poslední úprava těchto stránek
9.únor 2019


Jak si vybrat napájecí zdroj



Základní otázky pro volbu zdroje

Napájecí zdroj je jedním z důležitých vybavení elektronické dílny, bez ohledu na to, jestli jste amatér nebo profesionál, anebo něco mezi tím. Při výběru napájecího zdroje musíte v prvé řadě odpovědět na několik otázek:

- jaké zařízení bude zdroj napájet
- jaké maximální napětí má zdroj dodávat
- jaký maximální proud má zdroj dodávat
- jaký výkon má zdroj poskytovat
- bude potřeba pouze jedno napěťí nebo více různých napětí
- jaké ochrany má mít zdroj

Z odpovědí na tyto otázky vyplyne, zda budete volit zdroj lineární nebo spínaný, zda budete hledat zdroj s pevným výstupním napětím nebo zdroj s nastavitelným napětím.

Lineární zdroj

Lineární zdroj má klasický síťový transformátor, který převede síťové napětí na nižší. Za síťovým transformátorem následuje usměrňovač, filtrační kondenzátor a obvykle stabilizátor výstupního napětí. Pokud je zdroj regulovatelný, musí spolu se stabilizátorem obsahovat regulační obvody. Slušný zdroj by měl být vybaven proudovou pojistkou, ochranou proti zkratu a možností nastavit výstupní proud.

Výhodou lineárních napájecích zdrojů (pokud jsou dobře navrženy), je malé rušení na výstupu zdroje. Toto rušení se udává v miliVoltech a mělo by být v jednotkách mV při plném zatížení zdroje. Lineární zdroje s malým rušením na výstupu lze použít pro napájení zvukových zařízení, vf zařízení a v podstatě kdekoliv.

Nevýhodou lineárních zdrojů je jednak váha (hmotnost), která je dána síťovým transformátorem a dále v případě regulovatelných zdrojů omezený výstupní výkon. Je potřeba si připomenout Ohmův zákon. Jestliže má mít zdroj výstupní napětí v rozsahu například 0 až 30V a má dávat výstupní proud 5A, pak platí, že výstupní výkon je 30V x 5A = 150 Watt. Přitom vstupní napětí z usměrňovače do stabilizátoru musí být minimálně o 2V vyšší, tedy přinejmenším 32V. Přenášený výkon přes usměrňovač pak bude 32V x 5A = 160 Watt.

Jestliže však nastavíme na takovémto zdroji výstupní napětí na 5V a zatížíme jej odběrem 5A, pak na regulačním tranzistoru uvnitř zdroje se musí ztratit, proměnit v teplo, výkon:

(32V - 5V) x 5A = 135 Watt

Takovýto výkon 135 Watt je docela velký, pokud se má uchladit a zdroj bude mít malou účinnost.

Profesionální lineární zdroje jsou z tohoto důvodu vybaveny předregulátorem, který sníží vstupní napětí do regulačního tranzistoru, takže ztráty jsou nízké. Například, pokud bude náš hypotetický regulovatelný zdroj vybaven předregulátorem, pak při nastavení výstupního napětí 30V, bez ohledu na odebíraný proud, předregulátor sníží napětí vstupující do regulačního tranzistoru ze 32V na 7V. Ztráty na regulačním tranzistoru pak budou pouze:

(7V - 5V) x 5A = 10 Watt

Příkladem takovéhoto zdroje s předregulátorem je například laboratorní zdroj Agilent E3634A.

Spínaný zdroj

Spínané zdroje odstraňují problém napájecího transformátoru a vysoké ztráty výkonu při regulaci výstupního napětí. Jsou na váhu lehké, ale jejich nevýhodou je vysoké rušení na výstupu zdroje. Toto rušení je dosti obtížně odstranitelné. Odstranit samozřejmě lze, ale za cenu dalších obvodů a nákladů.

Spínané zdroje se proto používají především v elektronice s digitálními obvody. Najdete je v každém PC počítači, v nabíječkách baterií a výkonové elektronice. Existují samozřejmě také regulovatelné spínané zdroje, ale regulační obvody spínaných zdrojů jsou složitější a nákladnější než u lineárních zdrojů. Příkladem regulovatelného spínaného zdroje, je například EA-PS-9080 (Elektro Automatik), nastavitelný v rozsahu 0 až 100V s proudem 0 až 80A a maximálním výkonem 3000 Watt.


Výstupní výkon

Výstupní výkon zdrojů bývá většinou omezen právě z důvodů chlazení a ztrát. Výkonové omezení se obvykle udává grafem, závislostí možného maximalního nastaviteného výstupního napětí na výstupním proudu:


Graf říká, že pro odebíraný proud až do 1.5A lze nastavit výstupní napětí až do 30V. Při vyšším proudovém odběru bude omezená možnost nastavení výstupní napětí. Při odběru 5A bude možno nastavit výstupní napětí nejvýše na 9V. Tato vlastnost je určena výrobcem zdroje a nelze ji nijak ovlivnit.

Zatěžovací charakteristika

Kvalita napájecí zdroje je určena v prvé řadě jeho tzv. "zatěžovací charakteristikou". Zatěžovací charakteristika existuje pro všechny zdroje, bez vyjímky. Ať již je to rozvodná napájecí síť 230V nebo autobaterie, dynamo anebo jakýkoliv zdroj napětí stejnosměrného nebo střídavého. Zatěžovací charakteristika se vyjadřuje grafem, závislostí výstupního napětí na odebíraném proudu. Ideální zatěžovací charakteristika je pravoúhlá:


Tedy, výstupní napětí bude stále stejné, neměnné, bez ohledu na odebíraný proud. To je však ideální zdroj, který v reálném světě neexistuje. V praxi s odebíraným proudem vždy klesá výstupní napětí. Čím více výstupní napětí klesá, tím horší je zdroj.

Zatěžovací charakteristiku si můžete změřit sami. Potřebujete k tomu jednak zdroj, dále zátěž, voltmetr a tužku a papír. Ke zdroji připojíte voltmetr a zátěž sestavenou buďto z odporů nebo pokud je k dispozici, tak elektronickou zátěž. Velikost zátěže v Ohmech a zatížitelnost ve Wattech nutno spočítat z Ohmova zákona a to tak, aby se zátěž nezahřívala. Při zahřívání zátěže se totiž odpor zátěže mění.


Postupně zatěžujete zdroj snižováním odporu zátěže. Procházející proud vždy spočtete z naměřeného napětí. Výsledkem bude tabulka naměřenýcvh napětí a proudů při různém zatížení. Tu pak vynesete do grafu, který ukáže jak klesá napětí zdroje v závislosti na odebíraném proudu. Čím bude pokles strmější, tím je zdroj horší.

Následující příklad ukazuje měření zatěžovací charakteristiky laboratorního zdroje HP 6632B při nastaveném výstupním napětí 15V. Zdroj HP 6632B je regulovatelný laboratorní zdroj s výkonem 100 Watt, napětím 0 až 20 Volt a max. proudem 5A. Ke zdroji byla připojena elektronická zátěž HP 6632B a výstupní napětí bylo pro kontrolu měřeno laboratorním multimetrem Keithley 2000.


Z tabulky a grafu je zřejmé, že v rozsahu 0 až 4.6A došlo k poklesu výstupního napětí o 20 mV při zýšení odběru o 1A. V celém proudovém rozsahu tedy pokleslo výstupní napětí zdroje o 100 mV.