Výběr nejlepšího zdroje energie: lineární nebo spínací?
Prvním problémem, se kterým se začínající i zkušení radioamatéři při navrhování jakýchkoliv zařízení potýkají, je problém napájení. Tato kapitola se bude zabývat různými síťovými napájecími zdroji (micro-power, medium-power, high-power). Při výběru a vývoji napájecího zdroje (dále jen PS) je nutné vzít v úvahu řadu faktorů daných provozními podmínkami, zatěžovacími vlastnostmi, požadavky na bezpečnost atd. V první řadě byste samozřejmě měli dbát na shodu elektrických parametrů zdroje s požadavky napájeného zařízení, a to:
Sekundární napájecí zdroje jako nedílná součást elektronického zařízení musí striktně splňovat určité požadavky, které jsou dány jak požadavky na samotné zařízení jako celek, tak podmínkami kladenými na napájecí zdroje a jejich provoz jako součásti tohoto zařízení. Jakýkoli z parametrů IP, který přesahuje přijatelné požadavky, vnáší do provozu zařízení nesoulad. Než tedy začnete sestavovat IP pro navrhovaný design, pečlivě analyzujte všechny dostupné možnosti a vyberte IP, která bude nejlépe splňovat všechny požadavky a vaše možnosti. Existují čtyři hlavní typy síťových napájecích zdrojů:
Lineární napájecí zdroje se vyznačují extrémní jednoduchostí a spolehlivostí, absencí vysokofrekvenčního rušení. Vysoká dostupnost součástek a snadná výroba je činí nejatraktivnějšími pro opakování začínajícími konstruktéry rádií. Kromě toho jsou v některých případech důležité i čistě ekonomické výpočty – použití lineárních napájecích zdrojů je jednoznačně opodstatněné u zařízení s odběrem do 500 mA, která vyžadují dosti malé napájecí zdroje. Mezi taková zařízení patří:
Je třeba poznamenat, že některá provedení, která nevyžadují galvanické oddělení od průmyslové sítě, mohou být napájena přes zhášecí kondenzátor nebo rezistor, přičemž proudový odběr může dosahovat stovek mA. Účinnost a racionalita použití lineárních napájecích zdrojů se výrazně snižuje při odběrových proudech větších než 1A. Důvody jsou následující:
Sekundární pulzní měniče napětí jsou poměrně jednoduché na výrobu a provoz, vyznačují se snadnou výrobou a nízkou cenou součástí. Ekonomicky a technologicky opodstatněné je navrhovat napájecí zdroj na bázi sekundárního obvodu pulsního měniče pro zařízení s proudovým odběrem 1-5 A, pro nepřerušované napájecí zdroje pro video monitorovací a zabezpečovací systémy, pro nízkofrekvenční zesilovače, radiostanice, pro nepřerušované napájení videosledovacích a zabezpečovacích systémů, nabíječky.
Nejlepším rozlišovacím znakem sekundárních měničů oproti lineárním je hmotnostní a rozměrová charakteristika usměrňovače, filtru, měniče a stabilizátoru. Vyznačují se však vysokou hlučností, proto je při návrhu nutné dbát na odstínění a potlačení vysokofrekvenčních součástek v napájecí sběrnici.
V poslední době se značně rozšířily pulzní zdroje na bázi vysokofrekvenčního měniče s beztransformátorovým vstupem. Tato zařízení, napájená průmyslovou sítí ~110V/220V, neobsahují objemné nízkofrekvenční výkonové transformátory a převod napětí je prováděn vysokofrekvenčním měničem na frekvencích 20-400 kHz. Takové zdroje mají oproti lineárním řádově lepší parametry hmotnosti a velikosti a jejich účinnost může dosahovat 90 % i více. SM s pulzním vysokofrekvenčním měničem výrazně zlepšují mnoho charakteristik zařízení napájených z těchto zdrojů a lze je použít v téměř jakémkoli radioamatérském provedení. Vyznačují se však poměrně vysokou úrovní složitosti, vysokou úrovní hluku v napájecí sběrnici, nízkou spolehlivostí, vysokou cenou a nedostupností některých komponent. Pro použití pulzních zdrojů na bázi vysokofrekvenčního měniče v amatérských zařízeních je tedy nutné mít velmi pádné důvody (u průmyslových zařízení je to ve většině případů oprávněné). Takové důvody mohou zahrnovat: pravděpodobnost kolísání vstupního napětí v rozmezí ~100-300 V. schopnost vytvářet napájecí zdroje s výkonem od desítek wattů do stovek kilowattů pro jakékoli výstupní napětí, vznik cenově dostupných high-tech řešení založených na IC a další moderní komponenty.
Zdroj: shems.h1.ru