Закінчуємо порівнювати. Пора вже й розбиратися що по чому. Частина 3

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

Блоки живлення для початківців. Частина 3

У третій частині серії уроків з джерел живлення для початківців ми завершимо порівняння різних типів блоків живлення - лінійних та імпульсних - і розглянемо їхні переваги та недоліки.

Текстова розшифровка відеоуроку

Це третя частина серії вебінарів для ентузіастів джерел живлення та радіоаматорів, які не обов'язково мають освіту інженерів-електроніків.

Раніше було зібрано недорогий комплект обладнання для тестування блоків живлення, вивчено нерегульовані джерела живлення, протестовано різні лінійні та імпульсні регулятори. У цьому розділі ми порівняємо ці рішення та визначимо, які з них найкраще підходять для різних завдань.

Програма вивчення блоків живлення

• Порівняння енергоефективності.
• Порівняння тепловиділення та підвищення температури.
• Порівняння пульсацій напруги (кондуктивний шум).
• Порівняння випромінюваного шуму (радіоперешкод).

Існує величезна кількість різновидів джерел живлення - від мікроватних систем збору енергії до мегаватних енергетичних установок. Саме тому правильний вибір джерела живлення є одним із найважливіших етапів проєктування електронної системи.

Порівняння ефективності джерел живлення

Схема вимірювання ефективності джерел живлення

DUT - тестований пристрій.

Input Source - джерело вхідного сигналу.

Load - навантаження.

Remember to use Kelvin Sensing - не забудьте використовувати вимірювання Кельвіна.

Незалежно від типу джерела живлення, для точного визначення ККД необхідно використовувати окремі амперметри та вольтметри на вході та виході пристрою.

Для схем із дуже малою потужністю, як правило менше 0,1 Вт, потрібне спеціальне вимірювальне обладнання, оскільки навіть самі вимірювальні прилади можуть суттєво впливати на результати.

Під вимірюванням Кельвіна розуміється контроль напруги безпосередньо на входах і виходах джерела живлення, а не на кінцях кабелів або на виході лабораторного джерела живлення.

Використання показів блоку живлення або джерела живлення без урахування падіння напруги на проводах призводить до помилок вимірювання.

Для першого експерименту використовується нерегульоване джерело живлення та лінійний регулятор струму на 500 мА. Далі результати порівнюються з імпульсним стабілізатором аналогічної потужності.

Порівняння показує, що імпульсне джерело живлення споживає значно менший струм при майже однаковій вхідній напрузі, що свідчить про його вищу ефективність.

Порівняння тепловиділення та підвищення температури

Порівняння теплових характеристик джерел живлення

Use linear when possible, otherwise switch, switch, switch - використовуйте лінійні регулятори, коли це можливо, в інших випадках застосовуйте імпульсні рішення.

Імпульсні регулятори значно ефективніші за лінійні стабілізатори, тому вони розсіюють менше тепла і працюють при значно нижчих температурах.

Попри це, низький рівень шумів, простота конструкції та невисока вартість роблять лінійні регулятори хорошим вибором для багатьох застосувань.

Основні критерії вибору лінійного регулятора:

• VOUT менше мінімальної вхідної напруги VIN.
• Вихідна напруга не є негативною відносно VIN.
• Не потрібна гальванічна розв'язка.
• Потужність розсіювання не перевищує приблизно 1 Вт.

Під час практичних випробувань синхронний понижувальний перетворювач потужністю близько 28 Вт показав температуру основних компонентів лише близько 30 °C.

Для аналогічного навантаження лінійний регулятор із великим радіатором нагрівався понад 100 °C, що наочно демонструє різницю в ефективності.

Порівняння вхідних та вихідних пульсацій

Порівняння пульсацій вхідної напруги

Лінійні стабілізатори забезпечують значно нижчий рівень кондуктивного шуму як на вході, так і на виході, ніж імпульсні регулятори.

Для зменшення пульсацій рекомендується:

1. Правильно обирати топологію імпульсного перетворювача.
2. Використовувати LC-фільтри на виході.
3. Застосовувати імпульсний стабілізатор разом із LDO як пострегулятор.

Для демонстрації використовувалися понижувальний перетворювач та LDO-регулятор, підключені до однакових навантажень.

Порівняння пульсацій вихідної напруги

Вимірювання вихідних пульсацій за допомогою осцилографа

Осцилографічні вимірювання показали, що рівень шуму на виході LDO-регулятора значно нижчий, ніж у понижувального імпульсного перетворювача.

Частина шуму на вимірюваннях LDO була викликана електромагнітним впливом сусіднього імпульсного стабілізатора.

Порівняння випромінюваного шуму

Демонстрація електромагнітних перешкод від імпульсного регулятора

Does my radio still work? - Моє радіо ще працює?

Лінійні регулятори випромінюють значно менше електромагнітних перешкод, ніж імпульсні джерела живлення.

Під час тестів із AM- та FM-приймачами було наочно показано, що імпульсні перетворювачі створюють значний рівень перешкод, який може повністю заглушити корисний сигнал.

Лінійні стабілізатори дозволяють приймати радіосигнал навіть при безпосередньому наближенні приймача до джерела живлення.

Це особливо важливо для чутливої вимірювальної техніки, радіозв'язку та аудіообладнання.

Висновки

На цьому завершується третя частина серії навчальних матеріалів щодо джерел живлення. Було розглянуто питання ефективності, тепловиділення, пульсацій напруги та електромагнітних завад для різних типів регуляторів.

Вибір між лінійним та імпульсним джерелом живлення завжди залежить від конкретного застосування та вимог до ефективності, шумів і вартості рішення.

Кінець транскрипції.

Ви можете знайти додаткову інформацію щодо різних типів джерел живлення за посиланням:

Посібник з імпульсних джерел живлення

купити джерело живлення в Україні

Продовження слідує…