Эффективные источники питания

Большинство электронных устройств лучше всего работают от постоянного тока. Томас Эдисон ратовал за распределение постоянного тока, но мы используем систему распределения переменного тока Джорджа Вестингауза. Как верно заметил Никола Тесла, высоковольтный слаботочный переменный ток можно передавать на дальние расстояния с гораздо большей эффективностью. Однако как только ток доставлен куда требуется, всё равно необходимо преобразовать его в постоянный для того, чтобы произвести что-либо полезное, кроме света и тепла.
Источник постоянного тока состоит из выпрямителя, который выдает нестабилизированный постоянный ток и стабилизатора, который стабилизирует выходной сигнал. Результатом является «чистый» постоянный ток, которым можно питать электрические устройства.

Рис. Источник постоянного тока состоит из выпрямителя, который выдает нестабилизированный постоянный ток и стабилизатора, который стабилизирует выходной сигнал. Результатом является «чистый» постоянный ток, которым можно питать электрические устройства

Таким образом, работа источника постоянного тока заключается в преобразовании переменного тока в постоянный ток требуемого напряжения. Как показано на рисунке «Линейный стабилизированный источник тока», преобразование происходит в две ступени: выпрямление и стабилизация.

Выпрямление преобразует переменный ток, который периодически меняет направление потока, в постоянный, который течет всегда в одном направлении. Полнопериодный мостовой выпрямитель, показанный на рисунке, убирает пульсирующую составляющую постоянного тока. Остаточный переменный ток удаляется следующим далее фильтром низких частот.

Стабилизация осуществляет функцию контроля. Линейные стабилизаторы позволяют управлять выходным напряжением или током с помощью набора реостатов, связанных обратной связью с выходом.

Трудности с использованием линейных стабилизаторов заключаются в том, что транзисторы рассеивают электрическую энергию в тепло. Линейные источники энергии, как правило, тратят впустую столько же энергии, сколько дают!

Существенная разница между «Импульсными источниками питания» (см. рисунок, их часто называют просто пульсаторами — switchers) и линейными источниками питания состоит в том, как они стабилизируют ток. Вместо того чтобы каждую секунду гнать постоянный ток и затем стабилизировать его частично открытыми транзисторами, импульсные источники питания меняют состояние своих стабилизирующих транзисторов от полностью открытого до полностью закрытого. Стабилизация происходит благодаря изменению рабочего цикла (часть времени, когда переключатель открыт) в зависимости от сигнала обратной связи с конечного выхода источника.

Регенеративный фильтр, следующий за широтно-импульсным модулятором, сглаживает импульсы, усредняя ток, и выдает гладкий постоянный сигнал. Я использовал термин «регенеративный» для того, чтобы подчеркнуть, что для постоянного тока должен быть путь в «землю», минуя выход, при низкой нагрузке или при её отсутствии. Иначе конденсаторы фильтра будут заряжаться, и стабилизация происходить не будет.

Импульсные источники питания стабилизируют постоянный ток более эффективно, нежели линейные источники, путем быстрого переключения стабилизирующих транзисторов между отрытым и закрытым состояниями. Стабилизация происходит с помощью управления рабочим циклом для получения правильного среднего сигнала на выходе фильтра.

Импульсные источники питания стабилизируют постоянный ток более эффективно, нежели линейные источники, путем быстрого переключения стабилизирующих транзисторов между отрытым и закрытым состояниями. Стабилизация происходит с помощью управления рабочим циклом для получения правильного среднего сигнала на выходе фильтра

Когда транзистор полностью открыт, его сопротивление минимально — почти ноль. Диссипация энергии тоже, соответственно, близка к нулю, поскольку ток в квадрате умножить на нулевое сопротивление равно нулю.

Когда транзистор полностью открыт, его сопротивление очень велико, и текущий через него ток практически нулевой. В этом случае диссипация энергии также практически отсутствует, так как если высокое, но конечное сопротивление умножить на квадрат нулевого тока, то тоже будет ноль.

Таким образом, потери энергии гораздо меньше, чем в линейном стабилизаторе. Поскольку потери в стабилизаторе ниже, общая эффективность выше и нагревается такой прибор меньше. Меньший нагрев означает возможность разместить устройство в меньшем объёме. Уменьшая потери на тепло, мы уменьшаем и электропитание прибора, то есть можем использовать меньший по размеру понижающий трансформатор, что также уменьшает потери. Меньше электропитание означает меньшее загрязнение окружающей среды на электростанции, что делает переключаемые

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *