Tipi di alimentazione

Nell'ingegneria elettrica, un alimentatore è un dispositivo che converte l'energia elettrica in tensione, corrente e frequenza elettrica in uscita richieste da un apparecchio elettrico collegato. Converte la corrente alternata in corrente continua e alimenta vari dispositivi elettronici (computer, TV, stampante, router, ecc.). Esistono due diversi tipi di alimentatori: una sorgente di tensione (fornisce una tensione costante) e una sorgente di corrente (fornisce una corrente costante).

Gli alimentatori per dispositivi elettronici possono essere principalmente suddivisi in lineari e pulsati:

• alimentatori lineari in cui l'elemento corrispondente è un trasformatore (esistono anche alimentatori lineari senza trasformatore);
• alimentatori a commutazione che utilizzano vari tipi di sistemi elettronici (convertitori di tensione);

Quelli lineari hanno un design relativamente semplice che può diventare più complicato con l'aumentare della corrente che devono fornire, ma la loro regolazione della tensione non è molto efficiente per loro.

L'alimentazione è parte integrante di molti dispositivi. Alcuni dei tipi principali sono:

• Alimentatore ad impulsi. Attualmente, la maggior parte degli alimentatori è prodotta sotto forma di alimentatori a commutazione. Il loro vantaggio è principalmente il peso inferiore. Quando il controllo a stato solido e gli alimentatori non erano ancora disponibili, sono stati utilizzati alimentatori a trasformatore più pesanti e durevoli per consentire progetti di alimentatori a commutazione a basso costo.
• Alimentazione del computer. I computer contengono un alimentatore switching che converte la bassa tensione CA dalla rete di distribuzione (230 V, 50 Hz) nella bassa tensione utilizzata nei circuiti elettrici del computer (CC 3,3 V, 5 V e 12 V).
• Scheda di rete. Si tratta di una piccola fonte di alimentazione a commutazione della forma e delle dimensioni di una presa elettrica standard (come un caricabatterie per telefoni cellulari) utilizzata su un'alimentazione di rete a 230 volt che fornisce la bassa tensione richiesta per un particolare dispositivo elettrico o elettronico. Gli adattatori CA vengono generalmente utilizzati con dispositivi e dispositivi che non dispongono di un proprio alimentatore interno.
• Generatore di saldatura. Le sorgenti di saldatura forniscono una corrente elevata (tipicamente centinaia di ampere) che consente al metallo di fondersi localmente e quindi di unirsi. In precedenza venivano utilizzati i cosiddetti trasformatori di saldatura (con speciali trasformatori elettromagnetici progettati per correnti di saldatura elevate), più moderni lo sono inverter di saldatura a controllo elettronico.

Resistenza interna dell'alimentatore

Un alimentatore ideale, come sorgente di tensione, fornisce sempre la stessa tensione indipendentemente dal carico collegato (ovvero la tensione di alimentazione è costante a diversi assorbimenti di corrente).

Tuttavia, non esiste una fonte perfetta perché resistenza interna una vera sorgente limita la corrente massima che può fluire attraverso il circuito.

Questo alimentatore può utilizzare un regolatore di tensione per fornire una tensione di uscita stabile, fornita dalla caduta di tensione (la differenza tra le tensioni di ingresso e di uscita del regolatore). Esempio - Regolatore di tensione a commutazione

Quindi, in base alla qualità della tensione di uscita, si distinguono gli alimentatori:

• sorgenti stabilizzate, la cui tensione è mantenuta a un livello costante, indipendentemente dalle fluttuazioni di corrente,
• sorgenti non regolate in cui la tensione di uscita può variare con le fluttuazioni di corrente.

Alimentatori lineari a trasformatore

Le sorgenti lineari classiche sono costituite dai seguenti elementi: un trasformatore, un raddrizzatore, un filtro e un regolatore di tensione.

Diagramma schematico dell'alimentatore lineare

Innanzitutto, il trasformatore converte la tensione di rete in una tensione ridotta e fornisce isolamento galvanico… Viene chiamato un circuito che converte la corrente alternata in corrente continua pulsata raddrizzatore (i circuiti a ponte di diodi vengono utilizzati per la rettifica), quindi un filtro con condensatori e induttori riduce l'ondulazione. Ulteriori informazioni sui filtri — Filtri di potenza.

La regolazione o la stabilizzazione della tensione a un determinato valore si ottiene utilizzando il cosiddetto Un regolatore di tensione nella cui costruzione transistor.

Il transistor nel circuito funge da resistenza regolabile.All'uscita di questo stadio, per ottenere una maggiore stabilità nell'onda, è presente un secondo stadio di filtraggio (anche se non necessariamente, tutto dipende dalle esigenze progettuali), può essere un condensatore convenzionale.

Tra gli alimentatori ci sono quelli in cui si trova l'alimentazione fornita al carico regolato da tiristoriper fornire la tensione e la potenza necessarie al carico.

Alimentatore da laboratorio tedesco

Moderni alimentatori lineari

La stabilizzazione della tensione nel tipo base di sorgenti lineari si ottiene collegando un elemento speciale in parallelo con un circuito alimentato da una sorgente non regolata di tensione più elevata attraverso un resistore adatto, la cui caratteristica corrente-tensione mostra un forte aumento della corrente alla richiesta voltaggio. È un tale elemento Diodo Zener, che opera su un'ampia gamma di tensioni di soglia.

Gli svantaggi di un alimentatore a diodo zener sono la stabilità della tensione di uscita relativamente bassa, un intervallo di corrente relativamente piccolo e un'efficienza particolarmente bassa, poiché l'energia elettrica viene convertita in calore nel resistore in serie e nel diodo zener stesso.

Le moderne sorgenti lineari (di solito sotto forma di un circuito integrato) utilizzano un elemento a impedenza variabile (transistor in modalità lineare) che è controllato da un feedback basato sulla differenza tra la tensione di uscita e la tensione CC da una tensione di riferimento interna (basata su un diodo circuito, ma con piccola corrente continua).

Le sorgenti lineari tipiche sono i circuiti integrati 78xx (ad es. 7805 è una sorgente di tensione a 5 V) ei loro derivati.

Lo svantaggio di tali alimentatori lineari è la loro bassa efficienza (e poiché la dissipazione di potenza nel circuito integrato varia con il calore e la necessità di raffreddamento), soprattutto quando c'è una grande differenza tra le tensioni di ingresso e di uscita e le correnti elevate. anche a volte svantaggioso che la tensione di uscita sia sempre inferiore alla tensione di ingresso.

Il vantaggio sta nel loro basso costo, dimensioni ridotte, facilità d'uso e assenza di interferenze dall'esterno e nel circuito elettrico.

Alimentatore incorporato in un laboratorio di ingegneria elettrica

Alimentatori a commutazione

Negli alimentatori a impulsi viene utilizzato un transistor ad effetto di campo, che si chiude periodicamente a una frequenza relativamente elevata (decine di kHz o più) e aumenta la tensione di ingresso di un circuito costituito da una combinazione di una bobina, un condensatore e un diodo. Con un'adeguata combinazione di questi elementi, è possibile ottenere una diminuzione e un aumento della tensione.

Un altro tipo di alimentatore pulsato è un alimentatore con trasformatore e successivo raddrizzatore a diodi, che sfrutta le proprietà vantaggiose (minori dimensioni del trasformatore ad alte correnti, minori perdite magnetiche) dei moderni materiali magnetici (ferriti) alle alte frequenze . Modificando la frequenza, è possibile ottenere un cambiamento nella tensione di uscita.

Pertanto, tale alimentatore include un circuito (solitamente sotto forma di un circuito integrato) che fornisce variazione di frequenza basata sul feedback dalla tensione di uscita per fornire una tensione di uscita stabile al variare dei carichi.

Maggiori informazioni sugli alimentatori switching: Principi generali, vantaggi e svantaggi degli alimentatori switching

Poiché gli alimentatori a commutazione funzionano con tensioni e correnti ad onda quadra, in genere emettono onde elettromagnetiche su un'ampia gamma di frequenze. Pertanto, durante la loro creazione e utilizzo, è necessario osservare i principi della compatibilità elettromagnetica (EMC).

Attrezzatura da laboratorio

In un'officina o in un laboratorio, un alimentatore di precisione viene utilizzato per la misurazione, il test e la risoluzione dei problemi. Questi alimentatori da laboratorio convertono, rettificano e regolano le tensioni e le correnti di uscita in modo che le misurazioni possano essere effettuate senza danneggiare i dispositivi sottoposti a test.

Guarda anche:Alimentatori per dispositivi di automazione industriale