22 831 25 21  22 831 42 56  merserwis@merserwis.pl

Zasilacze laboratoryjne cz. 1 - Wprowadzenie

Zasilacz laboratoryjny jest to niezbędny element w warsztacie każdego elektronika i serwisanta. Bez zasilacza warsztat jest niekompletny. Można wręcz stwierdzić, że zasilacz, lutownica i oscyloskop, to trzy filary niezbędne do pracy w laboratorium elektronicznym. Za pomocą zasilaczy możliwe jest dostarczenie energii elektrycznej o określonych parametrach (napięcie, prąd) do testowanego urządzenia. Dzięki temu użytkownik jest w stanie zasilić i przetestować urządzenie i/lub jego podzespoły. Dodatkowo zasilacz stanowi pewnego rodzaju bufor bezpieczeństwa przez uszkodzeniem badanego elementu. Warunek jaki musi być spełniony to jakość. Zasilacz, aby zapewniał stałość parametrów energii elektrycznej oraz bezpieczeństwo musi być dobrej jakości. Wszechobecne zasilacze produkcji chińskiej, bardzo często nie dają takiej gwarancji. Niniejszy artykuł ma na celu wytłumaczenie pewnych charakterystycznych pojęć oraz pomoc w wyborze zasilacza laboratoryjnego. W kolejnej części publikacji przedstawimy nasze propozycje, które powinny spełnić oczekiwania nawet najbardziej wymagającego użytkownika.


Zasilacz laboratoryjny – z czym to się je?



Podstawowym zadaniem zasilacza laboratoryjnego jest przetworzenie prądu i napięcia zmiennego na prąd i napięcie stałe, co jak już zostało wspomniane wcześniej, służy do dostarczenia energii elektrycznej o ściśle zdefiniowanych parametrach do badanego urządzenia, podzespołu. Dzięki temu możliwe jest testowanie produktu pod kątem jego zachowania i bezpieczeństwa przy zasilaniu o parametrach znamionowych oraz badanie jak urządzenie zachowa się przy zasilaniu o parametrach odbiegających od tych, na które było projektowane. Zadania zasilacza można przedstawić następująco:

Przetworzenie energii prądu zmiennego, na energię prądu stałego, w skład którego wchodzi:
  • Prostowanie
  • Zmiana wartości napięcia
  • Filtrowanie, czyli wygładzenie tętnień i szumów
  • Regulacja i utrzymanie stałej wartości napięcia wyjściowego
Zapewnienie bezpieczeństwa:
  • Rozdzielenie wyjścia od napięcia zasilania na wejściu (izolacja)
  • Ochrona przeciwprzepięciowa (OVP – Over Voltage Protection) – zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem na kanałach wyjściowych
  • Ochrona przeciwprzeciążeniowa (OCP – Over Current Protection) – zabezpieczenie przed zbyt wysokim poborem prądu na kanałach wyjściowych; ochrona stabilizatora
  • Ochrona przed spadkiem napięcia (UVP – Under Voltage Protection) – zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem na kanałach wyjściowych
  • Ochrona przed przegrzaniem (OTP – Over Temperature Protection)
  • Ochrona przed sumarycznym przeciążeniem zasilacza, bez podziału na kanały (OLP lub OPP – Over Load/Power Protection)
  • Zabezpieczenie przeciwzwarciowe (SCP – Short Circuit Protection) – uruchamia się w momencie wystąpienia zwarcia w obwodach wewnętrznych zasilacza
  • Zabezpieczenie przed zbyt niskim napięciem wejściowym (IOVP – Input Over Voltage Protection)
  • Zabezpieczenie przed zbyt wysokim napięciem wejściowym (IUVP – Input Under Voltage Protection)


Podział zasilaczy i ich funkcje



Każda osoba zakupująca zasilacz ma indywidualne potrzeby i oczekiwania względem tego urządzenia. Dlatego wiele firm posiada nawet kilkadziesiąt serii, a w sumie kilkaset modeli zasilaczy. Najważniejszymi parametrami doboru zasilacza są nie tylko prąd i napięcie, ale także parametry takie jak szumy i tętnienia, dokładność nastawy, stabilność temperaturowa parametrów, rodzaj wyświetlacza czy rezystancja wewnętrzna. Dodatkowo bardzo ważnym czynnikiem decydującym o zakupie są rodzaje zabezpieczeń w jakie wyposażone są zasilacze: Przeciwprzepięciowe, przeciwprzeciążeniowe, przed nadmiernym wzrostem temperatury, przed nadmierną mocą, przed nadmiernym spadkiem napięcia i wiele innych. Wraz z rozwojem techniki i nauki, zasilacze również nabywają nowe cechy i funkcje. W tej chwili można wyodrębnić kilka podziałów

Ze względu na ilość kanałów

  • Jednokanałowe
  • Wielokanałowe
Ze względu na przetwarzanie
energii AC na energię DC
  • Liniowe
  • Impulsowe
Ze względu na możliwości programowania
  • Programowalne
  • Nieprogramowalne

Cechy te można łączyć w dowolne konfiguracje zgodnie z poniższym schematem:


Podział zasilaczy ze względu na liczbę kanałów



Podział ze względu na liczbę kanałów jest podstawowym podziałem zasilaczy i mówi nam tylko o liczbie wyjść dostępnych dla użytkownika. Najbardziej popularne są zasilacze jedno- i dwukanałowe, jednakże zasilacze trzy- i czterokanałowe również stanowią znaczny procent rynku. Bardzo ważnym elementem przy tym podziale jest wydajność prądowa i napięciowa każdego kanału. Często jest tak, że jeden kanał ma wydajność dużo większą niż drugi kanał. Dodatkowo cechą istotną w tym wypadku jest moc urządzenia. Jeśli na przykład zasilacz ma dwa kanały o identycznej wydajności 30V/5A, ale moc 200W, oznacza to, że podczas pełnego obciążenia jednego kanału (150W), drugi będzie można obciążyć tylko częściowo (50W). 


Podział zasilaczy ze względu na topologię przetwarzania energii



Podział ze względu na sposób przetwarzania energii prądu przemiennego na energię prądu stałego wymaga już dokładniejszego zgłębienia budowy zasilacza. Zasilacz liniowy, zwany także transformatorowym jest konstrukcją stosunkowo prostą w swojej idei. Wbudowany transformator obniża napięcie sieciowe prądu przemiennego, następnie napięcie jest prostowane, najczęściej za pomocą mostka Graetza. Kolejnym etapem jest filtrowanie i wygładzanie napięcia. Następnie stosowana jest grupa szeregowych tranzystorów które regulują napięcie wyjścia do wartości zadanej (w ogromnym uproszczeniu działają jak potencjometr).

Komparator/Wzmacniacz błędu porównuje napięcie wyjściowe z napięciem odniesienia doregulowując w razie potrzeby napięcie wyjściowe. Na samym końcu stosuje się kolejny kondensator filtrujący, który ogranicza szumy i tętnienia oraz zmniejsza impedancję wyjścia. Schemat blokowy zasilacza liniowego jest następujący:


Zasilacz impulsowy jest konstrukcją bardziej złożoną. Napięcie sieciowe jest prostowane (najczęściej za pomocą mostka Graetza), a następnie filtrowane poprzez kondensatory. Wyprostowane napięcie dociera do sekcji kluczującej zbudowanej na bazie tranzystorów. Kluczowanie tranzystorów (przełączanie między stanem przewodzenia i zatkania) następuje dzięki modulacji zmienną szerokością impulsu – PWM. Na wyjściu sekcji kluczującej pojawia się sygnał prostokątny, który trafia do transformatora. Dzięki częstotliwości przełączeń o wiele większej niż częstotliwość sieci, transformator jest dużo mniejszy niż w przypadku zasilaczy liniowych. Napięcie z uzwojenia wtórnego transformatora trafia do kolejnej sekcji prostującej, a następnie do sekcji filtrującej zbudowanej w oparciu o cewki i kondensatory dużej pojemności. Stamtąd wygładzone napięcie jest podawane bezpośrednio na kanały wyjściowe.

Schemat blokowy zasilacza impulsowego:

Każda z topologii ma swoje zalety i wady. Poniżej postaramy się przedstawić najważniejsze z nich.


Zasilacz liniowy

Zalety:
  • Stosunkowo prosta konstrukcja
  • Niskie szumy i tętnienia na wyjściu
  • Szybka reakcja przejściowa
  • Zazwyczaj tańsze od zasilaczy impulsowych
Wady:
  • Mniejsza sprawność niż w zasilaczu impulsowym
  • Ze względu na wielkość transformatora – duży rozmiar i ciężar
  • Duże radiatory dodatkowo zwiększające masę zasilacza
  • Zazwyczaj osiąganie dużo niższych mocy, napięcia i natężenia prądu niż w zasilaczu impulsowym
Zasilacz impulsowy

Zalety:
  • Wysoka sprawność przekraczająca czasami nawet 90%
  • Mały rozmiar i niewielki ciężar
  • Łatwość wygenerowania dużych napięć i prądów
  • Przy dużych mocach zdecydowanie lepszy stosunek kosztów za każdy wat [zł/W]
  • Odporny na krótkie zaniki napięcia
Wady:
  • Skomplikowana budowa
  • Wyższe szumy i tętnienia niż w zasilaczu liniowym
  • Zawartość dużej ilości wyższych harmonicznych
  • Przy małych mocach dużo droższy od zasilacza liniowego
  • Wolniejsza reakcja

Widząc powyższe różnice, użytkownik musi sobie odpowiedzieć jakie będzie przeznaczenie zasilacza. Jeśli wymagany jest niski poziom szumów i tętnień, niska cena, natomiast nieistotny jest ciężar i rozmiar oraz zadowalająca jest niższa moc – wtedy lepszym wyborem będzie zasilacz liniowy

W przypadku gdy liczy się oszczędność miejsca oraz wysoka wydajność, natomiast mniejszą uwagę przykłada się do ceny, szumów i tętnień, wtedy lepszym wyborem jest zasilacz impulsowy.

Oczywiście powyższe jest pewnym uogólnieniem. Są zasilacze impulsowe o stosunkowo niskim poziomie szumów, jak i są zasilacze liniowe o wysokiej mocy, natomiast znakomita większość urządzeń o danej topologii wpisuje się w powyżej przedstawione charakterystyki.


Podział zasilaczy ze względu na możliwość programowania



Podział ze względu na możliwość programowania również jest podziałem prostym. Zasilacze nieprogramowalne to takie, którym ustawia się parametry pracy i dopóki użytkownik ich nie zmieni, zasilacz pracuje bez żadnych zmian. Są bardzo proste w obsłudze oraz tanie w zakupie. Często nie mają rozbudowanego panelu sterowania zasilaczem, a obsługa sprowadza się do wyboru kanału, napięcia i prądu.

Zasilacze programowalne posiadają już bardziej skomplikowaną budowę i jak sama nazwa wskazuje, mogą być programowane. Jest to szczególnie istotne podczas badań i symulacji różnych nietypowych sytuacji zasilania testowanego obiektu. Można na przykład zaprogramować całą sekwencję, która będzie zawierała zapad, przerwę, stan nieustalony bądź wzrost napięcia i tym samym sprawdzić jak badane urządzenie zachowa się w danej sytuacji. Raz napisany program można wykorzystywać nieskończenie wiele razy, co czyni zasilacze programowalne idealnym rozwiązaniem w działach Badań i Rozwoju (R&D), pozwalając wręcz na taśmowe testy podzespołów i urządzeń. Dodatkowo, takie zasilacze wyposażone są bardzo często w interfejs LAN co powoduje, że można zintegrować z lokalną siecią i sterować nimi z jednego punktu.




Cechy na które warto zwrócić uwagę



Na co powinien zwrócić uwagę potencjalny użytkownik? Przed zakupem warto określić swoje potrzeby, żeby nie nabyć zasilacza o właściwościach, z których nawet w połowie nie skorzystamy, jaki i odwrotnie, żeby nie zakupić zasilacza, który okaże się niewystarczający do naszych potrzeb.

Podstawowe pytania jakie należy sobie zadać:
  • Jakiego napięcia na wyjściu będę potrzebować?
  • Jakiej obciążalności prądowej będę potrzebować?
  • Jakiej mocy zasilania będę potrzebować?
  • Czy istotny jest dla mnie rozmiar i ciężar zasilacza? Jeśli tak, to jakie parametry są maksymalne?
  • Czy zależy mi na niskich szumach i tętnieniach?
  • Jaką kwotę mogę przeznaczyć?
  • Ile potrzebuję kanałów?
  • Jakie rodzaje zabezpieczenia wyjść są niezbędne?
  • Czy potrzebuję możliwości programowania i/lub złącza LAN?
  • Czy urządzenie posiada deklarację zgodności i posiada znak CE?
  • Czy urządzenie posiada serwis w Polsce?
Szczególnie dwa ostatnie pytania są warte zaznaczenia. O ile większość przyszłych użytkowników ma zdefiniowane swoje potrzeby względem zasilacza i wymaganych parametrów, o tyle często zapomina się o serwisowaniu i zapewnieniu przez producenta gwarancji bezpieczeństwa. Często kluczowym kryterium wyboru zasilacza jest cena. Niestety nie jest to dobry wyznacznik.

Zasilacze tańsze zazwyczaj są słynnej „produkcji chińskiej”, gdzie jakość i bezpieczeństwo nie grają ważnej roli. Zasilacze takie bardzo często wyposażone są w zdawkowe instrukcje obsługi, do tego z błędami językowymi, oraz równie często nie zapewniają deklarowanych w karcie katalogowej parametrów. Dodatkowym problemem jest dostępność części i serwisowanie. Zasilacze najtańszych marek wykorzystują najtańsze podzespoły, zmontowane są niechlujnie, a mikrokontrolery mają zatarte oznaczenie znacznie utrudniając potencjalny serwis. Przy „chińskich zasilaczach” bardzo często gwarancja, jest gwarancją widmo. Koszt odesłania przesyłki, czas transportu i naprawy – to wszystko powoduje, że serwisowanie takich urządzeń jest nieopłacalne. Dodatkowo w takich zasilaczach nad wyraz często zdarzają się wady fabryczne. Czasami jest to niedziałający ekran, czasami kanał, a czasami może być to zwarcie wewnętrzne, które jest niebezpieczne dla użytkownika. Oczywiście nie wszystkie zasilacze chińskiej produkcji są skazane na bycie sprzętem wątpliwej jakości. Istotny jest znak CE, który w pewnym stopniu gwarantuje bezpieczeństwo i kompatybilność elektromagnetyczną.

Na tym jednak skupimy się w kolejnej części artykułu. Przed zakupem warto sprawdzić opinie o danej marce, czy posiada swojego przedstawiciela w Polsce oraz jak wygląda dostępność części zamiennych i serwisowanie. Lepiej jest zapłacić więcej za zasilacz znanego producenta z serwisem na miejscu, niż mniej za zasilacz który po zepsuciu może okazać się nienaprawialny. A tym samym w końcowym rozrachunku wygeneruje dodatkowe koszty, a oszczędność uzyskana podczas zakupu okaże się oszczędnością pozorną.


Podsumowanie



Temat zasilaczy jest tematem bardzo rozległym i nie da się go przedstawić w jednym artykule. Nawet ten artykuł podzielony na trzy części nie wyczerpuje zagadnienia, a stanowi niejako wstęp i zachętę do zgłębienia tematu. Najważniejsze jest jednak to, aby przed zakupem odpowiedzieć sobie na zawarte w artykule pytania. Pozwoli to uniknąć rozczarowania i błędnego zakupu. Warto również zainwestować odrobinę większą kwotę w urządzenia, które spełniają wymogi bezpieczeństwa oraz zapewniają obsługę gwarancyjną i pogwarancyjną na miejscu.

W części drugiej przyjrzymy się zasilaczom pod kątem bezpieczeństwa i certyfikacji CE. W ostatniej trzeciej części omawiamy dostępne w sprzedaży modele. Śledźcie nasz Blog oraz profile społecznościowe na Facebook oraz LinkedIn, aby nie przegapić nowości!




 

dotpay

Szczególnie polecamy

Z naszej oferty szczególnie polecamy aparaturę do pomiaru jakości energii elektrycznej: analizatory jakości energii i zasilania oraz analizatory parametrów sieci

Przyrządy wykorzystywane w laboratoriach i warsztatach: autotransformatory jednofazowe i trójfazowe, rezystory i oporniki suwakowe, oscyloskopy, zasilacze

Aparaturę dla branży energetycznej: przekładniki prądowe, kondensatory, systemy oceny efektywności energetycznej

Aparaturę do automatyki i kontroli: regulatory temperatury, wskaźniki tablicowe, rejestratory temperatury, termometry ostrzowe i inne...

Dystrybucja

Firma Merserwis jest bezpośrednim dystrybutorem w Polsce firm: Metrel, Sauermann-Kimo, Presys, Audio Precision, GW Instek, Graphtec, Hanyoung, Lascar Electronics, Meatest, DeltaOhm.

Jesteśmy również krajowym dystrybutorem firm: Sonel, Lumel, Czaki Thermoproduct, RelPol, Tanel, Budenberg i wielu innych...

Zapewniamy doradztwo, szkolenia, prezentacje oraz wzorcowanie mierników i serwis gwarancyjny oraz pogwarancyjny.

Dane kontaktowe

Merserwis Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Sp. k.
ul. Gen. Wł. Andersa 10
00-201 Warszawa, Polska
NIP: 5260058571

Kontakt
Tel: 22 831 25 21, 22 831 42 56
Fax: 22 887 08 52
E-Mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.

Godziny pracy
Dział Handlowy: Pon.-Pt. 8:00-16:00
Serwis Aparatury: Pon.-Pt. 8:00-16:00
Laboratorium Badawczo-Wzorcujące: Pon.-Pt. 8:00-16:00