Джерела живлення постійного струму. Основи. Закінчення

Теорія регульованого джерела живлення

Регульоване джерело живлення постійного струму - це, по суті, нерегульоване джерело живлення з додаванням регулятора напруги. Це дозволяє підтримувати стабільність напруги незалежно від величини струму, споживаного навантаженням, за умови, що не перевищуються задані обмеження.

Рисунок 5. Блок-схема регульованого джерела живлення

У регульованих джерелах живлення схема постійно вимірює частину вихідної напруги та автоматично коригує роботу системи для підтримання необхідного рівня вихідної напруги. У багатьох випадках додаткові схеми забезпечують обмеження струму та напруги, фільтрацію шумів і регулювання вихідної потужності.

Лінійний, імпульсний чи на батарейках?

Існує три основні типи регульованих джерел живлення: лінійні, імпульсні та батарейні. Лінійна схема є найпростішою, однак імпульсні та батарейні рішення також мають свої переваги залежно від сфери застосування.

Лінійне джерело живлення

Лінійні джерела живлення використовуються там, де найважливішими є точне регулювання та мінімальний рівень шуму. Хоча вони не є найефективнішими, саме вони забезпечують найкращу якість вихідного сигналу.

Лінійні блоки живлення широко використовуються протягом багатьох років та відзначаються високою надійністю. Вони відносно безшумні, однак потребують більших компонентів, мають більші габарити та виділяють більше тепла, ніж імпульсні аналоги. Їхній ККД іноді становить лише близько 50%.

Імпульсне джерело живлення

Імпульсні джерела живлення (SMPS) складніші за конструкцією, але забезпечують вищу ефективність та гнучкість. За правильного проєктування їхній ККД може перевищувати 80%.

Рисунок 6. Блок-схема регульованого імпульсного джерела живлення

Однією з переваг імпульсного режиму є значно менші втрати енергії. Однак через роботу на високих частотах такі блоки живлення можуть створювати електромагнітні перешкоди, тому потребують якісного екранування та правильного компонування електронних схем.

Основні переваги імпульсних джерел живлення:

• компактні розміри та мала вага;
• широкий діапазон вхідної напруги;
• високий ККД;
• ефективніше використання енергії.

До недоліків належать складніша схема, вищий рівень шумів та необхідність придушення перешкод.

Живлення від батарейок

Живлення від батарейок є мобільним джерелом енергії, яке практично не створює електромагнітних завад. Проте батареї поступово втрачають ємність, а вихідна напруга знижується в міру розряджання.

Для більшості високоточних застосувань батарейне живлення не є оптимальним варіантом, оскільки складно забезпечити стабільну напругу та необхідний запас потужності.

Вибір блоку живлення

Під час вибору джерела живлення необхідно враховувати:

• необхідну вихідну напругу;
• необхідний струм навантаження;
• наявність захисту від перевантаження та перенапруги;
• габарити та ефективність пристрою;
• вимоги до рівня електромагнітних завад.

Попередження про перевантаження струму

Блок живлення повинен працювати із запасом щодо максимального струму навантаження. Якщо навантаження споживає струм, що перевищує номінальні параметри адаптера, це може призвести до нестабільної роботи або пошкодження обладнання.

Перевантаження джерела живлення може викликати перегрів, вихід з ладу компонентів і навіть пожежу. Саме тому рекомендується використовувати блок живлення із запасом потужності.

Важливі характеристики блоків живлення

Вихідний струм - максимальний струм, який може бути поданий на навантаження.

Регулювання навантаження - показник стабільності вихідної напруги при зміні струму навантаження.

Шум і пульсації - небажані зміни вихідної напруги, які можуть негативно впливати на чутливі електронні пристрої.

Захист від перенапруги - схема, яка відключає джерело живлення при перевищенні допустимого рівня напруги.

Захист від перевантаження - захищає обладнання від коротких замикань і надмірного струму.

ККД - співвідношення між спожитою та корисною потужністю. Для якісного імпульсного джерела живлення цей показник зазвичай перевищує 80%.

Шум і пульсації

Шум і пульсації є побічними ефектами перетворення змінного струму на постійний. Повністю усунути їх неможливо, але якісні джерела живлення дозволяють мінімізувати їхній вплив.

Пульсації являють собою невеликі коливання напруги на виході блоку живлення. Їхня величина залежить від якості фільтрації та відповідності джерела живлення навантаженню.

Шумом називають небажані високочастотні сигнали, що можуть надходити як від самого джерела живлення, так і від сусіднього електронного обладнання.

Рисунок 7. Пульсації та шум регульованого імпульсного джерела живлення середньої якості

На рисунку 8 показано рівень шуму та пульсацій для лінійного джерела живлення. Він значно нижчий порівняно з імпульсними блоками живлення, однак також може впливати на точність вимірювань.

Рисунок 8. Пульсації та шум регульованого лінійного джерела живлення середньої якості

Часті запитання

Який струм потрібен моєму блоку живлення?

Рекомендується підсумувати струм навантаження та струм, необхідний для живлення контролерів, після чого додати приблизно 10% запасу.

Чи можна використовувати один блок живлення для керування контролерами температури та лазера?

Так, якщо напруга відповідає вимогам навантаження та знаходиться в межах безпечної робочої області контролера.

Чи можна використовувати один блок живлення для кількох контролерів?

Так. Рекомендується підключення за схемою «зірка», щоб кожен контролер отримував однакову напругу.

Якої довжини мають бути кабелі?

Чим коротші кабелі, тим менші втрати напруги та рівень наведень. Для додаткового захисту від шумів рекомендується використовувати екрановані кабелі.

Який калібр дроту використовувати?

Калібр дроту повинен забезпечувати допустимий струм із запасом щодо фактичного навантаження.

Калібр AWG	Діаметр (дюйми)	Допустимий струм (А)	Опір на 1000 футів (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) - американська система калібрів дроту. Менший номер AWG означає більший діаметр провідника та вищу допустиму струмову навантажувальну здатність.

Магазин Gtest® - офіційний постачальник джерел (блоків) живлення постійного струму в Україну:
купити блок живлення в Україні