Vrste napajanja

U elektrotehnici, napajanje je uređaj koji pretvara električnu energiju u izlazni električni napon, struju i frekvenciju potrebnu za priključeni električni uređaj. Pretvara izmjeničnu struju u istosmjernu i napaja različite elektroničke uređaje (računalo, TV, printer, router itd.). Postoje dvije različite vrste izvora napajanja: izvor napona (osigurava konstantan napon) i izvor struje (osigurava konstantnu struju).

Napajanja za elektroničke uređaje uglavnom se mogu podijeliti na linearna i impulsna:

• linearni izvori napajanja u kojima je odgovarajući element transformator (postoje i linearni izvori napajanja bez transformatora);
• sklopni izvori napajanja koji koriste različite vrste elektroničkih sustava (pretvarači napona);

Linearni imaju relativno jednostavan dizajn koji može postati kompliciraniji kako se povećava struja koju trebaju opskrbiti, ali im regulacija napona nije baš učinkovita.

Napajanje je sastavni dio mnogih uređaja. Neke od glavnih vrsta su:

• Jedinica za impulsno napajanje. Trenutno se većina izvora napajanja proizvodi u obliku prekidačkih izvora napajanja. Njihova prednost je uglavnom manja težina. Kada poluvodički upravljački i izvori napajanja još nisu bili dostupni, korišteni su teži, izdržljiviji transformatorski izvori napajanja kako bi se omogućio jeftin dizajn sklopnog napajanja.
• Napajanje računala. Računala sadrže prekidački izvor napajanja koji pretvara niski izmjenični napon iz distribucijske mreže (230 V, 50 Hz) u niski napon koji se koristi u električnim krugovima računala (DC 3,3 V, 5 V i 12 V).
• Mrežni adapter. To je mali prekidački izvor napajanja oblika i veličine standardnog električnog utikača (kao što je punjač za mobilni telefon) koji se koristi na mrežnom napajanju od 230 volti koji osigurava niski napon potreban za određeni električni ili elektronički uređaj. AC adapteri obično se koriste s uređajima i aparatima koji nemaju vlastito unutarnje napajanje.
• Izvor energije za zavarivanje. Izvori za zavarivanje daju visoku struju (obično stotine ampera) koja omogućuje lokalno taljenje i spajanje metala. Ranije su se koristili tzv. transformatori za zavarivanje (s posebnim elektromagnetskim transformatorima za velike struje zavarivanja), a moderniji su zavarivački invertori s elektroničkim upravljanjem.

Unutarnji otpor napajanja

Idealno napajanje, kao izvor napona, daje uvijek isti napon bez obzira na priključeno opterećenje (tj. napon napajanja je konstantan pri različitim strujama).

Međutim, nema savršenog izvora jer unutarnji otpor pravi izvor ograničava maksimalnu struju koja može teći kroz krug.

Ovo napajanje može pomoću regulatora napona osigurati stabilan izlazni napon, koji se osigurava padom napona (razlika između ulaznog i izlaznog napona regulatora). Primjer - Preklopni regulator napona

Dakle, prema kvaliteti izlaznog napona razlikuju se napajanja:

• stabilizirani izvori, čiji se napon održava na konstantnoj razini, bez obzira na strujne fluktuacije,
• neregulirani izvori gdje izlazni napon može varirati s fluktuacijama struje.

Transformatorski linearni izvori napajanja

Klasični linearni izvori sastoje se od sljedećih elemenata: transformatora, ispravljača, filtra i regulatora napona.

Shematski dijagram linearnog napajanja

Prvo, transformator pretvara mrežni napon u smanjeni napon i daje galvanska izolacija… Krug koji pretvara izmjeničnu struju u impulsnu istosmjernu zove se ispravljač (za ispravljanje se koriste sklopovi diodnog mosta), zatim filtar s kondenzatorima i prigušnicama smanjuje valovitost. Više o filterima — Filtri za napajanje.

Regulacija odnosno stabilizacija napona na zadanu vrijednost postiže se pomoću tzv Regulator napona u čijoj konstrukciji tranzistori.

Tranzistor u krugu djeluje kao podesivi otpor.Na izlazu ovog stupnja, kako bi se postigla veća stabilnost u valu, postoji drugi stupanj filtriranja (iako ne nužno, sve ovisi o zahtjevima dizajna), to može biti konvencionalni kondenzator.

Među izvorima napajanja postoje oni u kojima je snaga koja se dovodi do opterećenja reguliran tiristorimaza opskrbu potrošača potrebnim naponom i snagom.

Njemački laboratorijski izvor napajanja

Moderni linearni izvori napajanja

Stabilizacija napona u osnovnom tipu linearnih izvora postiže se spajanjem posebnog elementa paralelno sa strujnim krugom napajanim nereguliranim izvorom višeg napona preko odgovarajućeg otpornika, čija strujno-naponska karakteristika pokazuje nagli porast struje pri potrebnom napon. To je takav element Zener dioda, koji radi u širokom rasponu napona praga.

Nedostaci napajanja zener diode su relativno niska stabilnost izlaznog napona, relativno mali raspon struje i posebno niska učinkovitost, jer se električna energija pretvara u toplinu u serijskom otporniku iu samoj zener diodi.

Moderni linearni izvori (obično u obliku integriranog kruga) koriste element promjenjive impedancije (tranzistor linearnog načina) koji se kontrolira povratnom spregom na temelju razlike između izlaznog napona i istosmjernog napona iz internog referentnog napona (temeljenog na diodi krug, ali s malom istosmjernom strujom).

Tipični linearni izvori su 78xx IC (npr. 7805 je izvor napona od 5 V) i njihovi derivati.

Nedostatak takvih linearnih izvora napajanja je njihova niska učinkovitost (i zato što disipacija snage u integriranom krugu varira s toplinom i potrebom za hlađenjem), osobito kada postoji velika razlika između ulaznog i izlaznog napona i velikih struja. Također je ponekad nepovoljno što je izlazni napon uvijek niži od ulaznog napona.

Prednost leži u njihovoj niskoj cijeni, maloj veličini, jednostavnosti korištenja i nedostatku smetnji izvana iu električnom krugu.

Ugrađeno napajanje u elektrotehničkom laboratoriju

Preklopni izvori napajanja

U impulsnim napajanjima koristi se tranzistor s efektom polja, koji se povremeno zatvara na relativno visokoj frekvenciji (desetke kHz ili više) i povećava ulazni napon kruga koji se sastoji od kombinacije zavojnice, kondenzatora i diode. Odgovarajućom kombinacijom ovih elemenata moguće je postići smanjenje i povećanje napona.

Druga vrsta impulsnog napajanja je napajanje s transformatorom i naknadnim diodnim ispravljačem, koji iskorištava prednosti prednosti (manja veličina transformatora pri velikim strujama, manji magnetski gubici) modernih magnetskih materijala (ferita) pri visokim frekvencijama. . Promjenom frekvencije možete postići promjenu izlaznog napona.

Dakle, takvo napajanje uključuje strujni krug (obično u obliku integriranog kruga) koji omogućuje varijaciju frekvencije na temelju povratne sprege iz izlaznog napona kako bi se osigurao stabilan izlazni napon pod promjenjivim opterećenjima.

Više o prekidačkim izvorima napajanja: Opća načela, prednosti i nedostaci prekidačkih izvora napajanja

Budući da prekidački izvori napajanja rade s kvadratnim valovima napona i struja, oni obično emitiraju elektromagnetske valove u širokom frekvencijskom rasponu. Stoga je pri njihovoj izradi i uporabi potrebno poštivati ​​načela elektromagnetske kompatibilnosti (EMC).

Laboratorijska oprema

U radionici ili laboratoriju, precizno napajanje se koristi za mjerenje, testiranje i rješavanje problema. Ovi laboratorijski izvori napajanja pretvaraju, ispravljaju i reguliraju napone kao i izlazne struje tako da se mjerenja mogu izvesti bez oštećenja uređaja koji se testiraju.

Vidi također:Napajanje uređaja za industrijsku automatizaciju