Typy napájení

V elektrotechnice je napájecí zdroj zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na výstupní elektrické napětí, proud a frekvenci, kterou potřebuje připojený elektrický spotřebič. Převádí střídavý proud na stejnosměrný a napájí různá elektronická zařízení (počítač, TV, tiskárna, router atd.). Existují dva různé typy napájecích zdrojů: zdroj napětí (poskytuje konstantní napětí) a zdroj proudu (poskytuje konstantní proud).

Napájecí zdroje pro elektronická zařízení lze rozdělit především na lineární a pulzní:

• lineární zdroje, ve kterých je odpovídajícím prvkem transformátor (existují i ​​lineární zdroje bez transformátorů);
• spínané zdroje pomocí různých typů elektronických systémů (měniče napětí);

Lineární mají relativně jednoduchou konstrukci, která se může s rostoucím proudem, který potřebují dodávat, komplikovat, ale jejich regulace napětí pro ně není příliš efektivní.

Napájení je nedílnou součástí mnoha zařízení. Některé z hlavních typů jsou:

• Impulzní napájecí jednotka. V současné době se většina zdrojů vyrábí ve formě spínaných zdrojů. Jejich výhodou je především nižší hmotnost. Když ještě nebyly k dispozici polovodičové řízení a napájecí zdroje, byly použity těžší a odolnější transformátorové napájecí zdroje, aby bylo možné navrhnout nízkonákladové spínané napájecí zdroje.
• Napájení počítače. Počítače obsahují spínaný zdroj, který převádí nízké střídavé napětí z distribuční sítě (230 V, 50 Hz) na nízké napětí používané v elektrických obvodech počítače (DC 3,3 V, 5 V a 12 V).
• Síťový adaptér. Jedná se o malý spínací zdroj energie tvarovaný a dimenzovaný jako standardní elektrická zástrčka (jako je nabíječka mobilního telefonu) používaný na 230V síťovém zdroji, který poskytuje nízké napětí požadované pro konkrétní elektrické nebo elektronické zařízení. Síťové adaptéry se obvykle používají se zařízeními a spotřebiči, které nemají vlastní interní napájecí zdroj.
• Svařovací zdroj. Svařovací zdroje poskytují vysoký proud (typicky stovky ampérů), který umožňuje, aby se kov lokálně roztavil a tím spojil. Dříve se používaly tzv. svařovací transformátory (se speciálními elektromagnetickými transformátory určenými pro vysoké svařovací proudy), modernější jsou svařovací invertory s elektronickým ovládáním.

Vnitřní odpor napájecího zdroje

Ideální napájecí zdroj jako zdroj napětí poskytuje vždy stejné napětí bez ohledu na připojenou zátěž (tj. napájecí napětí je konstantní při různých odběrech proudu).

Neexistuje však dokonalý zdroj, protože vnitřní odpor skutečný zdroj omezuje maximální proud, který může protékat obvodem.

Tento napájecí zdroj dokáže pomocí regulátoru napětí zajistit stabilní výstupní napětí, které je zajištěno úbytkem napětí (rozdílem mezi vstupním a výstupním napětím regulátoru). Příklad — Spínací regulátor napětí

Takže podle kvality výstupního napětí se rozlišují napájecí zdroje:

• stabilizované zdroje, jejichž napětí je udržováno na konstantní úrovni bez ohledu na kolísání proudu,
• neregulované zdroje, kde se výstupní napětí může měnit s kolísáním proudu.

Transformátorové lineární napájecí zdroje

Klasické lineární zdroje se skládají z těchto prvků: transformátor, usměrňovač, filtr a regulátor napětí.

Schéma lineárního napájecího zdroje

Za prvé, transformátor převádí síťové napětí na snížené napětí a poskytuje galvanická izolace… Obvod, který přeměňuje střídavý proud na pulzní stejnosměrný proud, se nazývá usměrňovač (pro usměrnění se používají obvody diodového můstku), pak zvlnění snižuje filtr s kondenzátory a tlumivkami. Více o filtrech — Výkonové filtry.

Regulace nebo stabilizace napětí na danou hodnotu se dosahuje pomocí tzv Regulátor napětí v jehož konstrukci tranzistory.

Tranzistor v obvodu funguje jako nastavitelný odpor.Na výstupu tohoto stupně je pro dosažení větší stability ve vlně druhý filtrační stupeň (i když ne nutně, vše záleží na požadavcích konstrukce), může to být běžný kondenzátor.

Mezi napájecími zdroji jsou takové, ve kterých je výkon dodávaný do zátěže regulované tyristorydodávat zátěži požadované napětí a výkon.

Německý laboratorní napájecí zdroj

Moderní lineární napájecí zdroje

Stabilizace napětí u základního typu lineárních zdrojů je dosaženo zapojením speciálního prvku paralelně s obvodem napájeným neregulovaným zdrojem vyššího napětí přes vhodný rezistor, jehož proudově-napěťová charakteristika vykazuje prudký nárůst proudu při požadovaném Napětí. Je to takový prvek Zenerova dioda, který pracuje v širokém rozsahu prahových napětí.

Nevýhody zdroje napájení zenerovou diodou jsou relativně nízká stabilita výstupního napětí, relativně malý proudový rozsah a zejména nízká účinnost, protože elektrická energie se přeměňuje na teplo v sériovém odporu a v samotné zenerově diodě.

Moderní lineární zdroje (obvykle ve formě integrovaného obvodu) využívají prvek s proměnnou impedancí (lineární tranzistor), který je řízen zpětnou vazbou na základě rozdílu mezi výstupním napětím a stejnosměrným napětím z vnitřního referenčního napětí (na bázi diody). obvod, ale s malým stejnosměrným proudem).

Typické lineární zdroje jsou IC 78xx (např. 7805 je zdroj napětí 5V) a jejich deriváty.

Nevýhodou takových lineárních zdrojů je jejich nízká účinnost (a protože ztrátový výkon v integrovaném obvodu se mění s teplem a potřebou chlazení), zejména při velkém rozdílu mezi vstupním a výstupním napětím a vysokých proudech. také někdy nevýhodné, že výstupní napětí je vždy nižší než vstupní napětí.

Výhoda spočívá v jejich nízké ceně, malých rozměrech, snadném použití a absenci rušení zvenčí a v elektrickém obvodu.

Vestavěný zdroj v elektrotechnické laboratoři

Spínané zdroje

V pulzních zdrojích se používá tranzistor s efektem pole, který periodicky uzavírá na relativně vysoké frekvenci (desítky kHz i více) a zvyšuje vstupní napětí obvodu tvořeného kombinací cívky, kondenzátoru a diody. Vhodnou kombinací těchto prvků je možné dosáhnout poklesu a zvýšení napětí.

Dalším typem pulzního zdroje je zdroj s transformátorem a následným diodovým usměrňovačem, který využívá výhodných vlastností (menší velikost transformátoru při vysokých proudech, nižší magnetické ztráty) moderních magnetických materiálů (feritů) při vysokých frekvencích. . Změnou frekvence můžete dosáhnout změny výstupního napětí.

Takový napájecí zdroj tedy obsahuje obvod (obvykle ve formě integrovaného obvodu), který zajišťuje kolísání frekvence na základě zpětné vazby z výstupního napětí, aby bylo zajištěno stabilní výstupní napětí při měnícím se zatížení.

Více o spínaných zdrojích: Obecné principy, výhody a nevýhody spínaných zdrojů

Protože spínané zdroje pracují s obdélníkovými napětími a proudy, obvykle vyzařují elektromagnetické vlny v širokém frekvenčním rozsahu. Proto je při jejich vytváření a používání nutné dodržovat zásady elektromagnetické kompatibility (EMC).

Laboratorní vybavení

V dílně nebo laboratoři se pro měření, testování a odstraňování problémů používá přesný napájecí zdroj. Tyto laboratorní napájecí zdroje převádějí, usměrňují a regulují napětí i výstupní proudy, takže měření lze provádět bez poškození testovaných zařízení.

Viz také:Napájecí zdroje pro průmyslová automatizační zařízení