Tipi di alimentazione e loro applicazioni
L’alimentazione è un dispositivo usato per fornire l’energia elettrica per far funzionare i dispositivi che funzionano con la corrente elettrica. Ha molti modi speciali per fornire energia elettrica a un sistema specifico “è la madre del sistema” (Brown, 2001, p.1).
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La funzionalità di base dell’alimentatore è quella di convertire la tensione di corrente alternativa in tensione regolata di corrente continua richiesta dai dispositivi elettronici. Un tipico alimentatore ha quattro diversi moduli, ognuno dei quali ha una funzione specifica.
(Fonte: http://www.kpsec.freeuk.com/powersup.htm)
Il trasformatore è il primo modulo e la sua funzione è quella di convertire la corrente alternativa ad alta tensione in corrente continua a bassa tensione. Il secondo modulo è il raddrizzatore e la sua funzione principale è quella di convertire la corrente alternativa a bassa tensione in corrente continua. Il terzo modulo è lo Smoothing, la corrente continua prodotta dal raddrizzatore varia, quindi lo Smoothing riduce questa variazione a piccole increspature. L’ultimo modulo è il regolatore, che imposta la tensione della corrente continua a un valore fisso rimuovendo le ondulazioni. Questo è un progetto di base dell’alimentazione. Il design può essere enorme e complicato in base ai requisiti.
Questo saggio presenterà i quattro principali tipi di alimentazione che sono i regolatori lineari e gli alimentatori a commutazione, gli alimentatori programmabili e i gruppi di continuità.
Il primo tipo di alimentazione è l’alimentatore regolato lineare. Sono il tipo di base dell’alimentazione. Producono la tensione di uscita regolata facendo cadere la tensione di ingresso. Per ottenere questo, si basa sulla conduttività variabile di un dispositivo elettronico. Da qui, molta potenza sprecata sotto forma di calore. “È comunque un alimentatore molto silenzioso dal punto di vista elettrico” (Brown, 2001, p.11). sono spesso usati in apparecchiature a terra e in sistemi di alimentazione distribuita.
L’alimentatore regolato lineare funziona convertendo l’ingresso variabile di corrente alternativa in un’uscita regolata di corrente continua. Il tipico circuito usato in questo tipo ha due gamme. Uno permette più tensione a una corrente più bassa e l’altro permette più corrente a una tensione più bassa.
Gli alimentatori regolati lineari sono disponibili in due forme di base chiamate regolatori in serie e regolatori shunt. Gli alimentatori regolati in serie sono la forma più comune di alimentatore regolato lineare. La potenza dissipata in un dispositivo regolato in serie è il prodotto della corrente di uscita dell’alimentatore e la caduta di tensione. Gli alimentatori regolati in shunt sono la forma più semplice di alimentazione regolata lineare, ma sono meno efficienti.
La semplicità è il vantaggio principale degli alimentatori regolati lineari. Sono stati ampiamente utilizzati nell’industria per molto tempo. Sono utilizzati in sistemi che richiedono un rumore estremamente basso. Sono più adatti e convenienti per applicazioni a bassa potenza. Sono usati in applicazioni a terra e in sistemi di alimentazione distribuita. Poiché l’alimentatore regolato lineare ha un’ondulazione della tensione di uscita molto bassa, viene utilizzato in applicazioni a basso rumore / bassa ondulazione come la comunicazione e i dispositivi radio dove il rumore è molto critico. È più efficiente nell’applicazione in cui la tensione di uscita è quasi uguale alla tensione di ingresso.
Il secondo tipo di alimentazione è la modalità di commutazione (SMPS). Funziona in modalità ON-OFF. Utilizza circuiti di commutazione ed elementi di immagazzinamento dell’energia come condensatori e induttori per ottenere una tensione di uscita regolata. “Questi circuiti sono idealmente senza perdite con un trasferimento di energia del 100%” (Johnny, 2006, p.1).
Il vantaggio principale di Switching Mode Power Supply è la maggiore efficienza a causa della bassa dissipazione di potenza. È più semplice e leggero a causa dell’eliminazione dei pesanti trasformatori a bassa frequenza e genera poco calore. È usato nei prodotti domestici che spesso hanno ingressi universali. I telefoni cellulari hanno cambiato la loro tecnologia di alimentazione da regolata lineare a Switching Mode Technology. È ampiamente usato nell’alimentazione elettrica degli aerei come il supporto a terra degli aerei.
Il terzo tipo di alimentazione è l’alimentazione programmabile. Fornisce l’alimentazione attraverso l’interfaccia di un computer. Generalmente dipende da entrambe le tecnologie Linear regulated e Switched Mode per produrre una potenza di uscita accurata. Un alimentatore programmabile consiste tipicamente di microcontrollore, corrente, circuiti di programmazione della tensione come convertitori analogico-digitali, interfaccia seriale periferica, tastiera e un display LCD.
Il parametro di tensione desiderato è dato come ingresso al microcontrollore attraverso la tastiera. Internamente, il microcontrollore converte la tensione analogica da una fonte di tensione in digitale attraverso un convertitore analogico-digitale. Questa tensione digitale è regolata attraverso l’interfaccia periferica seriale per ottenere la tensione desiderata che viene immessa nel microcontrollore attraverso la tastiera.
Il vantaggio principale dell’alimentazione programmabile è che la tensione accurata richiesta può essere prodotta che non è possibile da un’alimentazione regolata lineare o in modalità switching. È usato principalmente nei test automatizzati delle attrezzature. Sono anche usati negli strumenti di misurazione delle vibrazioni a ultrasuoni.
L’ultimo tipo di alimentazione è il gruppo di continuità. È ampiamente conosciuto come UPS o power back up. È ampiamente utilizzato come potenza di backup per proteggere i dispositivi da crash a causa di improvvisa perdita di potenza.
Ci sono tre categorie principali di gruppi di continuità, offline -standby, online e line-interactive.
La prima categoria è Offline /standby Uninterruptible power supply. Fornisce una protezione contro le sovratensioni e il back-up della batteria fino a 20 minuti. Quando l’alimentazione in entrata scende al di sotto del livello di soglia, allora il gruppo di continuità accende il suo circuito di alimentazione fornendo il backup di potenza al dispositivo fino a un certo tempo (in questo tipo 20 minuti).
Il gruppo di continuità interattivo in linea è la seconda categoria. Generalmente utilizza solo un convertitore di potenza principale per generare l’energia. “Con il suo basso costo e la sua durata, l’UPS line-interactive è stato utilizzato con successo in milioni di installazioni IT in tutto il mondo” (Hoff e Samstad, 2004). Il tempo tipico di protezione varia da 5 minuti a 30 minuti.
L’ultima categoria è Online, il funzionamento del gruppo di continuità Online è molto simile al tipo Standby o Line-Interactive. Il tempo tipico di protezione varia da 5 minuti a 30 minuti. Ma, fornisce un firewall elettrico tra l’alimentazione di servizio in entrata e l’attrezzatura elettronica sensibile. Lo scopo principale del gruppo di continuità è quello di fornire la protezione ai dispositivi dal crash a causa di un’improvvisa perdita di potenza. Alcuni dei gruppi di continuità sono anche in grado di correggere i comuni problemi di alimentazione come la perdita totale della tensione di ingresso, l’aumento o la diminuzione momentanea della tensione di ingresso, i picchi, il rumore. Sono usati principalmente per la protezione dalle sovratensioni e il back power per computer, centri dati e apparecchiature di telecomunicazione. Sono usati per fornire l’isolamento elettrico per le attrezzature che sono sensibili alle fluttuazioni di potenza.
In conclusione, ci sono varie fonti di energia utilizzate per fornire la potenza ai sistemi in modo efficace ed efficiente. Per esempio, l’energia solare e l’energia eolica vengono convertite in energia elettrica per fornire energia alle grandi applicazioni industriali. Gli alimentatori sono il cuore di qualsiasi sistema che richiede energia elettrica. Non solo forniscono energia, ma forniscono anche la protezione al sistema contro i disturbi esterni. Pertanto, le considerazioni di progettazione e sviluppo di un alimentatore sono più importanti. Poiché la tecnologia sta crescendo, vengono inventati alimentatori più avanzati per fornire la migliore protezione e una potenza efficiente ai dispositivi.