Toiteallikate tüübid

Reguleeritud toiteallikad viitavad tavaliselt toiteallikale, mis on võimeline pakkuma mitmesuguseid väljundpingeid, mis on kasulikud elektrooniliste vooluahelate testimiseks, võimalusel väljundpinge pideva muutumisega või ainult mõne etteantud pingega. Peaaegu kõik elektroonilistes vooluringides kasutatavad elektroonilised seadmed vajavad töötamiseks alalisvoolu toiteallikat. Reguleeritud toiteallikas koosneb põhiliselt tavalisest toiteallikast ja pinge reguleerimisseadmest. Tavalise toiteallika väljund suunatakse pinge reguleerimisseadmesse, mis tagab lõpliku väljundi. Väljundpinge jääb konstantseks, olenemata vahelduvvoolu sisendpinge kõikumistest või väljundvoolu (või koormuse) kõikumistest, kuid selle amplituudi varieeritakse vastavalt koormuse nõudele.

Mõnda sellist tüüpi toiteallikat käsitletakse allpool.

SMPS

Tööstuse püüd väiksemate, kergemate ja produktiivsemate elektroonikasüsteemide poole on ajendanud SMPS-i edendama muud kui lülitusrežiimi toiteallikat. SMPS-i aktualiseerimiseks kasutatakse tavaliselt mõnda topoloogiat. Lülitusrežiimiga toiteallikas on elektrooniline toiteallikas, mis sisaldab lülitusregulaatorit elektrienergia efektiivseks muundamiseks. Sellel kõrgete lülitussageduste kasutamisel vähenevad võimsustrafo ja sellega seotud filtreerimiskomponentide suurused SMPS-is dramaatiliselt võrreldes lineaarsega. Alalisvoolu alalisvoolu muundurid ja alalisvoolu vahelduvvoolu muundurid kuuluvad SMPS-i kategooriasse.

Lineaarses regulaatorahelas langeb reguleerimata alalisvoolu sisendpinge ülepinge üle seeriaelemendi ja seega on võimsuskadu proportsionaalselt selle pingelangusega, samas kui lülitusrežiimiga vooluahelas eemaldatakse reguleerimata pinge osa lülitit reguleerides suhe. Kaasaegsete lülitite (näiteks MOSFETide) lülituskaod on palju väiksemad võrreldes lineaarse elemendi kadudega.

Suurem osa elektroonilistest alalisvoolukoormustest tarnitakse tavalistest toiteallikatest. Kahjuks ei pruugi standardallika pinged vastata mikroprotsessorite, mootorite, LEDide või muude koormuste nõutavatele tasemetele, eriti kui allika pinget ei reguleerita nagu patareiallikaid ja muid alalisvooluallikaid.

SMPS-i plokkskeem:

Lülitusrežiimi toiteallika (SMPS) peamine idee on DC-muunduri kontseptuaalse selgituse mõistest hõlpsasti mõistetav. Kui süsteemi sisendiks on vahelduvvool, siis peab esimene etapp muutuma alalisvooluks. Seda nimetatakse parandamiseks. Alalisvoolu sisendiga SMPS ei vaja parandusetappi. Paljud uuemad SMPS-id kasutavad spetsiaalset võimsusteguri korrigeerimise (PFC) vooluringi. Järgides vahelduvvoolu sisendi sinusoidaalset lainet, saame sisendvoolu teha. Ja alandatud signaal filtreeritakse sisendpaagi kondensaatori abil reguleerimata alalisvoolu sisendtoite saamiseks. Reguleerimata alalisvooluallikas antakse kõrgsageduslülitile. Kõrgemate sageduste korral on vaja suurema mahtuvuse ja induktiivsusega komponente. Selles võib MOSFET-e kasutada sünkroonsete alalditena, millel on veelgi madalamad juhtiva astme pingelangused. Kõrge lülitussagedus lülitab sisendpinge üle toitetrafo primaari. Ajami impulsid on tavaliselt fikseeritud sagedusega ja muutuva töötsükliga. Sekundaartrafo väljund parandatakse ja filtreeritakse. Seejärel saadetakse see toiteallika väljundisse. Väljundit reguleeritakse stabiliseeritud alalisvoolu andmiseks läbi juht- või tagasiside ploki.

Enamik SMPS-i. Süsteemid töötavad fikseeritud sagedusega impulsi laiuse modulatsiooni alusel, kus toitelüliti ajami sisselülitamise aja kestus varieerub tsüklite kaupa. Lülitile antud impulsi laiuse signaal on pöördvõrdeline väljundpinge väljundiga. Ostsillaatorit juhitakse suletud ahela regulaatori pinge tagasisidega. See saavutatakse tavaliselt väikese impulsstrafo või optoisolaatori abil, lisades seega komponentide arvu. SMPS-is sõltub väljundvoolu voog sisendsignaalist, kasutatavatest salvestuselementidest ja vooluringi topoloogiatest ning samuti lülituselementide juhtimiseks kasutatavast mustrist. LC-filtrite abil filtreeritakse väljundi lainekujud.

SMPS-i eelised:

• Suurem efektiivsus, kuna lülitustransistor hajutab vähe energiat
• Madalam soojuse teke suurema efektiivsuse tõttu
• Suuruselt väiksem
• Kergem kaal
• Vähendatud harmooniline tagasiside toitevõrku

SMPS-i rakendused:

• Personaalarvutid
• Tööpingitööstused
• Turvasüsteemid

Koos SMPS-iga käsitletakse allpool ühte reguleeritud toite ja varundamise eesmärki.

Lineaarsed toiteallikad

Tööpingi toiteallikas koos varundusega

Tööpingi toiteallikas on alalisvoolu toiteallikas, mis võib pakkuda erinevaid reguleeritud alalispingeid, mida kasutatakse testimiseks või tõrkeotsinguks. On loodud lihtne reguleeritud toiteallikas koos aku varuga, mida saab kasutada töölaua toiteallikana. See annab prototüüpide toitmiseks testimise või tõrkeotsingu ajal 12 volti, 9 volti ja 5 volti reguleeritud alalisvoolu. Samuti on aku varundatud, et tööd jätkata, kui toide katkeb. Aku oleku kinnitamiseks on saadaval ka aku tühjenemise indikaator.

See koosneb kolmest põhiosast:

Alaldi ja filtriseade, mis muundab vahelduvvoolu signaali reguleeritud alalisvoolu signaaliks, kasutades trafot, dioode ja kondensaatoreid.

Alternatiivina kasutatav aku, mida saab põhitoiteallika ajal laadida ja kasutada toiteallikana põhivarustuse puudumise korral.

Aku laadimise indikaator, mis näitab aku laetust ja tühjenemist.

Moodustub 14-0-14, 500 mA trafo, alaldidioodid D1, D2 ja silumiskondensaator C1 toiteallika sektsioon . Kui vooluvõrk on saadaval, suunab D3 ettepoole kallutatult ja annab IC1-le üle 14 volti alalisvoolu, mis annab seejärel reguleeritud 12 volti, mida saab selle väljundist ära kasutada. Samal ajal annab IC2 väljunditest reguleeritud 9 volti ja IC3 reguleerib 5 volti.

Varuvarustusena kasutatakse 12-voldist 7,5 Ah laetavat akut. Kui vooluvõrk on saadaval, laadib see D3 ja R1 kaudu. R1 piirab laadimist. Ülelaadimise vältimiseks on Trickle'i laadimisrežiim ohutu, kui toide on pikka aega sisse lülitatud ja aku ei kasuta. Laadimisvool on umbes 100–150 mA. Kui vooluvõrk ebaõnnestub, võtab koormuse D3 vastupidine ja D4 ettepoole suunatud eelarvamused ning aku. Ideaalne valik on UPS-i aku.

Zeneri diood ZD ja PNP transistor T1 moodustavad aku tühjenemise indikaatori. Sellist paigutust kasutatakse inverterites, et näidata aku madalat olekut. Kui aku pinge on üle 11 volti, juhib Zener T1 alust ja hoiab seda kõrgel, nii et see jääb välja. Kui aku pinge langeb alla 11 volti, lülitub Zener välja ja T1 kallutab edasi. (Zeneri diood juhib ainult siis, kui selle kaudu läbitav pinge on üle 1 volt või üle selle nimipinge. Nii et siin juhib 10-voldine zener ainult siis, kui pinge on üle 11 volti.) Seejärel süttib LED, mis näitab aku laadimise vajadust. VR1 reguleerib Zeneri õige väljalülituspunkti. Laadige aku täielikult ja mõõtke selle klemmipinge. Kui see on üle 12 volti, reguleerige eelseadistatud VR1 klaasipuhasti keskmisesse asendisse ja keerake seda veidi, kuni LED kustub. Ärge keerake eelseadet äärmiste otsteni. Aku peaks alati sisaldama piisavat pinget üle 12 volti (täielikult laetud aku näitab umbes 13,8 volti), siis saab piisava sisendpinge ainult IC1.

Iselülituva toiteallika vooluahela skeem

Selles vooluringi skeemis annab reguleeritud toiteallikas, et kuigi püsipinge regulaator U1-LM7805 annab mitte ainult muutuja, vaid ka automaatne väljalülitamine Funktsioonid. See saavutatakse potentsiomeetriga, mis on ühendatud regulaatori IC ühise klemmi ja maa vahele. Potentsiomeetri RV1 takistuse sisselülitatud väärtuse iga 100-oomise juurdekasvu korral suureneb väljundpinge 1 volti võrra. Seega varieerub väljund vahemikus 3,7 V kuni 8,7 V (võttes arvesse dioodide D7 ja D8 1,3-voldist langust).

Kui väljundklemmide kaudu pole koormust ühendatud, lülitub toiteallikas ise välja. See saavutatakse transistoride Q1 ja Q2, dioodide D7 ja D8 ning kondensaatori C2 abil. Kui väljundisse on ühendatud koormus, on transistoride Q2 ja Q1 juhtimiseks piisav potentsiaalne langus dioodidel D7 ja D8 (umbes 1,3 V). Selle tulemusena saab relee pinge ja jääb sellesse olekusse seni, kuni koormus jääb ühendatuks. Samal ajal laetakse kondensaator C2 transistori Q2 kaudu umbes 7-8-voldisele potentsiaalile. Kuid kui koormus (siin lamp S2-ga järjestikku) lahti ühendatakse, lõigatakse transistor Q2 ära. Kondensaator C2 on siiski laetud ja see hakkab tühjendama läbi transistori Q1 aluse. Mõne aja pärast (mis määratakse põhimõtteliselt C2 väärtuse järgi) lülitatakse relee RL1 välja, mis lülitab trafo TR1 primaarse võrgu sisendi välja. Toite taasalustamiseks tuleb lülitit S1 hetkeks vajutada. Toiteallika väljalülitamise viivitus sõltub otseselt kondensaatori väärtusest.

Kasutati trafot sekundaarpingega 12V-0V, 250mA, kuid seda saab siiski muuta vastavalt kasutaja nõudmistele (maksimaalselt kuni 30V ja 1-amprine voolutugevus). Üle 300mA voolu joonistamiseks peab regulaatori IC olema paigaldatud vilgukivi isolaatori kohale väikese jahutusradiaatoriga. Kui trafo sekundaarne pinge tõuseb üle 12 volti (RMS), tuleb potentsiomeeter RV1 uuesti mõõta. Samuti peaks relee pinge nimetus olema eelnevalt kindlaks määratud.

Muutuv toiteallikas LM338 abil

Elektrooniliste seadmete toitmiseks on sageli vaja alalisvoolu toiteallikat. Kuigi mõned vajavad reguleeritud toiteallikat, on palju rakendusi, kus väljundpinget tuleb muuta. Muutuv toiteallikas on see, kus saame väljundpinget vastavalt nõuetele kohandada. Muutuvat toiteallikat saab kasutada paljudes rakendustes, näiteks muutuva pinge rakendamine alalisvoolumootoritele, muutuva pinge rakendamine kõrgepinge alalisvoolu alalisvoolu muunduritele võimenduse reguleerimiseks jne. Seda kasutatakse enamasti elektrooniliste projektide testimine .

Muutuva toiteallika põhikomponent on mis tahes regulaator, mille väljundit saab reguleerida mis tahes viisil, näiteks muutuva takisti abil. Regulaatori IC-d nagu LM317 tagavad reguleeritava pinge vahemikus 1,25 kuni 30 V. Teine võimalus on kasutada LM33 IC-d.

Siin kasutatakse lihtsat muutuva toiteallika vooluringi, kasutades LM33, mis on kõrgepinge regulaator.

LM 338 on kõrgepinge regulaator, mis suudab koormusele anda üle 5 amprise voolu. Regulaatori väljundpinget saab reguleerida vahemikus 1,2 volti kuni 30 volti. Väljundpinge seadmiseks on vaja ainult kahte välistakisti. LM 338 kuulub LM 138 perekonda, mis on saadaval kolmes terminalipaketis. Seda saab kasutada sellistes rakendustes nagu reguleeritav toiteallikas, püsivooluregulaator, akulaadijad jne. Suure voolutugevusega toiteallikas on hädavajalik võimsa võimendi ahelate testimiseks tõrkeotsingu või hoolduse ajal. See võimaldab toiteallikat kasutada suurte mööduvate koormuste korral ja kiirused käivituvad täiskoormuse tingimustes. Ülekoormuse kaitse jääb toimima ka siis, kui reguleerimistihvt on kogemata lahti ühendatud.

Vooluringi kirjeldus

Põhiline vooluring koosneb järgmistest osadest:

1. Astuge trafo alla, et põhjustada vahelduvpinge langus 230 V.
2. Alaldimoodul vahelduvvoolu signaali parandamiseks.
3. Siluv elektrolüüdikondensaator alalisvoolu signaali filtreerimiseks ja vahelduvvoolu lainete eemaldamiseks.
4. LM338
5. Muutuv takisti

Vooluringi töö

LM338 positiivse pinge regulaatoriga muutuv toiteallikas on näidatud allpool. Võimsus saadakse 0–30 volti 5-amprise astmelist trafot. 10 amprine alaldi moodul alaldab madalpinge vahelduvvoolu alalisvoolu, mille silumiskondensaator C1 muudab pulsatsioonivabaks. Kondensaatorid C2 ja C3 parandavad mööduvaid reaktsioone. Väljundpinget saab reguleerida Pot VR1 kaudu soovitud pingele 1,2 kuni 28 volti. D1 kaitseb C4 eest ja D2 kaitseb väljalülitamisel C3 eest. Regulaator nõuab jahutusradiaatorit.

Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.