Jul 232015
 

Източниците на захранване са сред най-използваните електронни  устройства в лабораториите за изпитване на различни битови и промишлени уреди и апарати. Захранващият блок може да бъде дефиниран като източник доставящ енергия и мощност. За разлика от индустриалните източници на енергия като хидроелектрически централи, ТЕЦ или ВЕИ, тук ще се спрем само на електрически захранвания, които се използват за изпитване и оценяване параметрите на даден уред или електронна схема, както и на проучване на възможностите за развитие на обекта на изследванията.

Първоначалното разделение на захранващите блокове може да се направи по вида и характера на входния и изходния сигнал в тях:

Вход AC

– изход DC (адаптери, настолни захранващи блокове за лаборатории, зарядни за батерии);

– изход AC (разделителни трансформатори, настолни променливотокови лабораторни захранвания с изменение на вторичното напрежение – автотрансформатори, честотни инвертори);

– комбинация от изходи АC-DC .

Вход DC

– изход DC (DC-DC конвертор);

– изход AC (инвертор, генератор).

Ще уточним, че под думите „настолен“ се разбира, не само леснопреносимо оборудване, доколкото някои от коментираните по-долу устройства имат доста голямо относително тегло, но като предназначение са именно такива, т.е. използвани на стендове в лабораторни и инженерингови изпитвателни конфигурации.

Регулируем AC-AC захранващ блок

При тестване на електрическо оборудване, захранвано с променливо напрежение, често се налага да се оцени как ще реагира оборудването, когато се подложи на по-високо от номиналното напрежение, а така също и когато се подложи на по-ниско от номиналното. Стандартните вариации на напрежението са +/-10%, но отклонението в реален режим на работа може да бъде и по-голямо, ако към същата линия се включи много мощен консуматор, затова е важно да подложим оборудването на изпитание с напрежения извън стандартните му флуктуации. Понякога инженер-конструктора в процеса на проектиране на ново устройство, има необходимост, да го тества със стресови (пикови) стойности, за да отстрани проявяващите се в процеса на теста, слабости, и по този начин да го направи издръжливо на по-екстремни натоварвания, като по този начин удължи значително живота му.

AC-AC+DCsinhro

Лабораторни захранвания с изход AC-DC синхронизирано и с изход АС

За тази цел е необходимо променливотоково захранващо устройство с възможност за регулиране на изходното напрежение. Друга възможна употреба на регулируемия захранващ блок е да се провери какво се случва с електрониката, когато изпитваният уред е свързан продължително време през един много дълъг захранващ кабел (или удължител), в който има известен пад на напрежение или самата електрическа мрежа не може да поддържа стандартни номинални стойности на тока и напрежението. Последното е характерно за отдалечени от трафопоста консуматори, обикновено във вилни зони или крайни квартали. До електронното устройство достига напрежение със стойности по-ниски от тези, при които оборудването е проектирано да работи и това продължава продължително време. Един АС-АС захранващ блок може да наподоби този тип режим на работа за да се тестват различни устройства, преди да се качат на конвейера.

Промяната на изходното напрежение в  захранващия блок се осъществява чрез превключване на отделни намотки или чрез употребата на автотрансформатор (латер). В типичния лицев панел на захранващия блок обикновено има амперметър, волтметър и/или ватметър, превключвател на различни напрежения или ротационен потенциометър за плавно изменение на напрежението. Има също гнезда или изводи за няколко различни канала или дори някакъв тип контакт, превключвател между каналите и бутон за включване е изключване на блока. При необходимост регулируемият захранващ блок от тип АС-АС или един от каналите му, може да се използва за включване и плавно регулиране на поялник.

Регулируем AC-DC захранващ блок

Един от видовете AC-DC захранвания е широко разпространения адаптор, наричан още елиминатор на батерии. Това име описва и тяхната основна функция – да се включи на мястото на батериите, с огромното предимство, че захранването може да променя стойността на изходното постоянно напрежение и обикновено е доста по мощно от един универсален адаптер, например. На лицевият му панел обикновено има превключвател на основните DC напрежения, бутон за включване  и изключване и гнезда за включване на DC консуматора (напр. за банан щекер). Частен случай на това захранващо устройство е зарядното за акумулатори на автомобил, но може да се използва за захранване на радиостанции, автомобилни стереоуредби и др.

DC supply

Лабораторно линейно едноканално DC захранване с LED индикация и плавно регулиране на тока и напрежението

Една разновидност на този тип захранващ блок е захранващо устройство поддържащо константно (стабилизирано) напрежение, независимо от големината и изменението на товара (constant voltage supplay). Тези устройства също са регулируеми, затова на предният им панел освен регулатора на напрежението има и волтметър, а понякога и амперметър, с които се задава напрежението. Може да имат един или повече независими изхода, както и възможност към устройството да се включи по прецизна измервателна система. Този блок също може да работи и вместо батерии (battery eliminator) ако това е необходимо.

Следващата разновидност на AC-DC регулируемо захранване е захранващ блок, на изхода на който се подава константно напрежение и константен ток (constant voltage/constant current supply). Тези уреди са много разпространени и присъстват във всяка електротехническа лаборатория, в изследователските центрове, университетските лаборатории, телекомуникациите и автоматизацията. Те са изградени от електронни компоненти и модули, подбрани при поставени много високи изисквания за качество и прецизност. Изходът осигурява стабилизирано изходно напрежение и стабилизиран изходен постоянен ток, които могат да се настройват плавно и независимо едно от друго.

2chanel DC supply

Лабораторно двуканално линейно постояннотоково захранване

Източникът на постоянно стабилизирано напрежение и постоянен ток е изграден от понижаващ трансформатор, изправителен и филтриращ блок, източник на опорно напрежение, схема за сравнение на стабилизираното напрежение и съответно стабилизирания ток, с усилвател, стабилизатор, схема за измерване на постоянния ток и т.н. Когато изходното напрежение се промени, поради промяна на захранващото напрежение или тока през товара, променящият се сигнал се сравнява с опорното напрежение с помощта на схемата за измерване на стабилизираното напрежение, след което сигналът за грешка се усилва от усилвателя за сравнение и се подава като управляващ сигнал към усилвателя (положителна обратна връзка), за да промени изходното напрежение до определената стойност. Усилвателят за сравнение се състои от операционен усилвател с голямо усилване, тъй че и при малки напреженови промени, да може да се извърши стабилизацията. Уредите от този вид могат да бъдат свързвани последователно и паралелно с цел получаването на по-високи напрежения или токове.

Разновидност на този лабораторен линеен DC захранващ блок е, когато устройството е снабдено с два, три и повече изхода (multiple output supply). Това линейно правотоково лабораторно захранване може да бъде и програмируемо както ще стени дума по-надолу в текста, двата му канала могат да бъдат свързвани паралелно и последователно в зависимост от целите на измерването. Съвремените захранвания разполагат с LED екрани, на които се изписват параметрите на тока и напрежението на двата канала, копчета за плавна регулация на напрежението и тока на лицевия панел, защити от претоварване и токови удари, система за охлаждане и др. По скъпите захранващи блокове имат и памет за направените настройки при предишни измервания, което е много полезно при повтарящи се тестове.

Така постепенно стигаме до следващата категория захранвания – постояннотокови програмируеми линейни захранващи блокове. Това са DC захранвания снабдени със собствен софтуеър, участващи в компютърно управляема система за изпитване или производство. Тези лабораторни устройства работят с различни видове интерфейси, най-разпространените от които са: IEEE-488, известен още и под името GPIB. Друг популярен интерфейс е RS-232, като в различните блокове са използвани и някои мрежови интерфейси, напр. ethernet, USB интерфейси и др. Тези устройства имат детайлно разписани инструкции за съответния интерфейс, с който работят, така че потребителя е максимално улеснен в работата си. Връзката с компютър е полезна и с това, че по този начин лесно и бързо могат да се свалят  волт-амперни характеристики на изследвания уред.

В следващата част на статията ще се спрем на начин на избор на необходимото ви захранване, импулсните захранващи блокове, които при по-големи мощности са незаменими, кратка обобщена инструкция за работа с най-често използваните захранвания, регулиране на техническите характеристики на ТЕС, избягване на пулсации и паразитен шум, постигане на най-голяма точност за съответния уред, избор на режим на работа и др. Ще разгледаме трифазни захранвания с голяма мощност, както и DC-DC захранванията.

 

Jul 162015
 

Адаптерите представляват захранващи устройства променящи мрежовото напрежение (в повечето случаи), до стойности и вид, подходящ за работата на различни електронни уреди. На практика цялата електроника, която ни заобикаля, работи с много по-ниско от мрежовото напрежение и тъй като нямаме нисковолтови електрически системи в дома си, се налага да се използват устройства, които понижават напрежението от 220VAC до предвиденото за работа на битовата електроника. Независимо дали става дума за телевизор, мобилен телефон, компютър, лаптоп или таблет, имаме нужда от опосредстващо приспособление за постигане на ниско и често пъти постоянно напрежение. Понякога адаптера се намира в електронното устройство, като например телевизора или компютъра, а понякога е отделно от него, като лаптоп, телефон и др. и може лесно да се смени, ако изгори.

adapter reguliruem

Адаптер, регулируем с множество конектори

Адапторите се делят на трансформаторни и импулсни, на стабилизирани и нестабилизирани, на регулируеми и нерегулируеми, на преобразуващи мрежово напрежение и такива, които се включват към запалката на колата и работят с 12VDC постоянно напрежение на входа. Адаптери AC/AC, адаптери DC/DC и адаптери AC/DC. Адаптерите AC/DC са токоизправители , които в зависимост от принципа на работа се разделят на две основни групи: линейни и импулсни. Адаптерите от типа AC/AC обикновено са трансформаторни и не променят формата и честотата на входното напрежение. Те променят само стойността на изходното напрежение. Адаптерите DC/DC се използват, когато искаме да включим устройство предназначено да работи на 12VDC, каквото е напрежението подавано от акумулатора на автомобил, в камион, автобус или кораб, където напрежението е 24VDC. Адаптерите могат да са с кабел или безкабелни.

adapter no cable

Безкабелен адаптер

Адаптери, които осигуряват необходимото, на включения към тях уред, напрежение, но не могат да го заредят се наричат още захранващи устройства или просто захранвания. Има и друг вид адаптери, които могат да заредят батерията на лаптоп, батериите на безжичен домашен телефон или слушалки без кабел. Те се наричат зарядни устройства. Зарядните устройства или само зарядно са вид адаптери, които не са стабилизирани. Това означава, че ако бъдат оставени на празен ход изходния сигнал ще е с около 20-30% по-висок от този за който са предназначени. С други думи ако имаме нестабилизиран адаптер осигуряващ на изхода си 9VDC, на празен ход на изхода му можем да измерим 12 или дори 14-15VDC. Едва при включване на товар (консуматор), напрежението му ще се доближи до номиналното. Този тип адаптер, както споменахме, наричаме заряден.

adapter vratka

Мощен регулируем заряден адаптер

Зарядните от този тип имат опция за самоизключване след зареждане на акумулаторната батерия, към която са включени, за да не предизвикат презареждане, което уврежда батерията и скъсява значително нейния живот. Съществуват и такива нестабилизирани захранвания, които нямат опция за самоизключване при зареждане на батерията. Те могат да бъдат използвани като зарядни, но трябва да се следят и изключат навреме, преди да се получи презареждане на батерията.

adapter 1

Захранващо устройство

Основен параметър на адаптерите е тяхната максимална мощност, която обикновено се определя чрез изписване на корпуса им в ампери, най-големият работен ток, при който могат да работят продължително време без прегряване и повреди и поляритета. Адаптерите са взаимнозаменяеми, но трябва да се следва следния принцип: адаптер с максимален ток 1A може да бъде заменен от адаптер със същия или по-голям максимален ток, но НЕ и с по-малък.  Адаптерите също така се делят на такива с „+“ в центъра на конектора и „–“ по периферията и обратно.

adapter orange

Има и универсални адаптери, при които конекторът е демонтируем и може да променя поляритета си. При тях трябва да се внимава, когато се използва универсален адаптер на мястото на друг – неуниверсален. Задължително трябва да се спазва поляритета на консуматора, защото при погрешен поляритет е възможна повреда на уреда, който ще се захранва от адаптера. Може да се измери поляритета на консуматора с мултицет и да се провери дали конектора на универсалния адаптер е поставен така, че да подава ток със същия поляритет.

car adapter

Универсален адаптер за автомобил

Много удобни за ежедневна употреба са адаптерите, чието вторично напрежение може да бъде избирано чрез завъртане на миниатюрен превключвател чрез отвертка или чрез плъзгач. Така с един адаптер могат да бъдат захранени множество устройства. За да стане наистина универсален един такъв адаптер, той е снабден и с цяла поредица от различни накрайници, които могат да се сменят. Друг трик, който използват производителите на електроника, за да направят универсални своите захранвания, независимо в коя държава ще се ползват е да разширят неимоверно допустимото първично напрежение, към което може да се включи например захранването на лаптопа. Знаем, че в САЩ, Англия, Япония, Канада и други страни мрежовото напрежение не е 220VAC, а около 110VAC в зависимост от държавата, както това беше подробно засегнато в статията „Конвектори“. С цел избягване на употребата на конвектори, напрежението на захранванията на лаптопите са направени така, че да могат да се включват в целия диапазон от 110 до 240VAC.

100-240 12VDC stabilized 6A

Адаптер за лаптоп с първично напрежение от 100 до 240VAC

Голяма част от тези адаптери имат и различни щепселни накрайници. Така се избягва употребата на преходни адаптери (преходници) за преминаването от един стандарт към друг (от европейски към английски или американски или обратното).

Jul 132015
 

Инфрачервените (ПИР) датчици служат за детекция на движение и реагират на инфрачервени лъчи. Доколкото всяко живо тяло е източник на такива лъчи, инфрачервения сензор ги засича и включва съответно устройство, според схемата в която участва. Ако включваното устройство е алармена система, PIR датчика се нарича охранителен, а ако включва осветление, системата се нарича система за автоматично запалване на лампи.

Инфрачервените лъчи са по природа топлинни лъчи, затова всяко тяло в обсега на датчика има температура по-висока от окръжаващата го среда и излъчвайки инфрачервени лъчи, задейства датчика на движение. ПИР датчика съдържа пирокристали, които превръщат инфрачевените лъчи в напрежение, правопропорционално на интензитета им, а електрическия сигнал затваря нормално отворен контакт (в реле) в основната верига на датчика, предизвиквайки полезно действие. Освен човешкото тяло източник на инфрачервени лъчи могат да бъдат различни животни, включени отоплителни уреди, както и слънчевата светлина. За да се избегне погрешно сработване на алармата или запалване на лампа се вземат различни конструктивни мерки. Така например за да се постигне засичане единствено на дължина на вълната излъчвана от човешкото тяло и да се игнорира дневната светлина в датчика се поставя оптичен филтър, реагиращ единствено на дължина на вълната от 8 до 14 микрометра, защото в този обхват са лъчите на човешкото тяло.

ПИР

Все по-често се използват инфрачервени датчици в обществени помещения, като по този начин се спестява много от сметките за ток. Така например много хотели поставят ИЧ сензори, включващи осветлението в определени зони от дълги коридори между стаите, като по този начин се осветява единствено използвана част от интериора на хотела. В ресторанти, барове, магазини, театри, дискотеки и др., клиентите често забравят включени лампите в сервизните помещения, които посещават. За да се избегне това, осветлението там се включва чрез PIR датчик, настроен на обичайното време за посещение на тези помещения.

Основни параметри на всеки инфрачервен датчик освен захранващото напрежение и максималния комутиран товар, така също са чувствителност към осветеност, която обикновено може да бъде регулирана, както и продължителност на включеното състояние след включване – също подлежаща на регулация, както и ъгловия обхват на лещите. Важно за правилната работа на PIR датчика е избора на височина на монтиране на стената и като цяло избора на място. За да се избягват грешки, е достатъчно да се прочете инструкцията и да се прецени визуално дали няма предмети или ъгли, зад които датчика няма да има обхват на задействане. Датчикът не трябва да се монтира срещу зона от помещението, в която има вероятност от внезапна смяна на температурата, като например срещу климатик. Трябва да се отчете и разстоянието, до което датчика реагира, т.е. да не се поставя датчик с обхват 5м в 10м помещение.

Датчиците за движение могат да бъдат аналогови и електронни, пасивни (които само приемат ИЧ лъчи) и активни (микровълнови датчици).

product_large_58952

Последните излъчват вълни с много висока честота и приемат обратно вълните след тяхното отражение в околни предмети и стени. При промяна на честотата на приетите вълни, сензора задейства електрическа верига. Особеното при тях е, че могат да засичат присъствие и зад затворени врати, което предопределя и най-честата им употреба. Друг вид ПИР датчик е безжичния с радиосигнал. Захранването му се осигурява от батерии и при задействане излъчва радиосигнал до отдалечено устройство, което осъществява предварително зададен алгоритъм. Друга често срещана комбинация е комбинацията на инфрачервена датчик с микрофон. Това устройство позволява включване на осветлението чрез гласова команда. При него освен настройките за светлината, се настройва и честотната лента на звука, на която уреда реагира. Обикновено това е от 30 до 90 dB. Разбира се възможни са комбинации от всички изброени видове.

На пазара могат да се намерят и комбинация от инфрачервен датчик и лампа в общ корпус, която може да се включи директно към контакта. Така и най-големия лаик в електротехниката може да си осигури автоматично запалване на светлина в определено помещение.

PIR

Друг вид автоматични устройства за запалване на осветлението могат да се настроят, да се включат при намаляване на осветлението под определени нива на осветеност. Система от такива PIR датчици може да се използва за осветление на градини и паркове, както и в градската среда.

Jul 062015
 

При свързването на светодиоди се използва ограничителен резистор, който ограничава тока през светодиода и по този начин го предпазва от изгаряне. Този резистор определя работната точка на светодиода върху волт-амперната характеристика. Ако ползваме основните характеристики на LED от първата част на статията, ще имаме следната формула за изчисляване на стойността на съпротивлението: съпротивлението ще е равно на разликата между подаденото напрежение и пада на напрежението в права посока на самия светодиод, разделено на максималния продължителен ток в права посока на диода или

R=(U-Up)/I

ако не сте много добри със сметките има изчисляващи схеми, при които, ако знаете какво напрежение подавате, пада на напрежение върху LED и тока на светодиода – вграденият в схемата калкулатор сам изчислява нужното съпротивление:

rezistor for LED

Изчислителна схема за избор на резистор за LED. Последвайте линка вграден в снимката за да изчислите съпротивлението.

Ако изчислената стойност на съпротивлението не е стандартна, алгоритъма на схемата предвижда посочването на най-близката стандартна стойност на резистор. Препоръчва се, при избора да се спрете на най-близката по-голяма стойност на съпротивлението, за да има известен запас схемното решение. Ако подаваното напрежение варира в определени граници, във формулата се поставя неговата най-висока възможна стойност.

Често обаче се налага използването на повече от един LED. В такъв случай се използва последователно (серийно) свързване на светодиодите. В този случай избора на съпротивление зависи от общия пад на напрежението върху всички диоди.

R=(U-NxUp)/I

където N е броя на светодиодите.

rezistor for series LED

Изчислителна схема за последователно свързани LED. За изчисляване на резистора последвайте линка вграден в снимката.

Тази схема също открива и препоръчва най-близката до изчисленото, стандартна стойност на съпротивлението, когато изчислената стойност не отговаря на стандартен резистор.

Не винаги обаче разполагаме с достатъчно голямо захранващо напрежение, за да включим всички диоди, които са необходими, последователно, тогава се прави т.н. паралелно свързване. При него към всеки светодиод се поставя съпротивление или се използват поредици от успоредно свързани серийни вериги от светодиоди.

LED-resistor-parallel-circuit

Паралелно свързване на LED

ledlig41

Тъй като върху резистора се разсейва мощност, това се явява загуба, затова стремежът е да се използва схемно решение, при което стойността на съпротивлението на резистора да е най-ниско. Затова се предпочита серийното свързване, при което загубите са по-малки. При него сборът от падовете на напрежение върху LED, трябва да е близко, но по-малко от захранващото напрежение.

Ограничителен резистор се използва, само когато напрежението е постоянно. Когато входящото напрежение варира в много широки граници се използват специални интегрални схеми или драйвери изградени от транзистори, така управляваме светодиода чрез  биполярните PNP или NPN транзистори, които работят в ключов режим.

diode46

 

Всички тези схеми се отнасят за постоянен ток, когато обаче искаме да получим максималната светлинна енергия, която е възможно да произведат светодиодите, те се включват в импулсен режим на работа. Тогава към светодиода подаваме импулсен пиков ток, който е 2-3 пъти по-голям от продължителния ток през светодиода. Използва се ШИМ (широчинно-импулсен модулатор). Светодиодът работи в режим ON-OF, като средното ниво на тока е по-високо и интензитета на светлината е по-голям, като същевременно се вземат мерки за достатъчно разсейване на топлинната мощност, за да не прегрее LED. Честотата на импулса е достатъчно висока и човешкото око не може да види мигането, поради своята инертност. Импулси с честота 100Hz изглеждат за нас като като непрекъсната светлина.

Многоцветни LED

В днешно време технологията осигурява възможност за употребата на LED в производството на плоски телевизори с пълен набор от цветове, LED дисплеи, смартфони и др. и всичко това благодарение на употребата на голям брой разноцветни LED. Повечето диоди произвеждат само един цвят, но многоцветните диоди все повече навлизат в бита. Те произвеждат богата гама от цветове, макар че всъщност, често това се постига с два или три светодиода събрани в един корпус.

двуцветен LED

Двуцветен LED

Двуцветните LED са два светодиодни чипа съединени в инверсен паралел в общо тяло. Диодите са поставени обърнати един спрямо друг.bicolour-led

Когато тече ток в едната посока свети червено, а когато токът тече в другата – зелено. Този двуцветен диод може да се използва при определяне на полярността на акумулатори или батерии, напр. при правилно свързване да свети зелено, а при неправилно – червено.