Russian Arabic English French German Hungarian Japanese Romanian Turkish Ukrainian

Типы источников питания

     Существует много типов источников питания. Большинство разработано, чтобы преобразовать высокое напряжение электрической сети переменного тока (AC) в соответствующее низкое напряжение, для электроснабжения электронных схем и других устройств. Источник питания может быть разделен на ряд блоков, каждый из которых выполняет специальную функцию.
          Например, стабилизированный источник питания 5В:

Типы источников питания
Блок-схема стабилизированного источника питания

          Каждый из блоков описан более подробно ниже:

          Трансформатор - понижает высокое напряжение сети переменного тока (AC) к низкому напряжению AC.
          Выпрямитель - преобразовывает переменное напряжение в выпрямленное, но выходное DC является переменным.
          Фильтр – фильтрует DC, преобразуя большие помехи в маленькие.
          Стабилизатор - устраняет помехи, устанавливая выходное DC в постоянное напряжение.

          Электрическая схема и график выходного напряжения источников питания, построенные на основе этих блоков, описаны ниже :

          Только трансформатор
          Трансформатор + выпрямитель
          Трансформатор + выпрямитель + фильтр
          Трансформатор + выпрямитель + фильтр + стабилизатор

Двухполупериодные источники питания

          Некоторые электронные схемы нуждаются в электропитании с положительным и отрицательным выходным, а так же нулевым напряжениями (0V). Они называются двухполупериодные источниками, потому что это все равно, что два обычных источника питания, соединенные вместе как показано на рисунке.
          Двухполупериодные источники имеют три выхода, например у ±9В источника есть выходы: +9В, 0В и -9В.

Типы источников питания
Двухполупериодный источник

Трансформатор

Типы источников питания
Понижающий трансформатор

Трансформатор + выпрямитель

Типы источников питания

          Переменное выпрямленное выходное напряжение является подходящим для ламп, нагревателей и стандартных двигателей. Оно не является подходящим для электронных схем, если они не включают сглаживающий конденсатор.

Трансформатор + выпрямитель + фильтр

Типы источников питания

          Сглаженное постоянное напряжение имеет небольшие помехи. Оно является подходящим для большинства электронных схем.

Трансформатор + выпрямитель + фильтр + стабилизатор

Типы источников питания

          Стабилизированное постоянное напряжение очень стабильное и не имеет помех. Оно является подходящим для всех электронных схем.

Трансформатор

          Трансформаторы преобразуют переменное напряжение одного уровня в напряжение другого уровня с небольшой потерей мощности. Трансформаторы работают только на переменном напряжении, потому что большинство электрических сетей используют переменного напряжения.
          Повышающие трансформаторы увеличивают напряжение, понижающие трансформаторы уменьшают напряжение. Большинство источников питания используют понижающий трансформатор, чтобы уменьшить опасное высокое напряжение сети (230V в Великобритании) к более безопасному низкому напряжению.
          Входную обмотку называют первичной, а выходную обмотку называют вторичной. Электрического соединения между двумя обмотками нет, вместо этого они связаны переменным магнитным полем, которое создается в сердечнике трансформатора из мягкой стали. Две линии, в середине схемы, представляют собой сердечник.
          Трансформаторы рассеивают очень маленькую мощность, таким образом, мощность на входе (почти) равна выходной мощности. Следует отметить, что когда напряжение понижается, ток растет.
          Соотношение числа витков на каждой обмотке, называется коэффициентом трансформации и определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большее количество витков на своей первичной (входной) обмотке, которая соединена с высоким напряжением электрической сети, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) обмотке, чтобы выдавать низкое выходное напряжение.

Коэффициент трансформации = Vp/Vs = Np/Ns
выходная мощность = входная мощность Vs*Is = Vp*Ip

Vp = первичное (входное) напряжение,
Np = число витков первичной обмотки,
Ip = первичный (входой) ток,
Vs = вторичное (выходное) напряжение,
Ns = число витков вторичной обмотки,
Is = вторичный (выходной) ток

Выпрямитель

          Существует несколько способов соединения диодов, чтобы получить выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное. Мостовой выпрямитель является самым важным, и он производит все полуволны переменного выпрямленного напряжения. Двухполупериодный выпрямитель может также быть выполнен только из двух диодов, если используется трансформатор со средней точкой, но этот метод сейчас редко используется, так как диоды стоят дешевле. Один диод может использоваться как выпрямитель, но он только использует положительные (+) полуволны переменного напряжения, чтобы произвести полуволну, переменного выпрямленного напряжения.

Мостовой выпрямитель

          Мостовой выпрямитель может быть сделан, используя четыре индивидуальных диода, или комплексную сборку, содержащую эти четыре требуемые диода. Он называется двухполупериодным выпрямителем, потому что он использует всю волну переменного напряжения (и положительную и отрицательную части). 1.4В расходуется в мостовом выпрямителе, потому что каждый диод потребляет по 0.7В, когда проводит и всегда есть два проводниковых диода, как показано на рисунке ниже. Мостовые выпрямители оцениваются по максимальному току, который они могут пропустить и максимальному обратному напряжению, которому они могут противостоять (это должно быть равно, по крайней мере, тремя значениям действующего значения поставляемого напряжения, таким образом, выпрямитель может противостоять максимальным напряжениям).

Типы источников питания

          Пары чередующихся диодных соединений, соединены попарно так ,что переменное напряжение AC, преобразуется к одному значению DC.
          Выход: две полуволны переменного выпрямленного напряжения DC (используются все волны переменного напряжения).

Выпрямитель с одним доидом

          В качестве выпрямителя может использоваться один диод, но он производит полуволну, переменного выпрямленного напряжения DC, и имеет пробелы, при отрицательной полуволне переменного напряжения. Трудно сгладить такое напряжение достаточно хорошо, чтобы поставлять в электронные схемы, если они не требуют очень маленького тока, таким образом, сглаживающий конденсатор недостаточно разряжается во время пробелов.

Типы источников питания
Выпрямитель с одним доидом

          Выход: полуволны переменного выпрямленного напряжения DC (используется только половина волны AC).

Фильтрация

          Фильтрация (сглаживание) выполняется с помощью электролитического конденсатора большой емкости, связанного с источником постоянного тока DC, который работает как емкость, поставляя ток выходу, когда переменное выпрямленное напряжение DC от выпрямителя падает. На рисунке показаны: несглаженное переменное выпрямленное напряжение DC (пунктирная линия) и сглаженное DC (сплошная линия). Конденсаторные заряжается быстро возле максимума переменного выпрямленного напряжения, и затем разряжается после поставки тока к выходу.

Типы источников питания

          Следует отметить, что сглаживание значительно увеличивает среднее напряжение DC почти до максимального значения (1.4*действующее значение). Например, 6В действующего переменного напряжения AC соответствует полной волне DC приблизительно 4.6В действующего напряжения (1.4В теряется в мостовом выпрямителе), при сглаживании оно увеличивается к почти максимальному значению, дающему 1.4*4.6 = 6.4В сглаженного DC.
          Сглаживание не является идеальным из-за падения напряжения конденсатора во время его разрядки, что вносит небольшое напряжение пульсаций. Для многих схем пульсации, которые составляют 10 % напряжения питания, является допустимыми, и уравнение ниже позволяет определить необходимое значение емкости для сглаживающего конденсатора. Конденсатор большой емкости вносит меньшие пульсации. Значение емкости конденсатора должно быть удвоено, когда полуволна DC сглажена.

Сглаживающий конденсатор с 10% пульсацией,С = (5*Io)/(Vs*f)

С - ёмкость конденсатора в Фарадах (Ф);
Io - выходной ток от источника питания в Амперах (A);
Vs - напряжение питания в Вольтах (В), это - максимальное напряжение несглаженного напряжения;
f - частота источника переменного напряжения в Герцах (Гц), 50 Гц в Великобритании.

Стабилизатор

  Типы источников питания         Типы источников питания
Фотография регулятора напряжения © Быстрая Электроника

          Интегральный стабилизатор напряжения (ICs) совместим с постоянным (как правило, 5, 12 и 15В) или переменные выходным напряжением. Они также оцениваются по максимальному току, который они могут пропустить. Отрицательное регулирование напряжения доступно, главным образом для использования в двухполупериодных схемах. Большинство регуляторов включает некоторую автоматическую защиту от чрезмерного тока (защита от перегрузки) и перегрева (тепловая защита).
          Большинство интегральных стабилизаторов постоянного напряжения имеют 3 электропровода и выглядят как транзисторы большой мощности, такие как 7805 +5В 1A стабилизатор, показанный справа. Они включают отверстие для того, чтобы приложить теплоотвод в случае необходимости.

Стабилизатор со стабилитроном (параметрический стабилизатор)

Типы источников питания            Типы источников питания

          Для источников питания небольшого тока простой регулятор напряжения может быть сделан из резистора и стабилитрона, связанных противоположно как показано в рисунке. Стабилитроны оцениваются их напряжением пробоя Vz и максимальной мощностью Pz (как правило, 400 мВт или 1.3Вт).
          Резистор ограничивает ток (как фоторезистор). Ток через резистор является постоянным, когда нет никакого выходного тока, весь ток течет через стабилитрон и его номинальная мощность Pz, должна быть достаточно большой, чтобы противостоять этому.


          Выбор стабилитрона и резистора:

1. Напряжение стабилитрона Vz является требуемым выходным напряжением;
2. Входное напряжение должно быть на несколько вольт, больше чем Vz (оно должно учитывать небольшие колебания входного напряжения вследствие пульсаций);
3. Максимальный ток Imax - требуемый выходной ток, плюс 10 %;
4. Мощность стабилитрона Pz определяется максимальным током: Pz> Vz*Imax;
5. Сопротивление резистора: R = (Vs - Vz)/Imax;
6. Номинальная мощность резистора: P > (Vs - Vz)*Imax;

Пример: требуемое выходное напряжение 5V, требуемый выходной ток, 60mA.

1. Vz = 4.7V (ближайшее подходящее значение);
2. Vs = 8В ( должно быть несколько вольт, больше чем Vz);
3. Imax = 66мA (ток выхода плюс 10 %);
4. Pz>4.7V*66mA = 310 мВт, выбираем Pz = 400 мВт;
5. R = (8V - 4.7V)/66mA = 0.05КОм = 50Ом, выбираем R = 47Ом;
6.Оцениваем мощность резистора P>(8V - 4.7V)*66mA = 218 мВт, выбаем P = 0.5Вт

 

John Hewes 2008, The Electronics Club

Перевод: Фесенко Д.В.

Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика