Cum funcționează sursele de alimentare Blog EAGLE

Sam Sattel

Sursele de alimentare constituie baza tuturor dispozitivelor noastre electronice și oferă un flux consistent de tipare acolo unde este cel mai necesar. În electronica modernă de astăzi, cum ar fi computerele și alte dispozitive sensibile la date, alimentarea trebuie să funcționeze perfect, iar o singură defecțiune poate însemna muncă și date pierdute. Însă, în calitate de designeri electronici, ne lăsăm în mod obișnuit considerentele noastre legate de alimentarea cu energie electrică, luând un bloc schematic prefabricat despre care știm că funcționează deja. La urma urmei, ne dorim doar ieșirea noastră de 5V, nu? Se pare că se întâmplă mult mai multe sub capotă.

Surse de alimentare de la 10.000 de picioare

Majoritatea surselor de alimentare vor prelua alimentarea de la rețeaua de curent alternativ și o vor transforma într-un curent continuu utilizabil pentru utilizare în dispozitive electronice. În timpul acestui proces, o sursă de alimentare ocupă o serie de roluri, inclusiv:

Transformarea AC dintr-o rețea de alimentare într-un DC constant
Prevenirea oricărui CA de a interfera cu o ieșire de alimentare DC
Menținerea tensiunilor de ieșire la un nivel constant, indiferent de modificările tensiunilor de intrare

Pentru ca toată această conversie să aibă loc, o sursă de alimentare tipică va utiliza mai multe componente comune, inclusiv un transformator, redresor, filtru și regulator.

Procesul de conversie AC-DC începe cu un curent alternativ care provine de la o priză de perete sub formă de undă sinusoidală. Această formă de undă alternează între tensiunile negative și pozitive de până la șaizeci de ori pe secundă.

O formă de undă sinusoidală de curent alternativ. (Sursa imaginii)

Tensiunea de curent alternativ este redusă mai întâi de un transformator pentru a satisface cerințele de tensiune ale sarcinii de alimentare. Odată ce tensiunea este redusă, un redresor va transforma forma de undă AC sinusoidală într-un set de jgheaburi și creste pozitive.

Rectificarea elimină partea negativă a unei forme de undă AC, lăsând doar o ieșire pozitivă. (Sursa imaginii)

În acest moment, există încă o oscilație în forma de undă de curent alternativ, astfel încât un filtru este utilizat pentru a netezi tensiunea de curent alternativ într-o sursă de curent continuu utilizabilă.

Aplicarea unui filtru cu un condensator de rezervor elimină crestele și jgheaburile agresive din forma noastră de undă. (Sursa imaginii)

Acum, când AC-ul a fost transformat în DC utilizabil, unele surse de alimentare vor elimina în continuare orice undă din forma de undă cu ajutorul unui regulator. Acest regulator va oferi o ieșire continuă DC, indiferent de modificările care se întâmplă la tensiunea de intrare AC.

Acesta este procesul dintr-o privire. Indiferent de ce sursă de alimentare vă uitați, acesta va avea întotdeauna cel puțin trei componente principale - un transformator, redresor și filtru. Regulatoarele pot sau nu să fie utilizate în funcție de dacă sursa de alimentare este nereglementată sau reglementată (mai multe despre aceasta mai târziu).

Componentele sursei de alimentare în detaliu

Transformator

Ca prima linie de apărare, transformatorul are sarcina de a coborî curentul alternativ de intrare de la o sursă de alimentare într-un nivel de tensiune pe care încărcarea sursei de alimentare o poate suporta. Transformatoarele pot crește și tensiunile, dar pentru acest articol ne vom concentra asupra celor care reduc tensiunea pentru dispozitivele electronice de curent continuu de joasă tensiune.

În cadrul unui transformator sunt două înfășurări ale unei bobine, ambele separate fizic una de cealaltă. Prima înfășurare preia curent alternativ de la o rețea de alimentare și apoi se cuplează electromagnetic cu a doua înfășurare pentru a conduce o tensiune alternativă necesară în înfășurarea secundară. Menținând aceste două înfășurări separate fizic, un transformator poate izola o tensiune de rețea alternativă de la ieșirea circuitului de alimentare.

Cele două bobine separate fizic într-un transformator conduc prin cuplaj electromagnetic. (Sursa imaginii)

Redresor

Odată ce AC a fost demis de un transformator, este apoi sarcina redresorului să convertească o formă de undă AC într-un format DC brut. Acest lucru este realizat fie de una, fie de un set de diode într-o configurație Half Wave, Full Wave sau Bridge Rectification.

Rectificare pe jumătate de val

În această configurație, o singură diodă redresoare este utilizată pentru a extrage o tensiune continuă din jumătatea unui ciclu de formă de undă AC. Acest lucru lasă sursa de alimentare cu jumătate din tensiunea de ieșire pe care ar obține-o de la o formă de undă AC completă la Vpk x 0,318. Half Wave este cea mai ieftină configurație de proiectat, este ideală pentru utilizări neexigente de energie și, de obicei, va lăsa cea mai mare cantitate de ondulație într-o tensiune de ieșire.

Redresare pe jumătate de undă într-un circuit și formă de undă de ieșire. (Sursa imaginii)

Rectificare Full Wave

În această configurație, două diode redresoare sunt utilizate pentru a extrage două semicicluri ale unei forme de undă de curent alternativ. Acest proces va furniza o tensiune de ieșire dublă a rectificării pe jumătate de undă la Vpk x 0,637. În timp ce această configurație este mai costisitoare de proiectat decât Half Wave, deoarece necesită un transformator centralizat, are avantajul suplimentar al netezirii îmbunătățite a ondulărilor de curent alternativ.

Rectificare completă a undelor într-un circuit și formă de undă de ieșire. (Sursa imaginii)

Rectificarea podului

Această configurație utilizează patru diode dispuse într-o punte pentru a realiza rectificarea completă a undelor fără a necesita un transformator central. Aceasta va oferi aceeași tensiune de ieșire ca Full Wave la Vpk x 0,637 cu diode care necesită doar jumătate din tensiunea lor de avarie inversă. În timpul fiecărei jumătăți de ciclu se desfășoară două diode opuse, care oferă o formă de undă AC completă la sfârșitul unui ciclu complet.

Rectificarea podului într-un circuit și o formă de undă de ieșire, la fel ca Full Wave. (Sursa imaginii)

Filtru

Acum, când ne-am transformat tensiunea de curent alternativ, este treaba unui filtru să îndepărteze orice ondulații de curent alternativ din tensiunea de ieșire, lăsând o tensiune continuă DC. De ce să elimini undele? Dacă trec în ieșirea sursei de alimentare, vă pot deteriora sarcina și vă pot distruge întregul circuit. Există două componente de bază utilizate în filtre, un condensator de rezervor și un filtru trece jos.