Tipos de fonte de alimentação

Na engenharia elétrica, uma fonte de alimentação é um dispositivo que converte energia elétrica em tensão, corrente e frequência elétrica de saída exigidas por um aparelho elétrico conectado. Ele converte corrente alternada em corrente contínua e alimenta vários dispositivos eletrônicos (computador, TV, impressora, roteador, etc.). Existem dois tipos diferentes de fontes de alimentação: uma fonte de tensão (fornece tensão constante) e uma fonte de corrente (fornece corrente constante).

As fontes de alimentação para dispositivos eletrônicos podem ser divididas principalmente em lineares e pulsadas:

• fontes de alimentação lineares em que o elemento correspondente é um transformador (também existem fontes de alimentação lineares sem transformadores);
• comutação de fontes de alimentação usando vários tipos de sistemas eletrônicos (conversores de tensão);

Os lineares têm um design relativamente simples que pode ficar mais complicado à medida que a corrente que precisam fornecer aumenta, mas sua regulação de tensão não é muito eficiente para eles.

A energia é parte integrante de muitos dispositivos. Alguns dos principais tipos são:

• Unidade de alimentação de impulso. Atualmente, a maioria das fontes de alimentação são fabricadas na forma de fontes chaveadas. Sua vantagem é principalmente o menor peso. Quando o controle de estado sólido e as fontes de alimentação ainda não estavam disponíveis, fontes de alimentação de transformador mais pesadas e duráveis ​​foram usadas para permitir projetos de fonte de alimentação de comutação de baixo custo.
• Fonte de alimentação do computador. Os computadores contêm uma fonte de alimentação chaveada que converte a baixa tensão CA da rede de distribuição (230 V, 50 Hz) na baixa tensão usada nos circuitos elétricos do computador (CC 3,3 V, 5 V e 12 V).
• Adaptador de rede. É uma pequena fonte de alimentação de comutação com formato e tamanho de um plugue elétrico padrão (como um carregador de celular) usado em uma fonte de alimentação de 230 volts que fornece a baixa tensão necessária para um determinado dispositivo elétrico ou eletrônico. Os adaptadores CA são normalmente usados ​​com dispositivos e aparelhos que não possuem fonte de alimentação interna própria.
• Fonte de energia de soldagem. As fontes de soldagem fornecem uma alta corrente (normalmente centenas de amperes) que permite que o metal derreta localmente e, assim, se una. Anteriormente, eram utilizados os chamados transformadores de soldagem (com transformadores eletromagnéticos especiais projetados para altas correntes de soldagem), mais modernos são inversores de soldagem com controle eletrônico.

Resistência interna da fonte de alimentação

Uma fonte de alimentação ideal, como fonte de tensão, sempre fornece a mesma tensão, independentemente da carga conectada (ou seja, a tensão de alimentação é constante em diferentes consumos de corrente).

No entanto, não existe uma fonte perfeita porque Resistencia interna uma fonte verdadeira limita a corrente máxima que pode fluir através do circuito.

Esta fonte de alimentação pode usar um regulador de tensão para fornecer uma tensão de saída estável, que é fornecida pela queda de tensão (a diferença entre as tensões de entrada e saída do regulador). Exemplo - Regulador de tensão de comutação

Portanto, de acordo com a qualidade da tensão de saída, as fontes de alimentação são diferenciadas:

• fontes estabilizadas, cuja tensão é mantida em um nível constante, independentemente das flutuações de corrente,
• fontes não regulamentadas onde a tensão de saída pode variar com as flutuações de corrente.

Fontes de alimentação lineares do transformador

As fontes lineares clássicas consistem nos seguintes elementos: um transformador, um retificador, um filtro e um regulador de tensão.

Diagrama esquemático da fonte de alimentação linear

Primeiro, o transformador converte a tensão da rede em uma tensão reduzida e fornece Isolamento galvânico… Um circuito que converte corrente alternada em corrente contínua pulsada é chamado retificador (circuitos de ponte de diodo são usados ​​para retificação), então um filtro com capacitores e indutores reduz a ondulação. Mais sobre filtros — Filtros de energia.

A regulação ou estabilização da tensão para um determinado valor é conseguida usando o chamado Um regulador de tensão em cuja construção transistores.

O transistor no circuito atua como uma resistência ajustável.Na saída deste estágio, para obter maior estabilidade na onda, existe um segundo estágio de filtragem (embora não necessariamente, tudo depende dos requisitos de projeto), pode ser um capacitor convencional.

Dentre as fontes de alimentação existem aquelas em que a potência fornecida à carga é regulado por tiristorespara fornecer a tensão e a potência necessárias à carga.

Fonte de alimentação do laboratório alemão

Fontes de alimentação lineares modernas

A estabilização da tensão no tipo básico de fontes lineares é obtida conectando-se um elemento especial em paralelo com um circuito alimentado por uma fonte não regulada de maior tensão através de um resistor adequado, cuja característica corrente-tensão mostra um aumento acentuado da corrente na tensão necessária tensão. É um elemento tão diodo zener, que opera em uma ampla faixa de tensões de limiar.

As desvantagens de uma fonte de alimentação de diodo zener são estabilidade de tensão de saída relativamente baixa, uma faixa de corrente relativamente pequena e eficiência particularmente baixa, pois a energia elétrica é convertida em calor no resistor em série e no próprio diodo zener.

Fontes lineares modernas (geralmente na forma de um circuito integrado) usam um elemento de impedância variável (transistor de modo linear) que é controlado por realimentação com base na diferença entre a tensão de saída e a tensão CC de uma tensão de referência interna (baseada em um diodo circuito, mas com pequena corrente contínua).

Fontes lineares típicas são ICs 78xx (por exemplo, 7805 é uma fonte de tensão de 5V) e seus derivados.

A desvantagem dessas fontes de alimentação lineares é sua baixa eficiência (e porque a dissipação de energia no circuito integrado varia com o calor e a necessidade de resfriamento), especialmente quando há uma grande diferença entre as tensões de entrada e saída e altas correntes. também às vezes desvantajoso que a tensão de saída é sempre menor que a tensão de entrada.

A vantagem está no baixo custo, tamanho reduzido, facilidade de uso e ausência de interferência externa e no circuito elétrico.

Fonte de alimentação embutida em um laboratório de engenharia elétrica

Fontes de alimentação de comutação

Nas fontes de alimentação pulsadas, é usado um transistor de efeito de campo, que fecha periodicamente em uma frequência relativamente alta (dezenas de kHz ou mais) e aumenta a tensão de entrada de um circuito que consiste em uma combinação de bobina, capacitor e diodo. Com uma combinação adequada desses elementos, é possível obter diminuição e aumento de tensão.

Outro tipo de fonte de alimentação pulsada é uma fonte de alimentação com um transformador e um retificador de diodo subsequente, que aproveita as propriedades vantajosas (tamanho menor do transformador em altas correntes, menores perdas magnéticas) de materiais magnéticos modernos (ferritas) em altas frequências . Ao alterar a frequência, você pode obter uma alteração na tensão de saída.

Assim, essa fonte de alimentação inclui um circuito (geralmente na forma de um circuito integrado) que fornece variação de frequência com base no feedback da tensão de saída para fornecer uma tensão de saída estável sob cargas variáveis.

Mais sobre a troca de fontes de alimentação: Princípios gerais, vantagens e desvantagens de fontes de alimentação chaveadas

Como as fontes de alimentação chaveadas operam com tensões e correntes de onda quadrada, elas normalmente emitem ondas eletromagnéticas em uma ampla faixa de frequência. Portanto, ao criá-los e usá-los, é necessário observar os princípios de compatibilidade eletromagnética (EMC).

Equipamento de laboratório

Em uma oficina ou laboratório, uma fonte de alimentação de precisão é usada para medição, teste e solução de problemas. Essas fontes de alimentação de laboratório convertem, retificam e regulam tensões, bem como correntes de saída, para que as medições possam ser feitas sem danificar os dispositivos sob teste.

Veja também:Fontes de alimentação para dispositivos de automação industrial