Recenze tříkanálového lineárního zdroje. Které napájení je lepší, pulzní nebo transformátorové / Pouzdra a napájení / iXBT Live

Porovnání lineárních a spínaných laboratorních zdrojů

Internetový obchod Electronoff je tady! Pokud na internetu hledáte stabilizátory napětí, nebo laboratorní zdroje, které jsou prakticky to samé, můžete najít dvě možnosti – lineární a spínací. Dnes se podíváme na to, jak se funkčně a provozně liší, a řekneme si principy jejich fungování.

Nebudeme zabíhat do přílišných podrobností, ale pokusíme se vám sdělit základní informace.

Začněme lineárními stabilizátory.

Jejich nápadným příkladem jsou oblíbené mikroobvody řady L78xx. Zhruba řečeno, takové stabilizátory fungují jako běžný odpor – absorbují veškerou „přebytečnou“ energii, která nejde do zátěže. Vezměme si například LED diodu. Potřebuje 3 volty, ale na vstupu máme 12 voltů. Lineární stabilizátor sníží napětí na 3 volty a řekněme „sežere“ zbývajících 9 voltů – změní je na samotné zahřívání.

Čím menší je rozdíl napětí, tím větší je jejich účinnost. Například, pokud LED potřebuje 3 volty a my máme na vstupu 5, stabilizátor spotřebuje 2 volty a zahřeje se jen málo. A pokud dodáme 30 voltů, bude muset spotřebovat až 27 voltů a ohřev z toho bude mnohem větší.

Můžete dokonce počítat.

• Vezměme proud procházející LED rovnou 100 mA nebo 0.1 A.
• Na základě výpočtu ztrátového výkonu P=U*I při vstupním napětí 5 voltů stabilizátor ztratí 2*0.1 = 0.2 W a při vstupním napětí 30 voltů již 27*0.1 = 2.7 W, tedy 13.5krát více.
• Vzhledem k tomu, že samotná LED má spotřebu 0.3 W, je účinnost v druhém případě naprosto nulová.

Ale nemyslete si, že tyto stabilizátory jsou opravdu špatné. Mají několik významných výhod.

Průmyslové napájecí zdroje navíc minimalizují rozdíly napětí pomocí transformátorů s více vinutími. Takto vždy pracují v optimálním režimu.

Ale pulzní laboratorní zdroj trochu složitější. Nadměrné napětí „nežerou“, transformují ho. Obrazně řečeno se jedná o nastavitelný transformátor, který se řídí „transformátorovými“ zákony zachování energie – pokud bylo na vstupu vysoké napětí a nízký proud, tak na výstupu můžeme dostat řekněme nízké napětí a vysoký proud (více než na vstupu).

Teoreticky může mít takový stabilizátor účinnost blízkou 100% (ale vždy dochází ke ztrátám – v magnetickém obvodu a zahřívání rádiových součástek) a výrobci se snaží této hodnotě co nejvíce přiblížit.
Pomocí pulzní metody můžete vyrobit malé, ale velmi výkonné napájecí zdroje.

Zní to dobře, ale v praxi to tak růžové není.

Spínací stabilizátory jsou z hlediska návrhu obvodu a výroby mnohem složitější. Musí obsahovat specializovaný mikroobvod, který je připojen k transformátoru nebo cívce. Vyžadují další kabeláž a celá věc používá k převodu vysokou proměnnou frekvenci (protože ke konverzi může dojít pouze se střídavým proudem (nebo pulzním, odtud název)).

V důsledku toho mohou nastat následující problémy:

1. Výstupní pulzace. Vzhledem k tomu, že napětí je převáděno na impulsy, mohou být tyto impulsy uloženy na výstupu stabilizátoru a unikají do zátěže. Zvláště nepříjemně je to cítit na zesilovačích zvuku a dalších citlivých obvodech – senzorech, senzorech, časovačích a tak dále.
   Zvlnění vytváří rušení nejen na konverzní frekvenci, ale i na harmonických této frekvence. Pokud navíc základní frekvence nebo její harmonické spadají do zvukového rozsahu, bude zdroj vydávat nepříjemný skřípavý zvuk, který potrápí náš už tak křehký nervový systém.
2. Navíc spousta elektroniky dělá celý obvod křehčím a vrtošivým.
   U kvalitních průmyslových spínaných zdrojů je samozřejmě zvlnění minimalizováno a jsou zajištěny všechny druhy ochran a nastavení, aby se nic nerozbilo. Ale vyrobit si takový blok sami bez určité znalosti je problematické.

✓ Lineární stabilizátor „sežere“ všechnu přebytečnou energii, je jednodušší, levnější a spolehlivější, ale mnohem méně účinný. Čím větší je rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím, tím nižší je účinnost.

✓ Spínací stabilizátor (převádí počáteční napětí na požadované, šetří veškerou (no, ideálně veškerou) energii, tedy mnohem efektivněji – je prakticky lhostejný rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím. Ale zároveň , je mnohem složitější na vývoj, konfiguraci a výrobu, a proto je dražší.

Rozhodli jste se pořídit si laboratorní zdroj, ale nevíte, kde vybrat? V tomto příspěvku se pokusím vysvětlit, na co se zaměřit při výběru zdroje energie, jak rozlišit typ zařízení a jeho účel, a také ukázat svou tříkanálovou „laboratoř“, zvážit její vlastnosti, parametry a skutečné možnosti. Pro ty, kteří chtějí vidět náplň, otevřeme pouzdro napájecího zdroje.

Jaké jsou typy napájecích zdrojů?

Laboratorní zdroje se dodávají v transformátorovém (lineárním) a spínacím typu; první jmenované jsou preferovány v odborných kruzích elektrotechniků, ale jsou také mnohem dražší.

Prvním kritériem, podle kterého lze tyto dva typy napájecích zdrojů rozlišit, je velikost a hmotnost. Pulzní zařízení jsou kompaktnější a mnohem lehčí, což se vysvětluje principem konverze napětí.

V transformátorovém zdroji napětí nejprve klesá, pak se usměrňuje a poté stabilizuje. Za tento proces je zodpovědný velký transformátor ve spojení s diodovým můstkem, skupinou kondenzátorů a bipolárních tranzistorů.

Ve spínaném zdroji je vstupní napětí nejprve usměrněno, poté převedeno na vysokofrekvenční střídavé napětí, načež je opět usměrněno a stabilizováno. Výkonové transformátory, které používají, jsou mnohem menší a pracují ve spojení s pulzním měničem.

Transformátorové zdroje se i přes vysokou hmotnost a rozměry vyznačují jednoduchou konstrukcí a vysokou spolehlivostí, ale hlavně nevytvářejí rádiové rušení, na rozdíl od pulzních jednotek, kde mohou harmonické složky principem své činnosti způsobovat rušení. Z těchto důvodů je někdy nežádoucí používat u některých typů zařízení spínané zdroje.

Podle počtu kanálů jsou napájecí zdroje: jednokanálové, dvoukanálové a tříkanálové, na tento bod je také třeba dávat pozor při výběru „laboratoria“.

Jednokanálový je nejoblíbenějším typem napájecího zdroje jak pro začínající radioamatéry, tak pro opraváře elektroniky.

Přední panel může mít dva hlavní konektory „+“ a „-“ nebo „plus“, „mínus“ a zemnící zásuvku, která slouží jako doplňková ochrana při práci se zařízením.

Dvoukanálové – mají ve svém arzenálu použití dva na sobě nezávislé napájecí zdroje, nastavitelné v proudu a napětí.

Tříkanálový napájecí zdroj – má ještě jeden přídavný pevný napájecí zdroj pro určité hodnoty proudu a napětí.

Jedním z důležitých parametrů zdroje je jeho provoz v režimu omezení proudu. To a proč vysvětlím o něco později, až otestujeme provoz mého lineárního zdroje.

Další typ napájecích zdrojů je programovatelný, jejich rozsah použití je poměrně široký, ale většina z nich se kupuje pro výzkumné účely.

Tyto napájecí zdroje lze použít k programování výstupních parametrů, zpoždění a spouštěcích podmínek. Pomocí speciálního softwaru je lze také připojit k PC pro další výzkum a analýzu měření.

Vzhled tříkanálového napájecího zdroje

Nyní je čas zkontrolovat tříkanálový lineární napájecí zdroj. Napájecí zdroj s maximálním výstupním napětím 30 voltů, proudem 5 ampér, má tři nezávislé kanály, z nichž dva jsou nastavitelné pro proud a napětí, výsledky měření se zobrazují na čtyřech LED displejích různých barev pro pohodlnější vizuální vnímání . Jeden kanál s pevnou hodnotou napájení 5 voltů a proudem 3 ampéry.

Na předním panelu, jak již bylo zmíněno výše, jsou LED displeje pro měření proudu (červená) a napětí (zelená).

Níže je řada regulátorů pro nastavení proudu a napětí. Uprostřed stejné řady jsou tlačítka, pomocí kterých můžete vybrat jednu z možností připojení mezi kanály (nezávislé, paralelní a sériové).

Úplně dole je velké zapínací tlačítko „POWER“, dále pak terminál s konektory pro první, druhý a třetí kanál. Navíc pro nastavitelné kanály jsou každý tři výstupy („plus“, „mínus“ a „zem“), pevný kanál má pouze „plus“ a „mínus“.

Zdroj je díky velkému transformátoru uvnitř poměrně těžký; Na zadní straně jsou radiátory a pod kovovými kryty jsou umístěny výstupní tranzistory. Nechybí ani konektor pro síťový kabel a pojistka.

Demontáž napájecího zdroje

Pojďme se podívat na vnitřnosti napájecího zdroje. Konstrukce je založena na velkém toroidním transformátoru přišroubovaném ke spodní části krytu.

Na jedné straně je hlavní deska prvního kanálu, na které jsou relé pro spínání sekundárních vinutí transformátoru, kapacita a diodový můstek

Na druhé straně je druhá kanálová deska, naprosto identická, a třetí kanálová deska, která produkuje maximálně 5 voltů, takže je výrazně menší. Na přední straně je deska pro indikační, ovládací a výstupní konektory.

Výstupní bipolární tranzistory (tři pro každý kanál) na obrovských radiátorech a na opačné straně na mnohem menším radiátoru je výstupní tranzistor třetího kanálu.

Provozní režimy tříkanálového napájecího zdroje

Podívejme se na hlavní provozní režimy napájecího zdroje. Abych zjistil, zda jsou aktuální hodnoty správné, vezmu nichromový drát a změřím kus s odporem asi 10 ohmů.

Před nastavením napětí je potřeba nastavit proud na maximum, protože pokud je knoflík proudu v nulové poloze, pak bude výstupní napětí prakticky nulové a nebudete ho moci nastavit otáčením knoflíku potenciometru.

Pro jasný příklad toho, jak zdroj funguje, nastavíme napětí na jednom kanálu na 10 voltů, na druhém na 30 voltů a uvidíme, co se stane s aktuálními hodnotami. Protože odpor spirály je asi 10 Ohmů, proud bude asi 1 ampér na prvním kanálu a asi 3 ampéry na druhém, ve skutečnosti tomu tak je.

Jak jsem již dříve slíbil, vysvětlím a ukážu, co to je provozovat zdroj v režimu omezení proudu a proč je taková možnost potřeba.

Omezení aktuálního provozního režimu

Chcete-li omezit aktuální režim, musíte vytvořit zkrat s propojkou na výstupu napájecího zdroje.

Podotýkám, že existují typy napájecích zdrojů, které při zkratu na výstupu přejdou do režimu blokování vstupního kanálu. V tomto případě musí být nastaven proudový limit, když je zátěž větší než 1 ohm.

Než začnete nastavovat limit, otočte regulátory proudu a napětí na minimum a poté je otočte o několik stupňů ve směru hodinových ručiček.

Nyní stačí vložit propojku do svorek „+“ a „-“ a poté nastavit požadovanou hodnotu proudového limitu, například 0.5 ampéru. Poté proud na tomto kanálu za žádných okolností nemůže překročit přednastavenou hodnotu proudu.

Abychom to ověřili, připojíme naši zátěžovou cívku s odporem 10 Ohmů k prvnímu portu s proudem nastaveným na 0.5 ampéru, podle toho napájecí zdroj omezí výstupní napětí na 5 voltů, aby poskytl proud 0.5 ampéru.

Při zvýšení napětí knoflíkem potenciometru vidíme, že napětí nemůže překročit 5 voltů, a když napájení přejde do režimu omezení proudu, rozsvítí se příslušná LED „CC“ na předním panelu.

Tímto způsobem můžete upravit proud a napětí na výstupu napájecího zdroje podle svých potřeb a používat kanály nezávislé na sobě, připojovat různé zátěže bez rizika překročení jejich jmenovitých parametrů.

Paralelní provoz

Přední panel obsahuje tlačítka, pomocí kterých můžete vybrat jednu z možností připojení kanálu. Výše byl demonstrován provoz zdroje jako 2 kanálů, absolutně nezávislých.

Stisknutím obou tlačítek aktivujeme paralelní režim, který je zajímavý tím, že ve skutečnosti získáme jednokanálový napájecí zdroj s maximálním výstupním napětím stejných 30 voltů, ale proudem 10 ampér. V tomto režimu lze zdroj použít jako nabíječku autobaterie.

Při paralelním zapojení kanálů jsou hlavními regulátory proudu a napětí ovládací prvky pravého kanálu, s jejich pomocí můžete nastavit obecné parametry;

V režimu zkratu (nastavení proudového limitu) při otáčení ovladačem „CURRENT“ jsou změny v naměřených hodnotách viditelné na obou displejích a maximální výstupní proud je roven součtu těchto dvou indikátorů a je fyzicky větší než 10 ampér.

Sériový režim

Sériový režim se aktivuje jedním z tlačítek na předním panelu, tento režim se používá, když je potřeba rozšířit rozsah výstupních napětí nebo zorganizovat bipolární napájení.

Abych jasně demonstroval, co to znamená, nastavil jsem napětí na obou kanálech na 30 voltů a při měření multimetrem v různých portech konektorů „+“ a „-“ bude napětí 60 voltů.

Navíc je prostřední bod „plus“ a „mínus“ galvanicky spojen a při bipolárním napájení bude plnit funkci uzemnění.

Vícekanálové transformátorové napájecí zdroje jsou vynikající volbou pro amatéry i profesionální elektrotechniky, jejich rozsah použití je extrémně široký. Navíc tovární názvy zařízení se mohou velmi lišit, ale modelová řada podobných zdrojů má stejné parametry a funkčnost, takže vám mohu doporučit zdroj Longwei TPR-3005-2D s podobnými vlastnostmi od prodejce na AliExpress .