Источники питания их виды, плюсы и минусы

Эта статья общий экскурс в первичные и вторичные источники питания. В ней я расскажу о том, что такое источники питания и какие они бывают. Рассмотрим подробности типовых блоков из которых состоит стандартный линейный источник питания. Примеры схемотехнических реализаций в радиолюбительской практике.

Виды и классификация источников питания

Все источники питания можно можно упрощенно разделить на следующие разновидности:

Виды источников питания
Источники первичного питания

К ним относятся всевозможные преобразователи не электрических видов энергии в электрическую. Их можно условно классифицировать на следующие виды: Атомные батареи; Химические источники; Солнечные батареи; Термогенераторы; Топливные элементы; Электрические машины постоянного и переменного тока (генераторы).

Химические источники питания: к ним относятся сухие гальванические элементы, кислотные и щелочные аккумуляторы. Наибольшее распространение среди них получили кислотные аккумуляторные и литиевые батареи.

Солнечные батареи их принцип работы базируется на вентильном фотоэффекте в полупроводниках (фото–ЭДС возникающей на p–n переходе). Под действием светового потока электроны переходят на более высокий энергетический уровень, поддерживая, тем самым, протекание тока во внешней цепи.

Топливные элементы преобразуют энергию топлива в электрическую, без реакции горения. Действие этих элементов базируется на принципах электрохимического окислении углеводородного топлива (пропан, водород, метан, керосин) в окислительной среде. Другими словами Топливные элементы представляют собой "вечные батарейки", при условии, что к ним непрерывно подводится топливо и окислитель (воздух).

Работа термогенераторов основана на термоэлектрическом эффекте, появляющемся при нагреве контакта двух полупроводников или проводников, что приводит к генерации на их свободных (холодных) концах ЭДС.

Одним из электродов атомной батареи является радиоактивный изотоп, вторым служит металлическая оболочка. Под действием радиоактивного излучения на электродах генерируется разность потенциалов в несколько киловольт при токе единицы миллиампер. Срок службы атомных элементов от нескольких лет до десятилетий.

Электрические машины - преобразуют механическую энергию поступательного или вращательного движения в электрическую и наоборот. Их делят на электрические машины постоянного и переменного тока. При одинаковой мощности электрические машины переменного тока имеют лучшие показатели, чем их аналоги постоянного тока. Поэтому 98% электроэнергии в мире генерируется электрическими машинами переменного тока.

Вторичные источники питания

Они не производят электроэнергию, они её преобразуют. Например, блок питания ноутбука преобразовывает сетевое напряжение 220В в постоянное - 19 Вольт. Вторичные источники необходимы для того, чтобы обеспечить электронным устройствам необходимые параметры тока, напряжения, пульсаций и частоты.

Линейные источники питания сегодня практически замещены импульсными, но несмотря на этот факт, они все еще продолжают оставаться практичным решением в радиолюбительских самоделках. Так как они достаточно просты, легко настраиваются и не требуют использования дорогих компонентов, а главное они гораздо надежнее импульсных блоков питания.

Простейший линейный источник питания состоит из сетевого понижающего трансформатора, диодного моста с фильтром и стабилизатора. Основным минусом такой схемы является низкий КПД и необходимость резервирования мощности практически во всех компонентах схемы (т.е. нужна установка радиодеталей допускающих большие нагрузки, чем предполагаемые).

Трансформатор понижает сетевое напряжение до нужного уровня, затем выпрямитель - выпрямляет его, далее постоянное напряжение сглаживается фильтром, а стабилизатор необходим для того, чтобы поддерживать требуемый уровень на нагрузке.

Простейший сглаживающий фильтр - это конденсатор большой ёмкости, подключенный параллельно выпрямителю (диодному мосту).

Условно все линейные источники можно также разделить на стабилизированные и нестабилизированные. В стабилизированных источниках питания стабилизатор отвечает за поддержание стабильного выходного напряжения.

Самая простейшая схема самодельного блока питания постоянного тока, состоит из трех основных функциональных узлов — это понижающий трансформатор, диодный выпрямитель и сглаживающий конденсаторный фильтр. В зависимости от номинальной мощности БП и эти узлы будут иметь разные габариты и типы. Основный и наиболее дорогой частью является трансформатор, который понижает сетевое переменное напряжения до необходимых номиналов. Прежде чем его выбрать, определитесь с электрической мощностью, которая необходима. Для этого напряжение перемножите на силу тока нагрузки, плюс оставьте небольшой запас мощности примерно на 20-30%.

Простейший блок питания

Схемы стабилизаторов напряжения - радио любительская подборка стабилизаторов напряжения. Часть схем рассматривают стабилизатор без защиты от КЗ в нагрузке, в других заложена возможность плавного регулирования напряжения от 0 до 20 Вольт. Ну а отличительной чертой отдельных конструкция является возможность защиты от короткого замыкания в нагрузке.

Импульсные источники питания

На дворе 21 век трансформаторных блоков питания остается все меньше, т.к им на смену пришли импульсные блоки питания, иначе их еще называют бестрансформаторным. Почему это произошло? Во первых импульсные блоки питания куда более компактны, легче и дешевле в производстве. По мимо этого КПД импульсных источников может доходить до 80%.

Простой импульсный блок питания своими руками:

Основные параметры источников питания

Основными техническими параметрами, характеризующими все источники питания, являются:

выходное напряжение Uвых;
уровень пульсаций Uвых (величина пульсаций);
выходной ток;
пределы изменения напряжения питающей сети; максимальная мощность, потребляемая источником от питающей сети;
Коэффициент стабилизации - показывает на сколько хорошо происходит стабилизация Uвых
Огромная подборка схем и конструкций самодельных блоков питания

Схемы, в основной своей массе, достаточно просты в изготовлении в домашних условиях, обладают минимум дефицитных деталей и легки в настройке, а главное стабильны и надежны в работе.