Není žádným tajemstvím, že provoz zařízení, na kterém je zatížen, závisí na správné volbě napájecího zdroje (dále jen PSU), jeho konstrukci a kvalitě provedení. Zde se pokusím hovořit o hlavních bodech výběru, výpočtu, návrhu a použití napájecích zdrojů.

1. Výběr zdroje napájení

Prvním krokem je jasně pochopit, co přesně bude připojeno k napájení. Zajímá nás především zatěžovací proud. To bude hlavní bod technických specifikací. Na základě tohoto parametru bude vybrán obvod a základna prvku. Uvedu příklady zátěží a jejich průměrný odběr proudu

1. LED světelné efekty (20-1000mA)

2. Světelné efekty na miniaturních žárovkách (200mA-2A)

3. Světelné efekty na výkonných lampách (až 1000A)

4. Miniaturní polovodičové rádiové přijímače (100-500mA)

5. Přenosné audio zařízení (100mA-1A)

6. Autorádia (až 20A)

7. Automobilový UMZCH (přes 12V linku až 200A)

8. Stacionární polovodič UMZCH (s výstupním výkonem ne vyšším než 1 kW do 40 A)

9. Trubice UMZCH (10mA-1A – anoda, 200mA-8A – vlákno)

10. Trubkové HF transceivery [koncový stupeň ve třídě C se vyznačuje nejvyšší účinností] (s výkonem vysílače do 1 kW, do 5A – anoda, do 10A – vlákno)

11. Polovodičové HF transceivery, CB (s výkonem vysílače až 100W, 1 – 5A)

12. Elektronkové VHF radiostanice (s výkonem vysílače do 50W, do 1A – anoda, do 3A – vlákno)

13. Polovodičové VHF vysílačky (až 5A)

14. Polovodičové televizory (až 5A)

15. Počítačové vybavení, kancelářské vybavení, síťová zařízení [LAN rozbočovače, přístupové body, modemy, routery] (500mA – 30A)

16. Nabíječky baterií (až 10A)

17. Řídicí jednotky pro domácí spotřebiče (do 1A)

Nutno podotknout, že u mnoha zařízení může odběr proudu při provozu výrazně kolísat. Jedná se o UMZCH, transceivery (zejména v telegrafním režimu), výkonné SDU. Při výběru zdroje byste se proto měli zaměřit nikoli na průměrný odběr proudu a už vůbec ne na proud v tichém režimu, ale na špičkový odběr. Pro napájení analogové elektroniky s příkonem do 500W doporučuji lineární zdroje. Navíc jsou vícekanálové (s několika výstupními napětími). Obvody s velkým odběrem proudu se zpravidla obejdou bez stabilizace napětí. Měli byste také věnovat pozornost oddělení napětí. To se týká především audio zařízení a radiokomunikačních zařízení. V některých případech může být dokonce vyžadováno galvanické oddělení mezi obvody (např. při navrhování Hi-End lamp UMZCH galvanické oddělení anodových obvodů zabrání vlivu koncového stupně na napěťový zesilovač. Blokuje také parazitní zpětnou vazbu na napájecím zdroji). Jak se to dělá, bude popsáno níže. Pro výkonnější analogová zařízení, stejně jako jakákoliv digitální zařízení, můžeme doporučit spínané zdroje, protože tepelné podmínky a hmotnostní a rozměrové charakteristiky lineárních zdrojů takového napájení jsou velmi žádoucí. Obecně platí, že výkonné komponenty zařízení nejsou na napájení nijak zvlášť náročné, ale provoz protihlukových slaboproudých komponent do značné míry závisí na kvalitě napájení. Pojďme se tedy podívat na krmítko zevnitř.

ČTĚTE VÍCE
Proč je potřeba startér do zářivky Principy fungování?

2. Bezpečnostní pravidla

Nezapomínejme, že napájecí zdroj je v každém zařízení (snad kromě televizoru) nejvyšší složkou napětí. Nebezpečí navíc nepředstavuje pouze průmyslová elektrická síť (220V). Napětí v anodových obvodech lampového zařízení může dosáhnout desítek a dokonce stovek (v rentgenových instalacích) kilovoltů (tisíce voltů). Proto musí být všechny vysokonapěťové oblasti (včetně společného vodiče) izolovány od krytu. Každý, kdo položil nohu na systémovou jednotku a dotkl se baterie, to dobře ví. Elektrický proud může být nebezpečný nejen pro lidi a zvířata, ale i pro samotné zařízení. To znamená poruchy a zkraty. Tyto jevy nejen poškozují rádiové komponenty, ale jsou také velmi nebezpečné pro požár. Narazil jsem na některé izolační konstrukční prvky, které byly v důsledku vysokého napětí proraženy a vypáleny na dřevěné uhlí a neshořely úplně, ale v kanálku. Uhlí vede proud a tím vytváří zkrat (dále zkrat) do pouzdra. Navíc zvenčí není vidět. Proto by mezi dvěma vodiči připájenými k desce měla být vzdálenost přibližně 2 mm na volt. Pokud mluvíme o smrtelných napětích, pak musí být kryt vybaven mikrospínači, které automaticky deaktivují zařízení, když je stěna odstraněna z nebezpečné oblasti konstrukce. Konstrukční prvky, které se během provozu velmi zahřívají (radiátory, výkonná polovodičová a vakuová zařízení, rezistory s výkonem nad 2W), je nutné z desky odstranit (nejlepší varianta) nebo nad ni alespoň zvednout. Rovněž není dovoleno dotýkat se krytů topných rádiových prvků, s výjimkou případů, kdy je druhým prvkem teplotní čidlo prvního. Takové prvky není dovoleno plnit epoxidovou pryskyřicí nebo jinými sloučeninami. Dále musí být zajištěno proudění vzduchu do oblastí s vysokým ztrátovým výkonem a v případě potřeby nucené chlazení (až po chlazení odpařováním). Tak. Dohnal jsem strach, teď o práci.

3. Ohmův a Kirchhoffův zákon byly a budou základem pro vývoj jakéhokoli elektronického zařízení.

3.1. Ohmův zákon pro část obvodu

5-187-1.png

Síla proudu v sekci obvodu je přímo úměrná napětí aplikovanému na sekci a nepřímo úměrná odporu sekce. Na tomto principu je založena činnost všech omezovacích, zhášecích a předřadných odporů.

Tento vzorec je dobrý, protože „U“ může znamenat jak napětí na zátěži, tak napětí v části obvodu zapojeného do série se zátěží. Máme například žárovku 12V/20W a zdroj 17V, ke kterému potřebujeme tuto žárovku připojit. Potřebujeme rezistor, který sníží 17V na 12.

Ilustrace Ohmova zákona

Obr

Takže víme, že když jsou prvky zapojeny do série, napětí na nich se mohou lišit, ale proud je vždy stejný v jakékoli části obvodu. Vypočítejme proud spotřebovaný žárovkou:

5-187-3.png

5-187-4.png

To znamená, že přes rezistor protéká stejný proud. Jako napětí bereme úbytek napětí na zhášecím rezistoru, protože je to skutečně stejné napětí, které působí na tento rezistor ()

5-187-5.png

5-187-6.png

Z výše uvedeného příkladu je zcela zřejmé, že. Navíc to platí nejen pro rezistory, ale například i pro reproduktory, pokud si spočítáme, jaké napětí je potřeba přivést na reproduktor o daném výkonu a odporu, aby tento výkon vyvinul.

ČTĚTE VÍCE
Jaké ruční nářadí se používá k nanášení sádry?

3.2. Ohmův zákon pro úplný obvod

Než k němu přistoupíme, musíme jasně pochopit fyzikální význam vnitřního a výstupního odporu. Předpokládejme, že máme nějaký zdroj EMF. Vnitřní (výstupní) odpor je tedy imaginární odpor zapojený do série s ním.

Ohmův zákon pro kompletní obvod

Obr

Ve skutečnosti ve zdrojích proudu přirozeně takové odpory nejsou, ale generátory mají odpor vinutí, zásuvky mají odpor vodičů, baterie mají odpor elektrolytu a elektrody atd. Při připojení zátěže se tento odpor chová úplně stejně jako sériově zapojený odpor.

5-187-8.png

kde: ε – EMF
I – síla proudu
R – zátěžová odolnost
r – odpor vnitřního zdroje

Ze vzorce je zřejmé, že s rostoucím vnitřním odporem výkon klesá v důsledku úbytku vnitřního odporu. To lze také vidět z Ohmova zákona pro část řetězu.

3.3 Kirchhoffovo pravidlo nás bude zajímat jediné: součet proudů vstupujících do obvodu je roven proudu (součtu proudů), který z něj odchází. Tito. bez ohledu na zatížení a bez ohledu na to, z kolika větví se skládá, bude síla proudu v jednom z napájecích vodičů rovna síle proudu ve druhém vodiči. Ve skutečnosti je tento závěr zcela zřejmý, pokud mluvíme o uzavřeném okruhu.

Vše se zdá být jasné se zákony proudění. Pojďme se podívat, jak to vypadá v reálném hardwaru.

4. Nádivka

Všechny napájecí zdroje jsou do značné míry podobné designem a základnou prvků. To je způsobeno skutečností, že celkově plní stejné funkce: změna napětí (vždy), usměrnění (nejčastěji), stabilizace (často), ochrana (často). Nyní se podívejme na způsoby, jak tyto funkce implementovat.

4.1. Změna napětí nejčastěji realizované pomocí různých transformátorů. Tato možnost je nejspolehlivější a nejbezpečnější. Existují také beztransformátorové napájecí zdroje. Ke snížení napětí využívají kapacitu kondenzátoru zapojeného do série mezi zdroj proudu a zátěž. Výstupní napětí takových napájecích zdrojů zcela závisí na zatěžovacím proudu a jeho přítomnosti. I při krátkodobém odstavení zátěže takové zdroje selžou. Kromě toho mohou pouze snížit napětí. Proto takové zdroje pro napájení REA nedoporučuji. Zaměřme se tedy na transformátory. Lineární zdroje využívají transformátory s frekvencí 50 Hz (frekvence průmyslové sítě). Transformátor se skládá z jádra, primárního vinutí a několika sekundárních vinutí. Střídavý proud vstupující do primárního vinutí vytváří magnetický tok v jádře. Tento tok, jako magnet, indukuje emf v sekundárních vinutích. Napětí na sekundárním vinutí je určeno počtem závitů. Poměr počtu závitů (napětí) sekundárního vinutí k počtu závitů (napětí) primárního vinutí se nazývá transformační poměr (η). Je-li η>1 transformátor se nazývá zvyšovací transformátor, jinak – klesající transformátor. Existují transformátory s η=1. Takové transformátory nemění napětí a slouží pouze pro galvanická izolace řetězy (obvody se považují za galvanicky izolované, pokud nemají přímý společný elektrický kontakt. Přestože jimi protékající proudy na sebe mohou působit. Například “Modrý Zub“nebo žárovka a solární baterie přivedená k ní nebo rotor a stator elektromotoru nebo neonová lampa přivedená k anténě vysílače). Proto nemá smysl je používat v napájení. Impulsní transformátory pracují na stejném principu, jen s tím rozdílem, že nejsou napájeny napětím přímo ze zásuvky. Nejprve se převede na impulsy vyšší frekvence (obvykle 15-20 kHz) a tyto impulsy se přivedou na primární vinutí transformátoru. Opakovací frekvence těchto pulzů se nazývá frekvence konverze pulzního napájení. S rostoucí frekvencí se zvyšuje indukční reaktance cívky, takže vinutí pulzních transformátorů obsahuje méně závitů ve srovnání s lineárními. Díky tomu jsou kompaktnější a lehčí. Pulzní zdroje se však vyznačují vyšší mírou rušení, horšími tepelnými podmínkami a jsou složitější v návrhu obvodu, tudíž méně spolehlivé.

ČTĚTE VÍCE
Jaké tmely lze aplikovat na vlhký povrch?

4.2. Rovnání zahrnuje přeměnu střídavého (pulsního) proudu na stejnosměrný proud. Tento proces spočívá v rozkladu kladných a záporných půlvln na jejich příslušné póly. Existuje poměrně mnoho schémat, které vám to umožňují. Podívejme se na ty, které se používají nejčastěji.

4.2.1. Quatterbridge

Obvod půlvlnného usměrňovače

Obr

Nejjednodušší obvod půlvlnného usměrňovače. Funguje následovně. Kladná půlvlna prochází diodou a nabíjí C1. Záporná půlvlna je blokována diodou a obvod se zdá být přerušený. V tomto případě je zátěž napájena vybitím kondenzátoru. Je zřejmé, že pro provoz při 50 Hz musí být kapacita C1 relativně velká, aby byla zajištěna nízká úroveň zvlnění. Proto se obvod používá především ve spínaných zdrojích kvůli vyšší pracovní frekvenci.

4.2.2 Polomůstek (Latour-Delon-Grenachere zdvojovač)

Schéma polovičního mostu

Obr

Princip činnosti je podobný jako u čtvrtinového můstku, pouze zde jsou zapojeny do série. Kladná půlvlna prochází VD1 a nabíjí C1. Na záporné půlvlně se VD1 uzavře a C1 se začne vybíjet a záporná půlvlna prochází VD2. Mezi katodou VD1 a anodou VD2 se tedy objeví napětí, které je 2x vyšší než napětí sekundárního vinutí transformátoru (obr. 4a). Tento princip lze použít ke stavbě rozdělit БП. Toto je název pro napájecí zdroje, které produkují 2 napětí, která mají stejnou velikost, ale opačného znaménka (obr. 4b). Neměli bychom však zapomínat, že se jedná o 2 čtvrtinové můstky zapojené do série a kapacity kondenzátorů musí být dostatečně velké (vycházíme alespoň z 1000 μF na 1A proudového odběru).

4.2.3. Celý most

Nejběžnější obvod usměrňovače má nejlepší zatěžovací charakteristiky s minimální úrovní zvlnění a lze jej použít v unipolárních (obr. 5a) i dělených zdrojích (obr. 5b).

Můstkové usměrňovače

Obr

Obrázek 5c,d ukazuje činnost můstkového usměrňovače.

Jak již bylo zmíněno, různé obvody usměrňovače se vyznačují různými hodnotami faktoru zvlnění. Přesný výpočet usměrňovače obsahuje těžkopádné výpočty a v praxi je zřídka nutný, proto se omezíme na přibližný výpočet, který lze provést pomocí tabulky

Laboratorní napájecí zdroje (LPS) se od „běžných“ liší tím, že umožňují měnit a řídit jejich parametry (napětí a proud) a přizpůsobovat je požadavkům napájeného zařízení.

Na laboratorní zdroje jsou také často kladeny zvýšené požadavky na „čistotu“ výstupního napětí, ale v tomto ohledu neexistují jednotné požadavky – vše závisí na aplikaci.

ČTĚTE VÍCE
Jak dlouho trvá nabití baterie 18V šroubováku?

Laboratorní napájecí zdroje existují od nepaměti; a na některých místech se dokonce stále používají staré sovětské výrobky (a vlastně proč ne, když jsou v provozuschopném stavu?!).

Laboratorní zdroje mohou být spínané a lineární a mají také analogové nebo digitální ovládání parametrů.

Kromě laboratorních napájecích zdrojů existují i ​​jednodušší regulováno Zásoby energie. Umožňují pouze nastavit výstupní napětí, ale nemají ovládání nebo úpravu výstupního proudu. V tomto článku nebudou brány v úvahu, i když v některých případech mohou nahradit LBP.

Začněme výběr jednoduchým, ale výkonným pulzem laboratorní napájecí zdroj LW-K3010D (Přehled).

Podle zvyklostí značení moderních LBP je jejich maximální výstupní napětí a proud uvedeno zpravidla přímo v názvu. Například pro tuto jednotku je to 30 voltů a 10 ampérů.

Ale tento LPS bude stále výjimkou: ve skutečnosti může dodat vyšší napětí – až 32 voltů („bonus“ 2 volty od výrobce). Proudově prostě bez rezervy odpovídá deklarovaným charakteristikám.

Tento blok má čistě analogové nastavení výstupu.

V tomto případě se napětí nastavuje poměrně přesně (až 0.1 V) pomocí víceotáčkové proměnné; a hodnota výstupního stabilizačního proudu je naopak nastavena poměrně hrubě pomocí „běžné“ proměnné.

Mezi kladné vlastnosti této jednotky patří nejen vysoký výkon, ale také vertikální provedení, které na stole zabere málo místa.

Cena v době sestavování výběru je od 60 USD za doručení do Ruska.

Můžete si jej zakoupit na Aliexpress: Option 1 a Option 2.

Dále zvažte rodinu spínacích laboratorních napájecích zdrojů od stejného výrobce (Longwei), ale pokročilejší a dražší: od PS-302DF (30V, 2A) a nahoru PS-1003DF (100 V, 3 A); celkem – až 10 (!) možností pro kombinace napětí a proudu:

Tato řada napájecích zdrojů má stále čistě analogové ovládání, ale již bylo vylepšeno: existují regulátory pro hrubé a jemné nastavení pro napětí i proud.

Kromě toho byl vylepšen displej: byly přidány údaje o výkonu; a všechny indikátory jsou 4místné.

:)

A ke všemu mají bloky USB výstup 5V 2A pro nabíjení mobilních telefonů.

Cena – od 80 $ včetně doručení za standardní blok PS-3010DF (30V, 10A) spojka; a až 130 USD za nejvyšší napětí PS-1003DF (100V, 3A) spoj.

Podobných parametrů spínaných zdrojů od firmy existuje také řada Wanptek, ale s jiným designem. Tato řada obsahuje osm bloků s různými kombinacemi proudů a napětí: od NPS306W (30V, 6A) a nahoru NPS1203W (120V, 3A).

Jedna z řady těchto jednotek může dodávat napětí až 120 V; zatímco maximum konkurentů je obvykle 100 V.

Tyto napájecí zdroje mají tenký design, který zabírá málo místa na stole.

Displej může mít tři nebo čtyři číslice; K dispozici je indikátor výkonu dodávaného do zátěže.

ČTĚTE VÍCE
Jaké jsou požadavky na regály pro skladování hmotného majetku?

Cena bloků je od 56 do 89 USD.

Můžete si jej zakoupit na Aliexpress pomocí odkazů: Možnost 1 nebo Možnost 2.

Pro ty, kteří mají rádi „horké“, můžeme doporučit spínaný laboratorní zdroj Gophert CPS-3232 (32 V, 32 A). Celkový výkon – přes kilowatt!

Tento laboratorní zdroj má ploché provedení, a proto bude výhodnější jej použít na pracovišti vybaveném dalšími úrovněmi pracovního prostoru nad stolem.

Ale protože blok je impulsní, jeho hmotnost není příliš velká – asi 2.2 kg; navzdory velmi vysokému výkonu.

Jednotka má digitální ovládání, ale je poněkud „ošidné“: s jedním regulátorem kodéru a tlačítky pro přepínání nastavitelného parametru (proud nebo napětí). Není zde možnost zapamatovat si více nastavení.

Navíc podle recenzí může být jeho ventilátor hlučný.

Cena samozřejmě není malá: asi 250 dolarů (včetně dopravy).

Aktuální ceny a/nebo nákup napájecích zdrojů této výkonné rodiny na Aliexpress si můžete prohlédnout zde. Na stejném odkazu naleznete další bloky s parametry od 16 V / 60 A do 36 V / 30 A.

Následující laboratorní napájecí zdroj je KORAD KA3005D (30 V, 5 A).

Není příliš výkonný, ale má pokročilé digitální ovládání: dokáže si zapamatovat několik nastavení. Kromě toho lze napětí a proud nastavit s vysokou přesností; kterou zajišťují 4místné ukazatele.

Zdroj není nejlevnější, cena je cca 89 $ včetně dopravy.

Aktuální cenu a/nebo nákup na Aliexpress si můžete prohlédnout zde.

A konečně, nejneobvyklejší z dnes uvažovaných laboratorních napájecích zdrojů je 3kanálový lineární laboratorní napájecí zdroj KORAD KA3305P.

Jak se sluší na lineární zdroje, obsahuje hodně kovu v podobě transformátorů a radiátorů, a proto je velmi těžký. Jeho hmotnost je 9.4 kg.

Jeden z jeho kanálů je pevný a dodává napětí 5 V při proudu až 3 A. Zbývající dva kanály jsou nastavitelné v rozsahu 0-30 V s proudem 0-5 A. Nastavitelné kanály mohou pracovat buď „samy“ nebo zařazené v paralelním či sériovém režimu (návod je na webu prodejce, odkaz níže).

Tento zdroj má navíc schopnost zapamatovat si několik nastavení a USB rozhraní pro komunikaci s počítačem.

Cena této jednotky jistě přiměje spotřebitele respektovat tento napájecí zdroj a zacházet s ním opatrně. Cena je 284 USD včetně doručení do Ruska.

Aktuální cenu a/nebo nákup na Aliexpress si můžete prohlédnout zde.

Právě uvedený malý výběr nemůže pokrýt celou škálu modelů laboratorních napájecích zdrojů, ale ukazuje jejich hlavní třídy.

Laboratorní zdroje se mohou lišit nejen výkonem, ale také způsobem ovládání (digitální nebo analogový), přítomností paměti režimů, zobrazovanými parametry, počtem kanálů a nakonec i způsobem generování výstupního napětí – spínáním popř. lineární napájecí zdroje.

Lineární zdroje jsou nejdražší a nejtěžší, takže jejich použití musí být technicky odůvodněné. Obvykle se používají v oblastech, kde jsou kladeny zvýšené požadavky na úroveň vysokofrekvenčních pulzací a rušení.

Ve všech ostatních případech můžete použít spínané zdroje, jejichž cena je poměrně humánní.