Coraz więcej urządzeń, które nas otaczają, zasilana jest prądem stałym o różnym napięciu oraz poborze mocy.
Podczas wyboru zasilacza do wszelkiego typu urządzeń elektronicznych i elektrycznych zadajemy sobie pytanie, jaki zasilacz wybrać, jaki będzie najlepszy? Słyszymy wtedy, że do dyspozycji mamy zasilacze impulsowe i stabilizowane zwane też transformatorowymi lub liniowymi. Oczywiście elektryk lub elektronik przy wyborze zasilacza odpowie w tym przypadku, że to zależy, co ma zasilać taki zasilacz, jakie urządzenie będzie do niego podłączone. Oba typy zasilaczy mają swoje mocne i słabe strony wynikające z ich budowy, jak i zasady działania.
Schemat zasilacza stabilizowanego. [1]
Patrząc na uproszczony schemat zasilacza stabilizowanego, transformatorowego widać na pierwszy rzut oka, że nie jest to specjalnie skomplikowana konstrukcja. Najczęściej taki zasilacz składa się z transformatora o określonym przełożeniu, czyli napięcie 230 V AC zamienia na określone napięcie o mniejszej wartości, ale też zmienne, czyli AC. Następnym blokiem zasilacza jest prostownik jedno lub dwu połówkowy, który zamienia napięcie zmienne AC na stałe DC. Może to być prostownik oparty na diodach prostowniczych lub na zespolonym mostku Graetza. Po mostku prostowniczym stosowany jest kondensator lub zespół kondensatorów filtrujących, wygładzającego tętnienia napięcia zmiennego no i na końcu zasilacz stabilizowany wyposażony jest w układ stabilizacyjny. Może być to odpowiedni układ elektroniczny albo po prostu element scalony pełniący funkcję stabilizatora. Stabilizator określa napięcie wyjściowe. W tym miejscu warto również zwrócić uwagę, że istnieją zasilacze zarówno stabilizowane, jak i niestabilizowane. Zasilacz stabilizowany stabilizuje napięcie na zadanym poziomie napięcia lub może być też regulowany i wtedy mamy do dyspozycji przedział napięcia.
Jak widać na schemacie, ale i po opisie, zasilacz stabilizowany opiera swoją pracę o transformator, dlatego jest cięższy od adekwatnego mu zasilacza impulsowego. Większe rozmiary transformatora wynikają z faktu, że pracują na napięciu o częstotliwości 50Hz, a to przekłada się na jego masę. Oprócz wagi zasilacze stabilizowane mają również większe rozmiary. Zwrócić też należy uwagę, że zasilacze transformatorowe o większej mocy są droższe w produkcji niż ich odpowiedniki oparte o przetwornicę impulsową.
Porównanie zasilacza transformatorowego oraz impulsowego o podobnej mocy
Różnica na wadze ponad czterokrotna między zasilaczem impulsowym a transformatorowym. Różnica w wielkości dwukrotna a czasami jeszcze większa.
Zalety i wady zasilaczy stabilizowanych
Do zalet możemy zaliczyć:
- Niski poziom wszelkich szumów, zakłóceń i tętnień.
- Niskie koszty w produkcji oraz projektowania zasilaczy małych mocy.
- Łatwe w serwisowaniu i naprawie.
- Podkreśla się jako zaletę też to, że natychmiastowo podaje właściwe napięcie w zależności od obciążenia.
- Wykorzystuje się je bardzo często w układach, gdzie wymagane jest bardzo precyzyjne i stabilne źródło napięcia.
Do wad możemy zaliczyć:
- Niska wydajność energetyczna.
- Niska sprawność.
- Duże straty mocy na transformatorze, ale również na stabilizatorze.
- Duże rozmiary i większa waga.
Zasilacze impulsowe
Zasilacze impulsowe z kolei są obecnie najbardziej chyba rozpowszechnionymi wśród wszystkich zasilaczy. Wykorzystuje się je, praktycznie rzecz biorąc, we wszystkich zastosowaniach. Poniżej jest przedstawiony uproszczony schemat zasilacza impulsowego.
Schemat zasilacza impulsowego. [2]
Zasada pracy zasilacza impulsowego pierwotnie zbliżona jest do zasilacza stabilizowanego z ta tylko różnicą, że na wejściu nie mamy do czynienia z transformatorem a jedynie z układem prostowniczym zamieniającym napięcie przemienne na stałe. Dalsza część zasilacza to już zupełnie inna koncepcja. Napięcie po wyprostowaniu podawane jest na tzw. klucz, którym jest najczęściej tranzystor. Jest wysterowany przez generator o dużej częstotliwości. Najczęściej między 10 a 100 kHz. Tranzystor „otwiera” się i „zamyka” z taką częstotliwością powodując podanie napięcia prostokątnego na uzwojenie pierwotne transformatora i przez odpowiednie przełożenie na transformatorze otrzymujemy odpowiednie napięcie wtórne, które jest prostowane, a następnie wygładzane przez dławiki i kondensatory. Transformatory w zasilaczach mogą mieć małe wymiary, gdyż pracują na wyższych częstotliwościach. Samą regulację napięcia możemy uzyskać przez odpowiednie uformowanie szerokości impulsu przełączającego tranzystor. Zauważyć można, że elektronika zasilacza impulsowego jest dość złożona, a same zasilacze można mają różnorakie sposoby budowy i przeróżne zastosowane elementy. Więc dlaczego są tak popularne, skoro ich budowa jest tak skomplikowana?
Zalety i wady zasilaczy impulsowych
Zalety zasilaczy impulsowych:
- Małe wymiary i mała waga.
- Bardzo duża sprawność.
- Często wykorzystywane przy zasilaniu z baterii i akumulatorów.
- Duża odporność na zakłócenia z sieci.
- Szerokie napięcie wyjściowe.
- Mniejsza emisja cieplna w stosunku do zasilacza tradycyjnego przy tej samej mocy.
- Jest tańszy od zasilaczy tradycyjnych dla wyższych mocy wyjściowych.
Wady zasilaczy impulsowych:
- Ma wyższe tętnienia i szumy.
- Wolniejsza reakcja na szybko zmieniające się obciążenie.
- W niektórych rozwiązaniach wymagane jest wstępne lub małe obciążenie.
- Droższe w rozwiązaniach dla małych obciążeń.
- Dość skomplikowana budowa i wymagająca o wiele więcej elementów niż rozwiązania tradycyjne.
Z powyższego omówienia budowy i zasady działania zasilaczy możemy wywnioskować, że nie ma zasilaczy idealnych. Wybór najbardziej odpowiedniego uzależniony będzie przez sam odbiornik.
Zasilacze stabilizowane nadal uważane są za najlepsze w obszarach, gdzie wymagane jest stabilne i wysokiej jakości źródło zasilania w odbiornikach, gdzie nie można pozwolić sobie na wpływ zakłóceń wysokoczęstotliwościowych. Same zasilacze laboratoryjne opierają się najczęściej o tradycyjnej konstrukcji zasilacza stabilizowanego, w którym wykorzystywane są jednak elementy i obwody bardziej skomplikowane i rozbudowane. Zasilacze laboratoryjne sprawdzają się przy uruchamianiu płytek prototypowych, jak i nowych konstrukcji.
Zasilacz laboratoryjny regulowany.
Wielkość bądź ciężar takiego zasilacza nie mają istotnego znaczenia przy zasilaniu urządzeń prototypowych i konstruowanych. Na takim etapie sprawdza się działanie układów i wymaga się wysokich parametrów zasilania. Zasilacze stabilizowane używane są powszechnie w sprzęcie audio-video oraz sprzęcie radiowym, krótkofalarstwie, telekomunikacji no i medycynie. Choć coraz większą popularność zyskują zasilacze impulsowe, to nadal w wielu aplikacjach są i chyba będą stosowane zasilacze liniowe, stabilizowane.
Inaczej ma się sprawa z zasilaczami impulsowymi. Tak naprawdę to są teraz powszechnie stosowane, a ich konstrukcyjnie są dostosowane do potrzeb użytkowników. Musimy sobie jednak zdawać sprawę z tego, że wśród zasilaczy impulsowych możemy spotkać się z wieloma różnymi typami, jakością oraz możliwościami. Jest wiele rodzajów tych zasilaczy, ale najczęściej możemy spotkać się z określeniem zasilacz napięciowy i prądowy. A cóż to takiego?!
Zasilacz napięciowy dba o napięcie wyjściowe i stara się je stabilizować, prąd wyjściowy tak naprawdę zależy od obciążenia no i wartości granicznych samego zasilacza. Z kolei zasilacz prądowy stabilizuje prąd, a uzyskuje się tę stabilizację przez odpowiednią zmianę napięcia.
Największą popularność zasilacze impulsowe zyskały w momencie opanowania przez rynek oświetlenia LED. Związane jest to z tym, iż zasilacze impulsowe mają wysoką sprawność, a przez to przy właściwym doborze takiego zasilacza nie mamy do czynienia z dużymi stratami cieplnymi, a sam zasilacz jest o wiele mniejszych rozmiarów niż transformatorowy. Zasilacze impulsowe są też coraz bardziej niezawodne. Same zasilacze spotkać możemy w różnych obudowach.
Niektóre typy obudów zasilaczy impulsowych.
Niejednokrotnie cena zasilacza odzwierciedla jego jakość i parametry. Parametry zasilacza z kolei są ważne w odniesieniu do odbiorników, z którymi ma współpracować.
Dobry zasilacz impulsowy charakteryzuje się:
- Sprawność powyżej 80%
- Zabezpieczenie przeciwzwarciowe.
- Zabezpieczenie przeciążeniowe.
- Zabezpieczenie przepięciowe.
- Sygnalizacja pracy.
- Temperatura pracy co najmniej w przedziale -5÷50°C.
Obecnie bardzo duże znaczenie ma dobór właściwego zasilacza do oświetlenia typu LED. Wybór ten oczywiście uzależniony jest od typu i rodzaju oświetlenia, jak i jego zastosowania. Dobór zasilaczy do tego typu oświetlenia to czasami dość skomplikowany proces. Wbrew pozorom, gdy poświęcimy temu zagadnieniu więcej uwagi, możemy zyskać na długim i prawidłowym działaniu oświetlenia. Trzeba wziąć pod uwagę zarówno dobór mocy, jak i warunki wentylacyjne, zabezpieczenia oraz sposób montażu. I w jednej aplikacji, systemie, bardziej zda zadanie zasilacz napięciowy a w innej prądowy. Oświetlenie LED należy do bardziej wymagających odbiorników. Dla tego typu oświetlenia powstają często dedykowane zasilacze.
Mniej wymagającymi odbiornikami są wszystkie te odbiorniki, gdzie nie trzeba dostarczać przez cały czas energii. Do nich należą różnego rodzaju elektronarzędzia lub sprzęty gospodarstwa domowego. Często są to zasilacze o budowie tzw. wtyczkowej. Do tej grupy należą też zabawki. Niektórzy producenci sprzętu elektronicznego stosują zewnętrzne zasilacze, aby w prosty sposób uzyskać certyfikat bezpieczeństwa urządzeń i odpowiednią klasę bezpieczeństwa. Ułatwia to też serwisowanie ich urządzeń, bo najczęstszą przyczyną uszkodzeń urządzeń jest właśnie zasilacz. Łatwiej jest wymienić zasilacz i może zrobić to sam klient, niż utrzymywać większą sieć serwisową.
Jak mawiają konstruktorzy urządzeń – „zasilacz jest sercem urządzenia”. Im lepsze jest to serce, tym prawdopodobieństwo prawidłowej pracy urządzenia wzrasta. Postarajmy się właściwie dobrać zasilacz dla naszego odbiornika.
Źródła:
[1] Schemat stworzony na podstawie schematu ze strony https://pl.wikipedia.org/wiki/Zasilacz_stabilizowany
[2] Schemat stworzony na podstawie schematu ze strony https://pl.wikipedia.org/wiki/Zasilacz_impulsowy
Komentarze (1)
Tytuł jest mylący - nie można porównywać zasilacza impulsowego ze stabilizowanym, bo to są 2 różne sprawy. Impulsowy można zestawić z liniowym , inaczej transformatorowym. Zaś stabilizowany vs niestabilizowany. Praktycznie każdy impulsowy jest stabilizowany, bo to wynika z zasady działania i jego budowy. Dziś liniowe są już rzadko spotykane - mamy je w sprzęcie audio, w niektórych zasilaczach laboratoryjnych , w centralkach alarmowych. Inne to tylko impulsowe.