В чем разница между трансформатором и блоком питания

Обновлено: 21.11.2024

В чем разница между линейными и импульсными блоками питания?

Импульсные источники питания отличаются от линейных источников питания тем, как первичное переменное напряжение преобразуется в выходное постоянное напряжение. Импульсные источники питания используют силовой транзистор для создания высокочастотного напряжения, которое проходит через небольшой трансформатор, а затем фильтруется для удаления как составляющей переменного тока, так и шума. Линейные источники питания выдают постоянный ток, пропуская первичное переменное напряжение через трансформатор и затем фильтруя его для удаления составляющей переменного тока. Импульсные источники питания отличаются более высокой эффективностью, меньшим весом, более длительным временем удержания и способностью работать с более широкими диапазонами входного напряжения. Линейные источники питания обычно менее дороги, но имеют ограниченные возможности и, как правило, имеют большие физические размеры. Несмотря на то, что импульсные источники питания создают высокочастотный шум из-за использования силового транзистора, в устройствах Micron DINergy™ используются отличные фильтрующие схемы, снижающие уровень шума до приемлемого уровня.

Часто задаваемые вопросы по блоку питания

В Micron работает команда экспертов по применению с более чем 30-летним опытом работы, помогающих клиентам с вопросами по трансформаторам и другим электроэнергетическим продуктам. Просмотрите часто задаваемые вопросы или свяжитесь с Micron для получения технической помощи.

Поскольку Micron поставляет внутренние предохранители на входе этих блоков питания, внешний предохранитель не требуется. Поскольку внутренний предохранитель припаян к печатной плате и не подлежит замене в полевых условиях, можно добавить внешний предохранитель, так как при необходимости его можно легко заменить.

Номинальная температура окружающей среды представляет собой соотношение между номинальной мощностью, указанной на этикетке, рабочей температурой окружающей среды и фактической мощностью после требуемого снижения, если это необходимо. Многие производители указывают номинальные характеристики своих блоков питания, исходя из температуры окружающей среды 40⁰C. Это означает, что номинальная мощность, указанная на паспортной табличке (например, 60 Вт), применяется только в том случае, если устройство эксплуатируется в среде с температурой окружающей среды 40⁰C или ниже. Если блок работает при температуре выше 40⁰C, его мощность должна быть значительно снижена, при этом полное снижение номинальных характеристик обычно происходит при 50⁰C. В этом примере конструкция мощностью 60 Вт при 40⁰C будет переоценена как 30 Вт при температуре окружающей среды 45⁰ и неработоспособна при 50⁰. Тем не менее, блоки питания Micron рассчитаны на работу при температурах до 60 ⁰C. Конструкция Micron по-прежнему может работать при температуре выше 60 ⁰C, но должна постепенно снижаться по мере того, как температура окружающей среды приближается к 70 ⁰C. Это важно в двух отношениях. Во-первых, инженер-разработчик должен согласовать рабочую температуру окружающей среды с соответствующей конструкцией источника питания, чтобы избежать перегрузки источника питания. Во-вторых, покупатель блока питания должен обращать внимание на разницу в рабочих температурах, чтобы принять разумное решение о покупке, поскольку разница в производительности между конструкциями 40⁰ и 60⁰ значительна, отсюда и более низкая стоимость единицы для меньшей конструкции.< /p>

Также важно знать разницу между «рабочим диапазоном» и «диапазоном рабочей мощности». Многие производители указывают «рабочий диапазон» своих блоков питания от -20 до 70⁰C, хотя конструкция для 40⁰C не обеспечивает мощность выше 49⁰C. Если есть какие-либо вопросы, касающиеся пригодности конкретной конструкции источника питания в отношении ожидаемых рабочих температур окружающей среды, пользователь должен запросить график зависимости температуры/мощности, на которой должны быть указаны точка и диапазон требуемого снижения мощности для устройства.

Устройства Micron можно комбинировать, если они идентичны по модели, выходные напряжения совпадают, а соединительные кабели идентичны по калибру и длине.

Устройства Micron могут быть подключены параллельно для обеспечения резервной работы, что позволяет одному устройству «резервировать» в случае неисправности вторичной цепи на другом подключенном источнике питания.Как и в случае с параллельными соединениями для обеспечения повышенной мощности, можно комбинировать только идентичные блоки, а настройки выходного напряжения, калибр и длина кабеля нагрузки должны совпадать. Кроме того, пользователь может подключить диодную матрицу к выходным клеммам двух устройств, чтобы уменьшить вероятность обратного питания в случае отказа одного устройства. Этого можно добиться с помощью диодного модуля Micron DINergy™ MD-PDMA

В отличие от многих моделей конкурентов, источники питания Micron имеют конструкцию входа «универсальный автоматический выбор», которая позволяет пользователю подключать входное напряжение в диапазоне от 100 до 240 В переменного тока без выбора положения переключателя напряжения. Устройство Micron DINergy™ определяет приложенное входное напряжение и автоматически настраивается для безопасного принятия этого номинального значения, исключая вероятность повреждения устройства из-за повышенного или пониженного входного напряжения. В большинстве конструкций конкурентов требуется ручное срабатывание переключателя для соответствия входному напряжению, что делает возможность неправильной установки переключателя реальной возможностью повреждения оборудования.

Во-первых, для маркировки CE требуется коррекция коэффициента мощности, что указывает на соответствие стандарту EN61000-3-2. Во-вторых, ярлык «коррекция коэффициента мощности» несколько вводит в заблуждение, поскольку целью стандарта является минимизация введения вредных гармонических «шума» в цепи управления и силовые цепи, подключенные к источнику питания. Для этого производители блоков питания включают в конструкцию блока фильтрующую схему. Некоторые производители используют схемы пассивной фильтрации, обеспечивающие минимальное подавление гармоник. Micron использует активную схему фильтрации, обеспечивающую превосходные результаты фильтрации.

Соответствие классу 2 требует, чтобы максимальная выходная мощность компонента составляла менее 100 Вт.

Devicenet включает в себя интеграцию питания и данных в общий сетевой проводник. Devicenet требует, чтобы источник питания соответствовал классу 2.

Существует множество типов источников питания. Большинство из них предназначены для преобразования электроэнергии из сети переменного тока высокого напряжения в подходящее низкое напряжение для электронных схем и других устройств. Блок питания можно разбить на ряд блоков, каждый из которых выполняет определенную функцию.

Например, регулируемый источник питания 5 В:

- понижает сеть переменного тока высокого напряжения до переменного тока низкого напряжения. - преобразует переменный ток в постоянный, но выход постоянного тока меняется. - сглаживает постоянный ток от сильно меняющегося до небольшой пульсации. - устраняет пульсации, устанавливая выход постоянного тока на фиксированное напряжение.

Блоки питания из этих блоков описаны ниже с принципиальной схемой и графиком их выходной мощности:

Только трансформатор

Выход переменного тока низкого напряжения подходит для ламп, обогревателей и специальных двигателей переменного тока. Он не подходит для электронных схем, если они не содержат выпрямитель и сглаживающий конденсатор.

Трансформатор + Выпрямитель

Различный выход постоянного тока подходит для ламп, обогревателей и стандартных двигателей. Он не подходит для электронных схем, если они не содержат сглаживающий конденсатор.

Трансформатор + Выпрямитель + Сглаживание

Плавный выход постоянного тока имеет небольшую пульсацию. Он подходит для большинства электронных схем.

Трансформатор + Выпрямитель + Сглаживание + Регулятор

Регулируемый выход постоянного тока очень плавный, без пульсаций. Он подходит для всех электронных схем.

Трансформер

Трансформаторы преобразуют электричество переменного тока из одного напряжения в другое с небольшой потерей мощности. Трансформаторы работают только с переменным током, и это одна из причин, почему в сети используется переменный ток.

Повышающие трансформаторы повышают напряжение, понижающие трансформаторы снижают напряжение. В большинстве блоков питания используется понижающий трансформатор для снижения опасно высокого сетевого напряжения (230 В в Великобритании) до более безопасного низкого напряжения.

Трансформаторы потребляют очень мало энергии, поэтому выходная мощность (почти) равна входной мощности. Обратите внимание, что при снижении напряжения ток увеличивается.

Входная катушка называется первичной, а выходная — вторичной. Между двумя катушками нет электрической связи, вместо этого они связаны переменным магнитным полем, создаваемым в сердечнике трансформатора из мягкого железа. Две линии в середине символа цепи представляют ядро.

Обозначение цепи трансформатора

Коэффициент оборотов

Соотношение числа витков на каждой катушке, называемое соотношением витков, определяет соотношение напряжений. Понижающий трансформатор имеет большое количество витков на первичной (входной) обмотке, которая подключена к сети высокого напряжения, и небольшое количество витков на вторичной (выходной) обмотке, обеспечивающей низкое выходное напряжение.

отношение оборотов =	Vp	=	Np
	Vs		Ns

выходная мощность = входная мощность

Vs × Is = Vp × Ip

Vp = первичное (входное) напряжение
Np = число витков первичной обмотки
Ip = первичный (входной) ток

Vs = вторичное (выходное) напряжение
Ns = количество витков вторичной обмотки
Is = вторичный (выходной) ток

Дополнительную информацию об источниках питания и трансформаторах можно найти на веб-сайте Electronics in Meccano.

Выпрямитель

Существует несколько способов подключения диодов для создания выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный. Мостовой выпрямитель является наиболее важным, и он производит двухполупериодный переменный постоянный ток. Двухполупериодный выпрямитель также можно сделать всего из двух диодов, если используется трансформатор с центральным отводом, но этот метод редко используется сейчас, когда диоды стали дешевле. Одиночный диод можно использовать в качестве выпрямителя, но он использует только положительные (+) части волны переменного тока для создания полуволны переменного постоянного тока.

Мостовой выпрямитель

Мостовой выпрямитель может быть изготовлен с использованием четырех отдельных диодов, но он также доступен в пакетах, содержащих четыре необходимых диода. Он называется двухполупериодным выпрямителем, поскольку использует всю волну переменного тока (как положительную, так и отрицательную секции). Переменные пары диодов проводят, это меняется в соединениях, поэтому переменные направления переменного тока преобразуются в одно направление постоянного тока.

В мостовом выпрямителе расходуется 1,4 В, поскольку на каждом проводящем диоде напряжение составляет 0,7 В, а проводящих диодов всегда два, как показано на схеме.

Мостовые выпрямители оцениваются по максимальному току, который они могут пропустить, и максимальному обратному напряжению, которое они могут выдержать. Их номинальное напряжение должно как минимум в три раза превышать действующее значение напряжения источника питания, чтобы выпрямитель мог выдерживать пиковые напряжения. Пожалуйста, посетите страницу Диоды для более подробной информации, включая изображения мостовых выпрямителей.

Мостовой выпрямитель

Выход: двухполупериодный изменяющийся постоянный ток
(используется вся волна переменного тока)

Выпрямитель с одним диодом

Одиночный диод можно использовать в качестве выпрямителя, но он создает постоянное напряжение полуволны, которое имеет промежутки, когда переменное напряжение отрицательное. Трудно сгладить это достаточно хорошо для питания электронных схем, если только они не требуют очень малого тока, чтобы сглаживающий конденсатор не разряжался значительно во время промежутков. Пожалуйста, посетите страницу Диоды для некоторых примеров выпрямительных диодов.

Выпрямитель с одним диодом

Выход: полуволна переменного постоянного тока
(используется только половина волны переменного тока)

Сглаживание

Сглаживание выполняется с помощью электролитического конденсатора большой емкости, подключенного к источнику постоянного тока, который действует как резервуар, подавая ток на выход, когда переменное постоянное напряжение от выпрямителя падает. На диаграмме показаны несглаженный переменный DC (пунктирная линия) и сглаженный DC (сплошная линия). Конденсатор быстро заряжается вблизи пика переменного постоянного тока, а затем разряжается, подавая ток на выход.

Обратите внимание, что сглаживание значительно увеличивает среднее напряжение постоянного тока почти до пикового значения (1,4 × среднеквадратичное значение). Например, переменный ток со среднеквадратичным значением 6 В выпрямляется до двухполупериодного постоянного тока со среднеквадратичным значением около 4,6 В (1,4 В теряется в мостовом выпрямителе), при сглаживании это значение увеличивается почти до пикового значения, что дает 1,4 × 4,6 = 6,4 В постоянного тока.

Сглаживание не идеально из-за того, что напряжение на конденсаторе немного падает по мере его разрядки, что приводит к небольшим пульсациям напряжения. Для многих цепей удовлетворительными являются пульсации, составляющие 10 % напряжения питания, и приведенное ниже уравнение дает требуемое значение для сглаживающего конденсатора. Конденсатор большей емкости даст меньше пульсаций. Значение конденсатора должно быть удвоено при сглаживании полуволны постоянного тока.

Сглаживающий конденсатор C для пульсаций 10 %:

C =	5 × Io
	Против × f

Дополнительную информацию о сглаживании можно найти на веб-сайте Electronics in Meccano.

Регулятор

ИС стабилизатора напряжения доступны с фиксированным (обычно 5, 12 и 15 В) или регулируемым выходным напряжением. Они также оцениваются по максимальному току, который они могут пропустить. Доступны стабилизаторы отрицательного напряжения, в основном для использования в двойных источниках питания. Большинство стабилизаторов имеют некоторую автоматическую защиту от чрезмерного тока («защита от перегрузки») и перегрева («тепловая защита»).

Многие микросхемы стабилизаторов напряжения с фиксированным напряжением имеют 3 вывода и выглядят как силовые транзисторы, например стабилизатор 7805 +5 В 1 А, показанный справа. В них есть отверстие для крепления радиатора, если это необходимо.

Дополнительную информацию об
ИС регуляторов напряжения можно найти на веб-сайте
Electronics in Meccano.

Регулятор стабилитрона

Для слаботочных источников питания можно сделать простой стабилизатор напряжения с резистором и стабилитроном, подключенными в обратном порядке, как показано на схеме. Стабилитроны оцениваются по напряжению пробоя Vz и максимальной мощности Pz (обычно 400 мВт или 1,3 Вт).

Резистор ограничивает ток (как светодиодный резистор).Ток через резистор постоянный, поэтому при отсутствии выходного тока весь ток протекает через стабилитрон, и его номинальная мощность Pz должна быть достаточно большой, чтобы выдержать это.

Дополнительную информацию о стабилитронах см. на странице "Диоды".

стабилитрон
a = анод, k = катод

Выбор стабилитрона и резистора

Вот шаги по выбору стабилитрона и резистора:

Напряжение стабилитрона Vz — это требуемое выходное напряжение.
Входное напряжение Vs должно быть на несколько вольт больше, чем Vz
(чтобы учесть небольшие колебания Vs из-за пульсаций)
Максимальный ток Imax — это требуемый выходной ток плюс 10 %.
Мощность стабилитрона Pz определяется максимальным током: Pz > Vz × Imax
Сопротивление резистора: R = (Vs - Vz) / Imax
Номинальная мощность резистора: P > (Vs - Vz) × Imax

В примере показано, как использовать эти шаги для выбора стабилитрона и резистора с подходящими значениями и номинальной мощностью.

Например

Если требуемое выходное напряжение 5 В, а выходной ток 60 мА:

Vz = 4,7 В (ближайшее доступное значение)
Vs = 8 В (на несколько вольт больше, чем Vz)
Imax = 66 мА (ток плюс 10%)
Pz > 4,7 В × 66 мА = 310 мВт, выберите Pz = 400 мВт.
R = (8–4,7 В) / 66 мА = 0,05 кОм = 50,
выберите R = 47
Номинальная мощность резистора P > (8–4,7 В) × 66 мА = 218 мВт, выберите P = 0,5 Вт.

Двойные поставки

Некоторым электронным схемам требуется источник питания с положительным и отрицательным выходами, а также нулевое напряжение (0 В). Это называется «двойным питанием», поскольку оно похоже на два обычных источника питания, соединенных вместе, как показано на схеме.

Двойные источники питания имеют три выхода, например источник питания ±9 В имеет выходы +9 В, 0 В и -9 В.

Политика конфиденциальности и файлы cookie

electronicsclub.info © John Hewes, 2022

Хостом этого веб-сайта является компания Freethought, и я рад порекомендовать их за хорошую цену и отличное обслуживание клиентов.

После входа в систему вы будете перенаправлены обратно к этому руководству и сможете подписаться на него.

Самый распространенный и недорогой тип блока питания, который вы встретите, — это толстая вилка на основе трансформатора. Всякий раз, когда вы покупаете какую-либо бытовую электронику, вы получаете одно из следующих:

Эти ребята повсюду - всевозможные номиналы напряжения и силы тока. Они доступны для продажи в любом магазине, но есть некоторые важные вещи, на которые стоит обратить внимание! Во-первых, выходное напряжение не будет 9 В (например) из коробки, это номинальное напряжение является просто минимальным выходным значением для номинального тока (например, 200 мА). Кроме того, на выходе будет много пульсаций!

Прежде чем мы поговорим именно об этих ребятах, давайте вернемся в то время, когда инженерам приходилось создавать блоки питания голыми руками!

Пару десятилетий назад единственным способом построить источник питания было использовать большой коренастый трансформатор 120/12 В переменного тока. Трансформатор использовался для снижения высокого напряжения от стены до менее опасного уровня. Затем диоды и конденсаторы использовались для преобразования переменного тока в постоянный.

Мы не будем вдаваться в подробности электромагнитной теории, лежащей в основе трансформаторов, за исключением того, что они сделаны из двух катушек проволоки, вокруг куска железа. Если количество витков одинаково с обеих сторон, то переменное напряжение одинаково с обеих сторон. Если на одной стороне в два раза больше катушек, на ней в два раза больше напряжения. Их можно использовать «назад» или «вперед»! Для получения более подробной информации обязательно посетите страницу Википедии.

а другая половина будет выводить 12 В переменного тока ("вторичная" "низкая сторона"). Трансформатор работал двумя способами: во-первых, он брал опасное высокое напряжение и преобразовывал его в гораздо более безопасное низкое напряжение, во-вторых, он изолировал две стороны. Это сделало его еще безопаснее, потому что горячая линия не могла появиться в вашей электронике и, возможно, убить вас электрическим током.

Мы будем использовать схематический символ для обозначения трансформатора, его две катушки внутри вытянуты наружу, схематический символ будет иметь одинаковое количество катушек с обеих сторон, поэтому руководствуйтесь здравым смыслом и любыми схематическими индикаторами, которые помогут вам в этом. выяснить, что первично, а что вторично!

Теперь, когда напряжение находится на уровне около 12 В переменного тока, не связанном с электрическим током, его можно преобразовать в постоянный ток. Самый простой и дешевый способ преобразования (также называемого выпрямлением) переменного тока в постоянный — использование одного диода. Диод — это простой электронный «клапан», пропускающий ток только в одном направлении. Поскольку переменное напряжение меняется от положительного к отрицательному, а нам нужны только положительные, мы можем подключить его так, чтобы цепь получала только положительную половину цикла переменного тока.

Вы можете использовать силовой диод, такой как 1N4001 , они чрезвычайно распространены и могут выдержать много злоупотреблений. Сторона с серебряной полосой соответствует стороне схематического символа, на которую указывает «стрелка» в символе диода. Это единственное направление, в котором может течь ток. Затем выходной сигнал разделяется пополам, так что напряжение становится только положительным.

То, что мы имеем сейчас, на самом деле не AC и не DC, а эта комковатая волна. Хорошей новостью является то, что теперь он имеет только положительное напряжение, а это значит, что на него можно безопасно поставить конденсатор.

Это конденсатор емкостью 2200 мкФ (0,0022 Фарад), рядом с одной ножкой стоят знаки (-), это отрицательная сторона. Другая сторона положительная, и на ней никогда не должно быть напряжения, чтобы отрицательный контакт был «выше», чем положительный, иначе будет ПУХ!

Конденсатор сглаживает напряжение, убирая комки, подобно тому, как пружинные толчки в автомобиле или горном велосипеде уменьшают неровности дороги. Конденсаторы хороши для этого, но большие конденсаторы, которые хороши для этого (электролитические), не выдерживают отрицательного напряжения - они взорвутся!

Поскольку напряжение очень неравномерное (большие пульсации), нам нужен очень большой конденсатор электролитического типа. Насколько велик? Ну, за этим стоит много математики, о которой вы можете прочитать, но грубая формула, которую вы должны иметь в виду, такова:

Напряжение пульсаций = потребляемый ток / ((частота пульсаций) * (размер конденсатора))

или написать иначе

Размер конденсатора = потребляемый ток / ((частота пульсаций) * (напряжение пульсаций))

Для однополупериодного выпрямителя (один диод) частота составляет 60 Гц (или 50 Гц в Европе). Текущее потребление - это максимальное количество тока, которое потребуется вашему проекту. Напряжение пульсаций — это то, сколько пульсаций будет на выходе, с чем вы готовы жить, а емкость конденсатора указана в фарадах.

Итак, допустим, у нас есть потребляемый ток 50 мА и максимальное напряжение пульсаций 10 мВ, с которым мы готовы жить. Для однополупериодного выпрямителя емкость конденсатора должна быть не менее = 0,05/(60 * 0,01) = 0,085 фарад = 85 000 мкФ! Это массивный и дорогой конденсатор. По этой причине редко можно увидеть пульсации напряжения ниже 10 мВ. Чаще всего наблюдаются пульсации около 100 мВ, а затем применяется другой метод уменьшения пульсаций, например микросхема линейного регулятора.

Вам не нужно запоминать эту формулу, но вы должны помнить следующее: когда ток увеличивается, а емкость конденсатора остается неизменной, пульсации увеличиваются. Если ток увеличивается, а вы хотите, чтобы пульсации были одинаковыми, емкость конденсатора также должна увеличиваться.

Чтобы вдвое уменьшить размер пульсаций/конденсатора, можно использовать двухполупериодный выпрямитель вместо однополупериодного.Двухполупериодный выпрямитель использует 4 диода, расположенных своеобразным образом, так что он одновременно пропускает положительное напряжение и «переворачивает» отрицательное напряжение в положительное.

Как видите, горбов в два раза больше, а не "половина времени без напряжения". Это означает, что мы можем разделить рассчитанный размер конденсатора на половину того, что было в предыдущем случае.

По сути, двухполупериодный выпрямитель намного лучше, чем однополупериодный! Так зачем вообще говорить о выпрямителях полуволнового типа? Ну, потому что они полезны для нескольких других целей. В общем, вы вряд ли увидите преобразователь переменного тока в постоянный, использующий полуволну, поскольку стоимость диодов компенсирует экономию на размере и стоимости конденсатора!

Хорошо, теперь, когда мы рассмотрели трансформаторы, диоды, используемые в качестве выпрямителей, и большие конденсаторы, давайте снова взглянем на массивный штепсельный блок. На этот раз мы заглянем внутрь, разрезав его пополам! Этот блок питания рассчитан на 9 В постоянного тока при 200 мА.

Вау, это выглядит очень знакомо, не так ли? Слева направо видны провода, идущие к трансформатору от розетки, на выходе трансформатора есть два силовых диода и большой конденсатор (2200 мкФ). Вы можете быть немного озадачены двумя диодами — разве их не должно быть четыре для двухполупериодного выпрямителя? Оказывается, если у вас есть специальный трансформатор, сделанный с «центральным отводом» (провод, идущий к центру), вы можете обойтись всего двумя диодами. Так что это действительно двухполупериодный выпрямитель, только с трансформатором с центральным отводом.

Эти вилки на основе трансформатора очень дешевы в изготовлении - примерно меньше 1 доллара США!

Итак, теперь мы возьмем свежий блок питания (не используйте тот, который вы распилили пополам, конечно) и измерим выходное напряжение с помощью мультиметра.

Ай! 14В? Это не похоже на 9V на упаковке, это сломанная бородавка? Нет! Это совершенно нормально! Настенные адаптеры на основе трансформатора не предназначены для получения точных выходных сигналов. Во-первых, трансформатор, если вы помните, сделан из мотков проволоки. Катушки по большей части действуют как катушки индуктивности, но все же имеют небольшое сопротивление. Например, если катушка имеет сопротивление 10 Ом, то ток 200 мА приведет к потере V = I * R = (0,2 Ампер) * (10 Ом) = 2 Вольта только в медной обмотке! Еще одна вещь, которая вызывает потери, заключается в том, что металлический сердечник трансформатора становится менее эффективным по мере увеличения величины преобразуемого тока. В целом, существует много неэффективных факторов, из-за которых объем выпускаемой продукции будет колебаться. Как правило, выходное напряжение может в два раза превышать «номинальное» напряжение при потребляемом токе менее 10 мА.

Когда я подключил резистор на 100 Ом (потребление 110 мА) от положительного контакта к отрицательному, напряжение упало до 11,2 В

При нагрузке 35 Ом (230 мА) напряжение падает до 7,7 В!

По мере того, как сопротивление становится все меньше и меньше, потребляемый ток становится все выше и выше, а напряжение падает (это технический термин для этого!) Вы также можете увидеть увеличение пульсаций по мере увеличения тока.

Теперь мы можем, по крайней мере, понять смысл надписи «9 В 200 мА» на этикетке. Пока мы потребляем менее 200 мА, напряжение будет выше 9 В.

Хорошо, после всей этой работы вы задаетесь вопросом, какое это вообще имеет значение? Причина, по которой это важно, заключается в том, что куда бы вы ни посмотрели, эти бородавки на стенках «неконтролируемы» и, следовательно, крайне подозрительны. Вы просто не можете доверять им, чтобы дать вам напряжение, которое вы хотите!

Например, предположим, что у вас есть проект микроконтроллера, и для него требуется питание 5 В, как и во многих проектах "сделай сам". Вы не должны пойти и купить 5-вольтовый трансформаторный источник питания, подобный приведенному выше, и просто вставить выходную мощность в свой микроконтроллер - вы его уничтожите! Вместо этого вам нужно будет построить стабилизатор на 5 В, такой как обычный LM7805, который будет получать около 9 В от трансформатора и преобразовывать его в хорошие стабильные 5 В почти без пульсаций.

Итак, вот что вы всегда должны делать:

Всегда проверяйте блок питания мультиметром, чтобы узнать максимальное напряжение.
Предположим, что напряжение может быть в два раза выше ожидаемого.
Предположим, что напряжение будет падать по мере увеличения тока.
Если вы используете блок для маломощного использования, скажем, ваша цепь потребляет максимум 100 мА, найдите блок с очень похожим номинальным током.

Возможно, вам интересно, почему кто-нибудь не сделает силовую вилку с трансформатором, несколькими диодами и LM7805, которая даст вам хорошее выходное напряжение 5 В, вместо того, чтобы все встраивали ее в проектную схему? Хотя это интересная идея, есть несколько причин, по которым они этого не делают. Во-первых, закрытый настенный адаптер будет перегреваться. Другое дело, что для некоторых проектов требуется более одного напряжения, скажем, 5 В и 3,3 В. Но, в конце концов, это, наверное, для простоты изготовления. Фабрика, производящая штепсельные вилки, производит сотни тысяч штепсельных вилок предсказуемых размеров и цен, в каждой стране есть множество фабрик, производящих вилки, подходящие для сетевого напряжения и типа штепсельной вилки. Разработчикам, скажем, DVD-плеера легче, когда они могут просто сказать: «Все, что на входе выше 7 В и ниже 20 В, будет работать для нас», и производитель штекеров сопоставляет их с наиболее близким продуктом, который они уже делают.

В настоящее время существуют переключаемые вилки питания, которые решают большую часть этой проблемы. Они тоньше и легче трансформаторов и почти не имеют проблем с нагревом, поэтому они могут иметь точные выходные параметры, которые не колеблются. Однако с точки зрения схемы они намного сложнее, что означает, что они также намного дороже трансформаторных источников питания, возможно, в 5-10 раз дороже, и имеют недостаток, заключающийся в том, что они «более шумные» в электрическом отношении. Но поскольку стоимость деталей и сборки снижается, они стали намного популярнее, чем даже 10 лет назад.

Впервые это руководство было опубликовано 29 июля 2012 г. Последний раз оно обновлялось 29 июля 2012 г.

Эта страница (трансформаторные преобразователи переменного тока в постоянный) последний раз обновлялась 20 марта 2022 г.

В трансформаторных источниках питания напряжение преобразуется трансформатором. Трансформатор состоит из сердечника и первичных и вторичных обмоток, намотанных вокруг сердечника, обычно из медного провода. Сетевое напряжение снижается до необходимого уровня за счет электромагнитной индукции, т.е. проникновения магнитного поля между первичной и вторичной обмотками. Обмотки гальванически развязаны, т.е. между обмотками нет электрической связи. В зависимости от количества витков провода в каждой обмотке трансформаторы могут как повышать, так и понижать напряжение.

Трансформаторные источники питания могут быть нерегулируемыми или регулируемыми.

Рис. 1. Нерегулируемый источник питания

b - выпрямительный блок (диодный мост)

c - конденсатор в качестве выходного фильтра

Нерегулируемый источник питания (рис. 1) включает в себя: трансформатор (а), выпрямительный блок (диодный мост) (б) и конденсатор в качестве выходного фильтра (в).

Сначала напряжение понижается трансформатором до заданного уровня. Далее напряжение выпрямляется двухполупериодным выпрямителем, состоящим из четырех диодов. В результате, независимо от направления протекания переменного входного напряжения, на выходе напряжение течет в том же направлении. Напряжение далеко от идеального постоянного напряжения из-за высоких пульсаций, однако их можно устранить с помощью конденсатора, используемого в качестве фильтра пульсаций.

Регулируемый (линейный) трансформаторный источник питания отличается от нерегулируемого тем, что имеет дополнительный регулятор напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Регулируемый блок питания

d - регулятор напряжения

Регулятор напряжения (d) поддерживает выходное напряжение на одном уровне независимо от нагрузки источника питания или колебаний входного напряжения. В зависимости от коэффициента затухания пульсаций регулятор также может сглаживать напряжение. Однако обычно это задача конденсатора. В зависимости от класса источника питания могут использоваться разные регуляторы напряжения, однако обычно это интегральные схемы.

Рис. 3. Осциллограммы напряжения на блоках линейного питания

a - выходное напряжение трансформатора

b - двухполупериодное выпрямленное напряжение

c - напряжение без пульсаций

d - идеальная форма волны постоянного напряжения

Чем выше качество блока питания, тем ближе выходное напряжение к идеальному.

В отличие от импульсных источников питания трансформаторные блоки питания имеют значительно меньший КПД, т.е. отношение выходной мощности к входной мощности (40-50%). КПД зависит от конструкции трансформатора, используемых материалов и регулятора напряжения, в котором определенное количество мощности преобразуется в тепловую энергию. Трансформаторные источники питания также относительно велики и тяжелы по сравнению с импульсными источниками питания, имеющими аналогичную производительность. Трансформаторные блоки питания также дороже. Кроме того, в режиме холостого хода (без подключенных нагрузок) источник питания трансформатора может потреблять до 20 % номинального тока.

Трансформаторные источники питания невосприимчивы к перегрузкам и перенапряжениям, а благодаря простой конструкции они также очень надежны и могут использоваться в системах сигнализации. Они также производят низкие помехи и могут использоваться в качестве источника питания для усилителей, например. для антенн.

Пример трансформаторного блока питания 12 В/100 мА/S-TAT, доступного в предложении Delta (рис. 4).

Читайте также: