Энциклопедия
Строго говоря, источник тока — это элемент электрической цепи, поддерживающий в этой цепи ток заданного значения, не зависящего от сопротивления прочих элементов цепи. Это — идеальный источник тока.
Идеальный источник тока (токовый генератор) существует лишь в воображении. В реальности источник тока всегда имеет ограничение — лишь в некотором строго определенном диапазоне значений он может максимально приближенно имитировать поведение идеального источника тока.
Реальный источник тока — устройство, которое лишь старается поддерживать в цепи, к которой он подключен, ток заданного уровня, пока это позволяют его возможности (максимальный выходной ток и напряжение).
Именно максимальные ток и напряжение источника определяют диапазон значений тока, в котором прибор способен имитировать идеальный источник тока. А точность такой имитации определяет параметр Transient Responce — время реакции на изменение нагрузки. Чем оно меньше, тем реальный источник более приближен к идеальному источнику тока.
Практически все модели, описанные в разделе источники постоянного тока, могут использоваться в зависимости от выбранного режима и как источники тока, и как источники напряжения.
Типы источников питания: обзор, устройство, отличия
Источники питания — это электрические оборудования, которые производят, накапливают или преобразуют электрическую энергию для различных целей.
Источники питания могут быть разделены на первичные и вторичные. Первичные источники питания преобразуют другие виды энергии в электрическую, например, химическую, солнечную, тепловую и т.д. Вторичные источники питания не генерируют электрическую энергию, а изменяют ее параметры, например, напряжение, ток, частоту , необходимые для подключенного электрического прибора.
Чаще всего вторичные источники питания преобразуют переменный ток в постоянный ток и питают различные электронные устройства (компьютер, телевизор, принтер, роутер, низковольтные источники света и т. д.).
Есть два различных вида источника питания: источник напряжения (обеспечивает постоянное напряжение) и источник тока (обеспечивает постоянный ток).
Для питания низковольтной аппаратуры постоянным током от сети переменного напряжения 220 В (50 Гц) традиционно используется следующая последовательность преобразования переменного тока в постоянный:
- понижение напряжения сетевым трансформатором,
- выпрямление тока,
- фильтрация пульсаций,
- стабилизация напряжения на нагрузке.
Габариты таких источников питания в основном определяются габаритами сетевого трансформатора и конденсатора фильтра. Это связано с тем, что при частоте питающей сети 50 Гц для передачи во вторичную обмотку требуемой мощности нужен магнитопровод большого сечения, а для сглаживания пульсаций с частотой 50 и 100 Гц требуется конденсатор большой емкости.
В настоящее время большой популярностью пользуются схемы блоков питания, в которых последовательность преобразования переменного тока сети в постоянный ток нужного напряжения несколько отличается от традиционной:
- выпрямление сетевого тока,
- сглаживание пульсаций,
- возбуждение в первичной обмотке разделительного трансформатора колебаний прямоугольной формы высокой частоты,
- выпрямление вторичных напряжений,
- фильтрация пульсаций,
- стабилизация напряжений.
Благодаря тому, что трансформатор работает на высокой частоте (от единиц до десятков килогерц), его габариты и масса значительно меньше аналогичного по мощности сетевого трансформатора.
Источники питания для электронных устройств в основном можно разделить на линейные и импульсные:
- линейные источники питания, в которых согласующим элементом является трансформатор (сущетсуют и бестрансформаторные линейные истчники питания);
- импульсные источники питания с использованием различных типов электронных систем (преобразователей напряжения);
Линейные имеют относительно простую конструкцию, которая может усложняться с увеличением тока, который они должны подавать, однако их регулировка напряжения у них не очень эффективна.
Источник питания — неотъемлемая часть многих устройств. Вот некоторые из основных типов:
- Импульсный блок питания. В настоящее время большинство блоков питания производится в виде импульсных блоков питания. Их преимущество — в основном меньший вес. Когда полупроводниковые компоненты управления и питания еще не были доступны, чтобы позволить недорогую конструкцию импульсных блоков питания, использовались более тяжелые и долговечные блоки питания с трансформатором.
- Компьютерный блок питания. Компьютеры содержат импульсный источник питания, который преобразует низкое напряжение переменного тока из распределительной сети (230 В, 50 Гц) в низкое напряжение, используемое в электрических цепях компьютера (напряжение постоянного тока 3,3 В, 5 В и 12 В).
- Сетевой адаптер. Это небольшой импульсный блок питания, имеющий форму и размер стандартной электрической вилки (например, зарядного устройства для сотового телефона), используемый в сети 230 В, обеспечивающей небольшое напряжение, необходимое для конкретного электрического или электронного устройства. Сетевые адаптеры, как правило, используются с устройствами и приборами, которые не имеют свой собственный внутренний источник питания.
- Сварочный источник питания. Сварочные источники обеспечивают высокий ток (обычно сотни ампер), который позволяет расплавлять металл локально и, таким образом, обеспечивать его соединение. Раньше применялись так называемые сварочные трансформаторы (со специальными электромагнитными трансформаторами, рассчитанными на большие сварочные токи), более современными являются сварочные инверторы с электронным управлением.
Внутренне сопротивление источника питания
Идеальный источник питания, как источник напряжения, всегда обеспечивает одно и то же напряжение независимо от подключенной нагрузки (т. е. напряжение источника питания постоянно при разном потребляемом токе).
Однако идеального источника не существует, потому что внутреннее сопротивление реального источника ограничивает максимальный ток, который может протекать через электрическую цепь.
Настоящий источник питания может использовать стабилизатор напряжения для обеспечения стабильного выходного напряжения, которое обеспечивается за счет падения напряжения (разницы между входным и выходным напряжением стабилизатора). Пример — Импульсный стабилизатор напряжения
Итак, по качеству выходного напряжения источники питания различают:
- стабилизированные источники, напряжение которых поддерживается на постоянном уровне независимо от колебаний тока,
- нестабилизированные источники, в которых выходное напряжение может изменяться в зависимости от колебаний тока .
Трансформаторные линейные источники питания
Классические линейные источники состоят из следующих элементов: трансформатор, выпрямитель, фильтр и устройство регулирования напряжения.
Принципиальная схема линейного источника питания
Сначала трансформатор преобразует сетевое напряжение в пониженное и обеспечивает гальваническую развязку. Схема, которая преобразует переменный ток в импульсный постоянный ток, называется выпрямителем (для выпрямления используются мостовые схемы на диодах), далее фильтр с конденсаторами и индуктивностями уменьшает пульсации. Подробно про фильтры — Фильтры источников питания.
Регулирование или стабилизация напряжения до заданного значения достигается с помощью так называемого регулятора напряжения, в конструкции которого используются транзисторы.
Транзистор в схеме действует как регулируемое сопротивление. На выходе из этого каскада для достижения большей стабильности в пульсации есть второй каскад фильтрации (хотя и не обязательно, все зависит от проектных требований), это может быть обычный конденсатор.
Среди источников питания есть такие, в которых мощность, подаваемая на нагрузку, регулируется тиристорами, чтобы подавать требуемое напряжение и мощность на нагрузку.
Немецкий лабораторный источник питания
Современные линейные источники питания
Стабилизация напряжения в базовом типе линейных источников достигается путем включения специального элемента параллельно цепи, питаемой от нестабилизированного источника более высокого напряжения, через подходящий резистор, вольт-амперная характеристика которого показывает резкое увеличение тока при требуемом напряжении. Такой элементом является стабилитрон (диод Зинера), который работает в широком диапазоне пороговых напряжений.
Недостатками источника питания с диодом Зенера являются относительно низкая стабильность выходного напряжения, относительно небольшой диапазон тока и особенно низкий КПД, поскольку электрическая энергия преобразуется в тепло в последовательном резисторе и в самом стабилитроне.
Современные линейные источники (обычно в виде интегральной схемы) используют элемент с переменным импедансом (транзистор в линейном режиме), который регулируется обратной связью, основанной на разнице между выходным напряжением и постоянным напряжением от внутреннего опорного напряжения (на основе диодной схемы, но с небольшим постоянным потреблением).
Типичными представителями линейных источников являются интегральные схемы типа 78xx (например, 7805 — источник напряжения 5 В) и их производные.
Недостатком таких линейных источников питания является их низкая эффективность (и поскольку рассеиваемая мощность в интегральной схеме изменяется в зависимости от нагрева, а также необходимость охлаждения), особенно когда существует большая разница между входным и выходным напряжением и большими токами. Недостатком иногда является также то, что выходное напряжение всегда ниже входного.
Преимущество заключается в их низкой цене, небольшом размере, простоте использования и отсутствии помех извне и в цепи питания.
Встроенный источник питания в лабораторном стенде по изучению электротехники
Импульсные источники питания
В импульсных источниках питания используется полевой транзистор, который периодически замыкаются с относительно высокой частотой (десятки кГц и более) и увеличивают входное напряжение схемы, состоящей из комбинации катушки, конденсатора и диода. С помощью подходящей комбинации этих элементов можно добиться снижения и увеличения напряжения.
Другой тип импульсного источника питания — это источник питания с трансформатором и последующим диодным выпрямителем, в котором используются выгодные свойства (меньшие размеры трансформатора при больших токах, меньшие магнитные потери) современных магнитных материалов (ферритов) на высоких частотах. Изменяя частоту можно добиться изменения выходного напряжения.
Таким образом, такой источник питания включает в себя схему (обычно в виде интегральной схемы), которая обеспечивает изменение частоты на основе обратной связи от выходного напряжения, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение при различных нагрузках.
Поскольку импульсные источники питания работают с прямоугольными напряжениями токов и токов, они, как правило, излучают электромагнитные волны в широком диапазоне частот. Поэтому при их создании и использовании необходимо соблюдать принципы электромагнитной совместимости (ЭМС).
Лабораторное оборудование
В мастерской или лаборатории прецизионный источник питания используется для проведения измерений, испытаний, поиска и устранения неисправностей. Эти лабораторные источники питания преобразуют, выпрямляют и регулируют напряжения, а также выходные токи, так что измерения можно проводить без повреждения тестируемых элементов.
Кроме того, эти источники питания обеспечивают стабильность и точность параметров, необходимых для получения достоверных результатов.
Лабораторные источники питания могут иметь различные режимы работы, такие как постоянное напряжение, постоянный ток, ограничение тока или напряжения, а также различные функции защиты, такие как перегрузка, перегрев, короткое замыкание и т.д.
Лабораторные источники питания могут быть аналоговыми или цифровыми, а также иметь различные интерфейсы для подключения к компьютеру или другим устройствам.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Характеристики источников питания тока
Источники питания постоянного тока, схема которых включает выпрямитель (AC/DC преобразователь), представляют собой востребованные устройства, широко применяемые в автоматизированных испытательных системах, предназначенных для проверки электрооборудования, модулей, монтажных схем. Также их используют для электропитания различной радиоэлектронной аппаратуры, электродвигателей, заряда аккумуляторных батарей, протекания электрохимических процессов. Они преобразуют переменное напряжение электросети в стабилизированное постоянное напряжение. Многие модели предоставляют возможность регулировки выходных параметров.
Отдельный вид источников питания (ИП) составляют конверторы (DC/DC преобразователи). Они работают от сети постоянного тока. Их сфера применения включает автоматизированные системы управления техпроцессами, энергетику, транспорт, телекоммуникационные и информационные технологии, охранно-пожарные системы.
Основными техническими характеристиками источников питания постоянного тока являются:
- Номинальное входное напряжение.
- Номинальное выходное напряжение и диапазон его регулировки.
- Максимальный ток нагрузки.
- Точность стабилизации выходного напряжения.
- КПД.
Помимо базовых характеристик, большое значение имеют и другие рабочие параметры, которые мы рассмотрим более подробно.
Шумы и пульсации
Эта характеристика источников питания постоянного тока определяет качество выходного сигнала, а также выбор между импульсным и линейным источником электропитания. Импульсные преобразователи являются по сути генераторами шумов. Устройства, использующие для управления переключением силовых ключей широтно-импульсную модуляцию, создают шумы в определенной полосе частот. Частота повторения шума зависит от частоты переключения импульсного источника питания, а амплитуда сильно зависит от топологии оборудования. Пульсации представляют собой флуктуацию выходного напряжения, которая связана с зарядом и разрядом устройства. Она может быть уменьшена с помощью увеличения входной или выходной емкости.
Для многих задач, связанных с тестированием электроаппаратуры, целесообразно использовать не импульсные, а линейные ИП. Несмотря на то, что они отличаются низкой эффективностью, габаритами и весом, выделением значительного количества тепла, их можно применять в приложениях, где не требуется высокая мощность (до 200 Вт на один канал). Линейные устройства генерируют высокочастотный шум, который можно легко отфильтровать. Также они обладают высокой скоростью реагирования на изменение нагрузки. Если же поставленная задача не выдвигает повышенных требований к уровню шума и пульсаций, лучше выбрать импульсный преобразователь. Он характеризуется высокой мощностью, компактностью, широкими диапазонами регулировки, гибкостью настроек.
Скорость изменения выходного напряжения
Это важный параметр, который имеет большое значение в сфере тестирования электроприборов. При испытаниях на аппаратуру подаются различные напряжения для проверки ее правильного функционирования в пределах рабочего диапазона. Чем быстрее источник питания реагирует на изменение настроек, тем выше производительность тестирования. В стандартных устройствах время установки выходного напряжения с точностью до 1% составляет в среднем 50-500 мс. Существуют специальные схемы регулируемых источников питания постоянного тока, которые позволяют уменьшить данный показатель до 1-4 мс.
Время реакции на изменение нагрузки
Этот параметр определяет, насколько быстро ИП реагирует на изменение нагрузки или скачки электротока. Если выходной ток быстро изменяется в широком диапазоне значений, выходное напряжение также начинает с высокой скоростью уменьшаться или увеличиваться. Время, которое необходимо устройству для стабилизации характеристик, называется временем реакции (или отклика) на изменение нагрузки. Из-за использования обратной связи в топологии для контроля выходного напряжения, импульсные ИП отличаются сравнительно медленной реакцией.
Чтобы обезопасить тестируемые устройства от сильных перегрузок, рекомендуется применять предварительную нагрузку. Она подключается параллельно с испытываемым прибором и ограничивает скачки напряжения. У современных импульсных источников питания время отклика составляет 40-80 мкс, а у линейных — до 1 мкс.
Возможность параллельного и последовательного подключения ИП
Параллельное подключение источников электропитания обеспечивает увеличение выходного электротока. Многие ИП оснащены специализированной параллельной шиной управления. Она позволяет создавать единую конфигурацию из нескольких источников. Система автоматически определяет, какие устройства являются ведущими, а какие ведомыми.
Последовательное подключение источников питания используется, если необходимо увеличение напряжения. При этом оно не должно превышать электрическую прочность изоляции выходных клемм.
Цифровое программирование
Многие источники питания поддерживают возможность цифрового программирования для режимов стабилизации напряжения (CV) или тока (CC). Устройства работают в режиме стабилизации напряжения при условии, что ток нагрузки меньше установленного значения. После достижения электротоком порогового значения ИП переходит в режим стабилизации тока. Выходное напряжение может ограничиваться, чтобы исключить перегрузку по мощности. Настройка осуществляется через панель управления устройства или с компьютера через интерфейсы USB, LAN, GPIB.
Программирование предоставляет расширенные возможности по управлению. Например, можно формировать последовательность изменений напряжения и тока, генерирование пилообразных и других сигналов для тестирования предохранителей и различных электроприборов.
Итоги
В статье были рассмотрены основные характеристики источников питания постоянного тока, применяемых в испытательных системах.
Источники питания переменного тока
Программируемый одноканальный источник питания постоянного тока с входами для измерения на нагрузке.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: 30 В
Выходной ток: 5 А
Программируемый одноканальный источник питания постоянного тока с входами для измерения на нагрузке.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: 32 В
Выходной ток: 3 А
Программируемый одноканальный источник питания постоянного тока с входами для измерения на нагрузке.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: 60 В
Выходной ток: 2,5 А
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: 72 В
Выходной ток: 1,2 А
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 90 Вт
Выходной ток : 3 А
Выходное напряжение: 30 В
Программируемый двухканальный источник питания постоянного тока 30 В, 1,5 А на каждом канале, 45 Вт/канал.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 195 Вт
Выходной ток: 3 А/3 А/3А
Выходное напряжение: 30 В/30 В/5 В
Программируемые многоканальные источники питания постоянного тока с входами для измерения на нагрузке.
Цена указана за модель начального уровня 2220-30-1.
2220G-30-1 — 2 канала, пост. ток 30 В, 1,5 А на каждом канале, 45 Вт/канал — 92 286.90 руб.
2230-30-1 — 3 канала, пост. ток 30 В, 1,5 А на каналах 1 и 2, 45 Вт/канал; 6 В, 3 А, 30 Вт на канале 3 — 99039.60 руб.
2230G-30-1 — 3 канала, пост. ток 30 В, 1,5 А на каналах 1 и 2, 45 Вт/канал; 6 В, 3 А, 30 Вт на канале 3, GPIB — 108043.20 руб.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 90 Вт
Выходной ток: 3 А
Выходное напряжение: 30 В
Программируемый двухканальный источник питания постоянного тока 30 В, 1,5 А на каждом канале, 45 Вт/канал, GPIB
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 195 Вт
Выходной ток: 3 А/3 А/3А
Выходное напряжение: 30 В/30 В/5 В
Программируемый трехканальный источник питания постоянного тока 30 В, 1,5 А на каналах 1 и 2, 45 Вт/канал; 6 В, 3 А, 30 Вт на канале 3.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 195 Вт
Выходной ток: 3 А/3 А/3А
Выходное напряжение: 30 В/30 В/5 В
Программируемый трехканальный источник питания постоянного тока 30 В, 1,5 А на каналах 1 и 2, 45 Вт/канал; 6 В, 3 А, 30 Вт на канале 3, GPIB.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходная мощность: 195 Вт
Выходной ток: 3 А/3 А/3А
Выходное напряжение: 30 В/30 В/5 В
Ручной трехканальный источник питания DC
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: 80/150 В
Выходной ток: 10,5/5,6 А
Модельный ряд: 2268-80-10, 2268-150-5
Программируемые источники постоянного тока мощностью до 850 Вт и силой тока до 10,5 А. Позволяют выводить любой ток (вкл. максимальный) при любом напряжении.
Цена указана за модель 2268-150-5 (850 Вт, 150 В, 5.6 A).
2268-80-10 (850 Вт, 80 В, 10.5 A) — 214 585.80 руб.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: от 0 до 20/60 В
Выходной ток: от 0 до 6/3,2 А
Модельный ряд: 2280S-32-6, 2280S-60-3
Программируемые одноканальные источники питания постоянного тока 32 В, 6 A, 192 Вт и 60 В, 3.2 A, 192 Вт.
Цена указана за модель 2280S-32-6 (32 В, 6 A).
2280S-60-3 (60 В, 3.2 A, 192 Вт) — 165 816.30 руб.
Производитель: Keithley
Цена:
По запросу
Гарантия: 36 месяцев
Выходное напряжение: от +50/100 до +5000/10000В
Выходной ток: от 0 до 5/1 А
Модельный ряд: 2290E-5, 2290-10
Высоковольтные программируемые источники питания для создания стабилизированного напряжения постоянного тока до 5 и 10 кВ.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
50 261 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~3A*2/0~3A*1
Выходное напряжение: 0~30В*2/0~6В*1
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~3A*3, выходное напряжение 0~60В*3.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
77 332 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~3A*3
Выходное напряжение: 0~30В*3
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~3A*3, выходное напряжение 0~30В*3.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
84 815 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~3A*2/0~6A*1
Выходное напряжение: 0~30В*2/0~6В*1
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~6A*2/0~3A*1, выходное напряжение 0~30В*2/0~6В*1.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
99 783 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~6A*3
Выходное напряжение: 0~30В*3
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~6A*3, выходное напряжение 0~30В*3.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
84 815 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~3A*2/0~3A*1
Выходное напряжение: 0~30В*2/0~6В*1
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~3A*2/0~3A*1, выходное напряжение 0~60В*2/0~6В*1.
Производитель: Matrix Technology
Цена:
99 783 c
Гарантия: 36 месяцев
Выходной ток: 0~3A*3
Выходное напряжение: 0~60В*3
Высокопроизводительный программируемый 3-х канальный источник питания постоянного тока с высоким разрешением, высокой точностью и высокой стабильностью. Выходной ток 0~3A*3, выходное напряжение 0~60В*3.
Источник питания переменного тока — это устройства, предназначенные для подключения к сети переменного тока для создания требуемых параметров тока, и для преобразования частоты к заданному нестандартному значению. Данные типы ИП применяются для решения различных задач, в первую очередь для тестирования оборудования.
Сфера применения и особенности источников питания переменного тока
В современной электротехнике данный тип источников питания применяется для решения широкого круга задач. Это формирование требуемых параметров переменного напряжения для исполнения программ тестирования электрического оборудования, а также для проверки генераторов, инверторов и других систем.
Основные причины купить источники питания переменного тока обусловлены широким функционалом данного типа оборудования:
- Выполнение нескольких задач — создание необходимых характеристик напряжения, усиление сигнала, эмуляция произвольной нагрузки
- Широкий диапазон частот на выходе.
- Формирование сигнала различной конфигурации, как заданной, так и собственной формы.
- Имитации различных событий (падение напряжения, микропробои ).
- Изменение фазового угла и многие другие возможности.
Как официальные партнеры ведущих производителей мы имеем возможность предложить широкий выбор и выгодные условия приобретения продукции. Вас ожидает доступная цена, доставка, полноценная техническая поддержка и сервисное обслуживание от компании с безупречной репутацией.