A tápegység típusai
Az elektrotechnikában a tápegység olyan eszköz, amely az elektromos energiát a csatlakoztatott elektromos készülék által igényelt kimeneti elektromos feszültséggé, áramerősséggé és frekvenciává alakítja. A váltakozó áramot egyenárammá alakítja, és különféle elektronikus eszközöket (számítógép, TV, nyomtató, útválasztó stb.) táplál. Két különböző típusú tápegység létezik: feszültségforrás (állandó feszültséget biztosít) és áramforrás (állandó áramot biztosít).
Az elektronikus eszközök tápegységei elsősorban lineárisra és impulzusra oszthatók:
- lineáris tápegységek, amelyekben a megfelelő elem egy transzformátor (vannak transzformátor nélküli lineáris tápegységek is);
- kapcsolóüzemű tápegységek különféle típusú elektronikus rendszerek (feszültségátalakítók) segítségével;
A lineárisok viszonylag egyszerű felépítésűek, amelyek bonyolultabbá válhatnak az általuk táplált áramerősség növekedésével, de a feszültségszabályozásuk nem túl hatékony számukra.
A tápellátás számos eszköz szerves része. Néhány fő típus a következő:
- Impulzus tápegység. Jelenleg a legtöbb tápegységet kapcsolóüzemű tápegységek formájában gyártják. Előnyük elsősorban a kisebb súly. Amikor még nem álltak rendelkezésre szilárdtestvezérlésű és tápegységek, nehezebb, tartósabb transzformátoros tápegységeket használtak, hogy lehetővé tegyék az alacsony költségű kapcsolóüzemű tápegységek kialakítását.
- Számítógép tápegység. A számítógépek kapcsolóüzemű tápegységet tartalmaznak, amely az elosztóhálózatból érkező alacsony váltakozó feszültséget (230 V, 50 Hz) a számítógép elektromos áramköreiben használt alacsony feszültséggé (DC 3,3 V, 5 V és 12 V) alakítja át.
- Hálózati adapter. Ez egy kis méretű kapcsolóüzemű áramforrás, amelynek formája és mérete hasonlít egy szabványos elektromos csatlakozóhoz (például mobiltelefon-töltőhöz), amelyet 230 voltos hálózati tápegységen használnak, és amely biztosítja az adott elektromos vagy elektronikus eszközhöz szükséges alacsony feszültséget. A váltóáramú adaptereket általában olyan eszközökkel és készülékekkel használják, amelyek nem rendelkeznek saját belső tápegységgel.
- Hegesztési áramforrás. A hegesztési források nagy áramerősséget biztosítanak (általában több száz amper), amely lehetővé teszi a fém lokális megolvadását és így összekapcsolódását. Korábban úgynevezett hegesztőtranszformátorokat használtak (speciális, nagy hegesztőáramokhoz tervezett elektromágneses transzformátorokkal), korszerűbbek hegesztő inverterek elektronikus vezérléssel.
A tápegység belső ellenállása
Az ideális tápegység feszültségforrásként mindig ugyanazt a feszültséget biztosítja, függetlenül a csatlakoztatott terheléstől (azaz a tápfeszültség állandó a különböző áramfelvételeknél).
Tökéletes forrás azonban nincs, mert belső ellenállás a valódi forrás korlátozza az áramkörön átfolyó maximális áramot.
Ez a tápegység feszültségszabályozóval képes stabil kimeneti feszültséget biztosítani, amelyet a feszültségesés (a szabályozó bemeneti és kimeneti feszültsége közötti különbség) biztosít. Példa - Kapcsolási feszültség szabályozó
Tehát a kimeneti feszültség minősége szerint a tápegységeket megkülönböztetik:
- stabilizált források, amelyek feszültségét az áramingadozásoktól függetlenül állandó szinten tartják,
- szabályozatlan források, ahol a kimeneti feszültség az áramingadozások függvényében változhat.
Transzformátor lineáris tápegységek
A klasszikus lineáris források a következő elemekből állnak: transzformátor, egyenirányító, szűrő és feszültségszabályozó.
Lineáris tápegység sematikus diagramja
Először is a transzformátor a hálózati feszültséget csökkentett feszültséggé alakítja, és biztosítja galvanikus leválasztás… A váltakozó áramot impulzusos egyenárammá alakító áramkört nevezzük egyenirányító (diódahíd áramköröket használnak az egyenirányításra), akkor a kondenzátorokkal és induktorokkal ellátott szűrő csökkenti a hullámosságot. További információ a szűrőkről — Teljesítményszűrők.
A feszültség adott értékre történő szabályozása vagy stabilizálása az ún Egy feszültségszabályozó, amelynek felépítésében tranzisztorok.
Az áramkörben lévő tranzisztor állítható ellenállásként működik.Ennek a fokozatnak a kimenetén, a hullám nagyobb stabilitásának elérése érdekében, van egy második szűrési fokozat (bár nem feltétlenül, minden a tervezési követelményektől függ), ez lehet egy hagyományos kondenzátor.
A tápegységek között vannak olyanok, amelyekben a terheléshez szolgáltatott teljesítmény van tirisztorok szabályozzákhogy a szükséges feszültséget és teljesítményt biztosítsa a terhelésnek.
Német laboratóriumi tápegység
Modern lineáris tápegységek
A feszültség stabilizálását az alaptípusú lineáris forrásokban úgy érik el, hogy egy speciális elemet párhuzamosan kapcsolnak egy szabályozatlan, nagyobb feszültségű forrás által táplált áramkörhöz egy megfelelő ellenálláson keresztül, amelynek áram-feszültség karakterisztikája a szükséges áramerősségnél meredek növekedést mutat. feszültség. Ez egy ilyen elem zener dióda, amely a küszöbfeszültségek széles tartományában működik.
A zener dióda tápegység hátránya a viszonylag alacsony kimeneti feszültség stabilitás, a viszonylag kis áramtartomány és különösen az alacsony hatásfok, mivel az elektromos energia hővé alakul a soros ellenállásban és magában a zener diódában.
A modern lineáris források (általában integrált áramkör formájában) változó impedanciájú elemet (lineáris módusú tranzisztort) használnak, amelyet a kimeneti feszültség és az egyenfeszültség közötti különbségen alapuló visszacsatolás vezérel egy belső referenciafeszültségről (dióda alapján). áramkör, de kis egyenárammal).
Tipikus lineáris források a 78xx IC-k (pl. a 7805 egy 5 V-os feszültségforrás) és ezek származékai.
Az ilyen lineáris tápegységek hátránya az alacsony hatásfok (és mivel az integrált áramkörben a teljesítménydisszipáció a hő és a hűtési igény függvényében változik), különösen akkor, ha a bemeneti és kimeneti feszültségek és nagy áramok között nagy a különbség. néha hátrányos, hogy a kimeneti feszültség mindig alacsonyabb, mint a bemeneti feszültség.
Az előnyük alacsony költségükben, kis méretükben, könnyű használatukban, valamint a kívülről és az elektromos áramkörben jelentkező interferencia hiányában rejlik.
Beépített tápegység egy elektrotechnikai laboratóriumban
Kapcsoló tápegységek
Az impulzusos tápegységekben térhatású tranzisztort használnak, amely időszakonként viszonylag magas frekvencián (tíz kHz vagy több) zár, és megnöveli a tekercs, kondenzátor és dióda kombinációjából álló áramkör bemeneti feszültségét. Ezen elemek megfelelő kombinációjával feszültségcsökkenés és -növekedés érhető el.
Az impulzusos tápegység másik típusa a transzformátorral és az azt követő dióda egyenirányítóval ellátott tápegység, amely kihasználja a modern mágneses anyagok (ferritek) előnyös tulajdonságait (nagy áramoknál kisebb a transzformátor mérete, kisebb mágneses veszteségek) magas frekvenciákon. . A frekvencia változtatásával a kimeneti feszültség változását érheti el.
Így egy ilyen tápegység tartalmaz egy áramkört (általában integrált áramkör formájában), amely frekvenciaváltozást biztosít a kimeneti feszültség visszacsatolása alapján, hogy stabil kimeneti feszültséget biztosítson változó terhelés mellett.
Bővebben a kapcsolóüzemű tápegységek kapcsolásáról: A kapcsolóüzemű tápegységek általános elvei, előnyei és hátrányai
Mivel a kapcsolóüzemű tápegységek négyszöghullámú feszültségekkel és áramokkal működnek, jellemzően széles frekvenciatartományban bocsátanak ki elektromágneses hullámokat. Ezért létrehozásuk és használatuk során be kell tartani az elektromágneses kompatibilitás (EMC) elveit.
Laboratóriumi felszerelés
Egy műhelyben vagy laboratóriumban precíziós tápegységet használnak mérésre, tesztelésre és hibaelhárításra. Ezek a laboratóriumi tápegységek átalakítják, egyenirányítják és szabályozzák a feszültségeket, valamint a kimeneti áramokat, hogy a méréseket a vizsgált eszközök károsodása nélkül lehessen elvégezni.