Tipus de fonts d’alimentació

Les fonts d'alimentació regulades solen referir-se a una font d'alimentació capaç de subministrar una varietat de tensions de sortida útils per a proves de circuits electrònics de banc, possiblement amb variació contínua de la tensió de sortida, o només algunes tensions predeterminades. Gairebé tots els dispositius electrònics que s’utilitzen en circuits electrònics necessiten una font d’alimentació de corrent continu per funcionar. Una font d'alimentació regulada consisteix bàsicament en una font d'alimentació ordinària i un dispositiu regulador de voltatge. La sortida d’una font d’alimentació ordinària s’alimenta al dispositiu regulador de voltatge que proporciona la sortida final. La tensió de sortida es manté constant independentment de les variacions de la tensió d’entrada de corrent altern o de les variacions del corrent de sortida (o càrrega), però la seva amplitud varia segons el requisit de càrrega.

A continuació, es descriuen alguns d’aquests tipus de fonts d’alimentació.

SMPS

La indústria que va cap a sistemes electrònics més diminuts, més lleugers i més productius ha provocat l’avenç de l’SMPS, res més que la font d’alimentació de mode de commutació. Hi ha algunes topologies que s’utilitzen normalment per actualitzar SMPS. Una font d’alimentació de manera commutada és una font d’alimentació electrònica que incorpora un regulador de commutació per convertir l’energia elèctrica de manera eficient. En això, mitjançant l'ús de freqüències de commutació elevades, les mides del transformador de potència i els components de filtratge associats al SMPS es redueixen dràsticament en comparació amb el lineal. Els convertidors de CC a CC i els convertidors de CC a CA pertanyen a la categoria de SMPS.

En un circuit regulador lineal, l'excés de tensió de l'alimentació d'entrada de CC no regulada cau a través d'un element de la sèrie i, per tant, hi ha pèrdua de potència en proporció a aquesta caiguda de tensió, mentre que en el circuit de mode commutat la porció no regulada de la tensió s'elimina modulant el servei de commutació relació. Les pèrdues de commutació en commutadors moderns (com ara: MOSFET) són molt menys comparades amb la pèrdua de l'element lineal.

La majoria de les càrregues electròniques de CC es subministren a partir de fonts d’energia estàndard. Malauradament, les tensions de la font estàndard poden no coincidir amb els nivells requerits pels microprocessadors, motors, LEDs o altres càrregues, especialment quan la tensió de la font no està regulada com les fonts de bateria i altres fonts de corrent continu.

Diagrama de blocs SMPS:

La idea principal darrere d’una font d’alimentació en mode de commutació (SMPS) es pot entendre fàcilment a partir del concepte d’explicació conceptual d’un convertidor CC-CC. Si l'entrada del sistema és de CA, la primera etapa és convertir-la en CC. Això s’anomena rectificació. El SMPS amb una entrada de CC no requereix la fase de rectificació. Molts SMPS més nous utilitzaran un circuit especial de correcció del factor de potència (PFC). Seguint l’ona sinusoïdal de l’entrada de CA, podem fer que l’entrada sigui actual. I el senyal rectificat es filtra pel condensador del dipòsit d’entrada per produir el subministrament d’entrada CC no regulat. El subministrament de CC no regulat es dóna al commutador d'alta freqüència. Per a freqüències més altes, es requereixen components amb més capacitat i inductància de nivell. En aquest MOSFET es poden utilitzar com a rectificadors síncrons, que tenen caigudes de tensió de l'etapa de conducció fins i tot més baixes. L’alta freqüència de commutació commuta la tensió d’entrada a través del primari del transformador de potència. Els polsos de transmissió són normalment de freqüència fixa i cicle de treball variable. La sortida del transformador secundari es rectifica i es filtra. Després s'envia a la sortida de la font d'alimentació. La regulació de la sortida per proporcionar un subministrament de CC estabilitzat es realitza mitjançant el bloc de control o retroalimentació.

La majoria de SMPS. Els sistemes funcionen sobre una base de modulació d’amplada de pols de freqüència fixa, on la durada del temps d’encesa de la unitat fins a l’interruptor d’alimentació varia de manera cicle per cicle. El senyal d'amplada del pols donat al commutador és inversament proporcional a la sortida del voltatge de sortida. L'oscil·lador està controlat per la retroalimentació de voltatge d'un regulador de bucle tancat. Això generalment s’aconsegueix utilitzant un petit transformador d’impulsos o un optoaïllador, de manera que s’afegeix al recompte de components. En un SMPS, el flux de corrent de sortida depèn del senyal de potència d'entrada, dels elements d'emmagatzematge i de les topologies de circuits utilitzats, i també del patró utilitzat per conduir els elements de commutació. Mitjançant l'ús de filtres LC es filtren les formes d'ona de sortida.

Avantatges de SMPS:

• Major eficiència perquè el transistor de commutació dissipa poca potència
• Menor generació de calor gràcies a una major eficiència
• De mida més petita
• Pes més lleuger
• Reducció de la retroalimentació harmònica al subministrament principal

Aplicacions de SMPS:

• Ordinadors personals
• Indústries de màquines-eina
• Sistemes de seguretat

A continuació, amb SMPS es descriu a continuació un altre circuit per a subministraments regulats i còpia de seguretat.

Fonts d'alimentació lineals

Alimentació del banc de treball amb còpia de seguretat

Una font d'alimentació del banc de treball és una font d'alimentació de CC que pot proporcionar diferents voltatges de CC regulats que s'utilitza amb l'objectiu de provar o resoldre problemes. S'ha dissenyat un circuit senzill de font d'alimentació regulada amb còpia de seguretat de la bateria que es pot utilitzar com a font d'alimentació del banc de treball. Dóna 12 volts, 9 volts i 5 volts de CC regulat per alimentar prototips durant les proves o la resolució de problemes. També compta amb una còpia de seguretat de la bateria per continuar treballant si falla l’alimentació. També es proporciona una indicació de bateria baixa per confirmar l’estat de la bateria.

Consta de tres grans seccions:

Un rectificador i una unitat de filtre que converteix el senyal de CA en senyal de CC regulat mitjançant la combinació de transformador, díodes i condensadors.

Una bateria que s’utilitza com a alternativa, que es pot recarregar durant l’alimentació principal i s’utilitza com a font d’energia en cas d’absència d’alimentació principal.

Un indicador de càrrega de la bateria que indica la càrrega i descàrrega de la bateria.

Es formen un transformador de 14-0-14, 500 mA, díodes rectificadors D1, D2 i condensador de suavització C1 la secció d'alimentació . Quan la xarxa elèctrica està disponible, D3 avança i proporciona més de 14 volts de CC a IC1, que donen 12 volts regulats que es poden aprofitar des de la seva sortida. Al mateix temps, IC2 dóna regulats 9 volts i IC3 regula 5 volts de les seves sortides.

S'utilitza una bateria recarregable de 12 volts de 7,5 Ah com a còpia de seguretat. Quan hi ha xarxa elèctrica disponible, es carrega mitjançant D3 i R1. R1 limita el corrent de càrrega. Per evitar una sobrecàrrega, si la font d'alimentació està commutada durant molt de temps i la bateria no s'utilitza, el mode de càrrega per defecte és segur. El corrent de càrrega rondarà els 100-150 mA. Quan la xarxa elèctrica falla, la polarització inversa D3 i la polarització directa D4 i la bateria agafa la càrrega. Una bateria SAI és l’elecció ideal.

El díode Zener ZD i el transistor PNP T1 formen l’indicador de bateria baixa. Aquest tipus d’arranjament s’utilitza als inversors per indicar l’estat de la bateria baixa. Quan la tensió de la bateria és superior a 11 volts, Zener condueix i manté la base de T1 alta de manera que quedi apagada. Quan la tensió de la bateria cau per sota dels 11 volts, el Zener s'apaga i es polaritza cap endavant T1. (El díode Zener només es condueix quan el voltatge a través d’ell és superior a 1 volt o superior a la seva tensió nominal. Per tant, aquí el zener de 10 volts només condueix si el voltatge és superior a 11 volts.) El LED s’encén per indicar la necessitat de carregar la bateria. VR1 ajusta el punt d’aparició correcte del Zener. Carregueu completament la bateria i mesureu la tensió del terminal. Si supera els 12 volts, ajusteu l’eixugaparabrises del VR1 predefinit a la posició central i gireu-lo lleugerament fins que s’apagui el LED. No gireu la configuració predeterminada als extrems extrems. La bateria sempre ha de contenir una tensió suficient per sobre dels 12 volts (la bateria totalment carregada mostrarà uns 13,8 volts), llavors només IC1 obtindrà la tensió d’entrada suficient.

Diagrama de circuits lliures de font d'alimentació automàtica

En aquest diagrama de circuits, es dóna un circuit d'alimentació regulat que, tot i que un regulador de tensió fixa U1-LM7805 no només dóna una variable, sinó que també apagat automàtic característiques. Això s’aconsegueix mitjançant un potenciòmetre que es connecta entre el terminal comú del regulador IC i la terra. Per cada increment de 100 ohms en el valor del circuit de la resistència del potenciòmetre RV1, la tensió de sortida augmenta 1 volt. Per tant, la sortida varia de 3,7 V a 8,7 V (tenint en compte la caiguda de 1,3 volts entre els díodes D7 i D8).

Quan no es connecta cap càrrega entre els seus terminals de sortida, el subministrament és que s'apaga. Això s’aconsegueix amb l’ajuda dels transistors Q1 i Q2, els díodes D7 i D8 i el condensador C2. Quan es connecta una càrrega a la sortida, la caiguda de potencial entre els díodes D7 i D8 (aproximadament 1,3 V) és suficient perquè els transistors Q2 i Q1 puguin dur a terme. Com a resultat, el relé s’energia i es manté en aquest estat mentre la càrrega romangui connectada. Al mateix temps, el condensador C2 es carrega a uns 7-8 volt de potencial a través del transistor Q2. Però quan es desconnecta la càrrega (una làmpada en sèrie amb S2), es talla el transistor Q2. No obstant això, el condensador C2 encara està carregat i comença a descarregar-se per la base del transistor Q1. Passat un temps (que bàsicament es determina pel valor de C2), el relé RL1 es desconnecta, cosa que apaga l’entrada de xarxa a la primària del transformador TR1. Per reprendre l’alimentació, s’ha de prémer el botó polsador S1 momentàniament. El retard en apagar la font d'alimentació varia directament amb el valor del condensador.

Es va utilitzar un transformador amb una tensió secundària de 12V-0V, 250mA, tot i que es pot canviar segons el requisit de l’usuari (fins a 30V màxim. I corrent nominal de 1 amper). Per obtenir més de 300 mA de corrent, el regulador IC ha d’estar equipat amb un petit dissipador de calor sobre un aïllant de mica. Quan la tensió secundària del transformador augmenta més enllà dels 12 volts (RMS), s’ha de tornar a dimensionar el potenciòmetre RV1. A més, la tensió nominal del relé s’ha de predeterminar.

Font d'alimentació variable mitjançant LM338

Sovint es requereix una font d'alimentació de CC per alimentar els dispositius electrònics. Tot i que algunes requereixen una font d’alimentació regulada, hi ha moltes aplicacions en què cal variar la tensió de sortida. La font d'alimentació variable és la que permet ajustar el voltatge de sortida segons els requisits. La font d'alimentació variable es pot utilitzar en moltes aplicacions com aplicar tensió variable als motors de corrent continu, aplicar voltatges variables als convertidors CC-CC d'alta tensió per ajustar el guany, etc. proves de projectes electrònics .

El component principal d'una font d'alimentació variable és qualsevol regulador la sortida del qual es pot ajustar utilitzant qualsevol mitjà com una resistència variable. Els circuits integrats de regulador com LM317 proporcionen un voltatge ajustable d’1,25 a 30V. Una altra manera és utilitzar LM33 IC.

Aquí s’utilitza un senzill circuit d’alimentació variable que utilitza LM33 que és un regulador d’alt voltatge.

LM 338 és el regulador d’alta tensió que pot subministrar un excés de corrent de 5 amperes a la càrrega. El voltatge de sortida del regulador es pot ajustar d’1,2 volts a 30 volts. Només requereix dues resistències externes per configurar la tensió de sortida. LM 338 pertany a la família LM 138 que està disponible en un paquet de 3 terminals. Es pot utilitzar en aplicacions com ara font d'alimentació ajustable, regulador de corrent constant, carregadors de bateries, etc. Un subministrament variable d'alt corrent és essencial per provar circuits d'amplificadors d'alta potència, durant la detecció de problemes o el manteniment. Això permet utilitzar la font d'alimentació amb càrregues transitòries elevades i arrencar velocitats en condicions de plena càrrega. La protecció contra sobrecàrrega continua sent funcional fins i tot si el pin d’ajust es desconnecta accidentalment.

Descripció del circuit

El circuit bàsic consta de les parts següents:

1. Un transformador reductor per provocar una caiguda de la tensió alterna de 230 V.
2. Un mòdul rectificador per rectificar el senyal de corrent altern.
3. Un condensador d'electròlits de suavitzat per filtrar el senyal de corrent continu i eliminar les ondulacions de corrent altern.
4. LM338
5. Una resistència variable

Funcionament del circuit

A continuació es mostra la font d'alimentació variable que utilitza un regulador de tensió positiu LM338. La potència es deriva d’un transformador descendent de 0-30 volts de 5 amperis. El mòdul rectificador de 10 amperis rectifica el voltatge altern de baixa tensió a corrent continu que es fa lliure d’ondulacions mitjançant el condensador de suavitzat C1. El condensador C2 i C3 millora les respostes transitòries. El voltatge de sortida es pot ajustar a través del Pot VR1 al voltatge desitjat d’1,2 volts a 28 volts. D1 protegeix contra C4 i D2 protegeix contra C3 quan s’apaga. El regulador requereix dissipador de calor.

Vout = 1,2 V (1+ VR1 / R1) + I AdjVR1.