Typer av strömförsörjning

Inom elektroteknik är en strömförsörjning en enhet som omvandlar elektrisk energi till den utgående elektriska spänningen, strömmen och frekvensen som krävs av en ansluten elektrisk apparat. Den omvandlar växelström till likström och driver olika elektroniska enheter (dator, TV, skrivare, router, etc.). Det finns två olika typer av strömförsörjning: en spänningskälla (ger konstant spänning) och en strömkälla (ger konstant ström).

Strömförsörjning för elektroniska enheter kan huvudsakligen delas in i linjära och pulsade:

• linjära strömförsörjningar där motsvarande element är en transformator (det finns också linjära strömförsörjningar utan transformatorer);
• byta strömförsörjning med hjälp av olika typer av elektroniska system (spänningsomvandlare);

Linjära har en relativt enkel design som kan bli mer komplicerad när strömmen de behöver för att leverera ökar, men deras spänningsreglering är inte särskilt effektiv för dem.

Ström är en integrerad del av många enheter. Några av huvudtyperna är:

• Impuls strömförsörjningsenhet. För närvarande tillverkas de flesta nätaggregat i form av strömförsörjning. Deras fördel är främst lägre vikt. När solid-state-styrning och strömförsörjning ännu inte var tillgängliga, användes tyngre, mer hållbara transformatorströmförsörjningar för att möjliggöra lågkostnadsutformningar av strömförsörjning.
• Dator strömförsörjning. Datorer innehåller en switchande strömkälla som omvandlar låg växelspänning från distributionsnätet (230 V, 50 Hz) till den lågspänning som används i datorns elektriska kretsar (DC 3,3 V, 5 V och 12 V).
• Nätverksadapter. Det är en liten strömkälla som är formad och dimensionerad som en vanlig elkontakt (som en mobiltelefonladdare) som används på ett 230 volts nätaggregat som ger den låga spänning som krävs för en viss elektrisk eller elektronisk enhet. AC-adaptrar används vanligtvis med enheter och apparater som inte har en egen intern strömförsörjning.
• Svetsströmkälla. Svetskällor ger en hög ström (typiskt hundratals ampere) som gör att metallen lokalt kan smälta och därmed sammanfogas. Tidigare användes så kallade svetstransformatorer (med speciella elektromagnetiska transformatorer konstruerade för höga svetsströmmar), mer moderna är svetsväxelriktare med elektronisk styrning.

Inre motstånd hos strömförsörjningen

En idealisk strömkälla, som spänningskälla, ger alltid samma spänning oavsett ansluten last (dvs matningsspänningen är konstant vid olika strömdrag).

Det finns dock ingen perfekt källa eftersom internt motstånd en sann källa begränsar den maximala ström som kan flöda genom kretsen.

Denna strömförsörjning kan använda en spänningsregulator för att ge en stabil utspänning, som tillhandahålls av spänningsfallet (skillnaden mellan regulatorns in- och utspänningar). Exempel - Omkopplingsspänningsregulator

Så beroende på kvaliteten på utspänningen särskiljs strömförsörjning:

• stabiliserade källor, vars spänning hålls på en konstant nivå, oavsett strömfluktuationer,
• oreglerade källor där utspänningen kan variera med strömfluktuationer.

Transformator linjär strömförsörjning

Klassiska linjära källor består av följande element: en transformator, en likriktare, ett filter och en spänningsregulator.

Linjär strömförsörjning schematiskt diagram

Först omvandlar transformatorn nätspänningen till en reducerad spänning och ger galvanisk isolering… En krets som omvandlar växelström till pulsad likström kallas likriktare (diodbryggkretsar används för likriktning), då minskar ett filter med kondensatorer och induktorer rippeln. Mer om filter — Strömfilter.

Reglering eller stabilisering av spänningen till ett givet värde uppnås med hjälp av den sk En spänningsregulator i vars konstruktion transistorer.

Transistorn i kretsen fungerar som ett justerbart motstånd.Vid utgången av detta steg, för att uppnå större stabilitet i vågen, finns det ett andra filtreringssteg (även om det inte nödvändigtvis beror på designkraven), det kan vara en konventionell kondensator.

Bland strömförsörjningsenheterna finns de där strömmen som tillförs lasten är regleras av tyristorerför att leverera den erforderliga spänningen och kraften till lasten.

Tysk laboratorieströmförsörjning

Moderna linjära nätaggregat

Stabilisering av spänningen i den grundläggande typen av linjära källor uppnås genom att ansluta ett speciellt element parallellt med en krets som matas av en oreglerad källa med högre spänning genom ett lämpligt motstånd, vars ström-spänningskarakteristik visar en kraftig ökning av strömmen vid den nödvändiga Spänning. Det är ett sådant element Zenerdiod, som arbetar över ett brett område av tröskelspänningar.

Nackdelarna med en zenerdiods strömförsörjning är relativt låg utspänningsstabilitet, ett relativt litet strömområde och särskilt låg verkningsgrad, eftersom elektrisk energi omvandlas till värme i seriemotståndet och i själva zenerdioden.

Moderna linjära källor (vanligtvis i form av en integrerad krets) använder ett variabelt impedanselement (transistor i linjärt läge) som styrs av återkoppling baserat på skillnaden mellan utspänningen och DC-spänningen från en intern referensspänning (baserat på en diod) krets, men med liten likström).

Typiska linjära källor är 78xx IC (t.ex. 7805 är en 5V spänningskälla) och deras derivator.

Nackdelen med sådana linjära strömförsörjningar är deras låga verkningsgrad (och eftersom effektförlusten i den integrerade kretsen varierar med värme och behovet av kylning), särskilt när det är stor skillnad mellan ingångs- och utspänningen och höga strömmar. också ibland nackdel att utspänningen alltid är lägre än ingångsspänningen.

Fördelen ligger i deras låga kostnad, ringa storlek, användarvänlighet och brist på störningar från utsidan och i den elektriska kretsen.

Inbyggd strömförsörjning i ett eltekniskt laboratorium

Byte av strömförsörjning

I pulsade strömförsörjningar används en fälteffekttransistor, som periodiskt stänger med en relativt hög frekvens (tiotals kHz eller mer) och ökar inspänningen hos en krets bestående av en kombination av en spole, en kondensator och en diod. Med en lämplig kombination av dessa element är det möjligt att uppnå spänningsminskning och -ökning.

En annan typ av pulsad strömförsörjning är en strömkälla med en transformator och en efterföljande diodlikriktare, som drar fördel av de fördelaktiga egenskaperna (mindre storlek på transformatorn vid höga strömmar, lägre magnetiska förluster) hos moderna magnetiska material (ferriter) vid höga frekvenser . Genom att ändra frekvensen kan du uppnå en förändring av utspänningen.

Således inkluderar en sådan strömförsörjning en krets (vanligen i form av en integrerad krets) som tillhandahåller frekvensvariation baserat på återkoppling från utspänningen för att tillhandahålla en stabil utspänning under varierande belastningar.

Mer om att byta strömförsörjning: Allmänna principer, fördelar och nackdelar med att byta strömförsörjning

Eftersom switchade strömförsörjningar arbetar med fyrkantsvågspänningar och -strömmar, avger de vanligtvis elektromagnetiska vågor över ett brett frekvensområde. Därför, när du skapar och använder dem, är det nödvändigt att följa principerna för elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

Laboratorieutrustning

I en verkstad eller ett laboratorium används en precisionsströmförsörjning för mätning, testning och felsökning. Dessa labbströmförsörjningar omvandlar, likriktar och reglerar såväl spänningar som utströmmar så att mätningar kan göras utan att skada enheterna som testas.

Se även:Strömförsörjning för industriella automationsenheter