Kuo skiriasi impulsinis maitinimo šaltinis nuo įprastinio: savybės ir skirtumai

Didžioji dauguma šiuolaikinės elektronikos prietaisų veikia nuolatine srove, kurios srovės stipris ir įtampa yra nedideli. Pavyzdžiui, maršrutizatoriai naudoja 12 voltų ir 5 amperus, o išmanieji telefonai dažniausiai naudoja 5 voltus ir 2 amperus. Skirtumas tas, kad buitinio elektros tinklo srovė yra visiškai kitokia: 60 Hz, 220 voltų ir (paprastai) iki 6 amperų kintamoji srovė.

Taigi, norint naudoti elektroninius prietaisus namų ūkio tinkle, šią srovę reikia kažkaip paversti. Tam naudojami maitinimo šaltiniai. Jų užduotis – transformuoti srovę, kad ji būtų tam tikros įtampos, stiprumo ir dažnio (kintamąją srovę paversti nuolatine).

Jei reikia išsirinkti tinkamą maitinimo šaltinį arba susikurti jį patiems, dažniausiai susidursite su dviem variantais – įprastu, dar vadinamu transformatoriumi, ir impulsiniu. Ne visada aišku, kuo skiriasi, išskyrus dizaino sudėtingumą. Taigi šiame straipsnyje apžvelgsime skirtumus tarp impulsinių ir įprastinių maitinimo šaltinių, jų savybes ir skirtumus.

Įprastiniai maitinimo šaltiniai (transformatoriaus tipo)

Transformatorinis maitinimo šaltinis yra vienas pirmųjų prietaisų, skirtų elektros energijai paversti. Jie yra analoginio tipo, paprastos konstrukcijos ir gana patikimi. Tačiau jie taip pat turi rimtų trūkumų, pvz., per dideli matmenys.

Transformatorius yra pagrindinis tokių maitinimo šaltinių funkcinis elementas. Jį sudaro dvi indukcinės ritės. Pirmasis ima elektrą iš 220 voltų namų ūkio elektros tinklo ir sukuria elektromagnetinį lauką. Tai savo ruožtu sukelia indukciją ir antrajame kontakte sukuria elektromagnetinę jėgą. Taip sumažinama įtampa.

Tada žeminančioje ritėje generuojama elektros srovė perduodama lygintuvui. Juos paprastai sudaro keli galios diodai tiltelio grandinėje. Lygiagrečiai su diodų tilteliu sujungtas kondensatorius išlygina pulsuojančias įtampas, o tada galios tranzistoriai jas stabilizuoja.

Todėl išėjime sukuriama tam tikros įtampos ir stiprumo nuolatinė srovė. Jo darbo parametrams reguliuoti naudojami specialūs derinimo rezistoriai, įtraukti į stabilizavimo schemą.

Įprastiniai PSU (transformatoriaus tipo) pasižymi didžiausiu konstrukciniu paprastumu. Elementaraus įrenginio grandinės schemoje yra tik trys dalys: ritės sistema, diodų tiltelis ir kondensatorius.

Pagrindiniai įprastinių maitinimo šaltinių privalumai:

1. Lengvas surinkimas ir dizainas. Maitinimo blokus galima surinkti patiems – tereikia suprasti veikimo principą ir būti tikram, kad tiksliai žinote, kam ketinate naudoti bloką;

2. Didelis patikimumas ir ilgaamžiškumas. Praktiškai neribotas tarnavimo laikas tinkamai eksploatuojant. Todėl šiandien vis dar galima rasti veikiančių modelių, pagamintų daugiau nei prieš kelis dešimtmečius;

3. Sudedamųjų dalių prieinamumas. Visas reikiamas dalis galima įsigyti radijo turguose, mėgėjiškose ir specializuotose parduotuvėse, todėl nereikia užsakinėti specialių grandinių iš užsienio;

4. Nesukelkite jokių klaidžiojančių radijo bangų srovių. Taip išvengiama kišimosi į elektros tinklą ar galutinio vartotojo veiklą.

Pagrindiniai įprastinių VSS trūkumai:

1. Mažas efektyvumas. Kai elektra perduodama transformatoriumi, prarandama labai daug energijos. Be to, tam tikras efektyvumas papildomai prarandamas dėl to, kad išėjime naudojamas reguliatorius, užtikrinantis stabilius veikimo parametrus;

2. Didelis. Kuo galingesnis maitinimo šaltinis, tuo didesnis jo svoris ir matmenys. Todėl didelės galios prietaisai gali būti mažai judrūs;

3. Sukurti didelį elektromagnetinį lauką. Todėl jie gali kelti triukšmą kitose signalų linijose, pvz., koaksialiniuose kabeliuose arba vytos poros kabeliuose.

Visi šie trūkumai yra tokie svarbūs, kad šiandien įprastiniai maitinimo šaltiniai praktiškai nenaudojami kasdieniame gyvenime. Vietoj jų naudojami komutacinio režimo maitinimo šaltiniai.

Komutaciniai maitinimo šaltiniai

Komutaciniai maitinimo šaltiniai yra sudėtingi inverterio tipo įrenginiai. Pagrindinis jų skirtumas nuo įprastinių maitinimo šaltinių yra tas, kad įėjimo įtampa tiekiama tiesiai į lygintuvą. Tada jis generuoja tam tikro dažnio impulsus. Už tai atsakinga atskira valdymo posistemė, todėl komutaciniai maitinimo šaltiniai yra visiškai skaitmeniniai įrenginiai.

Kadangi komutuojamieji maitinimo šaltiniai išsiskiria konstrukciniu ir esminiu sudėtingumu, šiame straipsnyje netikslinga nagrinėti jų darbo schemą.

1. Maitinimo tinklo srovė tiekiama į linijos filtrą, taip sumažinant iškraipymus prieš srovę ir už jos;

2. Inverteris transformuoja sinusinę kintamąją srovę į impulsinę nuolatinę srovę;

3. Valdymo moduliu valdomas keitiklis iš impulsinės nuolatinės srovės generuoja stačiakampius aukšto dažnio signalus;

4. Srovė tiekiama impulsiniam transformatoriui, kuris tiekia įtampą įvairiems PSU komponentams ir apkrovai;

5. Tada srovė tiekiama į išėjimo lygintuvą ir išlyginama išėjimo filtru.

Jis ne tik pasižymi dideliu našumu, bet ir nedideliu plotu. Atkreipkite dėmesį, kad kuo didesnis impulsų dažnis, tuo kompaktiškesnis maitinimo šaltinis dėl mažesnio transformatoriaus dydžio.

Pagrindiniai impulsinių maitinimo šaltinių privalumai:

1. Didelis efektyvumas, paprastai apie 98 %. Maži nuostoliai dėl pereinamųjų perjungimo procesų. Tačiau šie trūkumai yra per maži, kad į juos būtų atsižvelgta;

2. Kompaktiškas dydis ir nedidelis svoris. Taip yra todėl, kad komutacinio režimo maitinimo šaltiniams nereikia didelio transformatoriaus.

Pagrindiniai impulsinių maitinimo šaltinių trūkumai

1. Konstrukcijos sudėtingumas. Be elektronikos ar elektrotechnikos žinių tokio prietaiso surinkti namuose praktiškai neįmanoma;

2. Pastebimas įkaitimas darbo metu. Todėl didelės galios komutuojamuosiuose maitinimo šaltiniuose įrengiamos papildomos aušinimo sistemos, todėl padidėja jų dydis ir svoris;

3. Aukšto dažnio triukšmo buvimas. Todėl tokiuose maitinimo šaltiniuose, skirtuose naudoti jautrioje įrangoje, įrengiamas triukšmo filtras, tačiau net ir jis 100 % neapsaugo nuo tokių „šlamšto signalų”;

4. Apkrovos vardinė galia turi atitikti vardinį diapazoną. Jei šis rodiklis viršijamas arba nepasiekiamas, išėjimo įtampa svyruoja. Paprastai gamintojai numato šį reiškinį ir įdiegia apsaugą nuo tokių neįprastų situacijų.

Kompaktiškas dydis ir didelis efektyvumas lėmė, kad komutacinio režimo maitinimo šaltiniai tapo plačiai paplitę. Dabar jie naudojami mobiliųjų telefonų įkrovikliuose, kompiuterių ir buitinių prietaisų akumuliatorių įkrovikliuose, taip pat elektroniniuose šviestuvų balastuose.

Komutacinių ir įprastinių maitinimo šaltinių palyginimas

Palyginkime šių dviejų tipų prietaisus, kad nustatytume, kurį geriau naudoti vienoje ar kitoje situacijoje.

Esant kitoms vienodoms sąlygoms, geriau rinktis viršįtampių maitinimo šaltinius. Jie pasižymi dideliu efektyvumu ir sveria vos kelias dešimtis gramų. Tačiau kai kuriose tiksliosiose programose geriau tinka įprastiniai (transformatoriniai) modeliai, nes jie neužgožia išėjimo signalo trukdžiais.