Güç kaynağı türleri

Elektrik mühendisliğinde, bir güç kaynağı, elektrik enerjisini bağlı bir elektrikli cihazın ihtiyaç duyduğu çıkış elektrik voltajına, akımına ve frekansına dönüştüren bir cihazdır. Alternatif akımı doğru akıma dönüştürür ve çeşitli elektronik cihazlara (bilgisayar, TV, yazıcı, yönlendirici vb.) güç sağlar. İki farklı güç kaynağı türü vardır: bir voltaj kaynağı (sabit voltaj sağlar) ve bir akım kaynağı (sabit akım sağlar).

Elektronik cihazlar için güç kaynakları esas olarak doğrusal ve darbeli olarak ayrılabilir:

• karşılık gelen elemanın bir transformatör olduğu doğrusal güç kaynakları (ayrıca transformatörsüz doğrusal güç kaynakları da vardır);
• çeşitli elektronik sistemler (voltaj dönüştürücüler) kullanarak güç kaynaklarının değiştirilmesi;

Doğrusal olanlar, sağlamaları gereken akım arttıkça daha karmaşık hale gelebilecek nispeten basit bir tasarıma sahiptir, ancak voltaj regülasyonu onlar için çok verimli değildir.

Güç, birçok cihazın ayrılmaz bir parçasıdır. Ana türlerden bazıları şunlardır:

• Darbe güç kaynağı ünitesi. Şu anda, çoğu güç kaynağı, anahtarlamalı güç kaynakları şeklinde üretilmektedir. Avantajları esas olarak daha düşük ağırlıktır. Katı hal kontrolü ve güç kaynakları henüz mevcut olmadığında, düşük maliyetli anahtarlamalı güç kaynağı tasarımlarına izin vermek için daha ağır, daha dayanıklı trafo güç kaynakları kullanıldı.
• Bilgisayar güç kaynağı. Bilgisayarlar, dağıtım şebekesinden gelen düşük AC gerilimini (230 V, 50 Hz) bilgisayarın elektrik devrelerinde kullanılan düşük gerilime (DC 3,3 V, 5 V ve 12 V) dönüştüren bir anahtarlamalı güç kaynağı içerir.
• Ağ adaptörü. Belirli bir elektrikli veya elektronik cihaz için gereken düşük voltajı sağlayan 230 voltluk bir şebeke kaynağında kullanılan standart bir elektrik fişi (cep telefonu şarj cihazı gibi) şeklinde ve boyutunda küçük bir anahtarlamalı güç kaynağıdır. AC adaptörleri genellikle kendi dahili güç kaynağına sahip olmayan aygıtlar ve aygıtlarla kullanılır.
• Kaynak güç kaynağı. Kaynak kaynakları, metalin yerel olarak erimesine ve böylece birleşmesine izin veren yüksek bir akım (tipik olarak yüzlerce amper) sağlar. Önceden, sözde kaynak transformatörleri kullanılıyordu (yüksek kaynak akımları için tasarlanmış özel elektromanyetik transformatörlerle), daha modern olanlar elektronik kontrollü kaynak invertörleri.

Güç kaynağının iç direnci

İdeal bir güç kaynağı, bir voltaj kaynağı olarak, bağlı yükten bağımsız olarak her zaman aynı voltajı sağlar (yani, farklı akım çekimlerinde besleme voltajı sabittir).

Ancak mükemmel bir kaynak yoktur çünkü iç direnç gerçek bir kaynak, devre boyunca akabilecek maksimum akımı sınırlar.

Bu güç kaynağı, voltaj düşüşü (regülatörün giriş ve çıkış voltajları arasındaki fark) tarafından sağlanan kararlı bir çıkış voltajı sağlamak için bir voltaj regülatörü kullanabilir. Örnek - Anahtarlama voltaj regülatörü

Dolayısıyla, çıkış voltajının kalitesine göre güç kaynakları ayırt edilir:

• akım dalgalanmalarından bağımsız olarak gerilimi sabit bir seviyede tutulan stabilize kaynaklar,
• çıkış voltajının akım dalgalanmalarıyla değişebileceği düzensiz kaynaklar.

Transformatör lineer güç kaynakları

Klasik doğrusal kaynaklar şu elemanlardan oluşur: bir transformatör, bir doğrultucu, bir filtre ve bir voltaj regülatörü.

Doğrusal güç kaynağı şematik diyagramı

Transformatör ilk olarak şebeke gerilimini azaltılmış gerilime çevirir ve Galvanik izolasyon… Alternatif akımı darbeli doğru akıma çeviren devreye denir. doğrultucu (doğrultma için diyot köprü devreleri kullanılır), ardından kapasitörler ve indüktörler içeren bir filtre dalgalanmayı azaltır. Filtreler hakkında daha fazla bilgi — Güç filtreleri.

Gerilimin belirli bir değere ayarlanması veya dengelenmesi, sözde kullanılarak elde edilir. Yapısında bir voltaj regülatörü olan transistörler.

Devredeki transistör, ayarlanabilir bir direnç görevi görür.Bu aşamanın çıkışında, dalgada daha fazla kararlılık elde etmek için ikinci bir filtreleme aşaması vardır (mutlaka olmasa da, hepsi tasarım gereksinimlerine bağlıdır), bu geleneksel bir kapasitör olabilir.

Güç kaynakları arasında, yüke sağlanan gücün olduğu olanlar vardır. tristörler tarafından düzenleniryüke gerekli voltajı ve gücü sağlamak için.

Alman laboratuvar güç kaynağı

Modern lineer güç kaynakları

Temel doğrusal kaynaklar tipindeki voltajın stabilizasyonu, akım-gerilim karakteristiği gereken akımda keskin bir artış gösteren uygun bir direnç aracılığıyla düzensiz bir yüksek voltaj kaynağı tarafından beslenen bir devreye paralel olarak özel bir elemanın bağlanmasıyla sağlanır. Gerilim. öyle bir unsur ki Zener diyot, çok çeşitli eşik voltajlarında çalışır.

Bir zener diyot güç kaynağının dezavantajları, elektrik enerjisi seri dirençte ve zener diyotun kendisinde ısıya dönüştürüldüğünden, nispeten düşük çıkış voltajı kararlılığı, nispeten küçük bir akım aralığı ve özellikle düşük verimliliktir.

Modern lineer kaynaklar (genellikle bir entegre devre biçiminde), çıkış voltajı ile dahili bir referans voltajından (bir diyota dayalı) DC voltajı arasındaki farka dayalı olarak geri besleme ile kontrol edilen değişken bir empedans elemanı (doğrusal mod transistörü) kullanır. devre, ancak küçük doğru akım ile).

Tipik lineer kaynaklar, 78xx IC'ler (örn. 7805, 5 V'luk bir voltaj kaynağıdır) ve bunların türevleridir.

Bu tür doğrusal güç kaynaklarının dezavantajı, özellikle giriş ve çıkış voltajları ile yüksek akımlar arasında büyük bir fark olduğunda, düşük verimlilikleridir (ve entegre devredeki güç dağılımı ısı ve soğutma ihtiyacına göre değişir). çıkış voltajının her zaman giriş voltajından düşük olması da bazen dezavantajlıdır.

Avantajları, düşük maliyetleri, küçük boyutları, kullanım kolaylığı ve dışarıdan ve elektrik devresinden parazit olmamasıdır.

Bir elektrik mühendisliği laboratuvarında yerleşik güç kaynağı

Anahtarlamalı güç kaynakları

Darbeli güç kaynaklarında, nispeten yüksek bir frekansta (onlarca kHz veya daha fazla) periyodik olarak kapanan ve bir bobin, bir kapasitör ve bir diyot kombinasyonundan oluşan bir devrenin giriş voltajını artıran alan etkili bir transistör kullanılır. Bu elemanların uygun bir kombinasyonu ile gerilim düşümü ve artışı elde etmek mümkündür.

Diğer bir darbeli güç kaynağı türü, yüksek frekanslarda modern manyetik malzemelerin (ferritler) avantajlı özelliklerinden (yüksek akımlarda daha küçük transformatör boyutu, daha düşük manyetik kayıplar) yararlanan bir transformatör ve ardından bir diyot doğrultucu içeren bir güç kaynağıdır. . Frekansı değiştirerek çıkış voltajında ​​bir değişiklik elde edebilirsiniz.

Dolayısıyla, böyle bir güç kaynağı, değişken yükler altında kararlı bir çıkış gerilimi sağlamak için çıkış geriliminden gelen geri beslemeye dayalı olarak frekans değişimi sağlayan bir devre (genellikle entegre devre biçiminde) içerir.

Güç kaynaklarının değiştirilmesi hakkında daha fazla bilgi: Anahtarlamalı güç kaynaklarının genel prensipleri, avantajları ve dezavantajları

Anahtarlamalı güç kaynakları, kare dalga gerilimleri ve akımları ile çalıştıklarından, tipik olarak geniş bir frekans aralığında elektromanyetik dalgalar yayarlar. Bu nedenle, bunları oluştururken ve kullanırken elektromanyetik uyumluluk (EMC) ilkelerine uymak gerekir.

Laboratuvar ekipmanları

Bir atölyede veya laboratuvarda ölçüm, test ve sorun giderme için hassas bir güç kaynağı kullanılır. Bu laboratuvar güç kaynakları, test edilen cihazlara zarar vermeden ölçümlerin yapılabilmesi için voltajları ve çıkış akımlarını dönüştürür, düzeltir ve düzenler.

Ayrıca bakınız:Endüstriyel otomasyon cihazları için güç kaynakları