Vrste napajanja

Regulirana napajanja obično se odnose na napajanje sposobno za napajanje različitih izlaznih napona korisnih za ispitivanje elektroničkih sklopova, možda uz kontinuirano mijenjanje izlaznog napona ili samo neke unaprijed zadane napone. Gotovo svim elektroničkim uređajima koji se koriste u elektroničkim sklopovima za rad je potreban izvor istosmjerne struje. Regulirano napajanje u osnovi se sastoji od običnog izvora napajanja i uređaja za regulaciju napona. Izlaz iz običnog izvora napajanja dovodi se na uređaj za regulaciju napona koji daje konačni izlaz. Izlazni napon ostaje konstantan, bez obzira na varijacije ulaznog napona izmjenične struje ili varijacije izlazne (ili opterećenja) struje, ali njegova amplituda varira prema zahtjevu za opterećenjem.

Neke od ovih vrsta napajanja razmatrane su u nastavku.

SMPS

Industrijski napor prema manjim, lakšim i produktivnijim elektroničkim sustavima potaknuo je napredak SMPS-a, ništa osim napajanja s preklopnim načinom rada. Postoje neke topologije koje se obično koriste za aktualizaciju SMPS-a. Preklopni izvor napajanja je elektroničko napajanje koje uključuje sklopni regulator za učinkovito pretvaranje električne energije. U tome se korištenjem visokih preklopnih frekvencija, veličine energetskog transformatora i pripadajućih komponenata za filtriranje u SMPS dramatično smanjuju u usporedbi s linearnim. Pretvarači istosmjernog u istosmjerni i pretvarači istosmjernog u izmjenični pripadaju kategoriji SMPS.

U linearnom regulatornom krugu prekomjerni napon iz nereguliranog napajanja istosmjerne struje pada na serijski element i stoga dolazi do gubitka snage proporcionalno tom padu napona, dok se u sklopnom načinu rada neregulirani dio napona uklanja modulacijom rada prekidača omjer. Preklopni gubici u modernim prekidačima (poput MOSFET-ova) mnogo su manji u usporedbi s gubicima u linearnom elementu.

Većina elektroničkih istosmjernih opterećenja napaja se iz standardnih izvora napajanja. Nažalost, standardni naponi izvora možda se neće podudarati s razinama koje zahtijevaju mikroprocesori, motori, LED ili druga opterećenja, pogotovo ako napon izvora nije reguliran poput izvora baterije i ostalih istosmjernih i izmjeničnih izvora.

Blok dijagram SMPS:

Glavna ideja iza sklopnog napajanja (SMPS) može se lako razumjeti iz koncepta konceptualnog objašnjenja pretvarača istosmjerne i istosmjerne struje. Ako je ulaz sustava AC, prva faza je pretvaranje u istosmjernu. To se naziva ispravljanje. SMPS s istosmjernim ulazom ne zahtijeva stupanj ispravljanja. Mnogi noviji SMPS upotrebljavat će poseban krug korekcije faktora snage (PFC). Prateći sinusni val AC ulaza, možemo napraviti ulaznu struju. A ispravljeni signal filtrira ulazni kondenzator rezervoara da bi se proizvela neregulirana opskrba DC napajanja. Neregulirano napajanje istosmjernom strujom daje se visokofrekventnom prekidaču. Za veće frekvencije potrebne su komponente s više nivoa kapacitivnosti i induktivnosti. U ovom se MOSFET-ovi mogu koristiti kao sinkroni ispravljači, koji imaju čak i niže vodljive stupnjevne padove napona. Visoka frekvencija uključivanja, prebacuje ulazni napon na primarnom dijelu energetskog transformatora. Pogonski impulsi su obično fiksne frekvencije i promjenjivi radni ciklus. Izlaz sekundarnog transformatora je ispravljen i filtriran. Zatim se šalje na izlaz napajanja. Regulacija izlaza kako bi se osiguralo stabilizirano napajanje istosmjernom strujom provodi se pomoću bloka upravljanja ili povratne sprege.

Većina SMPS-a. Sustavi rade na osnovi modulacije širine impulsa s fiksnom frekvencijom, gdje se trajanje uključivanja pogona do prekidača napajanja mijenja ciklus po ciklus. Signal širine impulsa koji se daje prekidaču obrnuto je proporcionalan izlazu izlaznog napona. Oscilatorom se upravlja povratnom naponom napona regulatora zatvorene petlje. To se obično postiže korištenjem malog impulsnog transformatora ili optičkog izolatora, što dovodi do dodavanja broja komponenata. U SMPS-u protok izlazne struje ovisi o ulaznom signalu snage, elementima za pohranu i topologijama kruga, a također i o uzorku koji se koristi za pogon sklopnih elemenata. Korištenjem LC filtara izlazni valni oblici se filtriraju.

Prednosti SMPS-a:

• Veća učinkovitost jer komutacijski tranzistor rasipa malo snage
• Niža proizvodnja topline zbog veće učinkovitosti
• Manje veličine
• Lakša težina
• Smanjena harmonička povratna sprega u dovodnu mrežu

Primjene SMPS-a:

• Osobna računala
• Industrije alatnih strojeva
• Sigurnosni sustavi

Uz SMPS, u nastavku se govori o još jednom krugu za reguliranu opskrbu i rezervnu svrhu.

Linearna napajanja

Napajanje radnog stola s rezervnom

Napajanje radnog stola je jednosmjerna jedinica za napajanje koja može pružiti različite regulirane istosmjerne napone koja se koristi u svrhu ispitivanja ili rješavanja problema. Dizajniran je jednostavan sklop reguliranog napajanja s rezervnom baterijom koji se može koristiti kao napajanje radnog stola. Daje 12 volti, 9 volti i 5 volti reguliranog istosmjernog napona za napajanje prototipa tijekom testiranja ili rješavanja problema. Također ima rezervnu bateriju za nastavak rada ako nestane napajanja. Pokazatelj prazne baterije također je osiguran za potvrdu statusa baterije.

Sastoji se od tri glavna dijela:

Ispravljač i jedinica filtra koja pretvara izmjenični signal u regulirani istosmjerni signal kombinacijom transformatora, dioda i kondenzatora.

Baterija koja se koristi kao alternativa, a koja se može puniti tijekom glavnog napajanja i koristiti kao izvor energije u slučaju odsutnosti glavnog napajanja.

Pokazatelj napunjenosti baterije koji pokazuje napunjenost i pražnjenje baterije.

Transformator 14-0-14, 500 mA, ispravljačke diode D1, D2 i kondenzator za zaglađivanje C1 odjeljak napajanja . Kada je mrežno napajanje dostupno, D3 usmjerava prema naprijed i daje više od 14 volti istosmjerne struje do IC1, što daje reguliranih 12 volti koji se mogu odvojiti od njegovog izlaza. Istodobno, IC2 daje reguliranih 9 volti, a IC3 reguliranih 5 volta iz njihovih izlaza.

Kao rezerva koristi se 12-voltna 7,5 Ah punjiva baterija. Kada je mrežno napajanje dostupno, puni se putem D3 i R1. R1 ograničava struju za punjenje. Da bi se spriječilo prekomjerno punjenje, ako je napajanje dulje vrijeme uključeno i baterija ne koristi, način punjenja je siguran. Struja punjenja bit će oko 100-150 mA. Kad mrežno napajanje prestane, D3 preusmjeravaju unaprijed i D4, a baterija preuzima teret. UPS baterija idealan je izbor.

Zener dioda ZD i PNP tranzistor T1 čine indikator prazne baterije. Ovakav se raspored koristi u pretvaračima kako bi ukazao na stanje slabe baterije. Kad je napon akumulatora veći od 11 volti, Zener provodi i održava bazu T1 visokom, tako da ostaje isključena. Kad napon akumulatora padne ispod 11 volti, Zener se isključuje i T1 odstupa prema naprijed. (Zener dioda provodi samo kad je napon kroz nju veći od 1 volta ili veći od nazivnog napona. Dakle, ovdje 10-voltni zener provodi samo ako je napon veći od 11 volti.) LED dioda tada svijetli kako bi ukazala na potrebu za punjenjem baterije. VR1 podešava ispravnu točku isključenja Zenera. Do kraja napunite bateriju i izmjerite njezin napon na priključku. Ako je iznad 12 volti, podesite brisač unaprijed postavljenog VR1 u srednji položaj i malo ga okrenite dok se LED ne isključi. Ne okrećite unaprijed postavljeno na krajnje krajeve. Baterija uvijek treba sadržavati dovoljan napon iznad 12 volti (Potpuno napunjena baterija pokazat će oko 13,8 volta), tada samo IC1 dobiva dovoljan ulazni napon.

Dijagram strujnog kruga bez samostalnog napajanja

U ovom dijagramu sklopa, s obzirom na regulirani krug napajanja koji, iako regulator fiksnog napona U1-LM7805, ne daje samo varijablu već i automatsko isključivanje značajke. To se postiže potenciometrom koji je povezan između zajedničkog priključka IC regulatora i mase. Za svakih 100 oma povećanja vrijednosti otpora potenciometra RV1 u krugu, izlazni napon se povećava za 1 volt. Dakle, izlaz varira od 3,7 V do 8,7 V (uzimajući u obzir pad od 1,3 volta na diodama D7 i D8).

Kad na izlazne stezaljke nije priključeno opterećenje, napajanje je samoisključivanje. To se postiže uz pomoć tranzistora Q1 i Q2, dioda D7 i D8 i kondenzatora C2. Kad je na izlaz priključeno opterećenje, pad potencijala na diodama D7 i D8 (približno 1,3 V) dovoljan je za provođenje tranzistora Q2 i Q1. Kao rezultat, relej se napaja i ostaje u tom stanju sve dok je opterećenje povezano. Istodobno se kondenzator C2 napuni na oko 7-8 voltnih potencijala kroz tranzistor Q2. Ali kad se opterećenje (ovdje svjetiljka u seriji sa S2) odvoji, tranzistor Q2 se odsiječe. Međutim, kondenzator C2 je i dalje napunjen i počinje se prazniti kroz bazu tranzistora Q1. Nakon nekog vremena (što je u osnovi određeno vrijednošću C2), relej RL1 se isključuje, što isključuje mrežni ulaz na primarni transformator TR1. Da biste ponovno pokrenuli napajanje, na trenutak treba pritisnuti prekidač S1. Kašnjenje u isključivanju napajanja izravno ovisi o vrijednosti kondenzatora.

Upotrijebljen je transformator s sekundarnim naponom od 12V-0V, 250mA, koji se unatoč tome može mijenjati prema zahtjevu korisnika (maksimalno do 30V i struja od 1 ampera). Za izvlačenje struje veće od 300 mA, regulator IC mora biti opremljen malim hladnjakom preko izolatora od liskuna. Kada se sekundarni napon transformatora poveća preko 12 volti (RMS), potenciometar RV1 mora se ponovno dimenzionirati. Također, treba unaprijed odrediti naziv napona releja.

Varijabilno napajanje pomoću LM338

Istosmjerno napajanje često je potrebno za napajanje elektroničkih uređaja. Iako neki zahtijevaju regulirano napajanje, postoji mnogo aplikacija u kojima izlazni napon treba varirati. Varijabilno napajanje je ono gdje izlazni napon možemo prilagoditi prema zahtjevima. Varijabilno napajanje može se koristiti u mnogim aplikacijama poput primjene promjenjivog napona na istosmjerne motore, primjene promjenjivih napona na visokonaponske istosmjerne i istosmjerne pretvarače za podešavanje pojačanja itd. Najčešće se koristi u testiranje elektroničkih projekata .

Glavna komponenta u varijabilnom napajanju je bilo koji regulator čiji se izlaz može podesiti na bilo koji način poput promjenjivog otpora. IC-ovi regulatora poput LM317 pružaju podesivi napon od 1,25 do 30V. Drugi način je upotreba LM33 IC.

Ovdje se koristi jednostavan promjenjivi krug napajanja koji koristi LM33 koji je regulator jakog napona.

LM 338 je visokonaponski regulator napona koji može napajati opterećenje viškom od 5 ampera. Izlazni napon regulatora može se prilagoditi od 1,2 do 30 volti. Za postavljanje izlaznog napona potrebna su samo dva vanjska otpora. LM 338 pripada obitelji LM 138 koja je dostupna u 3 terminalna paketa. Može se koristiti u aplikacijama poput podesivog napajanja, regulatora konstantne struje, punjača baterija itd. Opskrba jakim promjenjivim strujama neophodna je za ispitivanje krugova pojačala velike snage, tijekom rješavanja problema ili servisiranja. To omogućuje upotrebu napajanja s velikim privremenim opterećenjima, a brzine se pokreću pod punim opterećenjem. Zaštita od preopterećenja ostaje funkcionalna čak i ako je slučajno odspojen pin za podešavanje.

Opis kruga

Osnovni sklop sastoji se od sljedećih dijelova:

1. Korak prema dolje transformator da uzrokuje pad izmjeničnog napona od 230V.
2. Ispravljački modul za ispravljanje izmjeničnog signala.
3. Kondenzator za izravnavanje elektrolita za filtriranje istosmjernog signala i uklanjanje mreškanja izmjeničnog napona.
4. LM338
5. Promjenjivi otpornik

Rad kruga

Varijabilno napajanje pomoću pozitivnog regulatora napona LM338 prikazano je u nastavku. Snaga se dobiva iz silaznog transformatora od 0-30 volti i 5 ampera. Ispravljački modul od 10 ampera ispravlja niskonaponski izmjenični na istosmjerni tok koji kondenzator C1 oslobađa mreškanje. Kondenzatori C2 i C3 poboljšavaju prijelazne reakcije. Izlazni napon može se podesiti kroz lonac VR1 na željeni napon od 1,2 do 28 V. D1 štiti od C4, a D2 od C3 kada je isključen. Regulator zahtijeva hladnjak.

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