Источники питания DC. Где и как применяются. Часть 2

Ссылка на страницу сайта Магазина Gtest® с номенклатурой источников питания постоянного тока, а также рекомендуемыми приборами и статьями для дальнейшего самообразования - в конце данного раздела.

Введение

Питание - это основа любой электронной системы, а источник питания - устройство, обеспечивающее её энергией. Правильный выбор источника питания может стать решающим фактором между стабильной работой оборудования и непредсказуемыми результатами.

Помимо источников питания переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), существуют также преобразователи постоянного тока в постоянный ток (DC-DC). В данной статье рассматриваются только источники питания AC-DC. Если ваша система уже использует постоянный ток, преобразователь DC-DC может оказаться лучшим решением.

Источники питания постоянного тока бывают нерегулируемыми и регулируемыми. Регулируемые источники питания подразделяются на линейные, импульсные и аккумуляторные.

В статье рассмотрены:

• Типы блоков питания.
• Важные характеристики, которые необходимо учитывать.
• Часто задаваемые вопросы.

Основы преобразования AC-DC

Источник питания получает переменный ток из электрической сети, преобразует его в нерегулируемый постоянный ток и снижает напряжение с помощью входного трансформатора до уровня, необходимого нагрузке. Трансформатор также обеспечивает гальваническую развязку между сетью и выходом устройства.

Рисунки ниже демонстрируют общий процесс преобразования переменного тока в постоянный.

Переменный и постоянный ток

Переменный ток создаётся электронами, которые периодически изменяют направление движения. Постоянный ток формируется движением электронов только в одном направлении.

Переменный ток также называют сетевым электричеством или бытовой электроэнергией. В разных странах напряжение сети составляет от 100 до 240 В при частоте 50 или 60 Гц.

Большинству электронных устройств, включая ноутбуки и бытовую электронику, для работы требуется постоянный ток, поэтому сетевое напряжение должно быть преобразовано.

Внимание! И переменный, и постоянный ток могут представлять опасность для человека. Всё оборудование, подключённое к сети переменного тока, должно быть оснащено автоматическими выключателями или устройствами защитного отключения (УЗО).

Рисунок 1. Переменный ток от сетевой розетки

На первом этапе напряжение выпрямляется с помощью диодного моста. Выпрямитель преобразует синусоидальную форму сигнала в последовательность положительных импульсов.

Рисунок 2. Полноволновое выпрямление

После выпрямления остаются колебания напряжения между пиками. Для их сглаживания используется конденсатор большой ёмкости, который накапливает энергию и отдаёт её в моменты снижения напряжения.

Рисунок 3. Полноволновое выпрямление с конденсатором

После завершения преобразования напряжения остаются небольшие пульсации. В регулируемом источнике питания используется стабилизатор напряжения для получения стабильного выходного постоянного напряжения.

Сравнение блоков питания

Источники питания постоянного тока делятся на нерегулируемые и регулируемые. Регулируемые модели могут быть линейными, импульсными или аккумуляторными.

Линейные источники питания отличаются низким уровнем шумов, но выделяют больше тепла. Импульсные источники питания обладают высоким КПД и компактными размерами, однако создают больше электромагнитных помех.

Таблица 1. Типы источников питания

Теория нерегулируемых источников питания

Нерегулируемые источники питания не имеют встроенного стабилизатора напряжения и предназначены для выдачи определённого напряжения при заданном максимальном токе нагрузки.

Обычно такие устройства используются в простых сетевых адаптерах и зарядных устройствах для бытовой электроники.

Рисунок 4. Блок-схема нерегулируемого источника питания

Главными преимуществами являются простота конструкции и невысокая стоимость. Недостатком является зависимость выходного напряжения от величины нагрузки.

Теория регулируемых источников питания

Регулируемый источник питания представляет собой нерегулируемый источник питания с дополнительным стабилизатором напряжения, который поддерживает постоянное выходное напряжение независимо от нагрузки.

Рисунок 5. Блок-схема регулируемого источника питания

Линейный, импульсный или аккумуляторный?

Линейный источник питания

Линейные источники питания обеспечивают минимальный уровень шумов и высокую точность регулирования напряжения. Недостатками являются большие размеры, значительное тепловыделение и сравнительно низкий КПД.

Импульсный источник питания

Импульсные источники питания (SMPS) обладают высоким КПД, небольшими размерами и широким диапазоном входных напряжений.

Рисунок 6. Блок-схема импульсного источника питания

Основной недостаток - более высокий уровень высокочастотных шумов и сложность конструкции.

Аккумуляторный источник питания

Аккумуляторные источники питания практически не создают шумов, но их напряжение постепенно снижается по мере разряда батареи.

Важные характеристики источников питания

• Выходной ток - максимальный ток нагрузки.
• Регулирование нагрузки - стабильность напряжения при изменении тока.
• Шум и пульсации - уровень нежелательных колебаний выходного напряжения.
• Защита от перенапряжения - защита нагрузки от превышения напряжения.
• Защита от перегрузки - защита от коротких замыканий и превышения тока.
• КПД - эффективность преобразования энергии.

Шум и пульсации

Шум и пульсации являются побочными эффектами преобразования переменного тока в постоянный. Они способны негативно влиять на чувствительные электронные устройства и измерительное оборудование.

Рисунок 7. Пульсации и шум импульсного источника питания

Рисунок 8. Пульсации и шум линейного источника питания

Часто задаваемые вопросы

Какой ток необходим моему блоку питания?
Сложите ток нагрузки и ток управляющей электроники, после чего добавьте около 10% запаса.

Можно ли использовать один источник питания для нескольких контроллеров?
Да, рекомендуется использовать схему подключения «звезда» для минимизации потерь напряжения.

Какой длины должны быть кабели?
Чем короче кабели, тем меньше уровень помех и падение напряжения.

Какое сечение провода использовать?
Провод должен быть рассчитан на ток, превышающий максимальный ток нагрузки.

Таблица 2. Американский калибр провода AWG

Немного истории

На заре развития электроэнергетики в Европе преобладал переменный ток (AC), а в США - постоянный ток (DC). Известная «Война токов» между Томасом Эдисоном и Джорджем Вестингаузом завершилась победой систем переменного тока благодаря возможности эффективной передачи энергии на большие расстояния.

Несмотря на это, современные электронные устройства продолжают использовать постоянный ток, поэтому источники питания AC-DC остаются важнейшим элементом электронной техники.

купить источник питания в Украине

Магазин Gtest® - официальный поставщик источников (блоков) питания постоянного тока в Украину.