Zasilacz to serce każdego urządzenia elektrycznego lub elektronicznego, niezbędne do jego prawidłowego działania. Jego rolą jest przekształcenie pochodzącego z sieci elektrycznej prądu zmiennego (AC) w wykorzystywany przez urządzenia przemysłowe oraz sprzęty RTV, AGD i inne prąd stały (DC). W przeważającej większości przypadków wykorzystuje się do tego zasilacze impulsowe – ich specyfikę i zasady działania omawia poniższy tekst.
Dlaczego potrzebujemy zasilaczy?
Teoretycznie można sobie wyobrazić zasilanie urządzeń elektrycznych i domowej elektroniki prądem stałym przesyłanym bezpośrednio przez sieć energetyczną. W praktyce jednak okazuje się to niemożliwe, gdyż przy obecnych technologiach straty mocy przy transporcie na duże odległości byłyby olbrzymie, zaś przewody przesyłowe musiałyby mieć ogromne średnice. Dlatego właśnie w energetyce powszechnie wykorzystuje się transformatory – podwyższające napięcie na liniach przesyłowych do 220 kV lub 400 kV. Przesyłany prąd trafia do stacji transformatorowo-rozdzielczych obniżających jego parametry do potrzeb odbiorców, do których transportowany jest za pośrednictwem linii dystrybucyjnych. Aby jednak dostępny w gniazdku prąd o napięciu 230 V mógł zostać wykorzystany do zasilania urządzeń elektrycznych niezbędne jest jego transformacja do prądu stałego o odpowiednim napięciu i natężeniu. Do tego właśnie służą zasilacze, które są niezbędnym elementem każdego urządzenie elektrycznego i elektronicznego. Ich podstawowy podział to zasilacze liniowe (transformatorowe) oraz znacznie nowocześniejsze i wydajniejsze zasilacze impulsowe.
Zasilacz liniowy a impulsowy
Tradycyjne zasilacze liniowe (transformatorowe) zbudowane są z trzech zasadniczych podzespołów: transformatora, układu prostująco-filtrującego oraz stabilizatora napięcia. Ich podstawową zaletą jest prosta konstrukcja oraz mały poziom zakłóceń, mają one jednak również istotne wady. Zasilacz liniowy działa w sposób ciągły (liniowy), co wiąże się z wydzielaniem dużych ilości ciepła – tym większych, im większy jest spadek napięcia na nim, czyli różnica pomiędzy napięciem wyjściowym a wyjściowym zasilacza. Pozostałe wady to duże rozmiary oraz niska sprawność konwersji mocy (ok. 50%). Rozwiązaniem problemów związanych z użytkowaniem zasilaczy transformatorowych okazało się wprowadzenie zasilaczy impulsowych, działających w oparciu o przetwornicę napięcia.
Nowoczesne zasilacze impulsowe prawie całkowicie wyparły z codziennych zastosowań zasilacze liniowe. Swoją popularność zawdzięczają takim cechom jak: niewielkie gabaryty i masa, wysoka sprawność (sięgająca 90%) i małe straty cieplne - nawet przy dużych różnicach napięcia wejściowego i wyjściowego. Nie mają również charakterystycznych dla swoich poprzedników ograniczeń napięcia wyjściowego, które w stabilizatorach liniowych zawsze musi być niższe od napięcia wejściowego. W przypadku zasilaczy impulsowych napięcie wyjściowe można zarówno obniżyć (układy typu step-down), podwyższyć (układy step-down), jak i zmienić jego znak z „+” na „-” (flyback generator). Za ich wadę można uznać większe skomplikowanie konstrukcji oraz wyższy poziom generowanych zakłóceń – jednak w praktyce nie jest to poważny problem.
Zasilacz impulsowy – jak działa?
Schemat działania zasilacza impulsowego przedstawia się w uproszczeniu następująco. Napięcie przemienne z sieci energetycznej (230V) jest prostowane w prostowniku (zwykle w układzie Graetza – zbudowanego z czterech diod prostowniczych) a następnie filtrowane przez dławik i kondensatory, co zapobiega przedostawaniu się zakłóceń elektromagnetycznych do sieci. Wyprostowane w ten sposób napięcie zostaje przetworzone na przebieg zmienny o odpowiedniej częstotliwości i zmiennym współczynniku wypełnienia. Wytworzony przebieg jest następnie filtrowany, w efekcie czego otrzymujemy stałe napięcie, którego wartość zależy od współczynnika wypełnienia impulsów. Układ sprzężenia zwrotnego steruje układem PWM (Pulse Width Modulation) tak, aby przy zmieniającym się obciążeniu lub zmianach napięcia w sieci utrzymywać stałą wartość napięcia wyjściowego.
Jak wybrać zasilacz impulsowy?
Podstawowym parametrem, jaki należy zwrócić uwagę dobierając zasilacz impulsowy do konkretnego urządzenia, powinna być jego moc wyrażona w watach (W), określająca jaką ilość energii jest on w stanie dostarczyć zapewnić zasilanym podzespołom. Pamiętać trzeba też, że wartość dostarczonej energii przez zasilacz energii zawsze będzie mniejsza od ilości prądu pobranego z sieci elektrycznej, co wynika ze strat energii. Warto więc wybrać zasilacz impulsowy o jak największej sprawności i pewnym zapasie mocy. Zbyt słaby zasilacz może obniżyć sprawność całego systemu, natomiast nie będzie problemem zasilacz zbyt mocny – i tak pobierze on z sieci tylko tyle energii, jaka będzie w danej chwili potrzebna.
Oferta firmy Polimet obejmuje duży wybór zasilaczy impulsowych renomowanych firm Schneider Electric, ABB, Breve-Tufvassons, Weidmuller czy Relpol. Są to zarówno modele typowo przemysłowe, jak i do zasilania urządzeń domowych czy automatyki budynkowej – odporne na trudne warunki atmosferyczne, wyposażone w zabezpieczenia nadnapięciowe i przeciwprzeciążeniowe.
