Джерела живлення DC. Де і як застосовуються. Частина 2

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest® з номенклатурою джерел живлення постійного струму, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цього розділу.

Вступ

Живлення є основою будь-якої електронної системи, а джерело живлення - це те, що забезпечує її енергією. Вибір правильного джерела живлення може стати вирішальним фактором між оптимальною продуктивністю та нестабільною роботою обладнання.

Крім джерел живлення змінного струму (AC) у постійний струм (DC), існують також перетворювачі постійного струму в постійний. У цій статті розглядаються лише джерела живлення AC-DC. Якщо ваша система вже використовує постійний струм, перетворювач DC-DC може бути кращим рішенням.

Джерела живлення постійного струму бувають нерегульованими та регульованими. Регульовані джерела живлення поділяються на лінійні, імпульсні та акумуляторні.

У цій статті наведено інформацію про:

• Типи блоків живлення.
• Важливі характеристики, які слід враховувати.
• Поширені запитання.

Основи перетворення AC-DC

Джерело живлення бере змінний струм із мережі, перетворює його в нерегульований постійний струм та знижує напругу за допомогою силового трансформатора. З міркувань безпеки трансформатор також забезпечує гальванічну розв'язку між мережею та навантаженням.

Малюнки нижче демонструють загальний процес перетворення змінного струму в постійний.

Тлумачення змінного та постійного струму

Змінний струм (AC) створюється електронами, які змінюють напрямок руху. Постійний струм (DC) забезпечує рух електронів лише в одному напрямку.

Змінний струм також називають мережевою електрикою або побутовою електроенергією. У різних країнах напруга мережі змінного струму становить від 100 до 240 В при частоті 50 або 60 Гц.

Більшості сучасних електронних пристроїв для роботи необхідний постійний струм, тому напруга мережі повинна бути попередньо перетворена.

Увага! І змінний, і постійний струм можуть бути небезпечними. Усі електричні установки повинні бути оснащені автоматичними вимикачами або запобіжниками.

Малюнок 1. Змінний струм від настінної розетки

Перший етап перетворення виконується за допомогою діодного випрямляча, який перетворює синусоїдальний сигнал у послідовність позитивних імпульсів.

Малюнок 2. Повнохвильове випрямлення

Після випрямлення сигнал все ще має коливання. Для їх згладжування використовується конденсатор великої ємності, який накопичує енергію та віддає її під час падіння напруги.

Малюнок 3. Повнохвильове випрямлення з конденсатором

Після цього напруга проходить через стабілізатор, який формує постійну вихідну напругу з мінімальними пульсаціями.

Порівняння блоків живлення

Джерела живлення постійного струму поділяються на два основні типи: нерегульовані та регульовані. Регульовані джерела живлення можуть бути лінійними, імпульсними або акумуляторними.

Лінійні джерела живлення мають просту конструкцію та низький рівень шумів, але виділяють більше тепла. Імпульсні джерела живлення ефективніші та компактніші, проте створюють більше електромагнітних завад.

Таблиця 1. Типи джерел живлення

Теорія нерегульованих джерел живлення

Нерегульовані джерела живлення не мають стабілізатора напруги, тому вихідна напруга змінюється залежно від навантаження. Найчастіше вони використовуються в простих зарядних пристроях та адаптерах живлення.

Малюнок 4. Блок-схема нерегульованого джерела живлення

Перевагою таких джерел живлення є простота та невисока вартість. Недоліком є залежність вихідної напруги від навантаження та наявність залишкових пульсацій.

Теорія регульованих джерел живлення

Регульовані джерела живлення використовують стабілізатор напруги, який підтримує стабільну вихідну напругу незалежно від навантаження в межах допустимих параметрів.

Малюнок 5. Блок-схема регульованого джерела живлення

Лінійний, імпульсний чи акумуляторний?

Лінійні джерела живлення

Лінійні джерела живлення забезпечують найнижчий рівень шумів та високу точність стабілізації напруги. Їхнім недоліком є великі розміри, підвищене тепловиділення та нижчий ККД.

Імпульсні джерела живлення

Імпульсні джерела живлення (SMPS) мають високий ККД, невеликі розміри та широкий діапазон вхідних напруг.

Малюнок 6. Блок-схема імпульсного джерела живлення

Недоліком є складніша конструкція та вищий рівень високочастотних шумів.

Акумуляторні джерела живлення

Акумуляторні джерела живлення практично не створюють шумів, але їх напруга поступово знижується в процесі розряду.

Важливі характеристики джерел живлення

• Вихідний струм - максимальний струм навантаження.
• Регулювання навантаження - стабільність вихідної напруги при зміні струму.
• Шум і пульсації - небажані коливання вихідної напруги.
• Захист від перенапруги - захист навантаження від аварійних режимів.
• Захист від перевантаження - захист джерела живлення від коротких замикань.
• ККД - ефективність перетворення енергії.

Шум і пульсації

Шум та пульсації є побічними ефектами перетворення AC у DC. Вони можуть негативно впливати на чутливі електронні системи та вимірювальне обладнання.

Малюнок 7. Пульсації та шум імпульсного джерела живлення

Малюнок 8. Пульсації та шум лінійного джерела живлення

Поширені запитання

Який струм необхідний моєму блоку живлення?
Складіть струм навантаження та струм керуючої електроніки, після чого додайте приблизно 10% запасу.

Чи можна використовувати одне джерело живлення для декількох контролерів?
Так, але підключення бажано виконувати за схемою «зірка» для мінімізації втрат напруги.

Якої довжини повинні бути кабелі?
Чим коротші кабелі, тим менші втрати напруги та рівень наведень.

Який переріз проводу використовувати?
Провід повинен бути розрахований на струм, що перевищує максимальне навантаження.

Таблиця 2. Американський калібр дроту AWG

Трішки історії

На початковому етапі розвитку електроенергетики в США переважав постійний струм (DC), а в Європі - змінний струм (AC). Відома «Війна струмів» між Томасом Едісоном та Джорджем Вестінгаузом завершилася перемогою систем змінного струму завдяки можливості ефективної передачі енергії на великі відстані.

Попри це, сучасна електроніка продовжує активно використовувати постійний струм, тому джерела живлення AC-DC залишаються незамінними компонентами практично будь-якого електронного обладнання.

купити джерело живлення в Україні

Магазин Gtest® - офіційний постачальник джерел живлення постійного струму в Україну.