Zasilacze impulsowe to nieodłączny element wielu urządzeń elektronicznych, takich jak komputery, telewizory, ładowarki czy oświetlenie LED. To urządzenia przekształcające napięcie zmienne na stałe. Zyskują na popularności, ponieważ są bardzo wydajne i lekkie. Sprawdź czym są te urządzenia, aby wybrać najlepiej dopasowany do Twoich potrzeb!
- Co to jest zasilacz impulsowy?
- Rodzaje zasilaczy impulsowych.
- Jakie są zalety i wady zasilaczy impulsowych?
- Na co zwrócić uwagę przy wyborze zasilacza impulsowego?
Co to jest zasilacz impulsowy?
Zasilacze impulsowe, znane również jako SMPS (Switched-Mode Power Supply), to typ zasilacza, który przesyła energię ze źródła prądu zmiennego (AC), często z sieci elektrycznej, do obciążeń prądu stałego (DC). Zasilacz „pobiera” energię z sieci i „przesyła” ją do urządzenia, które wymaga zasilania prądem o stałych wartościach. Zasilacze tego typu pracują na napięciu wejściowym 100- 240 (V) i działają na zasadzie przełączania. W przeciwieństwie do zasilacza liniowego, tranzystor przepustowy zasilacza impulsowego nieustannie przełącza się między stanami o niskim rozproszeniu, pełnym włączeniu i całkowitym wyłączeniu.
Czym są wymienione stany?
Stan o niskim rozproszeniu to stan, w którym tranzystor przepustowy jest w pełni włączony, a napięcie na nim jest niskie. W rezultacie mamy niskie rozproszenie mocy i strat energii.
Stan pełnego włączenia odnosi się do stanu, w którym tranzystor przepustowy jest w pełni otwarty, co pozwala na przepływ prądu.
Stan całkowitego wyłączenia to stan, w którym tranzystor przepustowy jest w pełni zamknięty, co blokuje przepływ prądu. Dzięki temu zasilacze impulsowe są bardziej wydajne i mogą być znacznie mniejsze i lżejsze niż zasilacze liniowe.
Zasilacze impulsowe są szeroko stosowane w elektronice. Są one konieczne do dostarczania wysokiej wydajności do wszelkich urządzeń elektronicznych oraz oszczędzania energii. Zasilacz impulsowy jest urządzeniem składającym się z kilku głównych elementów.
Prostownik jest częścią, która przekształca napięcie przemienne na napięcie stałe. Najczęściej używany jest mostek Graetza – układ czterech diod przekształcających prąd przemienny.
Kondensatory wygładzające tętnienia używane do wygładzania tętnień napięcia, które powstają po prostowaniu, pomagają utrzymać stałe napięcie.
Tranzystory elementy półprzewodnikowe. Działają jako klucze, które są przełączane między stanem pełnego włączenie czy całkowitego wyłączenie przy pomocy impulsów sterujących o zmiennej długości. Pomagają w regulacji napięcia.
Transformator impulsowy jest używany do przekształcania napięcia. Działa z wysoką częstotliwością przełączania, co pozwala na jego mniejszy rozmiar w porównaniu do tradycyjnych transformatorów. Składa się z dwóch lub więcej cewek nawiniętych na wspólnym rdzeniu, które służą do gromadzenia i wydawania energii magnetycznej.
Kondensatory filtrów napięć wyjściowych służą do gromadzenia i wydawania ładunków elektrycznych. Ładuje się, gdy podłączy się do niego napięcie, i rozładowuje, gdy podłączy się do obwodu. Są też używane do dodatkowego wygładzania napięcia wyjściowego, redukując szumy i tętnienia.
Rodzaje zasilaczy impulsowych.
Istnieje wiele topologii (model układu połączeń różnych elementów) zasilaczy impulsowych, które różnią się sposobem przełączania tranzystorów (kluczy elektronicznych) i połączenia transformatora. Oto niektóre z nich.
Flyback, inaczej przekształtnik dwutaktowy, działa poprzez gromadzenie energii w polu magnetycznym rdzenia transformatora. W fazie pierwszej klucz tranzystorowy jest zwarty, a energia jest magazynowana w uzwojeniu pierwotnym (uzwojenie, do którego przykłada się napięcie zasilające) transformatora. W fazie drugiej klucz tranzystorowy jest rozwarty, a energia jest przekazywana do uzwojenia wtórnego (uzwojenia, z którego odbiera się napięcie wyjściowe) i obciążenia. Zasilacz flyback jest prosty w budowie, ma niski koszt i dobrą sprawność. Jest często stosowany w urządzeniach o niskim poborze mocy, takich jak ładowarki do telefonów komórkowych.
Forward to jednotaktowy zasilacz z transformatorem zapewniającym izolację galwaniczną. W fazie pierwszej klucz tranzystorowy jest zwarty, a energia jest przekazywana z uzwojenia pierwotnego do wtórnego i obciążenia. W fazie drugiej klucz tranzystorowy jest rozwarty, a energia jest odprowadzana z uzwojenia wtórnego przez dodatkowe uzwojenie resetujące, które służy do resetowania rdzenia transformatora po każdym cyklu kluczowania. Jest to bardzo ważne, ponieważ niedopełnienie tego obowiązku może prowadzić do nasycenia rdzenia transformatora, co skutkuje drastycznym spadkiem indukcyjności i może prowadzić do uszkodzenia urządzenia. Uzwojenie resetujące zwraca energię do głównego kondensatora filtrującego. Zasilacz forward ma lepszą sprawność i mniejsze straty niż zasilacz flyback, ale wymaga większej liczby elementów i jest droższy. Często stosowany w zasilaczach o mocy 100-300W, np. w zasilaczach komputerowych.
Half-bridge (pół mostek) i Full-bridge (pełny mostek) to zasilacze jednotaktowe, które wykorzystują dwie lub cztery pary tranzystorów do przełączania napięcia na uzwojeniu pierwotnym transformatora. Zasilacze te mają lepszą sprawność energetyczna i wyższą moc niż zasilacze flyback czy forward, ale wymagają bardziej skomplikowanych układów sterowania i filtrów wyjściowych. Zasilacze half-bridge i full-bridge są często stosowane w zasilaczach o mocy powyżej 300W, np. w zasilaczach przemysłowych.
Buck (obniżający), Boost (podwyższający) i Buck-boost (obniżająco-podwyższający) – to zasilacze beztransformatorowe, które wykorzystują tranzystor i cewkę – część obwodu elektronicznego, zaliczana do elementów biernych. Posiada uzwojenie, czyli zwoje przewodnika nawinięte np. na powierzchni: walca (cewka cylindryczna), pierścienia (cewka toroidalna), płaską (cewka spiralna lub płaska). Zasilacze te są proste i tanie, ale nie zapewniają izolacji galwanicznej i mogą mieć duże tętnienia napięcia. Zasilacze buck, boost i buck-boost są często stosowane w urządzeniach przenośnych, np. w latarkach.
Jakie są zalety i wady zasilaczy impulsowych?
Zasilacze impulsowe mają wiele zalet, ale także kilka wad. Zaletami są:
- wysoka sprawność – są bardziej wydajne niż zasilacze liniowe, co oznacza, że mniej energii jest marnowane jako ciepło, oznacza to mniejsze zużycie energii,
- małe rozmiary i niewielka masa – dzięki wysokiej częstotliwości przełączania, zasilacze impulsowe mogą być znacznie mniejsze i lżejsze niż zasilacze liniowe zasilacz zajmuje mniej miejsca i jest łatwiejszy do przenoszenia,
- szeroki zakres napięć wejściowych i wyjściowych – zasilacze impulsowe mogą obsługiwać szeroki zakres napięć wejściowych i wyjściowych, co czyni je bardziej uniwersalnymi,
- stabilność napięcia wyjściowego – są w stanie utrzymać stabilne napięcie wyjściowe, nawet gdy napięcie wejściowe lub obciążenie ulega zmianie.
Mają też kilka wad takich jak:
- tętnienia i szumy – zasilacze impulsowe mogą generować więcej tętnień i szumów niż zasilacze liniowe, oznacza to, że niektóre urządzenia, takie jak sprzęt audio, mogą nie działać tak dobrze, gdy są zasilane z zasilacza impulsowego,
- złożoność – są bardziej skomplikowane w budowie, przez co mogą być trudniejsze do naprawy lub modyfikacji,
- wolniejsza reakcja – mogą reagować wolniej na zmiany obciążenia, urządzenie może nie działać tak sprawnie, gdy obciążenie gwałtownie się zmienia.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze zasilacza impulsowego?
Wybór zasilacza impulsowego jest kluczowy dla prawidłowego działania urządzenia, które ma zasilać. Oto kilka czynników, na które warto zwrócić uwagę.
Moc zasilacza jest podstawowym parametrem, na który należy zwrócić uwagę dobierając zasilacz impulsowy do konkretnego urządzenia, powinna być wyrażona w watach (W), określająca jaką ilość energii jest on w stanie zapewnić zasilanym podzespołom.
Sprawność zasilacza, nowoczesne zasilacze impulsowe mają wysoką sprawność (sięgająca 90%) i małe straty cieplne, nawet przy dużych różnicach napięcia wejściowego i wyjściowego.
Rodzaj zasilacza istnieje wiele rodzajów zasilaczy impulsowych, takich jak zasilacze flyback czy forward. Wybór zależy od specyfiki urządzenia, które ma być zasilane.
Bezpieczeństwo jest kluczowe przy wyborze zasilacza. Powinien mieć odpowiednie zabezpieczenia, takie jak zabezpieczenie przed przeciążeniem czy zabezpieczenie przed przepięciem.
Wszystkie parametry możesz znaleźć w instrukcjach obsługi lub etykietach swoich urządzeń, tak samo w przypadku zasilaczy. Przy zakupach internetowych wszystkie potrzebne informacje znajdziesz również w specyfikacji urządzeń.
Zasilacze impulsowe to coraz bardziej popularne rozwiązania w dziedzinie elektroniki zasilającej. Dzięki nim można uzyskać wysoką sprawność, niski koszt i łatwą regulację napięcia wyjściowego.
Jeśli chcesz wiedzieć więcej na ten temat, wejdź na nasz YouTube, gdzie znajdziesz wiele interesujących materiałów i porad!