Регулируемый источник питания представляет собой встроенную схему; он преобразует нерегулируемый переменный ток (AC) в постоянный постоянный ток. С помощью выпрямителя он преобразует переменный ток в постоянный ток. Его функция заключается в подаче стабильного напряжения (или реже тока) в цепь или устройство, которые должны работать в определенных пределах источника питания. Выход регулируемого источника питания может быть переменным или однонаправленным, но почти всегда постоянным током (DC ). [1] Тип используемой стабилизации может быть ограничен обеспечением того, чтобы выход оставался в определенных пределах при различных условиях нагрузки, или он может также включать компенсацию изменений в собственном источнике питания. Последнее гораздо более распространено сегодня.
Под настольным источником питания обычно понимают источник питания, способный поставлять различные выходные напряжения, полезные для BE (стендовых испытаний) электронных схем, возможно, с непрерывным изменением выходного напряжения или просто некоторые предустановленные напряжения. Некоторые имеют несколько выбираемых диапазонов пределов тока/напряжения, которые, как правило, являются антипропорциональными . [2] [3] [4]
Под лабораторным («lab») источником питания обычно подразумевается точный настольный источник питания, в то время как сбалансированный или отслеживающий источник питания относится к сдвоенным источникам питания, используемым в случаях, когда для схемы требуются как положительные, так и отрицательные шины питания.
Регулируемые настольные блоки питания существуют как линейные (прежде всего трансформаторные), так и импульсные (прежде всего мостовой выпрямитель), каждый из которых имеет свой набор преимуществ и недостатков:
Линейный тип производит очень мало шума (или «пульсации напряжения») и менее подвержен внешним электромагнитным и радиочастотным помехам (EMI, RFI), что делает его предпочтительным для аудиооборудования и радиоприложений , а также для питания чувствительных схем. [5] Линейные источники питания также имеют меньше неисправных деталей, что увеличивает долговечность, [a] и имеют более быструю переходную реакцию . Линейные регулируемые настольные источники питания существуют уже давно, по крайней мере с 1980-х годов. [6] [7] [8] Линейные источники питания обычно издают щелкающие звуки при регулировке напряжения, вызванные регулировкой между отводами трансформатора. Это делается для уменьшения потерь энергии на тепло путем расширения или сужения выбранной секции вторичной стороны трансформатора, чтобы она была как можно ближе выше выбранного пользователем выходного напряжения. [9] [10]
Блоки питания с импульсным режимом более легкие, эффективные и компактные при аналогичной номинальной мощности, что делает их подходящими для приложений с высокой мощностью. Более высокая эффективность означает меньшее тепловыделение при той же выходной мощности, таким образом, меньше энергии, потраченной впустую, и необходимого охлаждения. Кроме того, они могут работать в более широком диапазоне входного напряжения сети , обычно около 110–240 вольт, а не в секции примерно двадцать вольт только на конце диапазона, чтобы иметь возможность работать на международном уровне. Подобная технология переключения используется в адаптерах переменного тока , которые заряжают устройства с питанием от аккумуляторов, включая мобильные телефоны , ноутбуки и электровелосипеды . [11]
Некоторые источники питания с высоким током имеют выход на задней стороне для работы с высоким током. Его полюса больше, чтобы поддерживать такие токи, и обычно изначально закрыты пластиковыми колпачками. Полюса могут быть подключены к зажимам типа «крокодил» соответствующего размера . [12] [2]
На передней панели обычно имеются светодиодные индикаторы «CV» (« постоянное напряжение ») и «CC» (« постоянный ток »). Когда ток, требуемый нагрузкой, превышает установленный пользователем предел, блок питания автоматически переключается в последний режим, регулируя напряжение настолько, чтобы не допустить превышения предела тока.
Управление различается в зависимости от модели источника питания. Многие имеют вращающиеся ручки для установки напряжения и тока, каждая из которых обычно имеет ручку «грубой» и «точной» настройки, первая из которых регулирует параметр во всем диапазоне, тогда как вторая облегчает регулировку в пределах небольшого окружающего диапазона. В некоторых моделях отсутствует ручка «точной» настройки тока, поскольку потребляемый электрический ток определяется нагрузкой при заданном напряжении, поэтому менее важно точно дросселировать его. [13]
Некоторые, как правило, более дорогие модели, оснащены дополнительными функциями, такими как кнопка для переключения выходной мощности без необходимости включения/выключения всего устройства, память для сочетаний напряжения/тока, возможность автоматического отключения питания при достижении предела тока, указанного пользователем («защита от перегрузки по току»), а также защита от перенапряжения, которая отключает питание, если внешнее напряжение превышает выходное, индикатор отображает больше цифр (четыре или пять вместо трех), цифровое, а не аналоговое управление напряжением и возможность блокировки настройки мощности для предотвращения случайной регулировки. [14] Помимо измерителей выходного напряжения/тока, немногие оснащены измерителем мощности , который показывает произведение обоих в реальном времени, и портом USB- зарядки. [15] [16] [17]
Многие модели имеют ручку наверху для переноски. Для охлаждения можно использовать радиатор , вентилятор или и то, и другое. Радиаторы могут быть установлены снаружи или внутри. Радиаторы бесшумны, тогда как вентиляторы более эффективны в охлаждении. Скорость вентилятора может регулироваться в зависимости от температуры или выходного тока, первый из которых охлаждает быстрее в режиме ожидания или на низком уровне во время прерывистой выходной мощности, тогда как последний обеспечивает акустическую обратную связь о том, какой ток выводится. [13] [17]
Некоторые блоки питания имеют два выходных канала. Их можно использовать в школах, поскольку многоканальный блок, как правило, стоит дешевле двух отдельных блоков из-за общего оборудования. Высококачественные блоки питания могут позволять внутреннее соединение двух каналов в последовательную цепь для удвоения предела напряжения. Немногие блоки питания имеют третий вспомогательный выходной канал, который обычно менее мощный. Обычно он расположен около правого края или в центре. [18] [19]
Настольные блоки питания, оснащенные встроенной панелью вольтметра для измерения внешних напряжений, существовали в 1990-х годах и, возможно, раньше, но портативные мультиметры сделали эту функцию устаревшей. [6]
Многие топологии использовались с тех пор, как был изобретен регулируемый источник питания. Ранние технологии включали железо-водородные резисторы , резонансные трансформаторы, нелинейные резисторы, нагрузочные резисторы, неоновые стабилизаторы, вибрационные контактные регуляторы и т. д.
Современные регулируемые источники питания в основном используют трансформатор, кремниевый диодный мостовой выпрямитель, накопительный конденсатор и ИС регулятора напряжения . Существуют вариации на эту тему, такие как источники питания с несколькими линиями напряжения, переменные регуляторы, линии управления питанием, дискретные схемы и т. д. Источники питания с импульсным регулятором также включают в себя индуктор.
Иногда регулируемые источники питания могут быть гораздо более сложными. Пример источника питания от телевизора 1980-х годов, который использовал двунаправленное взаимодействие между основным источником питания и линейным выходным каскадом для работы, генерируя диапазон выходных напряжений с различной степенью стабилизации. Поскольку ни один из каскадов не мог запуститься без другого, источник питания также включал в себя систему кикстарта для импульсного запуска системы в работу. Источник питания также контролировал напряжения в силовой схеме телевизора, отключаясь, если эти напряжения выходили за пределы спецификации. Для специальных применений источники питания могут стать еще более сложными.
Использование ответвления изменяет коэффициент трансформации трансформатора таким образом, что его вторичное напряжение остается на номинальном уровне.