Джерела живлення постійного струму. Основи. Частина 1

ПРЕДСТАВЛЯЄМО БЛОКИ ЖИВЛЕННЯ - 

Живлення є основою будь-якої електронної системи, а джерело живлення – це те, що живить систему. Вибір правильного джерела живлення може бути вирішальним фактором між пристроєм, який працює на оптимальному рівні, та тим, який може давати непослідовні результати.

Окрім джерел живлення змінного струму (AC) у постійний струм (DC), також доступні перетворювачі постійного струму в постійний. Якщо у вашій системі вже є постійний струм, перетворювач постійного струму в постійний може бути кращим вибором, ніж змінний струм, про який йдеться нижче.

Джерела живлення постійного струму бувають нерегульованими або регульованими. Регульовані джерела живлення бувають кількох варіантів, включаючи лінійні, комутовані та на батарейках.

ОСНОВИ ПЕРЕТВОРЕННЯ ЗМІННОГО СТРУМУ В ПОСТІЙНИЙ

Блок живлення приймає змінний струм з розетки, перетворює його на нерегульований постійний струм і знижує напругу за допомогою вхідного силового трансформатора, зазвичай знижуючи її до напруги, необхідної для навантаження. З міркувань безпеки трансформатор також відокремлює вихідне джерело живлення від вхідного мережевого живлення.

На рисунках 1 , 2 та 3 показано загальне перетворення змінного струму на постійний.

Змінний струм має форму синусоїдальної хвилі, при цьому напруга змінюється від позитивної до негативної з часом.

Рисунок 1: Змінний струм від розетки

На першому етапі процесу напруга випрямляється за допомогою набору діодів. Випрямлення перетворює синусоїдальний змінний струм. Випрямляч перетворює синусоїдальні хвилі на серію позитивних піків.

Рисунок 2: Випрямлена повна хвиля

Після випрямлення напруги все ще залишаються коливання форми сигналу — час між піками — які необхідно усунути. Випрямлена змінна напруга потім фільтрується або «згладжується» за допомогою конденсатора.

Конденсатор зазвичай досить великий і створює резервуар енергії, який подається на навантаження, коли випрямлена напруга падає. Вхідна енергія накопичується в конденсаторі на зростаючому фронті та витрачається, коли напруга падає. Це значно зменшує величину просідання напруги та згладжує її. Збільшення ємності конденсатора, як правило, забезпечує вищу якість живлення.

На рисунку 3 показано випрямлену напругу та те, як конденсатор згладжує просідання.

Рисунок 3: Випрямлений повний хвильовий конденсатор

Після завершення перетворення напруги все ще залишається деяка варіація вихідної напруги, яка називається пульсаціями. У регульованому блоці живлення напруга потім пропускається через регулятор для створення фіксованого вихідного постійного струму з меншими пульсаціями.

ПОРІВНЯННЯ БЛОКІВ ЖИВЛЕННЯ

Джерела живлення змінного струму бувають двох типів: нерегульовані та регульовані. Нерегульовані – це найпростіший тип джерела живлення, який не здатний подавати стабільну напругу на навантаження, тоді як регульовані джерела живлення можуть це зробити та мають багато різних варіантів конструкції.

Лінійні перетворювачі є найменш складними, але також створюють найбільше тепла, тоді як комутовані перетворювачі є більш складними та холоднішими, але створюють більше шуму. Акумуляторні перетворювачі зазвичай є комутованими. Кожен з них має переваги та недоліки, але вибір того, який використовувати, залежатиме переважно від типу застосування та умов, за яких воно буде працювати.

У таблиці 1 показано, як класифікуються типи джерел живлення, а також узагальнено багато переваг і недоліків кожного типу.

НЕРЕГУЛОВАНИЙ

Pro:

• Проста схема

• Міцний

Contra:

• Напруга змінюється залежно від споживаного струму навантаження

• Розрахований на фіксований вихідний струм або напругу.

РЕГУЛОВАНИЙ

Pro:

• Постійна напруга

• Доступні високоякісні блоки живлення

• Фільтрування шуму

• Регульована вихідна напруга або струм

• Точне налаштування

Contra:

• Складний

• Дорожче

ЛІНІЙНИЙ

Pro:

• Безпечно та надійно

• Невелика залишкова пульсація

• Менше шуму

• Хороше регулювання лінії та навантаження

• Стабільний

Contra:

• Низька ефективність

• Великі радіатори

• Великий розмір та важкий

• Дорогий

КОМУТУЮЧИЙ

Pro:

• Невеликий розмір, легкий

• Широкий діапазон вхідної напруги

• Висока ефективність

• Менш витратно, ніж лінійний

Contra:

• Складна схема

• Забруднення мережі

• Вищий рівень шуму

НА АКУМУЛЯТОРАХ

Pro:

• Портативний

• Не потребує локального живлення.

Contra:

• Фіксована вхідна напруга

• Коротке життя

• Вихідна напруга падає в міру використання резервів енергії

Таблиця 1: Типи джерел живлення

Приложение 1
ОСНОВИ ЗМІННОГО ТА ПОСТІЙНОГО СТРУМІВ
Змінний струм генерується електронами, що рухаються в змінних напрямках. Постійний струм генерується електронами, що рухаються лише в одному напрямку.
Змінний струм також називають мережевим струмом, побутовим струмом, побутовою електроживленням, лінійним живленням або розеткою, оскільки це напруга, що подається з розетки. У світі напруга змінного струму коливається від 100 до 240 В. Швидкість зміни напрямку зазвичай становить від 50 до 60 разів на секунду та позначається як герци (Гц). Дві найпоширеніші частоти - 50 Гц та 60 Гц. Обладнання, призначене для використання змінного струму, як правило, потребує великої напруги, тому напруга знижується не так часто, як обладнання, що використовує постійний струм.
Постійний струм забезпечує постійний потік струму до пристрою. Оскільки спочатку подається змінний струм, живлення спочатку потрібно перетворити зі змінного на постійний. Більшість невеликих електронних пристроїв (таких як комп'ютери) потребують постійного струму для роботи з перетворювачем змінного струму в постійний від мережі. Змінний струм використовується для обладнання з двигунами (наприклад, холодильники). Тип струму використовувати залежить від навантаження, яке живиться.
УВАГА: ХОЧА І ЗМІННИЙ, І ПОСТІЙНИЙ СТРУМ МОЖУТЬ ВРАЖИТИ ВАС СТРУМОМ, ЗМІННИЙ СТРУМ СТВОРЮЄ НАБАГАТО БІЛЬШИЙ РИЗИК, ОСКІЛЬКИ СИЛА СТРУМУ НАБАГАТО БІЛЬША. ПЕРЕКОНАЙТЕСЯ, ЩО ВСЬЕ ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯ, ЯКЕ ПІДКЛЮЧЕНЕ ДО МЕРЕЖІ ЗМІННОГО СТРУМУ, МАЄ ПРИСТРІЙ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НА ЗАЗЕМЛЕННЯ (GFCI).

ТЕОРІЯ НЕРЕГУЛЬОВАНОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Оскільки нерегульовані блоки живлення не мають вбудованих регуляторів напруги, вони зазвичай розроблені для вироблення певної напруги при певному максимальному вихідному струмі навантаження. Зазвичай це блокові зарядні пристрої, які перетворюють змінний струм на невелику кількість постійного струму та часто використовуються для живлення таких пристроїв, як побутова електроніка. Вони є найпоширенішими адаптерами живлення та мають прізвисько «настінна бородавка».

Вихідна напруга постійного струму залежить від внутрішнього трансформатора зниження напруги та повинна бути якомога точніше узгоджена зі струмом, необхідним для навантаження. Зазвичай вихідна напруга зменшується зі збільшенням струму, що подається на навантаження.

З нерегульованим джерелом живлення постійного струму вихідна напруга змінюється залежно від розміру навантаження. Зазвичай воно складається з випрямляча та конденсатора для згладжування, але не має регулювання для стабілізації напруги. Воно може мати схеми безпеки та найкраще підходить для застосувань, які не потребують точності.

Рисунок 4: Блок-схема — Нерегульоване лінійне живлення

Переваги нерегульованих джерел живлення полягають у тому, що вони довговічні та можуть бути недорогими. Однак їх найкраще використовувати, коли точність не є обов'язковою вимогою. Вони мають залишкову пульсацію, подібну до тієї, що показана на рисунку 3.

ПРИМІТКА: Компанія Wavelength не рекомендує використовувати нерегульовані джерела живлення з будь-яким із наших продуктів.

Магазин Gtest® - офіційний постачальник джерел (блоків) живлення постійного струму в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnee-pribory/bloky-pitaniya