Источники питания постоянного тока. Основы. Часть 1

Магазин Gtest® предлагает широкий ассортимент блоков питания по ссылке в конце статьи, а также рекомендуемые приборы для тестирования и диагностики электронных систем.

Представляем блоки питания

Питание является основой любой электронной системы, а источник питания - это устройство, обеспечивающее её энергией. Выбор правильного источника питания может стать решающим фактором между устройством, работающим на оптимальном уровне, и устройством, которое демонстрирует нестабильные результаты.

Помимо источников питания переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), также доступны преобразователи постоянного тока в постоянный. Если в вашей системе уже присутствует постоянный ток, преобразователь DC-DC может оказаться более подходящим решением.

Источники питания постоянного тока бывают нерегулируемыми и регулируемыми. Регулируемые блоки питания представлены несколькими вариантами: линейными, импульсными и аккумуляторными.

Основы преобразования переменного тока в постоянный

Блок питания получает переменный ток из сети, преобразует его в нерегулируемый постоянный ток и понижает напряжение с помощью силового трансформатора до уровня, необходимого нагрузке. Для безопасности трансформатор также обеспечивает электрическую развязку между сетью и выходом устройства.

На рисунках 1, 2 и 3 показан общий процесс преобразования переменного тока в постоянный.

Переменный ток имеет форму синусоидальной волны, при которой напряжение периодически изменяется от положительного значения к отрицательному.

Рисунок 1. Переменный ток из розетки

На первом этапе процесса напряжение выпрямляется с помощью диодного моста. Выпрямитель преобразует синусоидальный сигнал в последовательность положительных импульсов.

Рисунок 2. Двухполупериодный выпрямитель

После выпрямления остаются пульсации напряжения между пиками сигнала, которые необходимо уменьшить. Для этого используется сглаживающий конденсатор.

Конденсатор накапливает энергию при росте напряжения и отдаёт её нагрузке при его снижении. Благодаря этому уменьшается просадка напряжения и улучшается качество питания. Увеличение ёмкости конденсатора обычно позволяет дополнительно снизить уровень пульсаций.

На рисунке 3 показано, как конденсатор сглаживает пульсации выпрямленного напряжения.

Рисунок 3. Двухполупериодный выпрямитель с конденсатором

После завершения преобразования остаются небольшие остаточные пульсации. В регулируемом источнике питания напряжение дополнительно проходит через стабилизатор, обеспечивающий стабильное выходное напряжение постоянного тока.

Сравнение источников питания

Источники питания переменного тока делятся на нерегулируемые и регулируемые. Нерегулируемые модели отличаются простотой конструкции, а регулируемые обеспечивают стабильные параметры при изменении нагрузки.

Линейные блоки питания имеют простую конструкцию и низкий уровень шумов, однако выделяют больше тепла. Импульсные блоки питания более компактны и эффективны, но создают больше электромагнитных помех.

Тип	Преимущества	Недостатки
Нерегулируемый	Простая схема Надёжность	Напряжение зависит от нагрузки Фиксированные параметры
Регулируемый	Стабильное напряжение Высокое качество питания Фильтрация шумов Регулировка напряжения и тока Точная настройка	Более сложная конструкция Более высокая стоимость
Линейный	Безопасность и надёжность Минимальные пульсации Низкий уровень шумов Стабильная работа	Низкий КПД Крупные радиаторы Большие размеры и вес Высокая стоимость
Импульсный	Компактность Широкий диапазон входного напряжения Высокий КПД Меньшая стоимость по сравнению с линейным	Сложная схема Помехи в сети Повышенный уровень шума
Аккумуляторный	Портативность Автономная работа	Фиксированное входное напряжение Ограниченный срок службы Снижение напряжения при разряде

Таблица 1. Типы источников питания

Примечание 1. Основы переменного и постоянного тока

Переменный ток создаётся движением электронов с периодическим изменением направления. Постоянный ток представляет собой поток электронов, движущихся только в одном направлении.

Переменный ток также называют сетевым напряжением, бытовым электропитанием или напряжением сети. В разных странах напряжение сети находится в диапазоне от 100 до 240 В при частоте 50 или 60 Гц.

Большинство электронных устройств требуют для работы постоянный ток, поэтому напряжение сети предварительно преобразуется из переменного в постоянный.

Внимание: как переменный, так и постоянный ток могут представлять опасность для человека. Всё оборудование, подключаемое к сети переменного тока, должно иметь надёжную систему заземления и устройства защитного отключения.

Теория нерегулируемого источника питания

Нерегулируемые блоки питания не имеют встроенных стабилизаторов напряжения и обычно рассчитаны на получение определённого выходного напряжения при заданном токе нагрузки.

Чаще всего это сетевые адаптеры, преобразующие переменный ток в постоянный для питания бытовой электроники. Именно такие устройства часто называют «сетевыми адаптерами».

Выходное напряжение зависит от параметров трансформатора и величины нагрузки. Обычно при увеличении тока нагрузки выходное напряжение уменьшается.

Нерегулируемый источник питания обычно включает выпрямитель и сглаживающий конденсатор, но не содержит схем стабилизации напряжения.

Рисунок 4. Блок-схема нерегулируемого линейного источника питания

Основные преимущества нерегулируемых источников питания - долговечность и доступная стоимость. Однако они подходят только для применений, где высокая точность напряжения не является обязательным требованием.

Примечание: компания Wavelength не рекомендует использовать нерегулируемые блоки питания совместно со своей продукцией.

Продолжение следует…

Магазин Gtest® - официальный поставщик источников питания постоянного тока в Украине:
купить блок питания в Украине