DC napájecí zdroj DC napájecí zdroj koupit DC napájecí zdroj koupit DC napájecí zdroj

Napájecí zdroj je elektrické zařízení, které převádí elektrický proud ze zdroje energie, jako je elektrická zásuvka, na napětí a proud potřebný k napájení zátěže, jako je motor nebo elektronické zařízení.

Účelem napájecího zdroje je dodávat zátěži správné napětí a proud. Proud musí být dodáván řízeným způsobem – a s přesným napětím – do širokého rozsahu zátěží, někdy současně, aniž by změny vstupního napětí nebo jiná připojená zařízení ovlivnily výstup.

Napájecí zdroj může být externí, často se vyskytuje v zařízeních, jako jsou notebooky a nabíječky telefonů, nebo interní, například ve větších zařízeních, jako jsou stolní počítače.

Napájení může být regulované nebo neregulované. V regulovaném napájecím zdroji nemají změny vstupního napětí vliv na výstup. Na druhou stranu v neregulovaném napájecím zdroji závisí výstup na jakýchkoli změnách na vstupu.

Jedna věc, kterou mají všechny napájecí zdroje společné, je to, že odebírají elektrickou energii ze vstupního zdroje, nějakým způsobem ji transformují a na výstupu předávají zátěži.

Vstupní a výstupní výkon může být buď střídavý proud (AC) nebo stejnosměrný proud (DC):

• Stejnosměrný proud (DC) vzniká, když proud teče v jednom konstantním směru. Obvykle pochází z baterií, solárních panelů nebo AC/DC měničů. Stejnosměrný proud je preferovaným typem napájení pro elektronická zařízení.

• Střídavý proud (AC) vzniká, když elektrický proud periodicky mění směr. Střídavý proud je metoda používaná k dodávání elektřiny přes elektrické vedení do domácností a podniků

Pokud je tedy AC typ energie dodávané do vašeho domova a DC je typ energie, kterou potřebujete k nabíjení telefonu, budete potřebovat zdroj střídavého proudu pro převod signálu na stejnosměrný, jinými slovy pro konverzi střídavého proudu. napětí přicházející ze sítě na konstantní napětí potřebné k nabití baterie vašeho mobilního telefonu.

Pochopení střídavého proudu (AC)

Prvním krokem při návrhu jakéhokoli napájecího zdroje je určení vstupního proudu. A ve většině případů je zdrojem vstupního napětí elektrické sítě střídavý proud.

Typický průběh střídavého proudu je sinusový průběh (viz obrázek 1).`

Obrázek 1: AC průběh a základní parametry

Při práci se zdrojem střídavého proudu je třeba vzít v úvahu několik indikátorů:

• Špičkové napětí/proud: Maximální hodnota amplitudy, které může vlna dosáhnout.

• Frekvence: Počet cyklů vlny za sekundu. Doba potřebná k dokončení jednoho cyklu se nazývá perioda.

• Průměrné napětí/proud: Průměrná hodnota všech napěťových bodů získaných během jednoho cyklu. V čistě střídavé vlně bez vnuceného stejnosměrného napětí bude tato hodnota nulová, protože kladná a záporná polovina se navzájem ruší.

• RMS napětí/proud: Je definováno jako druhá odmocnina průměrné hodnoty jednoho cyklu druhé mocniny okamžitého napětí. V čisté sinusovce střídavého proudu lze její hodnotu vypočítat pomocí rovnice (1): VPEAK√2VPEAK2

• Může být také definován jako ekvivalentní stejnosměrný výkon potřebný k vytvoření stejného topného efektu. Navzdory své složité definici je široce používán v elektrotechnice, protože umožňuje najít efektivní hodnotu střídavého napětí nebo proudu. Z tohoto důvodu se někdy vyjadřuje jako VAC.

• Fáze: Úhlový rozdíl mezi dvěma vlnami. Úplný cyklus sinusové vlny je rozdělen na 360°, počínaje 0°, vrcholí při 90° (pozitivní vrchol) a 270° (negativní vrchol) a prochází počátečním bodem dvakrát, při 180° a 360°. Pokud jsou dvě vlny aplikovány společně a jedna vlna dosáhne svého pozitivního vrcholu ve stejnou dobu, kdy druhá dosáhne svého negativního vrcholu, pak bude první vlna na 90° a druhá na 270°; to znamená, že fázový rozdíl je 180°. Tyto vlny jsou považovány za v protifázi, protože jejich hodnoty budou mít vždy opačné znaménka. Pokud je fázový rozdíl 0°, pak říkáme, že dvě vlny jsou ve fázi.

Střídavý proud (AC) je způsob přenosu elektřiny z elektráren ke koncovým spotřebitelům. Používá se k přepravě elektřiny, protože elektřinu je třeba během přepravního procesu několikrát přeměnit.

Elektrické generátory produkují napětí asi 40 000 V nebo 40 kV. Toto napětí je následně zvýšeno na 150–800 kV, aby se snížily výkonové ztráty při přenosu elektrického proudu na velké vzdálenosti. Poté, co proud dosáhne svého cíle, se napětí sníží na 4–35 kV. Nakonec, než se proud dostane k jednotlivým uživatelům, je snížen na 120 V nebo 240 V, v závislosti na místě.

Všechny tyto změny napětí by byly buď obtížné, nebo velmi neefektivní pro stejnosměrný proud (DC), protože lineární transformátory závisí na kolísání napětí při přenosu a přeměně elektřiny, takže mohou pracovat pouze se střídavým proudem (AC).

Lineární a přepínací AC/DC napájecí zdroj

AC/DC lineární napájecí zdroj má jednoduchou konstrukci.

Pomocí transformátoru se vstupní napětí střídavého proudu (AC) sníží na hodnotu vhodnější pro zamýšlenou aplikaci. Snížené střídavé napětí je poté usměrněno a převedeno na stejnosměrné (DC) napětí, které je filtrováno pro další zlepšení kvality průběhu (obrázek 2).

Obrázek 2: Blokové schéma lineárního AC/DC napájecího zdroje

Tradiční konstrukce lineárního napájecího zdroje AC/DC se v průběhu let vyvíjela, zlepšovala se z hlediska účinnosti, rozsahu výkonu a velikosti, ale konstrukce má některé významné nevýhody, které omezují jeho integraci.

Obrovským omezením lineárního AC/DC zdroje je velikost transformátoru. Vzhledem k tomu, že vstupní napětí se převádí na vstupu, musí být požadovaný transformátor velmi velký, a proto velmi těžký.

Při nízkých frekvencích (např. 50 Hz) jsou nutné velké hodnoty indukčnosti pro přenos velkého množství energie z primární na sekundární cívku. To vyžaduje velká jádra transformátorů, takže miniaturizace těchto napájecích zdrojů je téměř nemožná.

Dalším omezením lineárních AC/DC napájecích zdrojů je regulace vysokého napájecího napětí.

Lineární AC/DC napájecí zdroj používá lineární regulátory k udržení konstantního výstupního napětí. Tyto lineární regulátory rozptýlí veškerou další energii jako teplo. Pro malý výkon to není velký problém. Při vysokém výkonu je však množství tepla, které bude muset regulátor odvést, aby udržel konstantní výstupní napětí, velmi velké, a to bude vyžadovat instalaci velmi velkých chladičů.

Přepínání AC/DC napájení

Byla vyvinuta nová metodika návrhu, která řeší mnoho problémů spojených s lineárním nebo tradičním návrhem AC/DC napájecích zdrojů, včetně dimenzování transformátoru a regulace napětí.

Spínané napájecí zdroje jsou nyní možné díky pokrokům v technologii polovodičů, zejména vytvoření výkonných MOSFETů, které se dokážou velmi rychle a efektivně zapínat a vypínat i v přítomnosti vysokého napětí a proudů.

Přepínací AC/DC napájecí zdroj umožňuje účinnější měniče energie, které již neztrácejí přebytečný výkon.

AC/DC napájecí zdroje navržené pomocí spínaných měničů se nazývají spínané zdroje. Spínané AC/DC zdroje mají poněkud složitější způsob přeměny AC na DC.

Při spínání střídavých zdrojů se již vstupní napětí nesnižuje; místo toho se usměrňuje a filtruje na vstupu. Stejnosměrné napětí pak prochází chopperem, který převádí napětí na vysokofrekvenční pulzní sled. Nakonec vlna prochází dalším usměrňovačem a filtrem, který ji převádí zpět na stejnosměrný proud (DC) a eliminuje jakoukoli zbývající složku střídavého proudu (AC), která může být přítomna před dosažením výstupu (viz obrázek 3).

Při provozu na vysokých frekvencích je induktor transformátoru schopen přenést více energie bez dosažení saturace, což znamená, že jádro se může zmenšovat a zmenšovat. Proto může být transformátor použitý při přepínání AC/DC napájecích zdrojů ke snížení amplitudy napětí na zamýšlenou hodnotu pouze zlomkem velikosti transformátoru potřebného pro lineární AC/DC napájecí zdroj.

Obrázek 3: Blokové schéma přepínání AC/DC napájecího zdroje

Jak můžete očekávat, tato nová metoda návrhu má některé nevýhody.

Přepínání AC/DC měničů může do systému generovat značné množství šumu, který musí být zpracován, aby bylo zajištěno, že výstup je bez šumu. To vytváří potřebu složitějšího řídicího obvodu, což zase zvyšuje složitost návrhu. Tyto filtry jsou však složeny z komponentů, které lze snadno integrovat, takže na velikost napájecího zdroje není zásadní vliv.

Menší transformátory a zvýšená účinnost regulátoru napětí při přepínání AC/DC zdrojů jsou důvodem, proč nyní dokážeme převést 220V rms AC na 5V DC pomocí výkonového měniče, který se vejde do dlaně.

Tabulka 1 shrnuje rozdíly mezi lineárními a spínanými AC/DC napájecími zdroji.

Tabulka 1: Lineární a spínané napájecí zdroje

Spínaný zdroj

Vyšší frekvence umožňují v případě potřeby použití mnohem menších transformátorů

Tranzistory poskytují nízké spínací ztráty, protože se chovají jako malé odpory.

Vznikl další šum

transformátory, vás nutí přidat

velké, složité filtry i obvody

řízení a regulace pro

Jednofázové a třífázové napájecí zdroje

Zdroj střídavého proudu (AC) může být jednofázový nebo třífázový:

• Třífázový napájecí zdroj se skládá ze tří vodičů, nazývaných vedení, z nichž každý vede střídavý proud (AC) o stejné frekvenci a amplitudě napětí, ale s relativním fázovým rozdílem 120° nebo třetinového cyklu

Tyto systémy jsou nejúčinnější při dodávání velkého množství energie, a proto se používají k dodávání elektřiny z elektráren do domácností a podniků po celém světě.

• Jednofázové napájení je preferovaný způsob napájení jednotlivých domácností nebo kanceláří, aby se zátěž rovnoměrně rozložila mezi linky. V tomto případě proud teče z elektrického vedení přes zátěž a pak zpět přes nulový vodič. Toto je typ napájecího zdroje, který se nachází ve většině instalací kromě velkých průmyslových nebo komerčních budov. Jednofázové systémy nemohou přenášet tolik energie do zátěže a jsou náchylnější k výpadkům napájení, ale jednofázové napájení také umožňuje mnohem jednodušší sítě a zařízení.

Obrázek 4: Průběh střídavého proudu třífázového napájecího zdroje

Existují dvě konfigurace pro přenos elektrické energie prostřednictvím třífázového napájecího zdroje: konfigurace trojúhelníku (Δ)(Δ) a hvězdy (Y), nazývané také konfigurace trojúhelníku a hvězdy.

Hlavním rozdílem mezi těmito dvěma konfiguracemi je možnost přidat neutrální vodič (viz obrázek 5).

Připojení do trojúhelníku poskytuje větší spolehlivost, ale připojení Y může poskytovat dvě různá napětí: fázové napětí, což je jednofázové napětí dodávané do domácností, a síťové napětí pro napájení velkých zátěží. Vztah mezi fázovým napětím (nebo fázovým proudem) a síťovým napětím (nebo síťovým proudem) v konfiguraci “Y” je takový, že amplituda síťového napětí (nebo proudu) je √3násobek amplitudy fáze.

Protože standardní rozvodný systém elektrické energie musí dodávat energii jak třífázovým, tak i jednofázovým systémům, má většina rozvodných sítí tři vedení a nulový vodič. Tímto způsobem mohou domácnosti i průmyslová zařízení přijímat energii ze stejného přenosového vedení. Konfigurace Y se tedy nejčastěji používá pro rozvod energie, zatímco konfigurace do trojúhelníku se obvykle používá pro napájení třífázových zátěží, jako jsou velké elektromotory.

Obrázek 5: Třífázové konfigurace Y a Delta

Napětí, při kterém elektrická síť dodává jednofázovou elektřinu svým uživatelům, má různé hodnoty v závislosti na geografické poloze. To je důvod, proč je velmi důležité zkontrolovat rozsah vstupního napětí vašeho napájecího zdroje před jeho zakoupením nebo použitím, abyste se ujistili, že je navržen tak, aby fungoval s elektrickým systémem vaší země. V opačném případě můžete poškodit zdroj napájení nebo zařízení k němu připojené.

Tabulka 2 porovnává síťové napětí v různých oblastech světa.

Japonská národní elektrická síť má dvě frekvence kvůli původům jeho elektrifikace na konci 19. století. V západním městě Ósaka dodavatelé elektřiny koupili 60 Hz generátory ze Spojených států, zatímco v Tokiu ve východním Japonsku koupili 50 Hz generátory z Německa. Obě strany odmítly změnit frekvenci a dodnes se v Japonsku používají dvě frekvence: 50 Hz na východě, 60 Hz na západě.

Jak již bylo zmíněno dříve, třífázové napájení se používá nejen pro přepravu, ale také pro napájení velkých zátěží, jako jsou elektromotory nebo nabíjení velkých baterií. Je to proto, že paralelní aplikace energie v třífázových systémech může přenést mnohem více energie do zátěže a může tak činit rovnoměrněji díky překrývání tří fází (viz obrázek 6).

Obrázek 6: Přenos výkonu v jednofázovém (vlevo) a třífázovém (vpravo) systému

Například při nabíjení elektromobilu (EV) množství energie, kterou můžete přenést do baterie, určuje, jak rychle se nabije.

Jednofázové nabíječky jsou připojeny na střídavý proud (AC) a převáděny na stejnosměrný proud (DC) pomocí interního AC-DC měniče (nazývaného také palubní nabíječka). Tyto nabíječky jsou omezeny napájením ze sítě a AC zásuvky.

Limit se v jednotlivých zemích liší, ale obvykle je nižší než 7 kW pro zásuvku 32 A (v EU 220 x 32 A = 7 kW). Na druhou stranu třífázové napájecí zdroje externě převádějí energii ze střídavého na stejnosměrný proud a dokážou do baterie dodat více než 120 kW, což umožňuje ultra rychlé nabíjení.

AC/DC zdroje jsou všude. Hlavním úkolem AC/DC napájecího zdroje je přeměnit střídavý proud (AC) na stabilní stejnosměrné (DC) napětí, které pak lze použít k napájení různých elektrických zařízení.

Střídavý proud se používá k přenosu elektřiny v celé elektrické síti, od generátorů až po koncové uživatele. Obvod střídavého proudu (AC) může být konfigurován jako jednofázový nebo třífázový systém. Jednofázové systémy jsou jednodušší a mohou poskytnout dostatek energie pro napájení celého domu, ale třífázové systémy mohou poskytovat mnohem více energie stabilnějším způsobem, a proto se často používají k napájení průmyslových aplikací.

Navrhnout efektivní AC/DC napájecí zdroj není snadný úkol, protože dnešní trhy vyžadují vysoce výkonné, extrémně účinné, miniaturizované napájecí zdroje, které dokážou udržet účinnost v širokém rozsahu zátěží.

Metody návrhu napájení AC/DC se v průběhu času měnily. Lineární AC/DC napájecí zdroje mají omezenou velikost a účinnost, protože pracují na nízkých frekvencích a regulují výstupní teplotu tím, že přebytečnou energii rozptylují jako teplo. Naproti tomu spínané zdroje se staly extrémně populární, protože používají spínací regulátory k přeměně AC na DC. Spínané napájecí zdroje pracují na vyšších frekvencích a převádějí elektrickou energii mnohem efektivněji než předchozí konstrukce, což umožňuje vytvoření výkonných AC/DC napájecích zdrojů velikosti dlaně.