Видове захранване

В електротехниката захранването е устройство, което преобразува електрическата енергия в изходното електрическо напрежение, ток и честота, изисквани от свързан електрически уред. Той преобразува променлив ток в постоянен ток и захранва различни електронни устройства (компютър, телевизор, принтер, рутер и др.). Има два различни вида захранване: източник на напрежение (осигурява постоянно напрежение) и източник на ток (осигурява постоянен ток).

Захранванията за електронни устройства могат да бъдат разделени главно на линейни и импулсни:

• линейна захранвания, в които съответстващият елемент е трансформатор (има и линейни захранвания без трансформатори);
• превключване на захранвания с помощта на различни видове електронни системи (преобразуватели на напрежение);

Линейните имат сравнително прост дизайн, който може да се усложни с увеличаване на тока, който трябва да захранват, но тяхното регулиране на напрежението не е много ефективно за тях.

Захранването е неразделна част от много устройства. Някои от основните видове са:

• Импулсен захранващ блок. В момента повечето захранвания се произвеждат под формата на импулсни захранвания. Тяхното предимство е главно по -ниското тегло. Когато полупроводниковото управление и захранванията все още не бяха налични, бяха използвани по -тежки, по -издръжливи захранвания с трансформатор, за да се позволи евтин дизайн на комутационно захранване.
• Компютърно захранване. Компютрите съдържат комутационно захранване, което преобразува ниско променливо напрежение от разпределителната мрежа (230 V, 50 Hz) в ниското напрежение, използвано в електрическите вериги на компютъра (DC 3.3 V, 5 V и 12 V).
• Мрежов адаптер. Това е малък импулсен източник на захранване, оформен и оразмерен като стандартен електрически щепсел (като например зарядно за мобилен телефон), използван на мрежово захранване от 230 волта, което осигурява ниското напрежение, необходимо за конкретно електрическо или електронно устройство. Мрежовите адаптери обикновено се използват с устройства и уреди, които нямат собствено вътрешно захранване.
• Заваръчен източник на енергия. Източниците на заваряване осигуряват висок ток (обикновено стотици ампера), който позволява на метала да се стопи локално и по този начин да се свърже. Преди това се използваха така наречените заваръчни трансформатори (със специални електромагнитни трансформатори, предназначени за високи заваръчни токове), по-модерни са заваръчни инвертори с електронно управление.

Вътрешно съпротивление на захранването

Идеалното захранване, като източник на напрежение, винаги осигурява едно и също напрежение, независимо от свързаното натоварване (т.е. напрежението на захранването е постоянно при различни потребления на ток).

Няма обаче перфектен източник, защото вътрешно съпротивление истински източник ограничава максималния ток, който може да тече през електрическата верига.

Това захранване може да използва регулатор на напрежение, за да осигури стабилно изходно напрежение, което се осигурява от спада на напрежението (разликата между входното и изходното напрежение на регулатора). Пример — Превключващ регулатор на напрежение

Така че според качеството на изходното напрежение се разграничават захранванията:

• стабилизирани източници, чието напрежение се поддържа на постоянно ниво, независимо от колебанията на тока,
• нерегламентирани източници, при които изходното напрежение може да варира в зависимост от колебанията на тока.

Трансформаторни линейни захранвания

Класическите линейни източници се състоят от следните елементи: трансформатор, токоизправител, филтър и регулатор на напрежението.

Схематична диаграма на линейно захранване

Първо, трансформаторът преобразува мрежовото напрежение в намалено напрежение и осигурява галванична изолация… Извиква се верига, която преобразува променлив ток в импулсен постоянен ток токоизправител (диодни мостови схеми се използват за коригиране), след това филтър с кондензатори и индуктори намалява пулсациите. Повече за филтрите — Захранващи филтри.

Регулирането или стабилизирането на напрежението до дадена стойност се постига с помощта на т. Нар. Регулатор на напрежението, в чиято конструкция транзистори.

Транзисторът във веригата действа като регулируемо съпротивление. На изхода на този етап, за да се постигне по -голяма стабилност в вълната, има втори етап на филтриране (макар и не непременно, всичко зависи от проектните изисквания), той може да бъде конвенционален кондензатор.

Сред захранванията има такива, при които захранването, подадено към товара, е регулирани от тиристориза подаване на необходимото напрежение и мощност към товара.

Германско лабораторно захранване

Съвременни линейни захранвания

Стабилизирането на напрежението в основния тип линейни източници се постига чрез свързване на специален елемент успоредно с верига, захранвана от нерегулиран източник на по-високо напрежение през подходящ резистор, чиято характеристика токово напрежение показва рязко увеличаване на тока при необходимото напрежение . Такъв елемент е Ценеров диод, който работи в широк диапазон от прагови напрежения.

Недостатъците на захранване с ценеров диод са относително ниската стабилност на изходното напрежение, относително малък обхват на тока и особено ниската ефективност, тъй като електрическата енергия се преобразува в топлина в последователния резистор и в самия ценеров диод.

Съвременните линейни източници (обикновено под формата на интегрална схема) използват променлив импедансен елемент (транзистор в линеен режим), който се управлява чрез обратна връзка въз основа на разликата между изходното напрежение и постояннотоковото напрежение от вътрешно референтно напрежение (въз основа на диод верига, но с малък постоянен ток).

Типичните линейни източници са интегрални схеми 78xx (например 7805 е източник на напрежение 5V) и техните производни.

Недостатъкът на такива линейни захранвания е ниската им ефективност (и тъй като разсейването на мощността в интегралната схема варира в зависимост от топлината и необходимостта от охлаждане), особено когато има голяма разлика между входното и изходното напрежение и високите токове.Понякога също е неблагоприятно, че изходното напрежение винаги е по -ниско от входното напрежение.

Предимството се състои в тяхната ниска цена, малки размери, лекота на използване и липса на смущения отвън и в електрическата верига.

Вградено захранване в лаборатория по електротехника

Превключване на захранвания

При импулсни захранвания се използва полеви транзистор, който периодично се затваря при относително висока честота (десетки kHz или повече) и увеличава входното напрежение на верига, състояща се от комбинация от бобина, кондензатор и диод.С подходяща комбинация от тези елементи може да се постигне намаляване и увеличаване на напрежението.

Друг вид импулсно захранване е захранване с трансформатор и последващ диоден токоизправител, който се възползва от изгодните свойства (по -малък размер на трансформатора при големи токове, по -ниски магнитни загуби) на съвременните магнитни материали (ферити) при високи честоти . Чрез промяна на честотата можете да постигнете промяна в изходното напрежение.

По този начин такова захранване включва верига (обикновено под формата на интегрална схема), която осигурява промяна на честотата въз основа на обратната връзка от изходното напрежение, за да осигури стабилно изходно напрежение при различни натоварвания.

Повече за превключване на захранванията: Общи принципи, предимства и недостатъци на импулсни захранвания

Тъй като импулсните захранвания работят с правоъгълни напрежения и токове, те обикновено излъчват електромагнитни вълни в широк честотен диапазон. Ето защо, когато ги създавате и използвате, е необходимо да спазвате принципите на електромагнитна съвместимост (ЕМС).

Лабораторно оборудване

В работилница или лаборатория се използва прецизно захранване за измерване, тестване и отстраняване на неизправности. Тези лабораторни захранвания преобразуват, коригират и регулират напрежения, както и изходни токове, така че да могат да се правят измервания, без да се повредят изпитваните елементи.

Вижте също:Захранващи устройства за устройства за промишлена автоматизация