Kako radi pravi programabilni DC izvor napajanja?

Pregled radnih metoda napajanja

 

Modul ispravljačkog kruga pretvara AC napon iz transformatora u unipolarni AC napon. Zatim modul filtera pretvara unipolarni izmjenični napon u nesavršeni istosmjerni napon s efektima valovitosti.

Regulator napona podešava izlazni napon na željenu razinu i provodi daljnje filtriranje kako bi se postigao konstantan izlaz istosmjernog napona.

 

Ovi moduli sklopova sadrže mnoge komponente od kojih niti jedna nije idealna. Kondenzatori i induktori imaju parazitni otpor, parazitni kapacitet (kod induktora) i parazitni induktivitet (kod kondenzatora). Tranzistori i diode imaju IV karakteristike koje variraju s temperaturom. Sve komponente imaju određena odstupanja vrijednosti svojih parametara, troše energiju, imaju ograničenja snage i stvaraju buku. Ove neidealne karakteristike sprječavaju napajanje da postane apsolutno konstantan istosmjerni izlazni izvor.

 

Odstupanje od idealnog rezultata

 

Izlaz koji pruža DC napajanje nije uvijek korisnički programirani izlaz. Proizvođači će definirati preciznost specifičnih istosmjernih izlaza na temelju tolerancija komponenti: preciznost izlaza ili preciznost prikaza. Kada temperatura okoline premašuje temperaturni raspon kalibracije napajanja, proizvođač također može navesti temperaturni koeficijent koji će se dodati izlaznoj toleranciji. Drugi razlog zašto izlaz istosmjerne struje pada ispod programirane vrijednosti je taj što je pri korištenju velikih strujnih opterećenja unutarnji otpor komponenti u napajanju izložen većem naponu. Proizvođač specificira ovaj učinak kao regulaciju opterećenja, izraženu kao postotak pogreške od punog napona. Kako bi se u potpunosti odredila točnost izlaza istosmjernog napajanja, pogrešku prilagodbe opterećenja treba dodati točnosti izlaza.

 

DC izlazni kraj istosmjernog napajanja također može imati šum. Zbog gibanja i sudara elektrona u metalnim strukturama, inherentna buka postoji u svim elektroničkim komponentama. Ova vrsta buke naziva se Johnsonova buka. Zbog uvjeta na izmjeničnoj liniji, elektromagnetskih smetnji iz okoline (EMI) i lutajućih struja na žici za uzemljenje, šum se također može pojaviti u izlaznoj snazi. Kao i drugi elektronički instrumenti, smanjenje buke u napajanju zahtijeva detaljne tehnike projektiranja. Ali čak i uz najbolji dizajn, bit će šuma na kraju izlaza istosmjernog napajanja.

 

Struktura topologije napajanja

 

Postoje dvije vrste topologija napajanja. Dizajn napajanja može koristiti linearnu topologiju ili topologiju prekidačkog načina rada. Razlika u njihovoj konstrukciji je u modulu ispravljača i modulu za regulaciju napona.

 

(1) Struktura linearne topologije

U linearnom dizajnu strujni krug teče konstantnom strujom. Prednosti ovog dizajna su niska buka i niska složenost, ali učinkovitost nije jako visoka. Učinkovitost linearnog napajanja manja je od 50%.

 

(2) Topološka struktura prekidača

S druge strane, prekidačka napajanja mogu postići 90% učinkovitosti, ali su njihova složenost i izlazni šum mnogo veći. Razlog za visoku buku su aktivne komponente, odnosno tranzistori, koji se koriste kao sklopke za uključivanje i isključivanje napajanja na frekvenciji od kHz. Prednost prekidačkih izvora napajanja je što su manji i lakši od linearnih izvora napajanja istog kapaciteta. Napajanje s prekidačem može se koristiti s lakšim i manjim transformatorima. Osim toga, što je veća frekvencija sklopke, to su sve induktivne komponente manje.

 

Iako su obje topologije prikladne za napajanja do nekoliko stotina vata, prekidački načini napajanja se uglavnom koriste za projektiranje izvora napajanja sa snagom većom od 500 W ili čak kilovata. Za napajanje na razini kilovata, transformatori također mogu biti vrlo veliki i teški.