Soorten voeding
In de elektrotechniek is een voeding een apparaat dat elektrische energie omzet in de uitgaande elektrische spanning, stroom en frequentie die nodig zijn voor een aangesloten elektrisch apparaat. Het zet wisselstroom om in gelijkstroom en voedt verschillende elektronische apparaten (computer, tv, printer, router, enz.). Er zijn twee verschillende soorten voedingen: een spanningsbron (levert constante spanning) en een stroombron (levert constante stroom).
Voedingen voor elektronische apparaten kunnen hoofdzakelijk worden onderverdeeld in lineair en gepulseerd:
- lineaire voedingen waarbij het corresponderende element een transformator is (er zijn ook lineaire voedingen zonder transformatoren);
- schakelende voedingen met behulp van verschillende soorten elektronische systemen (spanningsomzetters);
Lineaire apparaten hebben een relatief eenvoudig ontwerp dat ingewikkelder kan worden naarmate de stroom die ze moeten leveren toeneemt, maar hun spanningsregeling is niet erg efficiënt voor hen.
Stroom is een integraal onderdeel van veel apparaten. Enkele van de belangrijkste soorten zijn:
- Impulsvoedingseenheid. Momenteel worden de meeste voedingen gefabriceerd in de vorm van schakelende voedingen. Hun voordeel is vooral een lager gewicht. Toen solid-state besturing en voedingen nog niet beschikbaar waren, werden zwaardere, duurzamere transformatorvoedingen gebruikt om goedkope ontwerpen voor schakelende voedingen mogelijk te maken.
- Computervoeding. Computers bevatten een schakelende voeding die de lage wisselspanning van het distributienetwerk (230 V, 50 Hz) omzet in de lage spanning die wordt gebruikt in de elektrische circuits van de computer (DC 3,3 V, 5 V en 12 V).
- Netwerkadapter. Het is een kleine schakelende stroombron in de vorm en grootte van een standaard elektrische stekker (zoals een oplader voor een mobiele telefoon) die wordt gebruikt op een 230 volt netvoeding die de lage spanning levert die nodig is voor een bepaald elektrisch of elektronisch apparaat. AC-adapters worden meestal gebruikt met apparaten en apparaten die geen eigen interne voeding hebben.
- Lassen stroombron. Lasbronnen leveren een hoge stroom (typisch honderden ampères) waardoor het metaal plaatselijk smelt en zo samenvloeit. Vroeger werden zogenaamde lastransformatoren gebruikt (met speciale elektromagnetische transformatoren ontworpen voor hoge lasstromen), modernere zijn lasinverters met elektronische besturing.
Interne weerstand van de voeding
Een ideale voeding levert als spanningsbron altijd dezelfde spanning, ongeacht de aangesloten belasting (d.w.z. de voedingsspanning is constant bij verschillende stroomafnames).
Er is echter geen perfecte bron omdat interne weerstand een echte bron beperkt de maximale stroom die door het circuit kan stromen.
Deze voeding kan een spanningsregelaar gebruiken om een stabiele uitgangsspanning te leveren, die wordt geleverd door de spanningsval (het verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning van de regelaar). Voorbeeld - Schakelende spanningsregelaar
Dus volgens de kwaliteit van de uitgangsspanning worden voedingen onderscheiden:
- gestabiliseerde bronnen waarvan de spanning op een constant niveau wordt gehouden, ongeacht stroomschommelingen,
- niet-gereguleerde bronnen waarbij de uitgangsspanning kan variëren met stroomfluctuaties.
Transformator lineaire voedingen
Klassieke lineaire bronnen bestaan uit de volgende elementen: een transformator, een gelijkrichter, een filter en een spanningsregelaar.
Schema van lineaire voeding
Eerst zet de transformator de netspanning om in een verlaagde spanning en levert galvanische isolatie… Een schakeling die wisselstroom omzet in gepulseerde gelijkstroom wordt genoemd gelijkrichter (diodebrugcircuits worden gebruikt voor gelijkrichting), dan vermindert een filter met condensatoren en inductoren de rimpel. Meer over filters — Krachtige filters.
Regeling of stabilisatie van de spanning tot een bepaalde waarde wordt bereikt met behulp van de zogenaamde Een spanningsregelaar in de constructie waarvan transistoren.
De transistor in het circuit fungeert als een instelbare weerstand.Aan de uitgang van deze trap is er, om meer stabiliteit in de golf te bereiken, een tweede filtertrap (hoewel niet noodzakelijk, het hangt allemaal af van de ontwerpvereisten), dit kan een conventionele condensator zijn.
Onder de voedingen zijn er die waarin het vermogen dat aan de belasting wordt geleverd, is geregeld door thyristorsom de vereiste spanning en vermogen aan de belasting te leveren.
Duitse laboratoriumvoeding
Moderne lineaire voedingen
Stabilisatie van de spanning in het basistype van lineaire bronnen wordt bereikt door een speciaal element parallel te schakelen met een circuit dat wordt gevoed door een niet-gereguleerde bron met een hogere spanning via een geschikte weerstand, waarvan de stroomspanningskarakteristiek een sterke toename van de stroom vertoont bij de vereiste Spanning. Het is zo'n element Zener diode, die werkt over een breed bereik van drempelspanningen.
De nadelen van een zenerdiodevoeding zijn een relatief lage stabiliteit van de uitgangsspanning, een relatief klein stroombereik en een bijzonder laag rendement, aangezien elektrische energie in de serieweerstand en in de zenerdiode zelf wordt omgezet in warmte.
Moderne lineaire bronnen (meestal in de vorm van een geïntegreerde schakeling) gebruiken een variabel impedantie-element (transistor met lineaire modus) dat wordt bestuurd door feedback op basis van het verschil tussen de uitgangsspanning en de gelijkspanning van een interne referentiespanning (gebaseerd op een diode circuit, maar met kleine gelijkstroom).
Typische lineaire bronnen zijn 78xx IC's (bijv. 7805 is een spanningsbron van 5V) en hun afgeleiden.
Het nadeel van dergelijke lineaire voedingen is hun lage efficiëntie (en omdat de vermogensdissipatie in de geïntegreerde schakeling varieert met warmte en de behoefte aan koeling), vooral wanneer er een groot verschil is tussen de ingangs- en uitgangsspanningen en hoge stromen. ook soms nadelig dat de uitgangsspanning altijd lager is dan de ingangsspanning.
Het voordeel ligt in hun lage kosten, kleine formaat, gebruiksgemak en het ontbreken van interferentie van buitenaf en in het elektrische circuit.
Ingebouwde voeding in een elektrotechnisch laboratorium
Schakelende voedingen
In gepulste voedingen wordt een veldeffecttransistor gebruikt, die periodiek met een relatief hoge frequentie (tientallen kHz of meer) sluit en de ingangsspanning verhoogt van een schakeling die bestaat uit een combinatie van een spoel, een condensator en een diode. Met een geschikte combinatie van deze elementen is het mogelijk spanningsverlaging en -verhoging te bereiken.
Een ander type gepulseerde voeding is een voeding met een transformator en een daaropvolgende diodegelijkrichter, die profiteert van de voordelige eigenschappen (kleiner formaat van de transformator bij hoge stromen, lagere magnetische verliezen) van moderne magnetische materialen (ferrieten) bij hoge frequenties . Door de frequentie te wijzigen, kunt u een verandering in de uitgangsspanning bereiken.
Zo'n voeding bevat dus een schakeling (meestal in de vorm van een geïntegreerde schakeling) die zorgt voor frequentievariatie op basis van feedback van de uitgangsspanning om een stabiele uitgangsspanning te leveren onder wisselende belastingen.
Meer over schakelende voedingen: Algemene principes, voor- en nadelen van schakelende voedingen
Omdat schakelende voedingen werken met blokgolfspanningen en -stromen, zenden ze doorgaans elektromagnetische golven uit over een breed frequentiebereik. Daarom is het bij het maken en gebruiken ervan noodzakelijk om de principes van elektromagnetische compatibiliteit (EMC) in acht te nemen.
Labuitrusting
In een werkplaats of laboratorium wordt een precisievoeding gebruikt voor meten, testen en storingzoeken. Deze laboratoriumvoedingen converteren, corrigeren en regelen spanningen en uitgangsstromen, zodat metingen kunnen worden uitgevoerd zonder de te testen apparaten te beschadigen.