Power Supply: Definitie, Functies & Componenten

Wil je site maken? Vind Gratis WordPress Thema’s en plugins.

Definitie: Een voeding is een elektronische schakeling die is ontworpen om verschillende wisselspanningen en gelijkspanningen te leveren voor de werking van apparatuur.

De juiste werking van elektronische apparatuur vereist een aantal bronspanningen. Lage gelijkspanningen zijn nodig om IC’s en transistors te laten werken. Hoge spanningen zijn nodig om CRT’s en andere apparaten te laten werken. Batterijen kunnen al deze spanningen leveren.

De elektriciteit voor elektrische en elektronische apparaten wordt echter meestal geleverd door het plaatselijke elektriciteitsbedrijf. Deze stroom komt uit een stopcontact op 115 volt wisselstroom, met een frequentie van 60 Hertz. Voor sommige apparaten zijn andere spanningen nodig.

Functies van de voeding

Het complete voedingscircuit kan de volgende functies uitvoeren:

  1. Verhoogt de spanning of verlaagt de spanning, door transformatorwerking, tot de vereiste wisselspanning.
  2. Zorg voor een methode van spanningsdeling om aan de behoeften van de apparatuur te voldoen.
  3. Verander gelijkspanning in pulserende gelijkspanning door half- of volgolvige gelijkrichting.
  4. Filter pulserende gelijkspanning tot een zuivere gelijkspanning voor gebruik door apparatuur.
  5. Het uitgangsvermogen van de voeding regelen in verhouding tot de toegepaste belasting.

Voedingscomponenten

Een blokschema dat deze functies illustreert, is afgebeeld in figuur 1. Merk op dat bepaalde functies niet in elke voeding voorkomen. Zie figuur 2 voor een typische commerciële voedingcomponenten.

Figuur 1. Blokschema voor voedingscomponenten. De ingang is 117 volt wisselstroom. De processen die in een typische voeding worden gebruikt, zijn onder de blokken weergegeven. De uitgang van de voeding kan gelijkstroom of wisselstroom zijn. De uitgang van deze voeding is vijf volt dc.

Figuur 2. Geregelde gelijkstroomvoeding. (Knight Electronics)

Voedingstransformatoren Diodes

Het eerste apparaat in een stroomvoorziening is de transformator. Het doel ervan is de wisselspanning te verhogen of te verlagen tot waarden die nodig zijn voor radio, TV, computer of andere elektronische circuits.

De meeste transformatoren hebben geen elektrische verbinding tussen de secundaire en primaire wikkelingen. Zie figuur 3. Dit betekent dat de transformator de stroomkring die op de primaire is aangesloten, isoleert van de stroomkring die in de secundaire is aangesloten.

Isolatie is een term die betekent dat er geen elektrische verbindingen zijn tussen de primaire en secundaire op de transformator.

Figuur 3. Isolatie in een transformator.

Een scheidingstransformator is een transformator die specifiek tot doel heeft het primaire circuit te isoleren van het secundaire circuit.

Het gebruik van een scheidingstransformator is een veiligheidsvoorziening omdat het schokken in het secundaire helpt voorkomen. Ons lichaam of onze handen moeten over beide aders van de secundaire aansluitingen komen om een schok te krijgen.

De hierboven beschreven veiligheidsvoorwaarde geldt niet in de primaire met commerciële wisselstroom die door het elektriciteitsbedrijf wordt geleverd. Eén aansluiting is heet, wat betekent dat de aansluiting onder elektrische spanning staat. De andere is geaard, of neutraal. Als u op de grond staat en de hete aansluiting aanraakt, krijgt u een schok. Het aanraken van de aardaansluiting alleen zal niet resulteren in een schok.

De secundaire wikkelingen kunnen worden afgetakt om verschillende spanningen te leveren. Een aftakking halverwege tussen de twee uiteinden van een secundaire wikkeling wordt een middenaftakking genoemd.

Veel voedingen gebruiken een secundaire transformatorwikkeling met middenaftakking. De afgetapte spanningen, figuur 4, zijn 180 graden uit fase ten opzichte van de middenaftakking.

In bijna alle elektronische apparaten zijn diverse transformatoren te vinden. Je moet de basistheorie en het doel van de transformator begrijpen. Herlees hoofdstuk 12 indien nodig.

Een lesje in veiligheid

Transformatoren produceren hoge spanningen die zeer gevaarlijk kunnen zijn. Het juiste respect en uiterste voorzichtigheid moeten te allen tijde in acht worden genomen bij het werken met, of het meten van, hoge spanningen.

Figuur 4. Een midden aftaktransformator.

Half-Wave en Full-Wave Rectificatie

Nadat een spanning door de transformator van een voeding is gegaan, is de volgende stap de gelijkrichting.

Het proces waarbij een wisselspanning wordt veranderd in een pulserende gelijkspanning, wordt gelijkrichting genoemd.

Bij het omzetten van een ac-signaal in dc zijn er twee soorten gelijkrichting: halfgolvige gelijkrichting en volledige gelijkrichting.

Met de halfgolvige gelijkrichter gaat slechts de helft van het ingangssignaal door de gelijkrichter. Bij de volle-golfgelijkrichter wordt de hele ingangsgolf doorgelaten.

Halfgolvige gelijkrichting

In figuur 5 is de uitgang van een transformator verbonden met een diode en een belastingsweerstand die in serie staan. De ingangsspanning van de transformator verschijnt als een sinusgolf.

De polariteit van de golf keert om bij de frequentie van de aangelegde spanning. De uitgangsspanning van de secundaire transformator verschijnt ook als een sinusgolf. De grootte van de golf is afhankelijk van de omwentelingsverhouding van de transformator. De uitgang is 180 graden uit fase met de primaire.

De bovenkant van de transformator (punt A) is verbonden met de anode van de diode. Merk op dat de B-zijde van de transformator is verbonden met massa.

Tijdens de eerste halve cyclus is punt A positief. De diode geleidt, waardoor een spanningsval over weerstand R ontstaat gelijk aan IR. Tijdens de tweede halve cyclus is punt A negatief. De anode van de diode is ook negatief. Er vindt geen geleiding plaats, en er treedt geen IR-verval op over R.

Figuur 5. Basis schema diodegelijkrichter.

Een oscilloscoop aangesloten over R produceert de golfvorm die rechts in figuur 6 is afgebeeld. De uitgang van deze schakeling bestaat uit stroompulsen die slechts in één richting lopen en met dezelfde frequentie als de ingangsspanning. De uitgang is een pulserende gelijkstroom.

Figuur 6. Ingangs- en uitgangsgolfvormen van een diodegelijkrichter.

Slechts de ene helft van de AC-ingangsgolf wordt gebruikt om de uitgangsspanning te produceren. Dit type gelijkrichter wordt een halve-golfgelijkrichter genoemd.

Kijk naar de polariteit van de uitgangsspanning in figuur 6. Eén uiteinde van de weerstand R is verbonden met massa. De stroom loopt van de massa naar de kathode. Deze verbinding maakt het uiteinde van R dat met de kathode is verbonden positief, zoals te zien is in figuur 5.

Een negatieve gelijkrichter kan worden gemaakt door de diode in de schakeling om te keren, figuur 7. De diode geleidt als de kathode negatief wordt waardoor de anode positief wordt.

De stroom door R zou van de anode naar de massa lopen waardoor het anode-uiteinde van R negatief wordt en het massa-uiteinde van R positiever.

Voltages genomen over R, de uitgang, zou negatief zijn ten opzichte van de massa. Deze schakeling wordt een geïnverteerde diode genoemd. Hij wordt gebruikt wanneer een negatieve voedingsspanning vereist is.

Figuur 7. Een geïnverteerde diode produceert een negatieve spanning.

Het is mogelijk een voeding te hebben die een halfgolvige gelijkrichting geeft zonder gebruik te maken van een transformator. Deze schakeling is niet geïsoleerd. Er is geen op- of afstap van stroomspanningen. Deze schakeling is een eenvoudiger, goedkoper ontwerp, en omdat er geen transformator is, kan hij in kleinere ruimten worden gebruikt, figuur 8.

Figuur 8. Halfgolvige gelijkrichting zonder transformator.

Volgolvige gelijkrichting

De pulserende gelijkspanningsuitgang van een halfgolvige gelijkrichter kan worden gefilterd tot een zuivere gelijkspanning. De halfgolfgelijkrichter gebruikt echter slechts één helft van de ingangswisselspanning.

Een betere filterwerking kan worden verkregen door twee diodes te gebruiken. Met deze opstelling kunnen beide halve cycli van de ingangsgolf worden gebruikt.

Beide halve cycli aan de uitgang hebben dezelfde polariteit in deze volledige-golfgelijkrichter. Figuur 9 volgt de eerste halve cyclus. Figuur 10 volgt de tweede halve cyclus.

Figuur 9. Pijlen tonen de stroom in de volledige-golfgelijkrichter tijdens de eerste halve cyclus.

Figuur 10. De stroomrichting tijdens de tweede halve cyclus.

Om deze volledige gelijkrichting te produceren, wordt op de secundaire wikkeling een middenaftakking gemaakt. Deze aftakking is verbonden met de aarde.

In figuur 9 is punt A positief en diode anode D1 is positief. De elektronenstroom wordt aangegeven door de pijlen. Tijdens de tweede helft van de ingangscyclus is punt B positief en is diode-anode D2 positief, en loopt er stroom zoals weergegeven in figuur 10.

Hoewel de diode ook geleidt, de stroom door belastingsweerstand R is altijd in dezelfde richting. Zowel positieve als negatieve halve cycli van de ingangsspanning veroorzaken de stroom door R in dezelfde richting.

De uitgangsspanning van deze volledige golfgelijkrichter wordt genomen van over R. Deze bestaat uit gelijkstroompulsen met tweemaal de frequentie van de ingangsspanning, figuur 11. Om deze volle-golf gelijkrichting in deze schakeling te produceren, werd de secundaire spanning door de middenaftakking gehalveerd.

Figuur 11. De golfvormen van ingang en uitgang van een volledige-golfgelijkrichter.

De in de figuren 9 en 10 gebruikte dioden, D1 en D2, zijn zowel afzonderlijk als paarsgewijs verpakt. Figuur 12 toont een pakket met twee gelijkrichters. De middelste draad wordt gebruikt als verbinding voor de kathoden. De kathoden zijn aan elkaar bedraad.

Figuur 12. Dubbele diodes met een middenaftakking.

Bruggelijkrichters

Het is niet altijd nodig om een middenaftaktransformator te gebruiken voor volledige golfgelijkrichting. De volledige secundaire spanning kan worden gelijkgericht door vier diodes te gebruiken in een circuit dat bruggelijkrichter wordt genoemd, figuur 13 en 14. Er worden twee schakelingen getoond, zodat de stroom in elke halve cyclus kan worden waargenomen.

Figuur 13. Stroom in bruggelijkrichter tijdens de eerste halve cyclus.

Figuur 14. Stroom in bruggelijkrichter tijdens de tweede halve cyclus.

In figuur 13 is punt A van de secundaire transformator positief. De stroom loopt in de richting van de pijlen. Als punt B positief is, loopt er stroom zoals in figuur 14.

Ook hier valt op dat de stroom door R altijd in één richting loopt. Beide helften van de ingangsspanning worden gelijkgericht en de volledige spanning van de transformator wordt gebruikt.

Bruggelijkrichters kunnen worden gebruikt in schakelingen zonder transformatoren. Zonder transformatoren wordt de spanning of stroom niet op- of afgevoerd. Er zal geen isolatie zijn. Deze schakelingen worden ook wel lijnbediende brugschakelingen genoemd, figuur 15.

Voorzichtigheid

Het rechtstreeks aansluiten van een oscilloscoop op een lijnbediende bruggelijkrichter zal resulteren in een dode aarde wanneer de oscilloscoopmassa wordt verbonden met de lijnspanningsbrug. Een scheidingstransformator met een 1 op 1 verhouding moet worden gebruikt om te voorkomen dat de massakabel van de scoop met de hete geleider wordt verbonden.

Figuur 15. Lijngeschakelde bruggelijkrichterschakeling.

De uitgang van de half- of de volle-golfgelijkrichter is een pulserende spanning. Voordat deze in andere circuits kan worden toegepast, moeten de pulsaties worden verminderd. Er is een stabielere gelijkstroom nodig. Deze kan worden verkregen met behulp van een filternetwerk.

In figuur 16 geeft de lijn, Eavg, de gemiddelde spanning van de pulserende gelijkstroomgolf aan. Deze is gelijk aan 0,637 × de piekspanning. Het gearceerde deel van de golf boven de gemiddelde lijn is in oppervlakte gelijk aan het gearceerde deel onder de lijn.

De beweging boven en onder de gemiddelde spanning wordt de ac rimpeling genoemd. Het is deze rimpel die moet worden gefilterd.

Het percentage rimpel ten opzichte van de uitgangsspanning moet klein gehouden worden. Het rimpelpercentage kan worden gevonden met de formule:

Figuur 16. Gemiddelde waarde van de uitgang van de gelijkrichter.

Capacitorfilters

Een condensator die over de uitgang van de gelijkrichter is geschakeld, zorgt voor enige filterwerking, figuur 17. De condensator is in staat elektronen op te slaan.

Wanneer de diode of gelijkrichter in geleiding is, laadt de condensator zich snel op tot bijna de piekspanning van de golf. Hij wordt alleen begrensd door de weerstand van de gelijkrichter en de reactantie van de transformatorwikkelingen.

Tussen de pulsaties in de golf door daalt de spanning van de gelijkrichter. De condensator ontlaadt zich dan via de weerstand van de belasting.

De condensator is in feite een opslagkamer voor elektronen. Hij slaat elektronen op bij piekspanning en levert vervolgens elektronen aan de belasting wanneer de gelijkrichteruitgang laag is. Zie figuur 18.

Figuur 17. Filterende werking van een condensator.

Figuur 18.

De condensatoren die voor dit doel worden gebruikt zijn van het elektrolytische type omdat in een beperkte ruimte grote capaciteiten nodig zijn. Gangbare waarden voor de condensatoren variëren van 4 tot 2000 microfarads. De werkspanningen van de condensatoren moeten groter zijn dan de piekspanning van de gelijkrichter.

LC Filters

De filterwerking kan worden verbeterd door een smoorspoel in serie met de belasting toe te voegen. Deze LC-filterkring is afgebeeld in figuur 19. De filtersmoorspoel bestaat uit vele windingen draad gewikkeld op een gelamineerde ijzeren kern.

Figuur 19. Verdere filtering wordt verkregen door de smoorspoel in serie met de belasting.

Herinner u dat inductantie die eigenschap van een stroomkring was die een verandering in stroom weerstond. Een toename van de stroom induceerde een tegen-emf die de toename tegenwerkte. Een afname van de stroom veroorzaakte een tegen-emf die de afname tegenwerkte. Het resultaat is dat de smoorspoel zich voortdurend verzet tegen elke stroomverandering. Toch biedt hij zeer weinig weerstand tegen een gelijkstroom.

Smoorspoelen die in radio’s worden gebruikt, hebben waarden van 8 tot 30 henrys. De stroomsterkte varieert van 50 tot 200 milliampère.

Grote smoorspoelen kunnen worden gebruikt in zenders en andere elektronische apparaten. De filterwerking als gevolg van de filtersmoorspoel wordt getoond in figuur 20.

Figuur 20. Golfvormen tonen de filterwerking van de condensator en smoorspoel samen.

Een tweede condensator kan worden gebruikt in het filtergedeelte na de smoorspoel, om meer filterwerking te verkrijgen. Zie figuur 21. De werking van deze condensator is vergelijkbaar met die van de eerste condensator. De configuratie van de schakeling verschijnt als de Griekse letter π. Het filter wordt een pi (π) sectie filter genoemd.

Figuur 21. Pi (π) sectie filter.

Wanneer de eerste filterende component een condensator is, wordt de schakeling een condensator-ingangsfilter genoemd. Als de smoorspoel het eerste filterelement is, wordt de schakeling een smoorspoel-ingangsfilter genoemd (figuur 22). Het smoorspoel-ingangsfilter ziet eruit als een omgekeerde L, en wordt daarom ook wel een L-sectie filter genoemd. Meerdere van deze filtersecties kunnen in serie worden gebruikt voor extra filtering.

Figuur 22. Choke-ingang L-filter

In het condensatoringangsfilter laadt de condensator zich op tot de piekspanning van de gelijkgerichte golf. Bij de smoorspoelingang wordt de laadstroom voor de condensator begrensd door de smoorspoel. De condensator laadt zich niet op tot de piekspanning. Als gevolg hiervan is de uitgangsspanning van de voeding met het condensator-ingangsfilter hoger dan met het smoorspoel-ingangsfilter.

Heeft u apk voor android gevonden? U kunt nieuwe gratis Android Games en apps.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *