Як працюють блоки живлення EAGLE Blog

Сем Саттель

Блоки живлення становлять основу для всіх наших електронних пристроїв і забезпечують послідовний потік шаблонів там, де це найбільше потрібно. У сучасній сучасній електроніці, як комп’ютери та інші чутливі до даних пристрої, потужність повинна працювати бездоганно, і одна помилка може означати втрату роботи та даних. Але, будучи електронними дизайнерами, ми, як правило, залишаємо свої міркування щодо джерела живлення як попередню думку, часто хапаючись за заздалегідь зроблений схематичний блок, який, як нам відомо, вже працює. Врешті-решт, ми просто хочемо отримати вихід на 5 В, так? Виявляється, під капотом відбувається набагато більше.

Блоки живлення від 10000 футів

Більшість джерел живлення буде приймати живлення від мережі змінного струму та перетворювати його в корисний постійний струм для використання в електронних пристроях. Під час цього процесу блок живлення виконує ряд ролей, включаючи:

Перетворення змінного струму від електромережі в постійний постійний струм
Запобігання перешкодам змінного струму на виході постійного струму
Підтримання вихідних напруг на постійному рівні незалежно від зміни вхідних напруг

Щоб здійснити все це перетворення, типовий блок живлення буде використовувати кілька загальних компонентів, включаючи трансформатор, випрямляч, фільтр та регулятор.

Процес перетворення змінного та постійного струму починається із змінного струму, який виникає у розетці у вигляді синусоїдальної хвилі. Ця форма сигналу змінного струму коливається між негативною та позитивною напругою до шістдесяти разів на секунду.

Синусоїдальна форма змінного струму. (Джерело зображення)

Напруга змінного струму спочатку знижується за допомогою трансформатора, щоб задовольнити вимоги до напруги навантаження на джерело живлення. Після зниження напруги випрямляч перетворює синусоїдальну форму змінного струму на набір позитивних жолобів та гребенів.

Випрямлення видаляє негативну сторону сигналу змінного струму, залишаючи лише позитивний вихід. (Джерело зображення)

На даний момент у формі хвилі змінного струму все ще є коливання, тому фільтр використовується для згладжування змінної напруги в придатне для використання джерело постійного струму.

Застосування фільтра з резервуарним конденсатором видаляє агресивні гребені та жолоби нашої форми хвилі. (Джерело зображення)

Тепер, коли змінний струм перетворений на придатний для постійного струму, деякі джерела живлення надалі видалятимуть пульсації сигналу за допомогою регулятора. Цей регулятор забезпечить стабільний вихід постійного струму незалежно від змін, що відбуваються з вхідною змінною напругою.

Це процес з першого погляду. Незалежно від того, на яке джерело живлення ви дивитесь, воно завжди матиме принаймні три основні компоненти - трансформатор, випрямляч та фільтр. Регулятори можуть використовуватися або не застосовуватися залежно від того, чи нерегульоване чи регульоване джерело живлення (про це далі).

Детально компоненти блоку живлення

Трансформатор

Як перша лінія захисту, трансформатор має намір знизити вхідний струм змінного струму від мережі живлення до рівня напруги, з яким може справлятися навантаження електроживлення. Трансформатори також можуть збільшити напругу, але в цій статті ми зупинимося на тих, які знижують напругу для низьковольтних електронних пристроїв постійного струму.

Усередині трансформатора є дві обмотки котушки, обидві фізично відокремлені одна від одної. Перша обмотка приймає змінний струм від мережі, а потім електромагнітно з'єднується з другою обмоткою, щоб провести необхідну напругу змінного струму у вторинній обмотці. Зберігаючи ці дві обмотки фізично окремо, трансформатор може ізолювати мережеву напругу змінного струму від досягнення виходу ланцюга живлення.

Дві фізично розділені котушки в трансформаторі проводяться через електромагнітну зв'язок. (Джерело зображення)

Випрямляч

Після того, як змінний струм відступив від трансформатора, випрямлячем стає завдання перетворити форму сигналу змінного струму у вихідний формат постійного струму. Це досягається одним або набором діодів у конфігурації Half Wave, Full Wave або Bridge Rectification.

Виправлення напівхвилі

У цій конфігурації для виведення постійної напруги з половини циклу форми змінного струму використовується один випрямний діод. Це залишає в блоці живлення половину вихідної напруги, яку він отримував би від повної форми сигналу змінного струму при Vpk x 0,318. Half Wave - це найдешевша в конструкції конфігурація, ідеально підходить для невибагливих потреб в енергії, і, як правило, найбільша кількість пульсацій залишатиметься на вихідній напрузі.

Випрямлення напівхвилі в ланцюзі та вихідна форма сигналу. (Джерело зображення)

Повна хвиля випрямлення

У цій конфігурації два випрямних діода використовуються для виділення двох півциклів вхідної форми змінного струму. Цей процес забезпечить подвійну вихідну напругу напівхвильового випрямлення при Vpk x 0,637. Незважаючи на те, що ця конфігурація дорожча у порівнянні з Half Wave, оскільки для неї потрібен трансформатор із центральним відводом, вона має додаткову перевагу покращеного згладжування пульсацій змінного струму.

Повне хвильове випрямлення в ланцюзі та вихідна форма сигналу. (Джерело зображення)

Виправлення мосту

Ця конфігурація використовує чотири діоди, розміщені в мосту, для досягнення повного хвильового випрямлення без необхідності централізованого трансформатора. Це забезпечить таку ж вихідну напругу, як і Повна хвиля при Vpk x 0,637, для діодів, яким потрібна лише половина зворотної напруги пробою. Під час кожного напівцикла проводять два протилежні діоди, що забезпечує повну форму сигналу змінного струму в кінці повного циклу.

Випрямлення мосту в ланцюзі та вихідна форма сигналу, така ж, як Full Wave. (Джерело зображення)

Фільтр

Тепер, коли ми перетворили напругу змінного струму, робота фільтра видаляє всі пульсації змінного струму у вихідній напрузі, залишаючи плавну напругу постійного струму. Навіщо усувати брижі? Якщо вони потрапляють на вихід джерела живлення, вони можуть пошкодити навантаження і потенційно зруйнувати всю вашу ланцюг. У фільтрах використовуються два основні компоненти - резервуарний конденсатор і фільтр низьких частот.