Τύποι τροφοδοσίας

Στην ηλεκτρική μηχανική, ένα τροφοδοτικό είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια στην ηλεκτρική τάση εξόδου, ρεύμα και συχνότητα που απαιτείται από μια συνδεδεμένη ηλεκτρική συσκευή. Μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε συνεχές ρεύμα και τροφοδοτεί διάφορες ηλεκτρονικές συσκευές (υπολογιστή, τηλεόραση, εκτυπωτή, ρούτερ κ.λπ.). Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι τροφοδοτικών: μια πηγή τάσης (παρέχει σταθερή τάση) και μια πηγή ρεύματος (παρέχει σταθερό ρεύμα).

Τα τροφοδοτικά για ηλεκτρονικές συσκευές μπορούν να χωριστούν κυρίως σε γραμμικά και παλμικά:

• γραμμικά τροφοδοτικά στα οποία το αντίστοιχο στοιχείο είναι μετασχηματιστής (υπάρχουν και γραμμικά τροφοδοτικά χωρίς μετασχηματιστές).
• μεταγωγή τροφοδοτικών με χρήση διαφόρων τύπων ηλεκτρονικών συστημάτων (μετατροπείς τάσης).

Τα γραμμικά έχουν σχετικά απλό σχεδιασμό που μπορεί να γίνει πιο περίπλοκο καθώς αυξάνεται το ρεύμα που χρειάζονται για να τροφοδοτήσουν, αλλά η ρύθμιση της τάσης τους δεν είναι πολύ αποτελεσματική για αυτά.

Το ρεύμα είναι αναπόσπαστο μέρος πολλών συσκευών. Μερικοί από τους κύριους τύπους είναι:

• Μονάδα παροχής ισχύος ώθησης. Επί του παρόντος, τα περισσότερα τροφοδοτικά κατασκευάζονται με τη μορφή τροφοδοτικών μεταγωγής. Το πλεονέκτημά τους είναι κυρίως το χαμηλότερο βάρος. Όταν ο έλεγχος στερεάς κατάστασης και τα τροφοδοτικά δεν ήταν ακόμη διαθέσιμα, χρησιμοποιήθηκαν βαρύτερα, πιο ανθεκτικά τροφοδοτικά μετασχηματιστή για να επιτρέψουν χαμηλού κόστους σχέδια τροφοδοσίας μεταγωγής.
• Τροφοδοτικό υπολογιστή. Οι υπολογιστές περιέχουν ένα τροφοδοτικό μεταγωγής που μετατρέπει τη χαμηλή τάση AC από το δίκτυο διανομής (230 V, 50 Hz) στη χαμηλή τάση που χρησιμοποιείται στα ηλεκτρικά κυκλώματα του υπολογιστή (DC 3,3 V, 5 V και 12 V).
• Προσαρμογέας δικτύου. Είναι μια μικρή πηγή ισχύος μεταγωγής σε σχήμα και μέγεθος όπως ένα τυπικό ηλεκτρικό βύσμα (όπως ένας φορτιστής κινητού τηλεφώνου) που χρησιμοποιείται σε τροφοδοτικό 230 volt που παρέχει τη χαμηλή τάση που απαιτείται για μια συγκεκριμένη ηλεκτρική ή ηλεκτρονική συσκευή. Οι μετασχηματιστές AC χρησιμοποιούνται συνήθως με συσκευές και συσκευές που δεν διαθέτουν δικό τους εσωτερικό τροφοδοτικό.
• Πηγή ισχύος συγκόλλησης. Οι πηγές συγκόλλησης παρέχουν υψηλό ρεύμα (συνήθως εκατοντάδες αμπέρ) που επιτρέπει στο μέταλλο να λιώσει τοπικά και έτσι να ενωθεί. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν οι λεγόμενοι μετασχηματιστές συγκόλλησης (με ειδικούς ηλεκτρομαγνητικούς μετασχηματιστές σχεδιασμένους για υψηλά ρεύματα συγκόλλησης), πιο σύγχρονοι είναι μετατροπείς συγκόλλησης με ηλεκτρονικό έλεγχο.

Εσωτερική αντίσταση του τροφοδοτικού

Ένα ιδανικό τροφοδοτικό, ως πηγή τάσης, παρέχει πάντα την ίδια τάση ανεξάρτητα από το συνδεδεμένο φορτίο (δηλαδή η τάση τροφοδοσίας είναι σταθερή σε διαφορετικές έλξεις ρεύματος).

Ωστόσο, δεν υπάρχει τέλεια πηγή γιατί εσωτερική αντίσταση μια αληθινή πηγή περιορίζει το μέγιστο ρεύμα που μπορεί να διαρρέει το κύκλωμα.

Αυτό το τροφοδοτικό μπορεί να χρησιμοποιήσει έναν ρυθμιστή τάσης για να παρέχει μια σταθερή τάση εξόδου, η οποία παρέχεται από την πτώση τάσης (η διαφορά μεταξύ των τάσεων εισόδου και εξόδου του ρυθμιστή). Παράδειγμα - Ρυθμιστής τάσης μεταγωγής

Έτσι, ανάλογα με την ποιότητα της τάσης εξόδου, τα τροφοδοτικά διακρίνονται:

• σταθεροποιημένες πηγές, η τάση των οποίων διατηρείται σε σταθερό επίπεδο, ανεξάρτητα από τις διακυμάνσεις του ρεύματος,
• μη ρυθμιζόμενες πηγές όπου η τάση εξόδου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τις διακυμάνσεις του ρεύματος.

Γραμμικά τροφοδοτικά μετασχηματιστή

Οι κλασικές γραμμικές πηγές αποτελούνται από τα ακόλουθα στοιχεία: έναν μετασχηματιστή, έναν ανορθωτή, ένα φίλτρο και έναν ρυθμιστή τάσης.

Σχηματικό διάγραμμα γραμμικής παροχής ρεύματος

Πρώτον, ο μετασχηματιστής μετατρέπει την τάση δικτύου σε μειωμένη τάση και παρέχει γαλβανική μόνωση… Ένα κύκλωμα που μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα σε παλμικό συνεχές ρεύμα ονομάζεται ανορθωτής (τα κυκλώματα γέφυρας διόδου χρησιμοποιούνται για ανόρθωση), στη συνέχεια ένα φίλτρο με πυκνωτές και επαγωγείς μειώνει τον κυματισμό. Περισσότερα για τα φίλτρα — Φίλτρα ισχύος.

Η ρύθμιση ή η σταθεροποίηση της τάσης σε μια δεδομένη τιμή επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας το λεγόμενο Ένας ρυθμιστής τάσης στην κατασκευή του οποίου τρανζίστορ.

Το τρανζίστορ στο κύκλωμα λειτουργεί ως ρυθμιζόμενη αντίσταση.Στην έξοδο αυτού του σταδίου, για να επιτευχθεί μεγαλύτερη σταθερότητα στο κύμα, υπάρχει ένα δεύτερο στάδιο φιλτραρίσματος (αν και όχι απαραίτητα, όλα εξαρτώνται από τις απαιτήσεις σχεδιασμού), μπορεί να είναι ένας συμβατικός πυκνωτής.

Μεταξύ των τροφοδοτικών υπάρχουν εκείνα στα οποία βρίσκεται η ισχύς που παρέχεται στο φορτίο ρυθμίζεται από θυρίστοργια την παροχή της απαιτούμενης τάσης και ισχύος στο φορτίο.

Γερμανικό εργαστηριακό τροφοδοτικό

Σύγχρονα γραμμικά τροφοδοτικά

Η σταθεροποίηση της τάσης στον βασικό τύπο γραμμικών πηγών επιτυγχάνεται με τη σύνδεση ενός ειδικού στοιχείου παράλληλα με ένα κύκλωμα που τροφοδοτείται από μια μη ρυθμισμένη πηγή υψηλότερης τάσης μέσω μιας κατάλληλης αντίστασης, της οποίας το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης δείχνει μια απότομη αύξηση του ρεύματος στην απαιτούμενη Τάση. Είναι ένα τέτοιο στοιχείο Δίοδος Ζένερ, το οποίο λειτουργεί σε ένα ευρύ φάσμα τάσεων κατωφλίου.

Τα μειονεκτήματα μιας τροφοδοσίας διόδου zener είναι σχετικά χαμηλή σταθερότητα τάσης εξόδου, σχετικά μικρό εύρος ρεύματος και ιδιαίτερα χαμηλή απόδοση, καθώς η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα στη σειρά αντίστασης και στην ίδια τη δίοδο zener.

Οι σύγχρονες γραμμικές πηγές (συνήθως με τη μορφή ολοκληρωμένου κυκλώματος) χρησιμοποιούν ένα στοιχείο μεταβλητής σύνθετης αντίστασης (τρανζίστορ γραμμικής λειτουργίας) το οποίο ελέγχεται με ανάδραση με βάση τη διαφορά μεταξύ της τάσης εξόδου και της τάσης συνεχούς ρεύματος από μια εσωτερική τάση αναφοράς (με βάση μια δίοδο κύκλωμα, αλλά με μικρό συνεχές ρεύμα).

Τυπικές γραμμικές πηγές είναι τα IC 78xx (π.χ. το 7805 είναι μια πηγή τάσης 5V) και τα παράγωγά τους.

Το μειονέκτημα τέτοιων γραμμικών τροφοδοτικών είναι η χαμηλή τους απόδοση (και επειδή η απαγωγή ισχύος στο ολοκληρωμένο κύκλωμα ποικίλλει ανάλογα με τη θερμότητα και την ανάγκη για ψύξη), ειδικά όταν υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ των τάσεων εισόδου και εξόδου και των υψηλών ρευμάτων. Επίσης μερικές φορές είναι μειονέκτημα ότι η τάση εξόδου είναι πάντα χαμηλότερη από την τάση εισόδου.

Το πλεονέκτημα έγκειται στο χαμηλό τους κόστος, το μικρό μέγεθος, την ευκολία χρήσης και την έλλειψη παρεμβολών από το εξωτερικό και στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ενσωματωμένη παροχή ρεύματος σε εργαστήριο ηλεκτρολόγων μηχανικών

Εναλλαγή τροφοδοτικών

Σε παλμικά τροφοδοτικά, χρησιμοποιείται ένα τρανζίστορ πεδίου, το οποίο κλείνει περιοδικά σε σχετικά υψηλή συχνότητα (δεκάδες kHz ή περισσότερο) και αυξάνει την τάση εισόδου ενός κυκλώματος που αποτελείται από ένα συνδυασμό πηνίου, πυκνωτή και διόδου. Με έναν κατάλληλο συνδυασμό αυτών των στοιχείων, είναι δυνατό να επιτευχθεί μείωση και αύξηση τάσης.

Ένας άλλος τύπος παλμικής τροφοδοσίας είναι ένα τροφοδοτικό με μετασχηματιστή και μετέπειτα ανορθωτή διόδου, το οποίο εκμεταλλεύεται τις πλεονεκτικές ιδιότητες (μικρότερο μέγεθος μετασχηματιστή σε υψηλά ρεύματα, μικρότερες μαγνητικές απώλειες) των σύγχρονων μαγνητικών υλικών (φερρίτες) σε υψηλές συχνότητες . Αλλάζοντας τη συχνότητα, μπορείτε να επιτύχετε αλλαγή στην τάση εξόδου.

Έτσι, ένα τέτοιο τροφοδοτικό περιλαμβάνει ένα κύκλωμα (συνήθως με τη μορφή ενός ολοκληρωμένου κυκλώματος) που παρέχει διακύμανση συχνότητας με βάση την ανάδραση από την τάση εξόδου για να παρέχει μια σταθερή τάση εξόδου κάτω από ποικίλα φορτία.

Περισσότερα για τα τροφοδοτικά μεταγωγής: Γενικές αρχές, πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των τροφοδοτικών μεταγωγής

Επειδή τα τροφοδοτικά μεταγωγής λειτουργούν με τάσεις και ρεύματα τετραγωνικού κύματος, συνήθως εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Επομένως, κατά τη δημιουργία και τη χρήση τους, είναι απαραίτητο να τηρούνται οι αρχές της ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC).

Εξοπλισμός εργαστηρίου

Σε ένα συνεργείο ή εργαστήριο, χρησιμοποιείται τροφοδοτικό ακριβείας για μέτρηση, δοκιμή και αντιμετώπιση προβλημάτων. Αυτά τα εργαστηριακά τροφοδοτικά μετατρέπουν, διορθώνουν και ρυθμίζουν τις τάσεις καθώς και τα ρεύματα εξόδου, έτσι ώστε οι μετρήσεις να μπορούν να γίνουν χωρίς να προκληθούν ζημιές στις υπό δοκιμή συσκευές.

Δείτε επίσης:Τροφοδοτικά για συσκευές βιομηχανικού αυτοματισμού