Zasilacze – jak dobierać?

Dosyć oczywistym wnioskiem jest to, że nie każdym sposobem da się zasilić każde urządzenie. Jeśli coś wymaga zasilania dużą mocą, to trudno będzie dostarczyć mu w sposób ciągły potrzebną energię z baterii lub podobnego źródła energii. Gdy jednak mamy do zasilenia niewielkie, energooszczędne urządzenie, warto zastanowić się nad wykorzystaniem tych źródeł do ich zasilania.

Spróbujmy wyszczególnić cechy poszczególnych rozwiązań, będzie to przydatne podczas późniejszego dobierania pod konkretne projekty urządzeń.

Zasilanie wprost z sieci energetycznej

Tutaj mamy dosyć ograniczone pole zastosowań – w sieci płynie prąd przemienny, który bezpośrednio nadaje się do zasilania głównie prostych urządzeń elektrycznych np. silników i żarówek, a nie układów elektronicznych, które wymagają znacznie mniejszych napięć, a przede wszystkim prądu stałego.

Wyjątkiem mogą być stare urządzenia lampowe, w których potrzebne było napięcie zasilania podobne do sieciowego. W niektórych modelach dla oszczędności nie montowano transformatora – prąd z sieci był jedynie prostowany i filtrowany. Musze zaznaczyć, że nie było to zbyt bezpieczne rozwiązanie – w razie awarii mogło dojść do porażenia pełnym prądem sieci energetycznej, której wydajność jest jak wiemy ogromna. Problem ten można było w prosty sposób rozwiązać, stosując transformator – nawet separacyjny o przekładni napięciowej równej 1 (nie zwiększa, ani nie zmniejsza napięcia po stronie wtórnej).

Zasilanie z użyciem transformatora

Taki sposób zasilania był i dalej jest często stosowany. Transformatory są znane i wykorzystywane praktycznie od czasu, kiedy elektryczność jeszcze raczkowała. Jak pisałem wcześniej w artykule o przesyłaniu energii elektrycznej, to dzięki transformatorom jest możliwe unikanie gigantycznych strat energii podczas jej przesyłania.

Zbudowanie zasilacza transformatorowego jest proste – wystarczy sam transformator, mostek prostowniczy zbudowany z czterech diod i kondensator filtrujący (więcej o tym napiszę w następnej części z tej serii). Mimo tego, zasilacze transformatorowe posiadają dosyć dobre parametry, pozwalające na ich używanie w większości urządzeń.

Z powodu prostej budowy, rozwiązanie to jest bardzo popularne wśród hobbystów, ale w fabrycznych urządzeniach coraz częściej stosuje się…

Zasilacze impulsowe

W zasilaczach impulsowych transformatory praktycznie nie występują, jeśli już to służą do dostarczania energii układom sterującym. Za to można często spotkać inne elementy indukcyjne – cewki.

Zasilacze impulsowe są dużo bardziej skomplikowane niż transformatorowe, ale i też dzięki dobrym układom sterującym mogą zapewniać bardzo dobre parametry. Napięcie wyjściowe jest stabilne i w dużym stopniu niezależne od pobieranego prądu, czego nie można powiedzieć o zwykłych zasilaczach. Można oczywiście poprawić ich działanie z pomocą stabilizatorów, ale zasilacze impulsowe mają to najczęściej  niejako w standardzie.

Niewątpliwą zaletą zasilaczy impulsowych jest ich mały rozmiar i waga oraz niższe koszty materiałów potrzebnych do produkcji – zużywana jest znacznie mniejsza ilość cennych metali. To dlatego są bardzo często stosowane w nowych, fabrycznych urządzeniach – na przykład twój komputer jest najprawdopodobniej zasilany przez zasilacz impulsowy o kilku napięciach wyjściowych i sporej wydajności.

Zasilaczy impulsowych nie warto stosować w precyzyjnych urządzeniach pomiarowych i układach pierwszych stopni wzmacniaczy audio. Mogą one generować zakłócenia o częstotliwości odpowiadającej tempu “pompowania” ładunków elektrycznych przez zasilacz. Zakłócenia te mogą się odbić na kształcie sygnału o niewielkiej amplitudzie i przez to znacznie wpłynąć na jej końcowy kształt.

Może spotkałeś(-aś) się kiedyś z piszczącą ładowarką do telefonu – prawie na pewno pracował tam zasilacz impulsowy. Piszczał z powodu pracy z częstotliwością słyszaną przez człowieka. Któryś z elementów najwyraźniej zadziałał jak głośnik, poruszając się minimalnie w takt sygnału.

Zasilanie akumulatorowe i bateryjne

Zasilanie z akumulatora lub baterii jest bardzo proste – wystarczy podpiąć i gotowe. Nie trzeba prostowników, nie trzeba sterowników, można dodać jedynie kondensator dla zaspokojenia chwilowych skoków poboru mocy.

Zaletą baterii i akumulatorów jest ich przenośność – nie ma żadnych kabli zasilających. Niestety, jest też druga strona medalu – tego typu źródła energii trzeba ładować lub wymieniać. Im większe zużycie energii przez urządzenie, tym częściej trzeba to robić. Dlatego ten sposób zasilania sprawdza się głównie w urządzeniach o niewielkim zapotrzebowaniu na prąd elektryczny.

Długość pracy można zwiększyć poprzez zastosowanie zasilacza impulsowego, który będzie rozładowywał baterie znacznie bardziej efektywnie i pozwoli wycisnąć z nich jeszcze więcej i dając na wyjściu cały czas odpowiednie napięcie – nawet gdy bateria zeszła już do znacznie niższego poziomu. W podobny sposób działa kilka połączonych ze sobą elementów w latarce diodowej zasilanej jedną baterią typu paluszek.

Zasilanie z niekonwencjonalnych źródeł

Swoje urządzenia można też próbować zasilać z pomocą ostatnio modnych, ekologicznych źródeł energii. łatwo jest skorzystać z energii niesionej przez promienie słoneczne – wystarczy do tego bateria słoneczna. Wiejący wiatr czy płynąca woda mogą wprawiać w ruch prądnicę i tym samym wytwarzać potrzebną energię elektryczną.

Niestety, są to zawodne i kłopotliwe sposoby. Słońce musi mocno świecić, wiatr wiać, woda płynąć. Jeśli przestaną, zabraknie energii i urządzenie przestanie pracować. Problem można rozwiązać na kilka sposobów. Zasilanie niekonwencjonalne może być tylko pomocnicze – jeśli go zabraknie, nic złego się nie stanie. Ekologiczne źródło zasilania może w czasie pracy ładować akumulator, który będzie dostarczał energii w czasie, kiedy źródło energii będzie pracować niewydajnie.

Trzeba przyznać, że tego typu źródła energii są duża szansą na przyszłość – ogniwa słoneczne są coraz bardziej wydajne, a układy elektroniczne dzięki miniaturyzacji potrzebują do działania coraz mniejszych ilości energii. Kiedyś może się okazać, że do zasilania telefonu wystarczy sama jego obudowa pokryta materiałem, wytwarzającym energię ze światła.

Kilka słów na koniec

Po przeczytaniu tego wszystkiego pewnie bardziej orientujesz się w sposobach zasilania i potrafisz wybrać coś dla swojego projektu. Jeśli chcesz poznać więcej szczegółów i przykładowych rozwiązań konstrukcyjnych, zaglądaj do wortalu raz na jakiś czas – będą następne artykuły z tej serii. Zapisz się na powiadomienia email o nowych artykułach lub skorzystaj z kanału RSS (obie opcje na górze strony po prawej). Wpadnij też czasem na forum i zapytaj o coś jeśli masz wątpliwości.