Czym różni się zasilacz impulsowy od zwykłego?

Większość urządzeń elektronicznych wymaga zasilania prądem stałym o ustabilizowanym, określonym dla danego odbiornika napięciu. Służą do tego zasilacze, zwane również prostownikami. Ze względu na sposób działania dzielimy je na zasilacze liniowe (transformatorowe) oraz impulsowe. Jakie są między nimi różnice?

Niezależnie od typu zasilacza, jego najważniejsze funkcje to przekształcenie zmiennego prądu sieciowego o napięciu 230 V (AC) w prąd stały (DC), kontrola i dopasowanie poziomu napięcia do wymogów danego urządzenia, a także filtrowanie powstających szumów i zakłóceń. Konstrukcja nowoczesnych prostowników umożliwia też odseparowanie napięcia wejściowego od wyjściowego oraz zapewnienie określonego poziomu ochrony przeciwprzepięciowej.

Szeroką gamę zasilaczy transformatorowych i impulsowych do zróżnicowanych zastosowań oferuje hurtownia oraz sklep internetowy Polimet.

Zasilacz transformatorowy (liniowy)

Historycznie najstarsza i stosunkowo prosta konstrukcja, wciąż jednak znajdująca zastosowanie do zasilania specjalistycznych odbiorników, wrażliwych na szumy i zakłócenia. Działanie zasilacza liniowego opiera się na 2-cewkowym transformatorze, który obniża napięcie wejściowego prądu przemiennego (AC) do pożądanej wartości. Zostaje ono następnie przekształcone na prąd stały (DC) za pomocą układu prostowniczego z czterema diodami w układzie Graetza. Ostatnim krokiem jest filtracja, usuwająca ewentualne składniki pulsacyjne lub szumy z napięcia stałego za pomocą zestawu kondensatorów elektrolitycznych o dużej pojemności. Zasilacze liniowe zazwyczaj posiadają układy stabilizujące, utrzymujące stałe napięcie wyjściowe, niezależnie od wahań napięcia wejściowego lub obciążenia. W bardziej zaawansowanych modelach znajdziemy dodatkowo zabezpieczenia przeciążeniowe, przeciwzwarciowe czy przeciwprzepięciowe, których zadaniem jest ochrona podłączonych urządzeń elektronicznych przed zniszczeniem.

Główne zalety zasilacza liniowego to nieskomplikowana budowa, niski poziom zakłóceń i wahań napięcia na wyjściu oraz odporność na zwarcia i wysoka bezawaryjność. Do wad należy zaliczyć stosunkowo niewielką sprawność (<60%), wydzielanie dużych ilości ciepła, znaczną masę, jak również brak możliwości pracy z prądem o dużym natężeniu.

Zasilacz impulsowy

Zasada działania zasilacza impulsowego obejmuje cykliczne przełączanie z dużą częstotliwością (od 10 kHz do kilkuset kHz) elementów elektronicznych, takich jak kondensatory i tranzystory MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) lub IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Procedura przełączania pomiędzy stanami wysokiego i niskiego napięcia zachodzi na zasadzie sprzężenia zwrotnego pod kontrolą układu sterowania. Stałymi elementami urządzenia są również filtry wejściowe i wyjściowe oraz wygładzający napięcie diodowy mostek prostowniczy,

Zasilacz impulsowy charakteryzuje się wysoką sprawnością na poziomie 75-95% i znacznie mniejszymi rozmiarami w porównaniu do zasilaczy transformatorowych. Urządzenie tego typu są powszechnie stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych ze względu na swoją wysoką efektywność, mniejsze rozmiary, stabilność i lepszą zdolność adaptacji do zmieniającego się obciążenia. Dość skomplikowana konstrukcja przekłada się jednak na wyższą cenę. Przeszkadzać może także stosunkowo głośna praca i duży poziom emisji szumów wyjściowych.

Podsumowanie – zasilacz transformatorowy a impulsowy

Nowoczesne zasilacze impulsowe zostały opracowane jako odpowiedź na „niedostatki” tradycyjnych zasilaczy transformatorowych. Ich atuty uwidaczniają się się w następujących aspektach:

• Efektywność – większa sprawność zasilacza impulsowego to mniejsza straty energii w postaci emisji ciepła. W dłużej perspektywie czasowej przekłada się jednak na niższe koszty eksploatacji, które zrekompensują wyższą cenę zakupu. Różnice w porównaniu do modeli transformatorowych uwidaczniają się zwłaszcza przy dużych różnicach napięć wejścia i wyjścia.
• Rozmiary i masa – zasilacz impulsowy jest nawet kilkukrotnie mniejszy i lżejszy od swojego transformatorowego odpowiednika o podobnych parametrach. Ma to znaczenie zwłaszcza w zastosowaniach, w których gabaryty i masa są istotne.
• Zakres zastosowań - zasilacz impulsowy lepiej sprawdzi się tam gdzie konieczna jest wysoka efektywność w połączeniu z minimalnymi gabarytami. Stąd właśnie bierze się dominacja tego rozwiązania we wszelkiego typu domowej i przenośnej elektronice, zasilaczach komputerowych, ładowarkach, itp. Zasilacz liniowy zyskuje przewagę w sytuacjach, gdy ważniejsza od wydajności i gabarytów jest czystość sygnału, np. centrale alarmowe, wysokiej klasy sprzęt audio hi-fi, urządzenia pomiarowe i laboratoryjne.
• Koszty zakupu - produkcja zasilaczy impulsowych jest droższa z uwagi na ich bardziej skomplikowaną konstrukcję i zaawansowanie technologiczne. Tańsza jest jednak ich długoterminowa eksploatacja w porównaniu do zasilaczy liniowych, które z uwagi na swoją specyfikę generują duże straty energii elektrycznej.

Zasilacze impulsowe zdominowały współczesny rynek tego typu urządzeń, wciąż jednak istnieją specyficzne typy odbiorników, do zasilania których lepiej sprawdzą się prostowniki transformatorowe. Dobór konkretnego rozwiązania to wypadkowa wymagań i warunków użytkowania, uwzględniająca priorytet efektywności, rozmiarów i kosztów. Więcej merytorycznych artykułów w Polimet tutaj.

Artykuł zewnętrzny