Typer af strømforsyning

I elektroteknik er en strømforsyning en enhed, der konverterer elektrisk energi til den elektriske udgangsspænding, strøm og frekvens, der kræves af et tilsluttet elektrisk apparat. Den konverterer vekselstrøm til jævnstrøm og driver forskellige elektroniske enheder (computer, tv, printer, router osv.). Der er to forskellige typer strømforsyninger: en spændingskilde (giver konstant spænding) og en strømkilde (giver konstant strøm).

Strømforsyninger til elektroniske enheder kan hovedsageligt opdeles i lineære og pulserende:

• lineære strømforsyninger, hvor det tilsvarende element er en transformer (der er også lineære strømforsyninger uden transformere);
• omskiftning af strømforsyninger ved hjælp af forskellige typer elektroniske systemer (spændingsomformere);

Lineære har et relativt simpelt design, der kan blive mere kompliceret, efterhånden som den strøm, de skal levere, stiger, men deres spændingsregulering er ikke særlig effektiv for dem.

Strøm er en integreret del af mange enheder. Nogle af hovedtyperne er:

• Impuls strømforsyningsenhed. I øjeblikket er de fleste strømforsyninger fremstillet i form af skiftende strømforsyninger. Deres fordel er primært lavere vægt. Da solid-state kontrol og strømforsyninger endnu ikke var tilgængelige, blev tungere, mere holdbare transformatorstrømforsyninger brugt til at muliggøre billige skiftende strømforsyningsdesign.
• Computer strømforsyning. Computere indeholder en skiftende strømforsyning, der konverterer lav vekselspænding fra distributionsnettet (230 V, 50 Hz) til den lave spænding, der bruges i computerens elektriske kredsløb (DC 3,3 V, 5 V og 12 V).
• Netværksadapter. Det er en lille strømkilde, der er formet og dimensioneret som et almindeligt elektrisk stik (såsom en mobiltelefonoplader), der bruges på en 230 volt netforsyning, der giver den lave spænding, der kræves til en bestemt elektrisk eller elektronisk enhed. AC-adaptere bruges typisk sammen med enheder og apparater, der ikke har deres egen interne strømforsyning.
• Svejsestrømkilde. Svejsekilder giver en høj strøm (typisk hundredvis af ampere), der gør det muligt for metallet at smelte lokalt og dermed samles. Tidligere blev såkaldte svejsetransformatorer brugt (med specielle elektromagnetiske transformere designet til høje svejsestrømme), mere moderne er svejseinvertere med elektronisk styring.

Intern modstand af strømforsyningen

En ideel strømforsyning, som spændingskilde, giver altid den samme spænding uanset den tilsluttede belastning (dvs. forsyningsspændingen er konstant ved forskellige strømtræk).

Der er dog ingen perfekt kilde pga indre modstand en sand kilde begrænser den maksimale strøm, der kan strømme gennem kredsløbet.

Denne strømforsyning kan bruge en spændingsregulator til at give en stabil udgangsspænding, som leveres af spændingsfaldet (forskellen mellem regulatorens indgangs- og udgangsspændinger). Eksempel - Skiftende spændingsregulator

Så i henhold til kvaliteten af ​​udgangsspændingen skelnes strømforsyninger:

• stabiliserede kilder, hvis spænding holdes på et konstant niveau, uanset strømudsving,
• uregulerede kilder, hvor udgangsspændingen kan variere med strømudsving.

Transformer lineære strømforsyninger

Klassiske lineære kilder består af følgende elementer: en transformer, en ensretter, et filter og en spændingsregulator.

Lineær strømforsyning skematisk diagram

Først omdanner transformeren netspændingen til en reduceret spænding og giver galvanisk isolering… Et kredsløb, der omdanner vekselstrøm til pulserende jævnstrøm, kaldes ensretter (diodebrokredsløb bruges til ensretning), så reducerer et filter med kondensatorer og induktorer krusningen. Mere om filtre - Strømfiltre.

Regulering eller stabilisering af spændingen til en given værdi opnås ved hjælp af den såkaldte En spændingsregulator i hvilken konstruktion transistorer.

Transistoren i kredsløbet fungerer som en justerbar modstand.Ved udgangen af ​​dette trin, for at opnå større stabilitet i bølgen, er der et andet filtreringstrin (selvom det ikke nødvendigvis afhænger af designkravene), det kan være en konventionel kondensator.

Blandt strømforsyningerne er der dem, hvor den strøm, der leveres til belastningen, er reguleres af tyristorerat levere den nødvendige spænding og strøm til belastningen.

Tysk laboratoriestrømforsyning

Moderne lineære strømforsyninger

Stabilisering af spændingen i den grundlæggende type lineære kilder opnås ved at forbinde et specielt element parallelt med et kredsløb, der forsynes af en ureguleret kilde med højere spænding gennem en passende modstand, hvis strøm-spændingskarakteristik viser en kraftig stigning i strømmen ved den nødvendige spænding. Det er sådan et element Zener diode, som fungerer over en bred vifte af tærskelspændinger.

Ulemperne ved en zenerdiode strømforsyning er relativt lav udgangsspændingsstabilitet, et relativt lille strømområde og særlig lav effektivitet, da elektrisk energi omdannes til varme i seriemodstanden og i selve zenerdioden.

Moderne lineære kilder (normalt i form af et integreret kredsløb) bruger et variabelt impedanselement (lineær mode transistor), som styres af feedback baseret på forskellen mellem udgangsspændingen og DC spændingen fra en intern referencespænding (baseret på en diode) kredsløb, men med lille jævnstrøm).

Typiske lineære kilder er 78xx IC'er (f.eks. er 7805 en 5V spændingskilde) og deres derivater.

Ulempen ved sådanne lineære strømforsyninger er deres lave effektivitet (og fordi effekttabet i det integrerede kredsløb varierer med varme og behovet for køling), især når der er stor forskel mellem indgangs- og udgangsspændingerne og høje strømme. også nogle gange ufordelagtigt, at udgangsspændingen altid er lavere end indgangsspændingen.

Fordelen ligger i deres lave omkostninger, lille størrelse, brugervenlighed og mangel på interferens udefra og i det elektriske kredsløb.

Indbygget strømforsyning i et elektroteknisk laboratorium

Skift af strømforsyninger

I pulserende strømforsyninger anvendes en felteffekttransistor, som med jævne mellemrum lukker ved en relativt høj frekvens (sindede kHz eller mere) og øger indgangsspændingen af ​​et kredsløb bestående af en kombination af en spole, en kondensator og en diode. Med en passende kombination af disse elementer er det muligt at opnå spændingsfald og -stigning.

En anden type pulserende strømforsyning er en strømforsyning med en transformer og en efterfølgende diodesretter, som udnytter de fordelagtige egenskaber (mindre størrelse af transformeren ved høje strømme, lavere magnetiske tab) af moderne magnetiske materialer (ferritter) ved høje frekvenser . Ved at ændre frekvensen kan man opnå en ændring i udgangsspændingen.

En sådan strømforsyning indbefatter således et kredsløb (sædvanligvis i form af et integreret kredsløb), der giver frekvensvariation baseret på feedback fra udgangsspændingen for at tilvejebringe en stabil udgangsspænding under varierende belastninger.

Mere om at skifte strømforsyning: Generelle principper, fordele og ulemper ved at skifte strømforsyning

Fordi skiftende strømforsyninger fungerer med firkantbølgespændinger og -strømme, udsender de typisk elektromagnetiske bølger over et bredt frekvensområde. Derfor, når du opretter og bruger dem, er det nødvendigt at overholde principperne for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC).

Laboratorieudstyr

På et værksted eller et laboratorium bruges en præcisionsstrømforsyning til måling, test og fejlfinding. Disse laboratoriestrømforsyninger konverterer, ensretter og regulerer spændinger samt udgangsstrømme, så målinger kan udføres uden at beskadige de testede enheder.

Se også:Strømforsyninger til industrielle automationsenheder