Источники питания постоянного тока. Основы. Часть 1

ПРЕДСТАВЛЯЕМ БЛОКИ ПИТАНИЯ - 

Питание есть основа любой электронной системы, а источник питания — это то, что питает систему. Выбор правильного источника питания может стать решающим фактором между устройством, работающим на оптимальных уровнях, и устройством, которое может давать непоследовательные результаты.

Помимо источников питания переменного тока (AC) в постоянный ток (DC), также доступны преобразователи постоянного тока в постоянный. Если в вашей системе уже есть постоянный ток, преобразователь постоянного тока в постоянный может быть лучшим выбором конструкции, чем AC, обсуждаемый ниже.

Источники питания постоянного тока бывают нерегулируемыми и регулируемыми. Регулируемые источники питания бывают нескольких видов, включая линейные, коммутируемые и на батарейном питании.

ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

Блок питания берет переменный ток из розетки, преобразует его в нерегулируемый постоянный ток и снижает напряжение с помощью входного силового трансформатора, обычно понижая его до напряжения, требуемого нагрузкой. В целях безопасности трансформатор также отделяет выходной источник питания от сетевого входа.

Рисунки 1 , 2 и 3 иллюстрируют общее преобразование переменного тока в постоянный.

Переменный ток имеет форму синусоидальной волны, при этом напряжение со временем меняется от положительного к отрицательному.

Рисунок 1: Переменный ток из розетки

На первом этапе процесса напряжение выпрямляется с помощью набора диодов. Выпрямление преобразует синусоидальный переменный ток. Выпрямитель преобразует синусоиды в ряд положительных пиков.

Рисунок 2: Двухполупериодный выпрямитель

После выпрямления напряжения все еще остается флуктуация в форме волны — время между пиками — которую необходимо устранить. Затем выпрямленное переменное напряжение фильтруется или «сглаживается» конденсатором.

Конденсатор обычно довольно большой и создает резервуар энергии, который подается на нагрузку, когда выпрямленное напряжение падает. Поступающая энергия сохраняется в конденсаторе на переднем фронте и расходуется, когда напряжение падает. Это значительно уменьшает величину падения напряжения и сглаживает напряжение. Увеличение емкости конденсатора обычно обеспечивает более высокое качество питания.

На рисунке 3 показано выпрямленное напряжение и то, как конденсатор сглаживает спад.

Рисунок 3: Двухполупериодный выпрямитель + конденсатор

После завершения преобразования напряжения все еще есть некоторое изменение на выходе, называемое пульсацией. В регулируемом источнике питания напряжение затем проходит через регулятор для создания фиксированного постоянного тока на выходе с меньшей пульсацией.

СРАВНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Блоки питания переменного тока бывают двух видов: нерегулируемые и регулируемые. Нерегулируемый — это самый базовый тип блока питания, который не может подавать постоянное напряжение на нагрузку, в то время как регулируемые блоки питания могут и имеют множество различных вариантов конструкции.

Линейные преобразователи наименее сложны, но также создают больше всего тепла, в то время как импульсные преобразователи более сложны и холоднее, но создают больше шума. Аккумуляторы обычно являются импульсными преобразователями. У каждого есть свои преимущества и недостатки, но какой из них использовать, будет в основном зависеть от типа применения и условий, в которых он будет работать.

В таблице 1 показано, как классифицируются типы источников питания, а также обобщены многие плюсы и минусы каждого типа.

НЕРЕГУЛИРУЕМЫЙ

Pro:

• Простая схема

• Прочный

Contra:                             

• Напряжение меняется в зависимости от потребляемого тока нагрузки

• Рассчитан на фиксированный выходной ток или напряжение.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ

Pro:

• Напряжение постоянное

• Доступны высококачественные блоки питания

• Фильтрация шума

• Регулируемое выходное напряжение или ток

• Точная настройка

Contra:

• Сложный

• Дороже

ЛИНЕЙНЫЙ

Pro:

• Безопасно и надежно

• Небольшая остаточная пульсация

• Меньше шума

• Хорошая регулировка линии и нагрузки

• Стабильный

Contra:

• Низкая эффективность

• Большие радиаторы

• Большой размер и тяжелый

• Дорогой

КОММУТИРУЕМЫЙ

Pro:

• Маленький размер, легкий

• Широкий диапазон входного напряжения

• Высокая эффективность

• Менее затратно, чем линейный

Contra:

• Сложная схема

• Загрязнение сети

• Более высокий уровень шума

НА АККУМУЛЯТОРАХ

Pro:

• Портативный

• Не требует локального электропитания.

Contra:

• Фиксированное входное напряжение

• Короткая жизнь

• Выходное напряжение падает по мере использования резервов энергии

Таблица 1: Типы источников питания

Примечание 1:
ОСНОВЫ ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА
Переменный ток генерируется электронами, текущими в переменных направлениях. Постоянный ток генерируется электронами, текущими только в одном направлении.
Переменный ток также называют сетевым электричеством, бытовым током, бытовым питанием, сетевым питанием или настенным питанием, поскольку это напряжение, подаваемое через настенную розетку. Во всем мире переменное напряжение варьируется от 100 до 240 В. Скорость изменения направления обычно составляет от 50 до 60 раз в секунду и обозначается как Герц (Гц). Две наиболее распространенные частоты — 50 Гц и 60 Гц. Оборудование, рассчитанное на использование переменного тока, как правило, требует большого напряжения, поэтому напряжение не понижается так часто, как оборудование, использующее постоянный ток.
DC обеспечивает постоянный поток тока к устройству. Поскольку изначально подается переменный ток, мощность сначала должна быть преобразована из переменного тока в постоянный.
Большинству небольших электронных устройств (например, компьютеров) требуется постоянный ток для работы с преобразователем переменного тока в постоянный от настенной розетки. Переменный ток используется для оборудования, в котором есть двигатели (например, холодильники). Какой тип тока использовать, зависит от питаемой нагрузки.
ВНИМАНИЕ: ХОТЯ И ПЕРЕМЕННЫЙ, И ПОСТОЯННЫЙ ТОКИ МОГУТ УДАРИТЬ ВАС ТОКОМ, ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БОЛЬШОЙ РИСК, ПОТОМУ ЧТО ЕГО ТОКОВАЯ НАГРУЗКА НАМНОГО БОЛЬШЕ. УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ВСЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ, КОТОРОЕ ПОДКЛЮЧАЕТСЯ К СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, ИМЕЕТ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ (GFCI).

ТЕОРИЯ НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Поскольку нерегулируемые блоки питания не имеют встроенных регуляторов напряжения, они обычно рассчитаны на выдачу определенного напряжения при определенном максимальном выходном токе нагрузки. Обычно это блочные настенные зарядные устройства, которые преобразуют переменный ток в небольшую струйку постоянного тока и часто используются для питания таких устройств, как бытовая электроника. Это самые распространенные адаптеры питания, и их называют «настенными бородавками».

Выход постоянного напряжения зависит от внутреннего трансформатора понижения напряжения и должен быть максимально точно подобран к току, требуемому нагрузкой. Обычно выходное напряжение уменьшается по мере увеличения выходного тока на нагрузку.

При нерегулируемом источнике постоянного тока выходное напряжение меняется в зависимости от размера нагрузки. Обычно он состоит из выпрямителя и конденсаторного сглаживания, но не имеет регулятора для стабилизации напряжения. Он может иметь цепи безопасности и будет наилучшим для приложений, не требующих точности.

Рисунок 4: Блок-схема — Нерегулируемая линейная подача

Преимущества нерегулируемых источников питания в том, что они долговечны и могут быть недорогими. Однако их лучше всего использовать, когда точность не является требованием. Они имеют остаточную пульсацию, похожую на ту, что показана на рисунке 3.

ПРИМЕЧАНИЕ: Wavelength не рекомендует использовать нерегулируемые блоки питания с любыми нашими продуктами.

Продолжение следует

Магазин Gtest® - официальный поставщик источников (блоков) питания постоянного тока в Украину: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/bloky-pitaniya