Sursele de alimentare cu reglare liniară sunt capabile să ofere niveluri extrem de reduse de zgomot de ieșire și o bună stabilizare, dar în detrimentul dimensiunii și eficienței.

Sursele de alimentare liniare sunt utilizate pe scară largă datorită avantajelor pe care le oferă în ceea ce privește performanța generală și, de asemenea, tehnologia este foarte bine stabilită, deoarece este disponibilă de foarte mulți ani.

În timp ce sursele de alimentare liniare pot să nu fie la fel de eficiente ca sursele de alimentare în modul de comutare, ele oferă cele mai bune performanțe și, prin urmare, sunt utilizate în multe aplicații în care zgomotul este de o mare importanță.

Un domeniu major în care sunt utilizate aproape întotdeauna sursele de alimentare liniare este pentru aplicații audio-vizuale, amplificatoare hi-fi și altele asemenea. Aici zgomotul și vârfurile de comutare de la sursele de alimentare în modul de comutare pot provoca probleme - că SMPS-urile îmbunătățesc performanța tot timpul, dar consumurile liniare tind să fie utilizate de cele mai multe ori.

alimentare
Alimentare liniară variabilă tipică pentru utilizare în laborator pe bancă

Elementele de bază ale alimentării liniare

Sursele de alimentare cu reglare liniară își câștigă numele din faptul că folosesc liniare, adică tehnici fără comutare pentru reglarea tensiunii de ieșire de la sursa de alimentare. Termenul de alimentare liniară implică faptul că sursa de alimentare este reglementată pentru a furniza tensiunea corectă la ieșire.

Tensiunea este sesizată și acest semnal este alimentat înapoi, în mod normal într-o formă de amplificator diferențial, unde este comparat cu o tensiune de referință, iar semnalul rezultat este utilizat pentru a se asigura că ieșirea rămâne la tensiunea necesară.

Uneori, detectarea tensiunii poate fi realizată la bornele de ieșire sau, uneori, poate fi realizată direct la sarcină. Teledetecția este utilizată acolo unde pot exista pierderi ohmice între sursa de alimentare și sarcină. Adesea consumabilele pentru bancă de laborator au această capacitate.

Diferite surse de alimentare liniare vor avea circuite diferite și încorporează blocuri de circuite diferite dacă sunt necesare capabilități suplimentare, dar vor include întotdeauna blocurile de bază, precum și unele opționale suplimentare.

Transformator de intrare alimentare

Deoarece multe surse de alimentare reglementate își iau sursa de alimentare de la o intrare de curent alternativ, este obișnuit ca sursele de alimentare liniare să aibă un pas în jos sau, ocazional, un transformator de urcare. Acest lucru servește, de asemenea, pentru a izola sursa de alimentare de la rețeaua de alimentare pentru siguranță.

Transformatorul este de obicei o componentă electronică relativ mare, mai ales dacă este utilizat într-o sursă de alimentare regulată liniar de putere mai mare. Transformatorul poate adăuga o greutate semnificativă la sursa de alimentare și poate fi, de asemenea, destul de costisitor, în special pentru cei cu putere mai mare.

În funcție de abordarea redresorului adoptată, transformatorul poate fi un singur secundar sau poate fi atins central. De asemenea, pot fi prezente înfășurări suplimentare dacă sunt necesare tensiuni suplimentare.

Pentru aparatele de radio de epocă și alte electronice electronice de epocă, înfășurările secundare multiple erau banale. În mod normal, înfășurarea secundară principală a fost atinsă central pentru a permite rectificarea completă a undei cu o supapă cu diodă dublă sau redresor de tuburi, iar înfășurările secundare suplimentare au fost necesare pentru încălzitoarele de supape sau tuburi - adesea 5 volți pentru redresor și apoi 6,3 v pentru supape/tuburi înșiși.

Redresor

Deoarece intrarea de la o sursă de curent alternativ este alternativă, aceasta trebuie convertită într-un format DC. Sunt disponibile diferite forme de circuit redresor.

Cea mai simplă formă de redresor care ar putea fi utilizată într-o sursă de alimentare este o singură diodă, care oferă rectificare pe jumătate de undă. Această abordare nu este utilizată în mod normal, deoarece este mai dificil să netezi satisfăcător rezultatul.

În mod normal, se utilizează rectificarea undelor complete, folosind ambele jumătăți ale ciclului. Aceasta oferă o formă de undă care poate fi mai ușor netezită.

Există două abordări principale pentru asigurarea rectificării pe jumătate de undă. Unul este să folosiți un transformator cu filet central și două diode. Cealaltă este de a utiliza o singură înfășurare pe transformatorul de alimentare și de a utiliza un redresor de pod cu patru diode. Deoarece diodele sunt foarte ieftine, iar costul furnizării unui transformator centralizat este mai mare, cea mai obișnuită abordare în zilele noastre este utilizarea unui redresor de punte.

Notă privind circuitele redresoare a diodelor:

Circuitele redresoare cu diode sunt utilizate în multe zone, de la surse de alimentare la rețea până la demodulare cu frecvență radio. Circuitele redresoare ale diodei utilizează capacitatea diodei de a trece curentul numai într-o singură direcție. Există mai multe varietăți de la jumătate de undă la undă completă, redresoare de punte, detectoare de vârf și multe altele.

Citiți mai multe despre Circuite redresoare cu diode

Chiar și pentru regulatoarele alimentate cu curent continuu, un redresor poate fi plasat la intrare pentru a proteja împotriva conexiunii inverse a sursei.

Netezirea sursei de alimentare

Odată rectificat de la un semnal de curent alternativ, DC-ul trebuie să fie netezit pentru a elimina nivelul de tensiune diferit. Pentru aceasta se folosesc condensatori cu rezervor mare.

Acțiunea de netezire a unui condensator de rezervor

Elementul de netezire al circuitului folosește un condensator mare. Aceasta se încarcă pe măsură ce forma de undă de intrare din redresor se ridică la vârf. Pe măsură ce tensiunea formei de undă rectificată scade, odată ce tensiunea este sub cea a condensatorului, condensatorul începe să alimenteze sarcina, menținând tensiunea ridicată, până la următoarea formă de undă ascendentă de la redresor.

Netezirea nu este perfectă și va exista întotdeauna o undă reziduală, dar permite eliminarea variațiilor uriașe de tensiune.

Regulatoare de alimentare liniare

Majoritatea surselor de alimentare din aceste zile oferă o ieșire reglementată. Cu electronica modernă este destul de ușor și nu prea costisitor să se includă un regulator de tensiune liniar. Aceasta oferă o ieșire de tensiune constantă indiferent de sarcină - în limitele specificate.

Cu multe componente electronice și dispozitive electronice, etc. care necesită consumabile întreținute cu precizie, este necesară o sursă de alimentare reglementată.

Există două tipuri principale de alimentare liniară:

    Regulator de șunt: Regulatorul de șunt este mai puțin utilizat ca element principal într-un regulator de tensiune liniar. Pentru această formă de alimentare liniară, un element variabil este plasat peste sarcină. Există un rezistor sursă plasat în serie cu intrarea, iar regulatorul de șunt este variat pentru a se asigura că tensiunea pe sarcină rămâne constantă.

Sursa de alimentare este proiectată pentru un curent dat și, cu sarcina aplicată, regulatorul de șunt absoarbe orice curent care nu este necesar de sarcină, astfel încât tensiunea de ieșire să fie menținută.

Schema bloc a unui regulator de tensiune în serie

În această diagramă bloc, o tensiune de referință este utilizată pentru a acționa elementul de trecere în serie care poate fi un tranzistor bipolar sau un FET. Referința poate fi doar o tensiune preluată de la o sursă de tensiune de referință, de ex. o componentă electronică, cum ar fi o diodă Zener.

Abordarea mai obișnuită este să eșantionăm tensiunea de ieșire și să o alimentăm într-un amplificator diferențial pentru a compara ieșirea cu o referință și apoi a folosit aceasta pentru a conduce circuitul elementului de trecere final.

Ambele tipuri de regulatoare liniare sunt utilizate în sursele de alimentare și, deși regulatorul de serie este mai utilizat, există cazuri în care regulatorul de șunt este, de asemenea, utilizat.

Avantaje/dezavantaje ale alimentării liniare

Utilizarea oricărei tehnologii este adesea un echilibru atent al mai multor avantaje și dezavantaje. Acest lucru este valabil pentru sursele de alimentare liniare care oferă unele avantaje distincte, dar care au și dezavantajele lor.

Avantajele PSU liniare

  • Tehnologie stabilită: Sursele de alimentare liniare sunt utilizate pe scară largă de mulți ani, iar tehnologia lor este bine stabilită și înțeleasă.
  • Zgomot redus: Utilizarea tehnologiei liniare fără niciun element de comutare înseamnă că zgomotul este redus la minimum și vârfurile enervante găsite în sursele de alimentare de comutare sunt acum găsite.

Dezavantaje PSU liniare

  • Eficienţă: Având în vedere faptul că o sursă de alimentare liniară utilizează tehnologie liniară, aceasta nu este deosebit de eficientă. Eficiența de aproximativ 50% nu este neobișnuită și, în anumite condiții, poate oferi niveluri mult mai scăzute.
  • Disiparea căldurii: Utilizarea unei serii sau a unui element de reglare paralel (mai puțin obișnuit) înseamnă că cantități semnificative de căldură sunt disipate și acest lucru trebuie eliminat.
  • Mărimea: Utilizarea tehnologiei liniare înseamnă că dimensiunea unei surse de alimentare liniare tinde să fie mai mare decât alte forme de alimentare cu energie.

În ciuda dezavantajelor, tehnologia de alimentare cu energie regulată liniară este încă utilizată pe scară largă, deși este mai utilizată acolo unde sunt necesare zgomot redus și o reglementare bună. O aplicație tipică este pentru amplificatoarele audio în care sursa liniară este capabilă să ofere performanțe optime pentru alimentarea tuturor etapelor amplificatorului.