Porovnání lineárních a pulzních napájecích zdrojů je tématem vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství a informačních technologiích. Přečtěte si text výzkumné práce zdarma v elektronické knihovně CyberLeninka.
Není asi žádným tajemstvím, že většina specialistů, radioamatérů a prostě technicky gramotných kupců napájecích zdrojů se spínaných zdrojů obává a dává přednost lineárním.
Důvod je jednoduchý a jasný. Pověst spínaných zdrojů byla vážně narušena již v 80. letech, v době hromadných výpadků domácích barevných televizorů a nekvalitních importovaných videozařízení vybavených prvními spínanými zdroji.
co máme dnes? Téměř všechny moderní televizory, video zařízení, domácí spotřebiče a počítače používají spínané zdroje napájení. Oblastí použití lineárních (analogových, parametrických) zdrojů je stále méně. Lineární napájecí zdroj dnes ve vybavení domácnosti téměř nenajdete. Ale stereotyp zůstává. A to není konzervatismus, i přes rychlý pokrok elektroniky se překonávání stereotypů děje velmi pomalu.
Zkusme se objektivně podívat na dnešní situaci a zkusme změnit názor odborníků. Podívejme se na „stereotypní“ a inherentní nevýhody spínaných zdrojů: složitost, nespolehlivost, rušení.
Spínaný zdroj. Stereotyp “složitost”
Ano, spínané zdroje jsou složité, přesněji, složitější než analogové, ale mnohem jednodušší než počítač nebo televize. Nemusíte rozumět jejich obvodům, stejně jako nepotřebujete rozumět obvodům barevného televizoru. Nechte to na profesionálech. Pro profesionály tam není nic složitého.
Spínaný zdroj. Stereotyp “nespolehlivost”
Základna prvku spínaného zdroje nestojí v klidu. Moderní vybavení používané ve spínacích zdrojích nám dnes umožňuje s jistotou říci: nespolehlivost je mýtus. Spolehlivost spínaného zdroje, stejně jako jakéhokoli jiného zařízení, závisí v zásadě na kvalitě použité základny prvků. Čím dražší spínaný zdroj, tím dražší elementová základna v něm. Vysoká integrace umožňuje implementaci velkého množství vestavěných ochran, které někdy nejsou v lineárních zdrojích dostupné.
Spínaný zdroj. Stereotyp “interference”
Obvod spínaných zdrojů zahrnuje vytváření silných impulsů a tlumených oscilací ve vinutí transformátoru. Tyto spínací procesy předurčují široké spektrum rušivého záření.
Pouzdro a propojovací vodiče zdroje se proto mohou stát anténou pro vyzařování rádiového rušení. Pokud je ale konstrukce spínaného zdroje pečlivě navržena, můžete na rušení zapomenout. Spínané zdroje navíc dokážou díky moderním technologiím výrazně vyhladit vlnění síťového napětí.
Jaké jsou výhody spínaného zdroje?
Spínaný zdroj. Vysoká účinnost
Vysoká účinnost (až 98 %) spínaného zdroje je spojena se zvláštností konstrukce obvodu. Hlavní ztráty v analogovém zdroji jsou síťový transformátor a analogový stabilizátor (regulátor). Spínaný zdroj nemá ani jedno, ani druhé. Místo síťového transformátoru je použit vysokofrekvenční transformátor a místo stabilizátoru klíčový prvek. Vzhledem k tomu, že klíčové prvky jsou většinu času buď zapnuté, nebo vypnuté, energetické ztráty v spínaném zdroji jsou minimální. Účinnost analogového zdroje může být asi 50 %, to znamená, že polovina jeho energie (a vašich peněz) jde na ohřev okolního vzduchu, jinými slovy jde do odpadu.
Spínaný zdroj. Nízká hmotnost
Spínaný zdroj má menší hmotnost díky tomu, že s rostoucí frekvencí je možné použít menší transformátory se stejným přenášeným výkonem. Hmotnost spínaného zdroje je několikanásobně menší než u analogového.
Spínaný zdroj. Nižší náklady
Poptávka vytváří nabídku. Díky hromadné výrobě unifikované článkové základny a vývoji klíčových výkonových tranzistorů máme dnes nízké ceny výkonové základny spínaných zdrojů. Čím vyšší je výstupní výkon, tím je zdroj levnější v porovnání s cenou podobného lineárního zdroje. Navíc hlavní komponenty analogového zdroje (měď, trafostanice, hliníkové radiátory) neustále zdražují.
Spínaný zdroj. Spolehlivost
Slyšeli jste dobře, spolehlivost. Dnes jsou spínané zdroje spolehlivější než lineární, protože v moderních napájecích zdrojích jsou vestavěné ochranné obvody z různých nepředvídaných situací, například od zkratů, přetížení, napěťových rázů a přepólování výstupních obvodů. Vysoká účinnost způsobuje menší tepelné ztráty, což následně způsobuje menší přehřívání základny spínaného napájecího prvku, což je také ukazatelem spolehlivosti.
Spínaný zdroj. Požadavky na síťové napětí
Pravděpodobně víte z první ruky, co se děje v domácích energetických sítích. 220 voltů v zásuvce je vzácnější než norma. A spínané zdroje umožňují široký rozsah napájecích napětí, pro lineární nedosažitelný. Typický spodní práh síťového napětí pro spínaný zdroj je 90. 110 V jakýkoli analogový zdroj se při tomto napětí v nejlepším případě „zvlní“ nebo se jednoduše vypne.
Takže pulzní nebo lineární? Volba je v každém případě na vás, jen jsme vám chtěli pomoci objektivně se podívat na spínané zdroje a vybrat si tu správnou. Jen nezapomeňte, že kvalitní zdroj je zdroj vyrobený profesionálně s použitím vysoce kvalitních komponentů. A kvalita je vždy cena. Sýr zdarma je pouze v pasti na myši. Poslední věta však platí stejně pro jakýkoli zdroj, jak pulzní, tak analogový.
Abstrakt vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství, informačních technologiích, autor vědecké práce – Kuzmich Alexander Yuryevich, Drozhzhachikh Pavel Alexandrovich
Seznam nejdůležitějších faktorů při vytváření nebo návrhu napájecích zdrojů. Popis vyhlazování pulzací napětí, výstupní filtry. Samostatný přístup k návrhu pulzních a lineárních napájecích zdrojů. Srovnávací analýza napájecích zdrojů z hlediska hladiny šumu, stability výstupních parametrů, účinnosti, vlivu vnějších faktorů a typů zátěže. Praktické použití různých typů napájecích zdrojů. Vlastnosti izolace vysokonapěťových napájecích zdrojů pomocí kompaundu.
Podobná témata vědeckých prací z oblasti elektrotechniky, elektronického inženýrství, informačních technologií, autor vědecké práce – Kuzmič Alexandr Jurijevič, Drožačih Pavel Alexandrovič
Modální stejnosměrné regulátory elektrických pohonů s měničem šířky impulzů
Slibná sada polovodičových prvků pro sekundární napájecí zdroje
Transformátorový stejnosměrný napájecí zdroj pro systém plazmového zapalování
Napájení pro generátor asymetrického proudu
Zdroje energie pro řídicí, monitorovací a ochranná zařízení
i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.
Text vědecké práce na téma “Porovnání lineárních a spínaných napájecích zdrojů”
Systém má být implementován v produkčním prostředí. Vyvinutý algoritmus lze rozšířit pro vyhledávání dalších objektů trénováním sítě na dalších datech.
Seznam literatury / Reference
1. Forsyth D., Pons J. Počítačové vidění. Moderní přístup. Moskva: ID Williams, 2004.
2. Braggins D. Roboti si zostřují zrak. New Scientist, 1983.
3. Hluboké autokodéry. [Elektronický zdroj]. Režim přístupu: http://deeplearning4j.org/deepautoencoder/ (datum přístupu: 05.03.2017).
4. Hinton GE Učení více vrstev reprezentace // Trendy v kognitivních vědách, 2007. Sv. 11. Č. 10. s. 428-434.
5. Hinton G. E., Osindero S., Teh Y. W. Rychle se učící algoritmus pro hluboké sítě víry // Neural computation, 2006. Sv. 18. Č. 7. s. 1527-1554.
6. LeCun Y. a kol. Zpětné šíření kódu aplikované na rozpoznávání ručně psaných PSČ // Neural computing, 1989. Sv. 1. Č. 4. s. 541-551.
7. Nielsen MA Neuronové sítě a hluboké učení. Determination Press, 2015.
8. Viola P., Jones M. Robustní detekce objektů v reálném čase // International Journal of Computer Vision, 2001. Sv. 4. Č. 34-47.
9. Viola P., Jones MJ, Snow D. Detekce chodců pomocí vzorců pohybu a vzhledu // International Journal of Computer Vision, 2005. T. 63. No. 2. P. 153-161.
SROVNÁNÍ LINEÁRNÍCH A PULSNÍCH ZDROJŮ
Kuzmich A.Yu.1, Drozhzhachikh P.A.2 E-mail: Kuzmich [e-mail chráněný]
Kuzmič Alexandr Jurjevič – bakalář; 2Drožžačich Pavel Alexandrovič – bakalář, obor: elektronika a nanoelektronika, Katedra průmyslové elektroniky, Rjazaňský státní radiotechnický institut, Rjazaň
Abstrakt: Seznam nejdůležitějších faktorů při vytváření nebo návrhu napájecích zdrojů. Popis vyhlazování pulzací napětí, výstupní filtry. Samostatný přístup k návrhu pulzních a lineárních napájecích zdrojů. Srovnávací analýza napájecích zdrojů z hlediska hladiny šumu, stability výstupních parametrů, účinnosti, vlivu vnějších faktorů a typů zátěže. Praktické použití různých typů napájecích zdrojů. Vlastnosti izolace vysokonapěťových zdrojů pomocí kompaundu. Klíčová slova: transformátor, srovnání, frekvence.
SROVNÁNÍ LINEÁRNÍCH A SPÍNACÍCH ZDROJŮ Kuzmich A.Yu.1, Drožžačich PA2
Kuzmič Alexandr Jurjevič – bakalář; 2Drožžačich Pavel Aleksandrovič – bakalář, SMĚR: ELEKTRONIKA A NANOELEKTRONIKA, KATEDRA PRŮMYSLOVÉ ELEKTRONIKY, RJAZANSKÝ STÁTNÍ RADIOTECHNICKÝ ÚSTAV, RJAZAN
Abstrakt: Seznam nejdůležitějších faktorů při vytváření nebo návrhu napájecích zdrojů. Popis vyhlazování zvlnění napětí, výstupní filtry. Samostatný přístup k návrhu spínaných a lineárních napájecích zdrojů. Srovnávací analýza napájecích zdrojů z hlediska hladiny šumu, stability výstupních parametrů, účinnosti, vlivu vnějších faktorů, zatěžovacích vzorců. Praktické použití různých typů napájecích zdrojů. Vlastnosti izolace vysokonapěťových napájecích zdrojů s použitím kompaundu. Klíčová slova: transformátor, srovnání, frekvence.
Porovnání lineárních a spínaných napájecích zdrojů.
Při vytváření a návrhu napájecích zdrojů [1] je nutné pečlivě prostudovat nejdůležitější parametry. Pulzace napětí, dlouhodobá a krátkodobá stabilita, opakovatelnost a chyba – to je seznam nejdůležitějších faktorů, které určují stupeň spolehlivosti získaných analytických informací. Pulzace napětí (proudu) je proces periodické nebo náhodné změny stejnosměrného napětí (proudu) vzhledem k jeho průměrné úrovni v ustáleném provozním režimu zdroje, měniče elektrické energie nebo napájecího systému. Vyhlazení pulzací je primárním úkolem po usměrnění proudu. Tento úkol plní filtr sestávající z kondenzátoru (kondenzátorů), který je zařazen do obvodu mezi usměrňovačem a zátěží. Kapacita filtračního kondenzátoru závisí na proudu zátěže. Čím vyšší je proud zátěže, tím větší by měla být kapacita vyhlazovacího filtračního kondenzátoru. Princip činnosti vyhlazovacího filtru usměrňovačů je následující: v časových intervalech mezi napěťovými impulsy z usměrňovače se z kondenzátoru získává napětí pro zátěž. Když je přítomný puls, kondenzátor se nabíjí, když není přítomen žádný puls nebo je napětí nižší než napájecí napětí, kondenzátor dodává své napětí zátěži. Za zmínku stojí, že po vyhlazení napětí na výstupu usměrňovacího filtru (bez zátěže) překračuje průměrnou hodnotu napětí. Je téměř rovno amplitudě usměrněného napětí. Přesná hodnota je střídavé napětí ze sekundárního vinutí transformátoru vynásobené 1,4.
Kromě toho, s tím, jak se do oblasti řízení procesů zavádějí analytické přístroje, jsou velmi důležité takové ukazatele napájecích zdrojů, jako je jejich spolehlivost a stabilita. Napájecí zdroj je nejdůležitější součástí mnoha zařízení, musí být vhodný pro řešení daného úkolu. V závislosti na aplikaci a typu musí být analyzační zařízení, metody a data vzájemně konzistentní. Pochopení nezbytných vlastností, které jej odlišují od konvenčních napájecích zdrojů, poskytuje značnou výhodu vývojářům i uživatelům zařízení.
Existují dva základní přístupy k návrhu obvodů napájecích zdrojů, podle kterých je lze rozdělit do dvou hlavních tříd: lineární (kontinuální) a pulzní.
V pulzním napájecím zdroji [2] se střídavé napětí sítě usměrňuje, poté se převádí na vysokofrekvenční napětí s frekvencí nad 50 kHz, poté se napětí pomocí transformátorů zvyšuje nebo snižuje na požadovanou hodnotu, načež se usměrňuje a vyhlazuje. Stabilizace hodnoty napětí je hlavní součástí obvodu pulzního měniče. Pulzním napájecím zdrojům jsou vlastní malé rozměry, stejně jako nízká hmotnost a vysoká účinnost. Moderní měniče splňují standardy moderních požadavků na úroveň elektromagnetického rušení (EMI), vyznačují se překvapivě nízkou hladinou šumu a lze je použít v napájecích zdrojích.
Je porovnán lineární napájecí zdroj, jehož vstupní frekvence sítě se rovná frekvenci průmyslové sítě 50 Hz, s použitím velkého výkonového transformátoru, kde se napětí zvyšuje nebo snižuje na požadovanou hodnotu. K němu je připojen diodový můstkový usměrňovač s vyhlazovacími kondenzátory o velké kapacitě nebo i většími tlumivkami, které vyhlazují pulzace. Usměrněné a vyhlazené napětí je přiváděno do stabilizačních obvodů. Lineární napájecí zdroje mají vysokou účinnost a rozměry, ale při návrhu vyžadují velmi jednoduché výpočty a vyznačují se velmi nízkou hladinou hluku. Vysoká dostupnost součástek a snadná výroba je činí nejatraktivnějšími pro opakování začínajícími rádiovými konstruktéry. Kromě toho je v některých případech důležitý i čistě ekonomický výpočet – použití lineárních napájecích zdrojů je jasně odůvodněno u zařízení spotřebovávajících až 500 mA, která vyžadují poměrně malé napájecí zdroje. Mezi taková zařízení patří:
• napájecí zdroje pro rádiové přijímače, poplašné systémy atd.
Účinnost a racionalita použití lineárních napájecích zdrojů se výrazně snižuje při odběrových proudech větších než 1 A. Důvody jsou:
• kolísání síťového napětí ovlivňuje koeficient stabilizace;
• na vstupu stabilizátoru je nutné nastavit napětí, které bude zjevně vyšší než minimální přípustná hodnota pro jakékoli výkyvy napětí v síti, což znamená, že při těchto vysokých výkyvech je nutné nastavit nadhodnocené napětí, což následně ovlivňuje průchozí tranzistor (nepřiměřeně velký úbytek napětí na spoji a v důsledku toho vysoké zahřívání);
• vysoká spotřeba proudu vyžaduje použití velkých radiátorů na usměrňovacích diodách a regulačním tranzistoru, což zhoršuje tepelné podmínky a celkové rozměry zařízení jako celku.
Při navrhování vysokonapěťových zařízení, jako jsou fotodetektory, elektronky a fotonásobiče, se často vyskytují potíže s vysokonapěťovými napájecími zdroji. Vývoj takového zdroje je složitý proces. Zde je nutné věnovat pozornost nejen obvodům napájecího zdroje, ale také zohlednit izolační parametry všech prvků obvodu, vypočítat průrazné napětí na pouzdře a na vnějších prvcích zařízení. A zároveň musí mít zdroj co nejmenší rozměry. Při napětí nad 1 kV vede použití vzduchových mezer jako izolantu ke zvětšení rozměrů zdroje a v důsledku toho ke zvětšení velikosti celého zařízení, což následně povede k nepřiměřenému zvýšení nákladů na zařízení. Nejčastěji se k řešení těchto problémů používají jako izolační materiál směsi na bázi epoxidové pryskyřice a dalších vytvrzujících dielektrických materiálů. Směs je termoaktivní termoplastická polymerní pryskyřice (vytvrzující za přirozených podmínek) a elastomerní materiály s náplněmi a přísadami nebo bez nich po vytvrzení. Používá se jako elektroizolační materiál a jako prostředek ochrany proti výbuchu. Kompozit je také název pro materiál pro výplň kabelů a lanových výztuh v závěsných a zavěšených mostech, který chrání materiál kabelů (kabelových výztuh) před agresivními vlivy prostředí. V potravinářském průmyslu se směsi nazývají stabilizační systémy (včetně emulgátorů, stabilizátorů, zahušťovadel), které se používají ke zjednodušení technologie a snížení výrobních nákladů, například majonézy a omáček.
Seznam literatury / Reference
1. Milovzorov V.P. Elektromagnetická zařízení automatizace. Moskva. Nakladatelství “Vyšší škola”, 1983.
2. Mack Raymond. Spínané napájecí zdroje. Teoretické principy návrhu a praktická příručka pro použití, 2008.
