ЛИНЕЙНИ ЗАХРАНВАНИЯ
Можете да изтеглите pdf версията тук.
Целта на този текст е да предостави основната информация, необходима за проектиране на линейно захранване, без да се задълбочава (нищо повече от необходимото) в теорията за работата на всеки от компонентите. Текстът е разделен на следните точки:
Всяка електронна схема се нуждае от енергия, за да работи, тази енергия може да бъде получена от батерия или чрез електрическата мрежа. Напрежението, подавано от електрическата мрежа, е променливо (AC) и обикновено далеч надвишава напрежението, от което се нуждаем, така че трябва да вмъкнем електронна схема, която трансформира напрежението и вида на тока на мрежата (230v AC в Испания) към напрежението и тип ток (променлив или постоянен), който ни е необходим в нашата верига. Тази верига се нарича захранване
По принцип има два вида захранвания, линейните, които използват трансформатор, за да намалят нивото на напрежение в електрическата мрежа до необходимото ниво в нашата верига и включените източници, които използват вериги, базирани на транзистори и намотки, работещи при превключване, за да намалят напрежението .напрежение. Предимствата на линейното захранване са неговата простота и това, че генерират по-малко електромагнитни шумове, недостатъците са по-големият им размер и по-ниска ефективност (те разсейват повече енергия под формата на топлина, отколкото комутираните източници).
На следващата фигура можем да видим основната структура на линейно захранване:
На схемата можем да видим, че захранването се състои от различни модули, които имат специфична функция. В следващите точки на темата ще изучим всеки от тези модули.
Той се формира от щепсела, клемите или всяко физическо устройство, което ни позволява да свържем нашето захранване към електрическата мрежа. Параметрите, които трябва да се вземат предвид при избора на щепсела, е, че той поддържа напрежението на мрежата (230v 50Hz) и тока, който веригата ще консумира. Ще използваме същите параметри, за да изберем захранващия кабел.
Ако нашето захранване е имало неизправност и е било на късо съединение, това ще доведе до много силно нарастване на текущото потребление, последиците от това покачване са непредсказуеми, тъй като ако е твърде високо, можем да направим автоматика на нашия дом и дори на сградата скок и ако беше относително малък, можеше да повиши температурата на нашата верига до степен да предизвика пожар. Предпазителят е устройство, което когато протичащият през него ток е по-голям от номиналния си ток, той се топи, прекъсвайки подаването на ток. Основният параметър, който трябва да изчислим, за да изберем нашия предпазител, е номиналният ток. В точка 6 от този документ е обяснено как да се изчисли номиналният ток на предпазителя.
Това устройство не е строго необходимо, тъй като неговата функция е да елиминира възможни електромагнитни смущения, които могат да достигнат до нашето захранване от електрическата мрежа, но използването му е от съществено значение, ако искаме да направим нашето оборудване имунизирано срещу подобни смущения. Въпреки че мрежовият филтър можем да направим сами, най-добре е да закупите търговски филтър, тъй като те са тествани, за да отговарят на стандартите EMI.
Трансформаторът е електронно устройство, което ни позволява да трансформираме променливо входно напрежение в променливо изходно напрежение с различна стойност. Основното предимство, което трансформаторите имат, е тяхната висока производителност. На фигура 2 можете да видите диаграма на трансформатор
Променливият ток, протичащ през първичната намотка, предизвиква магнитен поток, който циркулира през сърцевината, индуцирайки променливо напрежение във вторичната. Магнитният поток в намотките 1 и 2, ако приемем, че няма загуби, можем да го изразим според уравненията:
Тъй като потокът е еднакъв в двете намотки, ако разделим първото уравнение на второто, имаме:
Това уравнение ни казва, че връзката между входното и изходното напрежение се дава от връзката, която съществува между броя на завъртанията, които имат намотките. Тази релация r се нарича празна релация на трансформация.
Както казахме по-рано, трансформаторът е устройство с много малко загуби, така че можем да кажем, че мощността в първичната ще бъде равна на мощността във вторичната (ако те са загубили мощността на първичната, тя ще бъде равна на мощността на вторичния плюс силата на загубите). Това ни позволява да изравним потенциала на първичното и вторичното, съгласно следното уравнение:
Това уравнение е много полезно за изчисляване на номиналния ток на предпазителя на захранващото устройство, защото ако имаме например трансформатор с 230v в първичния и 9v във вторичния и консумираме 1А във вторичния, можем да изчислим интензитета в първичната, както следва:
Това означава, че в първичната би трябвало да поставим предпазител, по-голям от 39 mA, за да можем да издържим на този интензитет във вторичния. На пазара няма безкрайно разнообразие от предпазители, така че ще е необходимо да се намери стандартната стойност, която е най-близка до изчислената стойност.
Въпреки че казахме, че производителността на трансформатора е много висока, тази стойност не е 100% и следователно винаги има загуби, които се увеличават, докато увеличаваме интензивността, консумирана във вторичния, това се превръща в намаляване на напрежението във вторичния и фазово изместване между входния и изходния сигнал. Във всеки случай, ако не надвишим тока на трансформатора, тези уравнения са напълно валидни.
Трансформаторите обикновено имат два входни клеми за първичната намотка, в които ще свържем 230v, а във вторичната обаче можем да намерим 3 основни конфигурации:
· Вторична намотка: В този случай има само два извода за вторичния, през които получаваме изходното напрежение. Пример за това може да бъде трансформатор от 230v/12v и 1A.
· Една намотка с междинен кран: Вторичният има 3 клеми, в които третият контакт е свързан в средата на вторичната намотка. Пример за това може да бъде трансформатор от 230v/12v + 12v и 1A.