Czy zastanawialiście się kiedyś, jakby wyglądało życie bez elektryczności? Jeszcze nie tak dawno człowiek potrafił normalnie bez niej funkcjonować, ale obecnie jest to trudne do wyobrażenia. Potrafilibyście sobie zobrazować sytuację, kiedy pewnego dnia zgasły by wszystkie światła?
Na co dzień korzystamy z różnego rodzaju urządzeń elektrycznych, które mają na celu ułatwienie nam naszego życia, ale czy kiedykolwiek zastanawialiście się czy urządzenia elektryczne są do nas podobne?
Wchodząc w anatomię człowieka, każdy organizm potrzebuje energię do życia. To samo dotyczy urządzeń elektrycznych i elektronicznych, potrzebują energię, aby funkcjonować. Sercem każdego urządzenia jest zasilacz. To właśnie na nim się skupimy w tym artykule.
Dlaczego stosujemy zasilacze?
Czy zastanawialiście się jaki jest sens stosowania zasilaczy? Równie dobrze moglibyśmy zasilać nasze urządzenia bezpośrednio z sieci energetycznej. Nie jest to jednak nie jest to możliwe ponieważ musielibyśmy transportować na duże odległości prąd stały (DC) zamiast prądu zmiennego (AC).
Niestety podczas transportu prądu stałego na duże odległości występują duże straty i przewody musiałyby mieć ogromne średnice. Dlatego stosuje się transformatory, które w elektrowniach podwyższają napięcie, natomiast w naszych domach napięcie dla urządzeń domowych dostosowuje zasilacz, który dostarcza prąd stały do urządzeń RTV i AGD w naszym domu. Jest tak, ponieważ większość naszych urządzeń działa na prąd stały.
Pewnie każdy w swoim domu posiada jakieś urządzenie, które działa na prąd stały. Pamiętajmy, że nawet takie urządzenia potrzebują czasami odpowiedniego zasilacza lub odpowiedniej przetwornicy napięciowej,aby mogło odpowiednio funkcjonować.Jeśli jednak chodzi o zasilacze to duże znaczenie odgrywa ich budowa.
Pamiętacie jeszcze stare telewizory lub stary sprzęt grający?
Zasilacze w tych urządzeniach były bardzo duże, co powodowało, że obudowy tych urządzeń były o wiele większe niż w ówczesnych urządzeniach. Dzięki postępowi i zaawansowanej technologii możemy bez problemu korzystać z mniejszych zasilaczy, co zwiększa poręczność urządzeń.Dodatkowo w kwestii ciężaru, nowoczesne urządzenia nie dorównują swoim poprzednikom, to znaczy, że są o wiele lżejsze i łatwiej się je przenosi z miejsca na miejsce.
Poniżej omówimy sobie dlaczego i gdzie stosuje się odpowiednie rodzaje zasilaczy.
Jakie zasilacze stosujemy?
- Transformatorowe
- Impulsowe
Zasilacze transformatorowe - schemat budowy
Prostota zasilaczy
Jak widać na powyższym schemacie zasilacz nie jest aż tak skomplikowanym urządzeniem, jakby mogło się wydawać. Należy jednak zaznaczyć, że schemat przedstawia najprostszą jego wersję.
Działanie zasilaczy
Na schemacie możemy zauważyć, że napięcie sieciowe w pierwszej kolejności natrafia na transformator, który w zależności od stosunku zwojów uzwojenia pierwotnego do wtórnego powoduje spadek lub zwiększenie napięcia. Następnie napięcie trafia na układ prostowniczy, który je stabilizuje, po czym zostaje dodatkowo przefiltrowany. Następnie napięcie trafia na układ stabilizujący, czyli na ostatnią część naszego zasilacza. Dzięki temu z napięcia 230 V prądu zmiennego (AC) otrzymujemy na przykład 30 V prądu stałego (DC).
Zasilacz Impulsowy
Jest to rodzaj zasilacza zbudowanego w oparciu o przetwornicę napięciową.
Powyżej możemy zobaczyć schemat zasilacza impulsowego.
Zasilacze impulsowe coraz częściej są stosowane w przemyśle, automatyce domowej oraz sprzęcie elektronicznym.
Zasada działanie zasilaczy
Spoglądając na schemat powyżej, możemy zauważyć, że na samym wejściu znajduje się znany już nam układ prostownika Graetza. W kolejnej części układu możemy zauważyć kondensator, który powoduje wygładzenie tętnienia prądu elektrycznego.
Wstępny układ służy tylko i wyłącznie do przetwarzania napięcia przemiennego (AC) na napięcie jednokierunkowe (DC).
W dalszej części układu nasze napięcie dociera do sekcji kluczującej. W tego typu zasilaczach jako klucz wykorzystuje się tranzystory, przełączane między stanem nasycenia i zatkania przy pomocy impulsów sterujących o zmiennej długości. W ten skomplikowany sposób otrzymujemy napięcie o przebiegu prostokątnym, które trafia na uzwojenie pierwotne transformatora impulsowego.
Nie jest to jeszcze koniec prostowania napięcia, gdyż po trafieniu impulsu na wejście transformatora otrzymujemy napięcie na jego wyjściu, które jeszcze raz musi trafić na układ prostowniczy. Końcowy układ różni się od nieznacznie od układu na samym początku. Składa się od z diod prostowniczych, które są przystosowane do pracy z dużą częstotliwością. Tętnienia napięcia, które ciągle jeszcze występują po przejściu przez układy prostujące są wygładzane za pomocą dławików i kondensatorów o dużej pojemności.
Częstotliwość, którą otrzymaliśmy i podaliśmy na nasz transformator jest kilkaset razy większa od częstotliwości sieciowej. Skutkuje to tym, że transformatory impulsowe mogą być kilka razy mniejsze niż tradycyjne transformatory.
Rodzaje zasilaczy impulsowych:
- Flyback (dwutaktowy)
- Forward (jednotaktowy)
- Half-bridge (pół mostek) i Full-Bridge (pełny mostek)
- Buck
- Boost
- Buck-boost
Wybór zasilacza w 3 pytaniach
- Jakie powinno być napięcie na wyjściu naszego zasilacza?
- Jakie napięcie powinno być na wejściu naszego zasilacza?
- Jaką moc powinien posiadać nasz zasilacz?
Po zadaniu sobie tych trzech ważnych pytań możemy przystąpić do szukania odpowiedniego zasilacza.
Parametry urządzenia są bardzo ważne, ponieważ nie zawsze będziemy mogli wykorzystać zasilacze, które są zasilane z obwodu jednofazowego. Możliwe, że będziemy zmuszeni do wykorzystania w naszym układzie zasilacze 400 V AC lub 120 V AC.
Na wyjściu naszego zasilacza otrzymujemy napięcie, które nie spowoduje, że nasz obwód będzie działał poprawnie i nie spali się. Musimy być świadomi, że elementy zasilane mają określone minimalne i maksymalne napięcie do poprawnej pracy.
Obliczanie mocy zasilacza
Ostatnim elementem do wyboru naszego zasilacza jest określenie jaką moc moc potrzebujemy w układzie. Musimy pamiętać, że nie chcemy by nasz zasilacz się spalił z powodu przeciążenia.
P = U ⋅ I [W]
P - Moc
U - napięcie prądu elektrycznego [V]
I - natężenie prądu [A]
Korzystając z najbardziej podstawowego wzoru na moc, możemy wywnioskować, że zależy ona od napięcia oraz natężenia prądu, który płynie w układzie. Do wzoru można by było dołożyć czas w którym moc jest pobierana, lecz głównie opieramy się na tym, że nasze elementy pobierają określone natężenie oraz napięcie. Powoduje to obciążenia na naszych zasilaczu.
Uwaga!!!
Zawsze należy dobierać zasilacz o większej mocy niż ta, którą pobierze układ. Jeżeli układ będzie potrzebował większej mocy, której nie będzie mógł dostarczyć zasilacz, to nastąpi zniszczenie naszego sprzętu poprzez przepalenie układu.
Zastosowanie zasilaczy
Zastosowań może być wiele. Postaramy się wymienić najbardziej nam znane zasilacze, które używamy na co dzień:
- Ładowarki do telefonów
- Zasilacze do komputerów stacjonarnych
- Zasilacze do laptopów
- Zasilacze LED
- Zasilacze do telewizorów (wbudowane)
- Zasilacze do konsoli do gier
W artykule wykorzystaliśmy zdjęcia urządzeń dystrybuowanych przez przedsiębiorstwo F&F z Pabianic. Dziękujemy im za przesłanie nam elementów, wykorzystywanych w instalacjach elektrycznych.
