Typy napájecích zdrojů

Regulovanými napájecími zdroji se obvykle rozumí napájecí zdroj schopný dodávat různá výstupní napětí užitečná pro testování elektronických obvodů na zkušebním stavu, případně s plynulou změnou výstupního napětí nebo jen s některými přednastavenými napětími. Téměř všechna elektronická zařízení používaná v elektronických obvodech potřebují k provozu stejnosměrný zdroj energie. Regulovaný napájecí zdroj v zásadě sestává z běžného napájecího zdroje a zařízení pro regulaci napětí. Výstup z běžného napájecího zdroje se přivádí do zařízení pro regulaci napětí, které poskytuje konečný výstup. Výstupní napětí zůstává konstantní bez ohledu na kolísání vstupního střídavého napětí nebo kolísání výstupního (nebo zátěžového) proudu, ale jeho amplituda se mění podle požadavku zátěže.

Některé z těchto typů napájecích zdrojů jsou popsány níže.

SMPS

Průmyslová snaha o zdrobnění, lehčí a produktivnější elektronické systémy podnítila pokrok SMPS, nic jiného než spínaný napájecí zdroj. K aktualizaci SMPS se běžně používají některé topologie. Spínaný napájecí zdroj je elektronický napájecí zdroj, který obsahuje spínací regulátor pro efektivní přeměnu elektrické energie. V tomto používáním vysokých spínacích frekvencí jsou velikosti výkonového transformátoru a souvisejících filtračních komponent v SMPS dramaticky sníženy ve srovnání s lineárním. Měniče DC na DC a měniče DC na AC patří do kategorie SMPS.

V lineárním regulačním obvodu nadměrné napětí z neregulovaného stejnosměrného vstupního napájení klesá přes sériový prvek, a proto dochází k úbytku energie v poměru k tomuto úbytku napětí, zatímco v spínaném obvodu je neregulovaná část napětí odstraněna modulací spínací funkce poměr. Spínací ztráty v moderních spínačích (jako: MOSFET) jsou mnohem menší ve srovnání se ztrátou v lineárním prvku.

Většina elektronických stejnosměrných zátěží je napájena ze standardních zdrojů energie. Standardní napětí zdroje bohužel nemusí odpovídat úrovním požadovaným mikroprocesory, motory, LED diodami nebo jinými zátěžemi, zvláště když zdrojové napětí není regulováno, jako jsou baterie a jiné stejnosměrné i střídavé zdroje.

Blokové schéma SMPS:

Hlavní myšlenku spínaného napájecího zdroje (SMPS) lze snadno pochopit z konceptu koncepčního vysvětlení převaděče DC-DC. Pokud je systémovým vstupem střídavý proud, pak je 1. fází převod na stejnosměrný proud. Tomu se říká náprava. SMPS se stejnosměrným vstupem nevyžaduje fázi nápravy. Mnoho novějších SMPS bude používat speciální obvod pro korekci účiníku (PFC). Sledováním sinusové vlny AC vstupu můžeme vytvořit vstupní proud. A usměrněný signál je filtrován vstupním rezervoárovým kondenzátorem, aby se vytvořil neregulovaný stejnosměrný vstupní zdroj. Neregulované stejnosměrné napájení je dáno vysokofrekvenčnímu spínači. U vyšších frekvencí jsou vyžadovány komponenty s vyšší úrovní kapacity a indukčnosti. V tomto lze MOSFET použít jako synchronní usměrňovače, které mají ještě nižší poklesy napětí na vodivém stupni. Vysoká spínací frekvence přepíná vstupní napětí na primární straně výkonového transformátoru. Hnací impulsy mají obvykle pevnou frekvenci a proměnný pracovní cyklus. Výstup sekundárního transformátoru je usměrněn a filtrován. Poté je odeslán na výstup napájecího zdroje. Regulace výstupu pro zajištění stabilizovaného napájení Dc se provádí pomocí řídicího nebo zpětnovazebního bloku.

Většina SMPS. Systémy pracují na bázi modulace šířky pulzu s pevnou frekvencí, kde se doba zapnutí měniče k výkonovému spínači mění podle jednotlivých cyklů. Signál šířky impulzu daný spínači je nepřímo úměrný výstupu výstupního napětí. Oscilátor je řízen zpětnovazebním napětím z regulátoru uzavřené smyčky. Toho je obvykle dosaženo použitím malého pulzního transformátoru nebo optického izolátoru, čímž se zvyšuje počet komponent. U SMPS závisí tok výstupního proudu na vstupním napájecím signálu, použitých úložných prvcích a topologií obvodů a také na vzoru použitém k pohonu spínacích prvků. Použitím LC filtrů jsou výstupní křivky filtrovány.

Výhody SMPS:

• Vyšší účinnost, protože spínací tranzistor rozptýlí malý výkon
• Nižší tvorba tepla díky vyšší účinnosti
• Menší velikost
• Nižší hmotnost
• Snížená harmonická zpětná vazba do napájecí sítě

Aplikace SMPS:

• Osobní počítače
• Odvětví obráběcích strojů
• Bezpečnostní systémy

Spolu se SMPS je dále diskutován další obvod pro regulované napájení a zálohování.

Lineární napájecí zdroje

Napájení pracovního stolu se zálohou

Napájecí zdroj pracovního stolu je stejnosměrný napájecí zdroj, který může poskytovat různá regulovaná stejnosměrná napětí, která se používají pro účely testování nebo řešení problémů. Byl navržen jednoduchý obvod regulovaného napájecího zdroje se záložní baterií, který lze použít jako napájecí zdroj pro pracovní stůl. Poskytuje regulované stejnosměrné napětí 12 V, 9 V a 5 V pro napájení prototypů při testování nebo při řešení problémů. Má také záložní baterii pro pokračování v práci, pokud dojde k výpadku napájení. Indikace vybité baterie je také k dispozici pro potvrzení stavu baterie.

Skládá se ze tří hlavních sekcí:

Usměrňovač a filtrační jednotka, která převádí střídavý signál na regulovaný stejnosměrný signál pomocí kombinace transformátoru, diod a kondenzátorů.

Baterie použitá jako alternativa, kterou lze dobít během hlavního napájení a použít jako zdroj energie v případě absence hlavního napájení.

Indikátor nabití baterie, který indikuje nabití a vybití baterie.

Transformátor 14-0-14, 500 mA, usměrňovací diody D1, D2 a vyhlazovací kondenzátor C1 napájecí část . Když je k dispozici síťové napájení, D3 předpíná a poskytuje více než 14 voltů stejnosměrného proudu na IC1, který pak poskytuje regulovaných 12 voltů, které lze odebírat z jeho výstupu. Současně IC2 dává regulovaných 9 voltů a IC3 regulovaných 5 voltů ze svých výstupů.

Jako záloha se používá 12voltová dobíjecí baterie 7,5 Ah. Pokud je k dispozici síťové napájení, nabíjí se prostřednictvím D3 a R1. R1 omezuje proud pro nabíjení. Režim Trickle Charge je bezpečný, aby se předešlo přebíjení, pokud je zdroj napájení delší dobu přepnut a baterie se nepoužívá. Nabíjecí proud bude kolem 100 - 150 mA. Když dojde k výpadku napájení ze sítě, zátěž přepne D3 a předpětí D4 a baterie. Baterie UPS je ideální volbou.

Zenerova dioda ZD a tranzistor PNP T1 tvoří indikátor vybití baterie. Tento druh uspořádání se používá u střídačů k indikaci stavu vybité baterie. Když je napětí baterie vyšší než 11 voltů, Zener vede a udržuje základnu T1 vysokou, aby zůstala vypnutá. Když napětí baterie poklesne pod 11 voltů, Zener se vypne a předpíše T1. (Zenerova dioda vede pouze tehdy, je-li její napětí vyšší než 1 volt nebo vyšší než její jmenovité napětí. Takže zde 10-voltová zenerova diriguje pouze tehdy, je-li napětí vyšší než 11 voltů.) Poté se rozsvítí kontrolka LED, která indikuje potřebu nabíjení baterie. VR1 nastaví správný bod vypnutí Zenerovy baterie. Nabijte plně baterii a změřte její svorkové napětí. Pokud je nad 12 voltů, upravte stěrač přednastavené VR1 ve střední poloze a mírně ji otáčejte, dokud nezhasne LED. Neotáčejte předvolbou do krajních konců. Baterie by měla vždy obsahovat dostatečné napětí nad 12 voltů (plně nabitá baterie bude ukazovat přibližně 13,8 voltů), pak dostatečné vstupní napětí získá pouze IC1.

Schéma zapojení vlastního zdroje bez napětí

V tomto schématu zapojení je dán regulovaný napájecí obvod, který i když regulátor s pevným napětím U1-LM7805 poskytuje nejen proměnnou, ale také automatické vypnutí funkce. Toho je dosaženo potenciometrem, který je připojen mezi společnou svorkou IC regulátoru a zemí. Při každém 100 ohmovém zvýšení hodnoty obvodu potenciometru RV1 v obvodu se výstupní napětí zvýší o 1 volt. Výstup se tedy pohybuje od 3,7 V do 8,7 V (s přihlédnutím k poklesu napětí 1,3 V na diody D7 a D8).

Pokud na jeho výstupní svorky není připojena zátěž, napájení se vypne. Toho je dosaženo pomocí tranzistorů Q1 a Q2, diod D7 a D8 a kondenzátoru C2. Když je na výstup připojena zátěž, je potenciální pokles potenciálu na diodách D7 a D8 (přibližně 1,3 V) dostatečný pro vedení tranzistorů Q2 a Q1. Výsledkem je, že relé dostane napětí a zůstane v tomto stavu, dokud zátěž zůstane připojena. Současně se kondenzátor C2 prostřednictvím tranzistoru Q2 nabije na potenciál přibližně 7 až 8 voltů. Ale když je zátěž (lampa zde v sérii s S2) odpojena, tranzistor Q2 je odpojen. Kondenzátor C2 je však stále nabitý a začíná se vybíjet přes základnu tranzistoru Q1. Po nějaké době (což je v zásadě určeno hodnotou C2) je relé RL1 bez napětí, které vypne síťový vstup na primární straně transformátoru TR1. Chcete-li znovu obnovit napájení, stiskněte na okamžik spínač S1. Zpoždění při vypnutí napájení se mění přímo s hodnotou kondenzátoru.

Byl použit transformátor se sekundárním napětím 12V-0V, 250mA, lze jej však změnit podle požadavku uživatele (maximálně do 30 V a jmenovitý proud 1 ampér). Pro odběr proudu nad 300 mA musí být regulátor IC vybaven malým chladičem přes slídový izolátor. Když sekundární napětí transformátoru vzroste nad 12 voltů (RMS), musí být znovu dimenzován potenciometr RV1. Mělo by být také předem stanoveno jmenovité napětí relé.

Variabilní napájecí zdroj využívající LM338

K napájení elektronických zařízení je často vyžadován stejnosměrný napájecí zdroj. Zatímco některé vyžadují regulované napájení, existuje mnoho aplikací, kde je třeba měnit výstupní napětí. Variabilní napájecí zdroj je ten, kde můžeme upravit výstupní napětí podle požadavků. Variabilní napájecí zdroj lze použít v mnoha aplikacích, jako je aplikace proměnného napětí na stejnosměrné motory, použití proměnného napětí na vysokonapěťové měniče DC-DC pro nastavení zesílení atd. Používá se většinou v testování elektronických projektů .

Hlavní součástí variabilního napájecího zdroje je jakýkoli regulátor, jehož výstup lze upravit pomocí jakýchkoli prostředků, jako je proměnný rezistor. Integrované obvody regulátoru, jako je LM317, poskytují nastavitelné napětí od 1,25 do 30V. Dalším způsobem je použití LM33 IC.

Zde se používá jednoduchý obvod s proměnným napájením pomocí LM33, což je vysokonapěťový regulátor napětí.

LM 338 je vysokonapěťový regulátor napětí, který může do zátěže dodávat proud vyšší než 5 ampérů. Výstupní napětí z regulátoru lze nastavit od 1,2 voltu do 30 voltů. K nastavení výstupního napětí je zapotřebí pouze dvou externích odporů. LM 338 patří do rodiny LM 138, která je k dispozici ve 3 terminálovém balení. Může být použit v aplikacích, jako je nastavitelný napájecí zdroj, regulátor konstantního proudu, nabíječky baterií atd. Pro testování obvodů zesilovače vysokého výkonu, při řešení problémů nebo při údržbě je nezbytný proměnný zdroj vysokého proudu. To umožňuje použití napájecího zdroje při vysokých přechodových zátěžích a rychlosti se spouštějí při plném zatížení. Ochrana proti přetížení zůstává funkční i při náhodném odpojení nastavovacího kolíku.

Popis obvodu

Základní obvod se skládá z následujících částí:

1. Krok dolů transformátoru, který způsobí pokles střídavého napětí o 230V.
2. Modul usměrňovače pro opravu střídavého signálu.
3. Vyhlazovací elektrolytický kondenzátor k odfiltrování stejnosměrného signálu a odstranění vln střídavého proudu.
4. LM338
5. Proměnný rezistor

Práce na okruhu

Níže je uveden variabilní napájecí zdroj využívající regulátor pozitivního napětí LM338. Napájení je odvozeno z 0-30 voltového 5 ampérového transformátoru. Modul usměrňovače 10 ampérů usměrňuje nízkonapěťový střídavý proud na stejnosměrný proud, který je vyhlazen zvlněním pomocí vyhlazovacího kondenzátoru C1. Kondenzátor C2 a C3 zlepšuje přechodné reakce. Výstupní napětí lze nastavit pomocí Pot VR1 na požadované napětí od 1,2 voltu do 28 voltů. D1 chrání proti C4 a D2 chrání proti C3 při vypnutí. Regulátor vyžaduje chladič.

Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.