Источники питания постоянного тока. Основы. Окончание

Теория регулируемого электропитания

Регулируемый источник постоянного тока по сути является нерегулируемым источником питания с добавлением регулятора напряжения. Это позволяет напряжению оставаться стабильным независимо от величины тока, потребляемого нагрузкой, при условии, что не превышаются заданные пределы.

Рисунок 5. Блок-схема регулируемого источника питания

В регулируемых источниках питания схема непрерывно контролирует часть выходного напряжения и автоматически корректирует работу системы для поддержания требуемого уровня напряжения. Во многих случаях применяются дополнительные схемы ограничения тока и напряжения, фильтрации шумов и регулировки выходной мощности.

Линейный, импульсный или батарейный источник питания?

Существует три основных типа регулируемых источников питания: линейные, импульсные и батарейные. Линейные блоки отличаются простотой конструкции, тогда как импульсные и батарейные решения имеют собственные преимущества в различных областях применения.

Линейный источник питания

Линейные источники питания используются в случаях, когда наибольшее значение имеют точность регулирования и минимальный уровень шума. Хотя они не являются самыми эффективными, именно они обеспечивают наилучшее качество выходного сигнала.

Линейные блоки питания широко применяются уже много лет и отличаются высокой надежностью. Они работают относительно бесшумно, однако требуют более крупных компонентов, имеют большие размеры и выделяют больше тепла по сравнению с импульсными аналогами. Их КПД может составлять около 50%.

Импульсный источник питания

Импульсные источники питания (SMPS) имеют более сложную конструкцию, но обеспечивают высокую эффективность и универсальность. При грамотном проектировании их КПД может превышать 80%.

Рисунок 6. Блок-схема регулируемого импульсного источника питания

Одним из преимуществ импульсного режима является снижение потерь энергии на ключевых элементах. Однако работа на высоких частотах может вызывать электромагнитные помехи, поэтому требуется качественное экранирование и правильная компоновка схем.

Преимущества импульсных блоков питания:

• компактные размеры и небольшой вес;
• широкий диапазон входного напряжения;
• высокий КПД;
• меньшее тепловыделение.

К недостаткам относятся более сложная схема, высокий уровень высокочастотного шума и необходимость дополнительного подавления помех.

Питание от батарей

Батарейное питание представляет собой мобильный источник энергии, практически не создающий электромагнитных помех. Однако по мере разрядки батарей их емкость уменьшается, а напряжение становится менее стабильным.

Для большинства высокоточных применений батарейное питание не является оптимальным решением, поскольку сложно обеспечить стабильное напряжение и необходимый запас мощности.

Выбор источника питания

При выборе блока питания необходимо учитывать следующие параметры:

• необходимое выходное напряжение;
• требуемый ток нагрузки;
• наличие защиты от перегрузки и перенапряжения;
• габариты и эффективность устройства;
• уровень электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.

Предупреждение о перегрузке по току

Блок питания должен эксплуатироваться с запасом относительно максимального выходного тока. Если нагрузка потребляет больший ток, чем рассчитан источник питания, это может привести к нестабильной работе или повреждению оборудования.

Перегрузка способна вызвать перегрев компонентов, выход устройства из строя и даже пожар. Поэтому рекомендуется выбирать источник питания с запасом по мощности и току.

Важные характеристики

Выходной ток - максимальный ток, который источник питания способен отдать нагрузке.

Регулировка нагрузки - показатель способности поддерживать стабильное выходное напряжение при изменении потребляемого тока.

Шум и пульсации - нежелательные изменения напряжения, которые могут негативно влиять на чувствительное электронное оборудование.

Защита от перенапряжения - функция, отключающая питание при превышении допустимого уровня напряжения.

Защита от перегрузки - предотвращает повреждение оборудования при коротком замыкании или превышении допустимого тока.

КПД - отношение полезной мощности к потребляемой. Качественные импульсные источники питания обычно имеют КПД не менее 80%.

Шум и пульсации

Шум и пульсации являются побочным эффектом преобразования переменного тока в постоянный. Полностью устранить их невозможно, однако качественные источники питания позволяют значительно снизить их уровень.

Пульсации представляют собой небольшие колебания выходного напряжения. Их величина зависит от качества фильтрации и соответствия источника питания подключенной нагрузке.

Шумом называют нежелательные высокочастотные сигналы, которые могут возникать как внутри источника питания, так и поступать от соседнего оборудования.

Рисунок 7. Пульсации и шум регулируемого импульсного источника питания среднего качества

На рисунке 8 показан уровень шума и пульсаций линейного источника питания. Несмотря на значительно меньший уровень по сравнению с импульсными моделями, он также способен влиять на точность измерений.

Рисунок 8. Пульсации и шум регулируемого линейного источника питания среднего качества

Часто задаваемые вопросы

Какой ток нужен моему блоку питания?

Практическое правило заключается в суммировании тока нагрузки и тока, необходимого для работы контроллеров, после чего рекомендуется добавить около 10% запаса.

Можно ли использовать один источник питания для температурного и лазерного контроллеров?

Да, если напряжение соответствует требованиям нагрузки и находится в пределах безопасной рабочей области контроллера.

Можно ли использовать один источник питания для нескольких контроллеров одновременно?

Да. Рекомендуется подключение по схеме «звезда», чтобы обеспечить одинаковое напряжение на каждом устройстве.

Можно ли использовать блок питания 30 В для контроллера, рассчитанного на 5-30 В?

Да, если параметры нагрузки соответствуют допустимой безопасной рабочей области контроллера.

Какой длины должны быть кабели?

Чем короче кабели, тем меньше потери напряжения и уровень наведенных помех. Для дополнительной защиты рекомендуется использовать экранированные кабели.

Какой калибр провода использовать?

Калибр должен обеспечивать допустимый ток с запасом относительно фактической нагрузки.

Калибр AWG	Диаметр (дюймы)	Допустимый ток (А)	Сопротивление на 1000 футов (Ом)
8	0,128	50	0,628
10	0,102	30	0,999
12	0,081	25	1,588
14	0,064	20	2,525
16	0,051	10	4,016
18	0,040	5	6,385
20	0,032	3,2	10,15
22	0,025	2,0	16,14
24	0,020	1,25	25,67

AWG (American Wire Gauge) - американская система обозначения толщины проводов. Чем меньше номер AWG, тем больше диаметр проводника и выше его допустимая токовая нагрузка.

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