Toiteallika tüübid
Elektrotehnikas on toiteallikas seade, mis muundab elektrienergia ühendatud elektriseadme väljundpingeks, vooluks ja sageduseks. See muundab vahelduvvoolu alalisvooluks ja annab toite erinevatele elektroonikaseadmetele (arvuti, teler, printer, ruuter jne). Toiteallikaid on kahte erinevat tüüpi: pingeallikas (annab konstantse pinge) ja vooluallikas (annab konstantse voolu).
Elektroonikaseadmete toiteallikad võib jagada peamiselt lineaarseteks ja impulss-.
- lineaarsed toiteallikad, milles vastavaks elemendiks on trafo (on ka ilma trafodeta lineaarseid toiteallikaid);
- lülitustoiteallikad, kasutades erinevat tüüpi elektroonilisi süsteeme (pingemuundurid);
Lineaarsed on suhteliselt lihtsa konstruktsiooniga, mis võivad muutuda keerulisemaks, kui vool, mida nad varustavad, suureneb, kuid nende pinge reguleerimine pole nende jaoks eriti tõhus.
Toide on paljude seadmete lahutamatu osa. Mõned peamised tüübid on järgmised:
- Impulss toiteplokk. Praegu toodetakse enamik toiteallikaid lülitustoiteallikate kujul. Nende eeliseks on peamiselt väiksem kaal. Kui pooljuhtjuhtimis- ja toiteallikad polnud veel saadaval, kasutati raskemaid ja vastupidavamaid trafo toiteallikaid, et võimaldada odavaid lülitustoiteallikaid.
- Arvuti toiteallikas. Arvutid sisaldavad lülitustoiteallikat, mis muundab jaotusvõrgust tuleva madala vahelduvpinge (230 V, 50 Hz) arvuti elektriahelates kasutatavaks madalpingeks (DC 3,3 V, 5 V ja 12 V).
- Võrguadapter. See on väike lülitustoiteallikas, mis on kuju ja suurusega nagu tavaline elektripistik (nt mobiiltelefoni laadija), mida kasutatakse 230-voldisel toiteallikal ja mis tagab konkreetse elektri- või elektroonikaseadme jaoks vajaliku madalpinge. Vahelduvvooluadaptereid kasutatakse tavaliselt seadmete ja seadmetega, millel pole oma sisemist toiteallikat.
- Keevitus toiteallikas. Keevitusallikad annavad suure voolu (tavaliselt sadu ampreid), mis võimaldab metallil kohapeal sulada ja seeläbi liituda. Varem kasutati nn keevitustrafosid (spetsiaalsete elektromagnettrafodega, mis on mõeldud suure keevitusvoolu jaoks), kaasaegsemad on elektroonilise juhtimisega keevitusinverterid.
Toiteallika sisemine takistus
Ideaalne toiteallikas pingeallikana annab alati sama pinge sõltumata ühendatud koormusest (st toitepinge on erinevatel vooluvõtetel konstantne).
Siiski pole täiuslikku allikat, sest sisemine takistus tõeline allikas piirab maksimaalset voolu, mis võib ahelat läbida.
See toiteallikas võib kasutada pingeregulaatorit stabiilse väljundpinge tagamiseks, mille annab pingelang (regulaatori sisend- ja väljundpinge erinevus). Näide — Lülituspinge regulaator
Nii et vastavalt väljundpinge kvaliteedile eristatakse toiteallikaid:
- stabiliseeritud allikad, mille pinget hoitakse konstantsel tasemel, sõltumata voolukõikumistest,
- reguleerimata allikad, kus väljundpinge võib voolu kõikumiste tõttu muutuda.
Trafo lineaarsed toiteallikad
Klassikalised lineaarsed allikad koosnevad järgmistest elementidest: trafo, alaldi, filter ja pingeregulaator.
Lineaarse toiteallika skemaatiline diagramm
Esiteks muundab trafo võrgupinge vähendatud pingeks ja annab galvaaniline isolatsioon… Nimetatakse vooluringi, mis muundab vahelduvvoolu impulss-alalisvooluks alaldi (alaldamiseks kasutatakse dioodsilda ahelaid), siis kondensaatorite ja induktiivpoolidega filter vähendab pulsatsiooni. Lisateave filtrite kohta — Võimsusfiltrid.
Pinge reguleerimine või stabiliseerimine etteantud väärtuseni saavutatakse kasutades nn Pingeregulaator mille konstruktsioonis transistorid.
Ahelas olev transistor toimib reguleeritava takistusena.Selle etapi väljundis on laine suurema stabiilsuse saavutamiseks teine filtreerimisaste (kuigi mitte tingimata, kõik sõltub konstruktsiooninõuetest), see võib olla tavaline kondensaator.
Toiteallikate hulgas on neid, milles koormusele antav toide on mida reguleerivad türistoridet varustada koormust vajaliku pinge ja võimsusega.
Saksa labori toiteallikas
Kaasaegsed lineaarsed toiteallikad
Pinge stabiliseerimine põhitüüpi lineaarsetes allikates saavutatakse spetsiaalse elemendi ühendamisega paralleelselt vooluahelaga, mida toidab reguleerimata kõrgema pinge allikas läbi sobiva takisti, mille voolu-pinge karakteristik näitab voolu järsku suurenemist vajalikul tasemel. Pinge. See on selline element Zeneri diood, mis töötab laias lävipinge vahemikus.
Zeneri dioodi toiteallika puudusteks on suhteliselt madal väljundpinge stabiilsus, suhteliselt väike vooluvahemik ja eriti madal efektiivsus, kuna elektrienergia muundatakse soojuseks jadatakistis ja zeneri dioodis endas.
Kaasaegsetes lineaarsetes allikates (tavaliselt integraallülituse kujul) kasutatakse muutuva impedantsiga elementi (lineaarrežiimi transistor), mida juhitakse tagasiside abil, mis põhineb sisemise võrdluspinge (dioodi baasil) väljundpinge ja alalispinge erinevusel. vooluring, kuid väikese alalisvooluga).
Tüüpilised lineaarsed allikad on 78xx IC-d (nt 7805 on 5V pingeallikas) ja nende derivaadid.
Selliste lineaarsete toiteallikate puuduseks on nende madal kasutegur (ja kuna võimsuse hajumine integraallülituses varieerub sõltuvalt soojusest ja jahutusvajadusest), eriti kui sisend- ja väljundpinged on väga erinevad ning voolud on suured. ka mõnikord ebasoodne, et väljundpinge on alati sisendpingest madalam.
Eelis seisneb nende madalas hinnas, väiksuses, kasutusmugavuses ning väljast ja elektriahelast tulevate häirete puudumises.
Sisseehitatud toiteallikas elektrotehnika laboris
Lülitavad toiteallikad
Impulsstoiteallikates kasutatakse väljatransistorit, mis perioodiliselt sulgub suhteliselt kõrgel sagedusel (kümneid kHz või rohkem) ja tõstab pooli, kondensaatori ja dioodi kombinatsioonist koosneva ahela sisendpinget. Nende elementide sobiva kombinatsiooniga on võimalik saavutada pinge vähenemine ja tõus.
Teine impulsstoiteallika tüüp on trafo ja sellele järgneva dioodalaldiga toiteallikas, mis kasutab ära tänapäevaste magnetmaterjalide (ferriitide) eeliseid kõrgetel sagedustel (suure voolu korral trafo väiksem suurus, väiksemad magnetkaod). . Sageduse muutmisega saate saavutada väljundpinge muutuse.
Seega sisaldab selline toiteallikas ahelat (tavaliselt integraallülituse kujul), mis tagab väljundpingest saadava tagasiside põhjal sageduse kõikumise, et tagada stabiilne väljundpinge muutuvatel koormustel.
Lisateavet toiteallikate vahetamise kohta: Lülitustoiteallikate üldpõhimõtted, eelised ja puudused
Kuna lülitustoiteallikad töötavad nelinurksete pingete ja vooludega, kiirgavad need tavaliselt elektromagnetlaineid laias sagedusvahemikus. Seetõttu tuleb nende loomisel ja kasutamisel järgida elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) põhimõtteid.
Laboratoorsed seadmed
Töökojas või laboris kasutatakse mõõtmiseks, testimiseks ja tõrkeotsinguks täppistoiteallikat. Need labori toiteallikad teisendavad, alaldavad ja reguleerivad pingeid ja väljundvoolusid, nii et mõõtmisi saab teha testitavaid seadmeid kahjustamata.