Rodzaje zasilania
W elektrotechnice zasilacz to urządzenie, które przekształca energię elektryczną w wyjściowe napięcie elektryczne, prąd i częstotliwość wymagane przez podłączone urządzenie elektryczne. Zamienia prąd przemienny na prąd stały i zasila różne urządzenia elektroniczne (komputer, telewizor, drukarka, router itp.). Istnieją dwa różne typy zasilaczy: źródło napięcia (zapewnia stałe napięcie) i źródło prądu (zapewnia stały prąd).
Zasilacze do urządzeń elektronicznych można podzielić głównie na liniowe i impulsowe:
- zasilacze liniowe, w których odpowiednim elementem jest transformator (istnieją również zasilacze liniowe bez transformatorów);
- zasilacze impulsowe z wykorzystaniem różnego rodzaju układów elektronicznych (przetwornice napięcia);
Liniowe mają stosunkowo prostą konstrukcję, która może się komplikować wraz ze wzrostem prądu potrzebnego do zasilania, ale ich regulacja napięcia nie jest dla nich zbyt wydajna.
Zasilanie jest integralną częścią wielu urządzeń. Niektóre z głównych typów to:
- Zasilacz impulsowy. Obecnie większość zasilaczy jest produkowana w formie zasilaczy impulsowych. Ich zaletą jest przede wszystkim mniejsza waga. Kiedy półprzewodnikowe sterowanie i zasilacze nie były jeszcze dostępne, zastosowano cięższe, trwalsze zasilacze transformatorowe, aby umożliwić tanie projekty zasilaczy impulsowych.
- Zasilacz komputera. Komputery zawierają zasilacz impulsowy, który przetwarza niskie napięcie przemienne z sieci dystrybucyjnej (230 V, 50 Hz) na niskie napięcie używane w obwodach elektrycznych komputera (prąd stały 3,3 V, 5 V i 12 V).
- Adapter sieciowy. Jest to małe przełączające źródło zasilania o kształcie i rozmiarze przypominające standardową wtyczkę elektryczną (taką jak ładowarka do telefonu komórkowego) używane w sieci 230 V, która zapewnia niskie napięcie wymagane dla określonego urządzenia elektrycznego lub elektronicznego. Zasilacze AC są zwykle używane z urządzeniami i urządzeniami, które nie mają własnego wewnętrznego źródła zasilania.
- Źródło prądu spawalniczego. Źródła spawania zapewniają wysoki prąd (zwykle setki amperów), który umożliwia miejscowe stopienie metalu, a tym samym łączenie. Wcześniej stosowano tzw. transformatory spawalnicze (ze specjalnymi transformatorami elektromagnetycznymi przeznaczonymi do wysokich prądów spawania), bardziej nowoczesne falowniki spawalnicze ze sterowaniem elektronicznym.
Rezystancja wewnętrzna zasilacza
Idealny zasilacz, jako źródło napięcia, dostarcza zawsze takie samo napięcie niezależnie od podłączonego obciążenia (tj. napięcie zasilania jest stałe przy różnych poborach prądu).
Nie ma jednak idealnego źródła, ponieważ opór wewnętrzny prawdziwe źródło ogranicza maksymalny prąd, który może przepływać przez obwód.
Ten zasilacz może wykorzystywać regulator napięcia w celu zapewnienia stabilnego napięcia wyjściowego, które zapewnia spadek napięcia (różnica między napięciem wejściowym i wyjściowym regulatora). Przykład - Przełączanie regulatora napięcia
Tak więc w zależności od jakości napięcia wyjściowego wyróżnia się zasilacze:
- źródła stabilizowane, których napięcie utrzymuje się na stałym poziomie, niezależnie od wahań prądu,
- nieregulowanych źródeł, w których napięcie wyjściowe może zmieniać się wraz z wahaniami prądu.
Liniowe zasilacze transformatorowe
Klasyczne źródła liniowe składają się z następujących elementów: transformatora, prostownika, filtra i regulatora napięcia.
Schemat ideowy zasilacza liniowego
Najpierw transformator przetwarza napięcie sieciowe na napięcie obniżone i dostarcza izolacja galwaniczna… Nazywa się obwód, który przekształca prąd przemienny w pulsujący prąd stały prostownik (do prostowania stosuje się obwody mostków diodowych), to filtr z kondensatorami i cewkami indukcyjnymi redukuje tętnienia. Więcej o filtrach — Filtry zasilania.
Regulację lub stabilizację napięcia do zadanej wartości uzyskuje się za pomocą tzw Regulator napięcia, w budowie którego tranzystory.
Tranzystor w obwodzie działa jak regulowany opór.Na wyjściu tego stopnia, aby uzyskać większą stabilność fali, znajduje się drugi stopień filtrujący (choć niekoniecznie, wszystko zależy od wymagań projektowych), może to być konwencjonalny kondensator.
Wśród zasilaczy są takie, w których moc dostarczana jest do obciążenia regulowany tyrystoramido dostarczenia wymaganego napięcia i mocy do obciążenia.
Niemiecki zasilacz laboratoryjny
Nowoczesne zasilacze liniowe
Stabilizację napięcia w źródłach liniowych typu podstawowego uzyskuje się przez włączenie równolegle specjalnego elementu z obwodem zasilanym przez odpowiedni rezystor z nieregulowanego źródła wyższego napięcia, którego charakterystyka prądowo-napięciowa wykazuje gwałtowny wzrost prądu przy wymaganej Napięcie. To jest taki element Dioda Zenera, który działa w szerokim zakresie napięć progowych.
Wady zasilacza z diodą Zenera to stosunkowo niska stabilność napięcia wyjściowego, stosunkowo mały zakres prądu i szczególnie niska wydajność, ponieważ energia elektryczna jest zamieniana na ciepło w rezystorze szeregowym iw samej diodzie Zenera.
Nowoczesne źródła liniowe (zwykle w postaci układu scalonego) wykorzystują element o zmiennej impedancji (tranzystor liniowy), który jest sterowany sprzężeniem zwrotnym na podstawie różnicy między napięciem wyjściowym a napięciem stałym z wewnętrznego napięcia odniesienia (opartego na diodzie obwód, ale z małym prądem stałym).
Typowymi źródłami liniowymi są układy scalone 78xx (np. 7805 jest źródłem napięcia 5 V) i ich pochodne.
Wadą takich zasilaczy liniowych jest ich niska sprawność (a także fakt, że rozpraszanie mocy w układzie scalonym zmienia się wraz z ciepłem i potrzebą chłodzenia), zwłaszcza przy dużej różnicy napięć wejściowych i wyjściowych oraz dużych prądach. również czasami niekorzystne, że napięcie wyjściowe jest zawsze niższe niż napięcie wejściowe.
Ich zaletą jest niski koszt, niewielkie rozmiary, łatwość obsługi oraz brak ingerencji z zewnątrz iw obwodzie elektrycznym.
Wbudowany zasilacz w laboratorium elektrotechnicznym
Zasilacze impulsowe
W zasilaczach impulsowych stosuje się tranzystor polowy, który okresowo zamyka się ze stosunkowo wysoką częstotliwością (dziesiątki kHz lub więcej) i zwiększa napięcie wejściowe obwodu składającego się z kombinacji cewki, kondensatora i diody. Przy odpowiednim połączeniu tych elementów możliwe jest uzyskanie spadku i wzrostu napięcia.
Innym typem zasilacza impulsowego jest zasilacz z transformatorem i następującym po nim prostownikiem diodowym, który wykorzystuje korzystne właściwości (mniejszy rozmiar transformatora przy dużych prądach, mniejsze straty magnetyczne) nowoczesnych materiałów magnetycznych (ferrytów) przy wysokich częstotliwościach . Zmieniając częstotliwość, można uzyskać zmianę napięcia wyjściowego.
Zatem taki zasilacz zawiera obwód (zwykle w postaci układu scalonego), który zapewnia zmianę częstotliwości w oparciu o sprzężenie zwrotne z napięcia wyjściowego, aby zapewnić stabilne napięcie wyjściowe przy zmiennym obciążeniu.
Więcej o zasilaczach impulsowych: Ogólne zasady, zalety i wady zasilaczy impulsowych
Ponieważ zasilacze impulsowe działają z napięciami i prądami o fali prostokątnej, zwykle emitują fale elektromagnetyczne w szerokim zakresie częstotliwości. Dlatego przy ich tworzeniu i użytkowaniu należy przestrzegać zasad kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).
Sprzęt laboratoryjny
W warsztacie lub laboratorium precyzyjny zasilacz służy do pomiarów, testowania i rozwiązywania problemów. Te zasilacze laboratoryjne przetwarzają, prostują i regulują napięcia oraz prądy wyjściowe, dzięki czemu pomiary mogą być wykonywane bez uszkodzenia testowanych urządzeń.