סוגי ספק כוח
בהנדסת חשמל, ספק כוח הוא מכשיר הממיר אנרגיה חשמלית למתח החשמלי, הזרם והתדר הנדרשים על ידי מכשיר חשמלי מחובר. הוא ממיר זרם חילופין לזרם ישר ומפעיל מכשירים אלקטרוניים שונים (מחשב, טלוויזיה, מדפסת, נתב וכו'). ישנם שני סוגים שונים של ספקי כוח: מקור מתח (מספק מתח קבוע) ומקור זרם (מספק זרם קבוע).
ניתן לחלק בעיקר ספקי כוח למכשירים אלקטרוניים לליניאריים ולפולסים:
- ספקי כוח ליניאריים שבהם האלמנט המתאים הוא שנאי (יש גם ספקי כוח ליניאריים ללא שנאים);
- מיתוג ספקי כוח באמצעות סוגים שונים של מערכות אלקטרוניות (ממירי מתח);
ליניאריים יש עיצוב פשוט יחסית שיכול להסתבך ככל שהזרם שהם צריכים לספק גדל, אבל ויסות המתח שלהם לא מאוד יעיל עבורם.
כוח הוא חלק בלתי נפרד ממכשירים רבים. חלק מהסוגים העיקריים הם:
- יחידת ספק כוח אימפולס. נכון לעכשיו, רוב ספקי הכוח מיוצרים בצורה של מיתוג ספקי כוח. היתרון שלהם הוא בעיקר משקל נמוך יותר. כאשר בקרת מצב מוצק וספקי כוח עדיין לא היו זמינים, נעשה שימוש בספקי כוח שנאים כבדים ועמידים יותר כדי לאפשר עיצובי אספקת כוח מיתוג בעלות נמוכה.
- ספק כוח למחשב. מחשבים מכילים ספק כוח מיתוג הממיר מתח AC נמוך מרשת ההפצה (230 V, 50 הרץ) למתח הנמוך המשמש במעגלים החשמליים של המחשב (DC 3.3 V, 5 V ו-12 V).
- מתאם רשת. זהו מקור כוח מיתוג קטן בצורתו ובגודלו כמו תקע חשמלי סטנדרטי (כגון מטען טלפון נייד) המשמש על ספק רשת של 230 וולט המספק את המתח הנמוך הנדרש למכשיר חשמלי או אלקטרוני מסוים. מתאמי AC משמשים בדרך כלל עם מכשירים ומכשירים שאין להם ספק כוח פנימי משלהם.
- מקור כוח ריתוך. מקורות ריתוך מספקים זרם גבוה (בדרך כלל מאות אמפר) המאפשר למתכת להתמוסס מקומית וכך להצטרף. בעבר, נעשה שימוש בשנאי ריתוך כביכול (עם שנאים אלקטרומגנטיים מיוחדים המיועדים לזרמי ריתוך גבוהים), מודרניים יותר הם ריתוך ממירים עם בקרה אלקטרונית.
התנגדות פנימית של ספק הכוח
ספק כוח אידיאלי, כמקור מתח, מספק תמיד את אותו המתח ללא קשר לעומס המחובר (כלומר, מתח האספקה קבוע במשיכות זרם שונות).
עם זאת, אין מקור מושלם כי התנגדות פנימית מקור אמיתי מגביל את הזרם המרבי שיכול לזרום במעגל.
ספק כוח זה יכול להשתמש בווסת מתח כדי לספק מתח מוצא יציב, אשר מסופק על ידי ירידת המתח (ההבדל בין מתחי הכניסה והמוצא של הרגולטור). דוגמא - מיתוג וסת מתח
אז לפי איכות מתח המוצא, נבדלים ספקי כוח:
- מקורות מיוצבים, שהמתח שלהם נשמר ברמה קבועה, ללא קשר לתנודות הזרם,
- מקורות לא מוסדרים שבהם מתח המוצא עשוי להשתנות עם תנודות הזרם.
שנאי ספקי כוח ליניאריים
מקורות ליניאריים קלאסיים מורכבים מהאלמנטים הבאים: שנאי, מיישר, מסנן ווסת מתח.
תרשים סכמטי של ספק כוח ליניארי
ראשית, השנאי ממיר את מתח הרשת למתח מופחת ומספק בידוד גלווני… נקרא מעגל הממיר זרם חילופין לזרם ישר פועם מיישר (מעגלי גשר דיודה משמשים לתיקון), ואז מסנן עם קבלים ומשרנים מפחית את האדוות. עוד על מסננים - מסנני כוח.
ויסות או ייצוב של המתח לערך נתון מושגת באמצעות מה שנקרא וסת מתח שבבנייתו טרנזיסטורים.
הטרנזיסטור במעגל פועל כהתנגדות מתכווננת.בפלט של שלב זה, על מנת להשיג יציבות רבה יותר בגל, ישנו שלב סינון שני (אם כי לא בהכרח, הכל תלוי בדרישות התכנון), זה יכול להיות קבל רגיל.
בין ספקי הכוח יש כאלה שבהם הכוח המסופק לעומס הוא מווסת על ידי תיריסטוריםלספק את המתח והכוח הנדרשים לעומס.
ספק כוח מעבדה גרמני
ספקי כוח ליניאריים מודרניים
ייצוב המתח בסוג הבסיסי של מקורות ליניאריים מושג על ידי חיבור אלמנט מיוחד במקביל למעגל המוזן ממקור בלתי מווסת של מתח גבוה יותר דרך נגד מתאים, שמאפיין הזרם-מתח שלו מראה עלייה חדה בזרם במידת הצורך מתח. זה אלמנט כזה דיודת זנר, הפועלת בטווח רחב של מתחי סף.
החסרונות של ספק כוח של דיודת זנר הם יציבות מתח מוצא נמוכה יחסית, טווח זרם קטן יחסית ויעילות נמוכה במיוחד, שכן אנרגיה חשמלית מומרת לחום בנגד הסדרה ובדיודת הזנר עצמה.
מקורות ליניאריים מודרניים (בדרך כלל בצורה של מעגל משולב) משתמשים באלמנט עכבה משתנה (טרנזיסטור מצב ליניארי) אשר נשלט על ידי משוב המבוסס על ההבדל בין מתח המוצא למתח DC ממתח ייחוס פנימי (מבוסס על דיודה מעגל, אבל עם זרם ישר קטן).
מקורות ליניאריים אופייניים הם 78xx ICs (למשל 7805 הוא מקור מתח של 5V) והנגזרות שלהם.
החיסרון של ספקי כוח ליניאריים כאלה הוא היעילות הנמוכה שלהם (ובגלל שפיזור ההספק במעגל המשולב משתנה עם החום והצורך בקירור), במיוחד כאשר יש הבדל גדול בין מתחי הכניסה והמוצא והזרמים הגבוהים. גם לפעמים חסרון שמתח המוצא תמיד נמוך ממתח הכניסה.
היתרון טמון בעלותם הנמוכה, בגודלם הקטן, בנוחות השימוש והיעדר הפרעות מבחוץ ובמעגל החשמלי.
ספק כוח מובנה במעבדת הנדסת חשמל
החלפת ספקי כוח
בספקי כוח פולסים משתמשים בטרנזיסטור אפקט שדה, שנסגר מעת לעת בתדר גבוה יחסית (עשרות קילו-הרץ או יותר) ומגביר את מתח הכניסה של מעגל המורכב משילוב של סליל, קבל ודיודה. עם שילוב מתאים של אלמנטים אלו, ניתן להשיג ירידה והעלאת מתח.
סוג נוסף של ספק כוח פועם הוא ספק כוח עם שנאי ומיישר דיודה לאחר מכן, המנצל את התכונות המועילות (גודל קטן יותר של השנאי בזרמים גבוהים, הפסדים מגנטיים נמוכים יותר) של חומרים מגנטיים מודרניים (פריטים) בתדרים גבוהים . על ידי שינוי התדר, ניתן להשיג שינוי במתח המוצא.
לפיכך, ספק כוח כזה כולל מעגל (בדרך כלל בצורה של מעגל משולב) המספק וריאציה בתדר המבוססת על משוב ממתח המוצא כדי לספק מתח מוצא יציב בעומסים משתנים.
עוד על החלפת ספקי כוח: עקרונות כלליים, יתרונות וחסרונות של החלפת ספקי כוח
מכיוון שספקי כוח מיתוג פועלים עם מתחים וזרמים של גל ריבועי, הם בדרך כלל פולטים גלים אלקטרומגנטיים בטווח תדרים רחב. לכן, בעת יצירה ושימוש בהם, יש צורך להקפיד על העקרונות של תאימות אלקטרומגנטית (EMC).
ציוד מעבדה
בבית מלאכה או במעבדה משתמשים בספק כוח מדויק למדידה, בדיקה ופתרון תקלות. ספקי כוח מעבדה אלה ממירים, מתקינים ומווסתים מתחים כמו גם זרמי מוצא כך שניתן לבצע מדידות מבלי לפגוע במכשירים הנבדקים.