотой, как правило, фиксированной. Переменный ток возникает при подключении к источнику переменного напряжения.

Самый очевидный пример – бытовая сеть 220 В (если честно, по стандарту уже достаточно давно 230, но разница между 220 и 230 не принципиальна и вписывается в погрешность, поэтому часто на приборах можно увидеть и то, и другое значение, а иногда и оба сразу через дробь). Чаще всего под переменным напряжением и переменным током понимают синусоидальный, то есть то, что подчиняется синусоидальному закону. Именно такая синусоида у каждого из нас в розетке между фазным и нулевым проводниками, ее частота составляет 50 герц, то есть напряжение и ток за секунду меняют направление 100 раз, описывая 50 полных периодов, где продолжительность одного периода составляет 1/50 = 20 миллисекунд. 

Продолжение следует...