Tipus d'alimentació
En enginyeria elèctrica, una font d'alimentació és un dispositiu que converteix l'energia elèctrica en la tensió, el corrent i la freqüència elèctrics de sortida requerits per un aparell elèctric connectat. Converteix el corrent altern en corrent continu i alimenta diversos dispositius electrònics (ordinador, televisor, impressora, encaminador, etc.). Hi ha dos tipus diferents de fonts d'alimentació: una font de tensió (proporciona tensió constant) i una font de corrent (proporciona corrent constant).
Les fonts d'alimentació per a dispositius electrònics es poden dividir principalment en lineals i polsats:
- fonts d'alimentació lineals en què l'element corresponent és un transformador (també hi ha fonts d'alimentació lineals sense transformadors);
- commutació de fonts d'alimentació mitjançant diversos tipus de sistemes electrònics (convertidors de tensió);
Els lineals tenen un disseny relativament senzill que es pot complicar a mesura que augmenta el corrent que necessiten per subministrar, però la seva regulació de tensió no és gaire eficient per a ells.
L'energia és una part integral de molts dispositius. Alguns dels tipus principals són:
- Unitat d'alimentació d'impuls. Actualment, la majoria de fonts d'alimentació es fabriquen en forma de fonts d'alimentació commutades. El seu avantatge és principalment el menor pes. Quan encara no estaven disponibles fonts d'alimentació i control d'estat sòlid, es van utilitzar fonts d'alimentació de transformadors més pesades i duradores per permetre dissenys de fonts d'alimentació de commutació de baix cost.
- Font d'alimentació de l'ordinador. Els ordinadors contenen una font d'alimentació commutada que converteix la baixa tensió de la xarxa de distribució (230 V, 50 Hz) en la baixa tensió utilitzada en els circuits elèctrics de l'ordinador (DC 3,3 V, 5 V i 12 V).
- Adaptador de xarxa. És una petita font d'alimentació de commutació amb la forma i la mida d'un endoll elèctric estàndard (com ara un carregador de telèfon mòbil) que s'utilitza en una font d'alimentació de 230 volts que proporciona la baixa tensió necessària per a un dispositiu elèctric o electrònic concret. Els adaptadors de CA s'utilitzen normalment amb dispositius i aparells que no tenen la seva pròpia font d'alimentació interna.
- Font d'energia de soldadura. Les fonts de soldadura proporcionen un corrent elevat (normalment centenars d'amperes) que permet que el metall es fongui localment i així s'uneixi. Anteriorment, s'utilitzaven els anomenats transformadors de soldadura (amb transformadors electromagnètics especials dissenyats per a corrents de soldadura elevades), els més moderns són inversors de soldadura amb control electrònic.
Resistència interna de la font d'alimentació
Una font d'alimentació ideal, com a font de tensió, sempre proporciona la mateixa tensió independentment de la càrrega connectada (és a dir, la tensió d'alimentació és constant a diferents consums de corrent).
No obstant això, no hi ha una font perfecta perquè resistència interna una font real limita el corrent màxim que pot circular pel circuit.
Aquesta font d'alimentació pot utilitzar un regulador de tensió per proporcionar una tensió de sortida estable, que es proporciona per la caiguda de tensió (la diferència entre les tensions d'entrada i sortida del regulador). Exemple — Regulador de voltatge de commutació
Així, segons la qualitat de la tensió de sortida, es distingeixen les fonts d'alimentació:
- fonts estabilitzades, la tensió de les quals es manté a un nivell constant, independentment de les fluctuacions del corrent,
- fonts no regulades on la tensió de sortida pot variar amb les fluctuacions del corrent.
Fonts d'alimentació lineals de transformadors
Les fonts lineals clàssiques consten dels elements següents: un transformador, un rectificador, un filtre i un regulador de tensió.
Diagrama esquemàtic de la font d'alimentació lineal
En primer lloc, el transformador converteix la tensió de la xarxa en una tensió reduïda i proporciona aïllament galvànic… S'anomena un circuit que converteix el corrent altern en corrent continu polsat rectificador (els circuits de pont de díodes s'utilitzen per a la rectificació), aleshores un filtre amb condensadors i inductors redueix la ondulació. Més sobre els filtres — Filtres de potència.
La regulació o estabilització de la tensió a un valor determinat s'aconsegueix mitjançant l'anomenat Un regulador de tensió en la construcció del qual transistors.
El transistor del circuit actua com una resistència ajustable.A la sortida d'aquesta etapa, per aconseguir una major estabilitat en l'ona, hi ha una segona etapa de filtrat (tot i que no necessàriament, tot depèn dels requisits de disseny), pot ser un condensador convencional.
Entre les fonts d'alimentació hi ha aquelles en què es troba l'alimentació subministrada a la càrrega regulada per tiristorsper subministrar la tensió i la potència requerides a la càrrega.
Font d'alimentació del laboratori alemany
Fonts d'alimentació lineals modernes
L'estabilització de la tensió en el tipus bàsic de fonts lineals s'aconsegueix connectant un element especial en paral·lel amb un circuit alimentat per una font no regulada de tensió més alta a través d'una resistència adequada, la característica de corrent-tensió de la qual mostra un fort augment de corrent al nivell requerit. voltatge. És un element així Díode Zener, que funciona sobre una àmplia gamma de tensions llindar.
Els desavantatges d'una font d'alimentació de díode zener són una estabilitat de tensió de sortida relativament baixa, un rang de corrent relativament petit i una eficiència particularment baixa, ja que l'energia elèctrica es converteix en calor a la resistència en sèrie i al mateix díode zener.
Les fonts lineals modernes (generalment en forma de circuit integrat) utilitzen un element d'impedància variable (transistor de mode lineal) que es controla mitjançant retroalimentació en funció de la diferència entre la tensió de sortida i la tensió de CC d'una tensió de referència interna (basada en un díode). circuit, però amb un corrent continu petit).
Les fonts lineals típiques són els circuits integrats 78xx (per exemple, el 7805 és una font de tensió de 5 V) i els seus derivats.
El desavantatge d'aquestes fonts d'alimentació lineals és la seva baixa eficiència (i perquè la dissipació de potència al circuit integrat varia amb la calor i la necessitat de refrigeració), especialment quan hi ha una gran diferència entre les tensions d'entrada i sortida i corrents elevats. també de vegades és desavantatge que la tensió de sortida sempre sigui inferior a la tensió d'entrada.
L'avantatge rau en el seu baix cost, dimensions reduïdes, facilitat d'ús i manca d'interferències de l'exterior i en el circuit elèctric.
Font d'alimentació incorporada en un laboratori d'enginyeria elèctrica
Canvi de fonts d'alimentació
A les fonts d'alimentació polsades, s'utilitza un transistor d'efecte de camp, que es tanca periòdicament a una freqüència relativament alta (desenes de kHz o més) i augmenta la tensió d'entrada d'un circuit format per una combinació d'una bobina, un condensador i un díode. Amb una combinació adequada d'aquests elements, és possible aconseguir una disminució i un augment de la tensió.
Un altre tipus de font d'alimentació polsada és una font d'alimentació amb un transformador i un rectificador de díode posterior, que aprofita les propietats avantatjoses (dimensions més petites del transformador a corrents elevats, pèrdues magnètiques més baixes) dels materials magnètics moderns (ferrites) a altes freqüències. . Si canvieu la freqüència, podeu aconseguir un canvi en la tensió de sortida.
Així, aquesta font d'alimentació inclou un circuit (generalment en forma de circuit integrat) que proporciona una variació de freqüència basada en la retroalimentació de la tensió de sortida per proporcionar una tensió de sortida estable sota càrregues variables.
Més informació sobre com canviar fonts d'alimentació: Principis generals, avantatges i inconvenients de la commutació de fonts d'alimentació
Com que les fonts d'alimentació de commutació funcionen amb voltatges i corrents d'ona quadrada, normalment emeten ones electromagnètiques en un ampli rang de freqüències. Per tant, a l'hora de crear-los i utilitzar-los, cal observar els principis de compatibilitat electromagnètica (EMC).
Equip de laboratori
En un taller o laboratori, s'utilitza una font d'alimentació de precisió per mesurar, provar i resoldre problemes. Aquestes fonts d'alimentació de laboratori converteixen, rectifiquen i regulen les tensions i els corrents de sortida de manera que es puguin fer mesures sense danyar els dispositius a prova.
Vegeu també:Fonts d'alimentació per a dispositius d'automatització industrial