Laboratórny zdroj je cenným a najmä nepostrádateľným nástrojom pre každú dielňu, amatéra, alebo profesionála. Aj keď je jeho funcia v podstate jednoduchá, je dobré ak si o nich čo to povieme, najmä ak zvažujete jeho prvotný nákup. Pozrieme sa na základné parametre, ktoré pre vás budú akýmsi vodítkom na čo sa zamerať, aby ste zbytočne nevyhadzovali peniaze za nepotrebné funkcie, či výbavu, nakoľko vždy treba pamätať, že nie iba nákupná cena je prvoradou pri nákupe

Aké sú kľúčové faktory pri nákupe laboratórneho zdroja?

• AC vs. DC
• Nastaviteľný rozsah výstupného napätia
• Hrubé a jemné nastavenie
• Konštantný prúd / obmedzenie prúdu
• Programovateľný zdroj napájania
• Digitálne rozhrania
• Počet kanálov
• Zobrazenie napätia a prúdu
• Maximálny elektrický výkon
• Presnosť / regulovaná stabilita
• Galvanické oddelenie a uzemnenie
• Spínaný vs. lineárny
• Prenosnosť
• Obsah balenia

AC vs. DC

Prevažná väčšina dnes používaných laboratórnych zdrojov je zvyčajne konštruovaná pre napájanie obvodov s jednosmerným napätím. Toto konštantné jednosmerné napätie je nastaviteľné používateľom. Iba malá časť predávaných zdrojov je konštruovaná zo striedavým AC výstupom a vo väčšine prípadov nie sú vybavené reguláciou výstupného napätia. Dá sa vo všeobecnosti preto povedať, že takéto zdroje sú svojou špecializáciou skôr nevhodné a veľmi málo použiteľné v dennej praxi, čomu zodpovedá aj ich vysoká nákupná cena.

Regulácia výstuného napätia a jeho rozsah

Laboratórny zdroj  umožňuje nastaviť premenlivé, ale konštantné výstupné napätie. Rozsah výstupného napätia je kľúčovým faktorom pri kúpe regulovateľného napájacieho zdroja. Bežné rozsahy napätia sú medzi 0 až 30 voltami. Aj keď 30V nie je bežné napájacie napätie pre väčšinu obvodov, je výhodné kúpiť si napájací zdroj práve na 30V. Napríklad pokiaľ si kúpite laboratórny zdroj s dvoma oddelenými výstupmi alebo máte dve identické zdroje môžete namiesto 30V generovať +15 V a -15 V a to vzájomným prepojením ich výstupov. To je napríklad vhodné pri napájaní aplikácií s operačnými zosilňovačmi, kde sa bežne používajú symetrické napätia. Je to výhodné najmä ak zoberieme fakt, že klasický jedno kanálový zdroj je konštrukčne jednodnoduchšie a aj jeho cena, než špecializovaný symetrický zdroj, ktorý je v tomto prípade viac menj iba jednoúčelovým zariadením. Zdroje je v tomto prípade možné navzájom prepájať sériovo a paralelne.

Príklad paralelného a sériového zapojenia výstupov zdroja.

Príklad zapojenia zdroja pre symetrický výstup. Pre zapojenie sú použité dva kanály zdroja.

Hrubé a jemné nastavenie

Dobrý zdroj - a nemusí byť ani drahý, by mal mať reguláciu výstupnéhonapätia buď rozdelenú medzi dva regulačné prvky - potenciometre, poprípade by mal byť osadený viac otáčkovým potenciometrom napäťového rozsahu. Prečo? Pretože "vyregulovať" presne napr. 8.35V na jednej otáčke potenciometra býva niekedy nemožné a preto je lepšie ak sa takáto regulácia rozdelí medzi dva prvky "Hrubo / Jemne"   Hrubé nastavenie sa použije na hrubé nastavenie výstupného napätia - 8V a jemné nastavenie nám umožňuje presne nastaviť zvyšok výstupného napätia 0.35V napájacieho zdroja a to veľmi presne. Niektoré zdroje majú iba jeden gombík, ktorý je možné stlačiť alebo potiahnuť pre jemné, alebo hrubé nastavenie napätia.

Prúdové obmedzenie / Konštantný prúd - "CC"

Ďalšou dôležitou vecou je obmedzenie prúdu - nie jeho regulácia, ako sa často mylne píše, ale jeho "obmedzenie" na určitú hranicu.  Nastavením obmedzenia prúdu prakticky nastavíme prúdový výstup zdroja na určitú hranicu, za ktorou ďalší odber nie je možný. V jednochosti, napríklad ak nastavíme mód "CC" na 1A a napájané zariadenie má skutočný odber 1.5A, tak zafunguje limitácia prúdu vo vnútri zdroja, čo sa prejaví rozsvietením kontrolnej LED diódy "CC"a obmedzením výstupu na nastavenú úroveň prúdu. Čiže sa jedná o praktickú nadprúdovú ochranu, ktorá pri správnom nastavení ochráni váš zdroj a aj napájané zariadenie. Táto vlastnosť vám pomúže efektívne testovať elektronické obvody.  Dobre skonštruovaný napájací zdroj by mal v režime "CC" vydržať priamy skrat výstupného kanála!

Táto vlastnosť sa bežne používa na generovanie konštantného prúdu "CC". Ak nastavíte súčasný limit na pevnú hodnotu, napr. 1 A a pripojte na vstup vysoké zaťaženie (napr. skrat alebo obvod s nízkym vstupným odporom), výstupný prúd bude neustále na hodnote 1A. Týmto spôsobom simulujete zdroj konštantného prúdu.

Programovateľný zdroj napájania

Napájacie zdroje je možné jednoducho rozdeliť na dva druhy - s analógovým  riadením a s digitálnym riadením. Rozlíšite ich veľmi ľahko, nakoľko analógové riadenie používa na reguláciu výstupu klasické potenciometre a digitálne má niekoľko tlačítok / klávesnicu a ako ústredný zobrazovací prvok je použitý veľký displej (viď obrázok na úvode Rohde&Swarz HMP2030) . Digitálne - programovateľné napájacie zdroje je možné ovládať cez niektoré počítačové rozhrania - USB, RS232, RS485... Takéto zdroje sú vhodnejšie pre špecializované servisné, alebo výskumné pracoviská, nakoľko ich cena je podľa ich výbavy dá sa povedať záležitosťou strednej cenovej kategórie. Obsahujú mnoho užitočných funcií - napríklad dataloger, ktorý zaznamenáva v čase priebeh generovaného napätia.

Digitálne rozhrania

Bežné digitálne rozhrania pre programovateľné zdroje sú USB, RS-232, RS-485, GPIB... Tieto rozhrania sú využívané najmä v spojení s počítačom, čo je výhodné pri automatizovaných, či regulačných systémoch. Najbežnejším rozhraním v dnešnej dobe je masovo používané USB. Ak ho váš zdroj má, tak ho je možné plnohodnotne vďaka dodávanému software ovládať z prostredia PC.

Príklad rozhrania LAN a USB pri zdroji Rohde&Swarz HMP2030.

Príklad rozhrania USB a RS-232 pri zdroji Rohde&Swarz HMP2030.

Príklad rozhrania GPIB pri zdroji Rohde&Swarz HMP2030.

Počet výstupných kanálov

Počet kanálov sa zvyčajne líši podľa ceny zdroja. Lacný zdroj má iba jeden výstupný kanál, čo v praxi znamená, že na jeho výstup môžete pripojiť iba jeden obvod, ktorý je potrebné napájať. Ak potrebujete dva výstupné kanály, môžete si kúpiť dva napájacie zdroje, poprípade si vybrať viackanálový zdroj. Takýto zdroj má v sebe dva oddelene regulovateľné výstupné kanály, ktoré je možné navzájom prepojiť, čím získate symetrický výstup zdroja. Zdroje je v tomto prípade možné navzájom prepájať sériovo a paralelne. Rovnako je možné na takýchto zdrojoch nájsť aj zdroj pevných napätí +5V/1A, +12V/1A, +15V/1A, nakoľko sa jedná o najčastejšie napätia používané pri napájaní rôznych aplikácií. Ďalším možným výstupom je USB konektor, ktorý mý vyvedené na svojich pinoch napätie +5V/1 až 3A, ktorý využite napríklad pri opravách mobilných zariadení. Rovnako veľmi užitočnou funkciou zdroja je vypínateľný výstup, čo znamená, že že napätie na výstup sa privedie až po aktivácii tohoto tlačidla, takže nehrozí žiadne nebezpečenstvo pre pripojený obvod. Pri niektorých zdrojoch sú dostupné výstupné kanály aj v zadnej časti zdroja, čo je praktické najmä pre automatizované regulačné pracoviská alebo pri zástavbe väčších zdrojov napr. do racku.

4 kanálové prevedenie zdroja.

4 tlačidlá pre výber kanálu zdroja a tlačidlo aktivácie výstupu.

Meranie výstupného napätia a prúdu

V dnešnej dobe aj lacné napájacie zdroje sú dodávané s klasickým - ručičkovým, alebo digitálnym meraním výstupného napätia a prúdu. V prípade analógového merania - áno aj to má v dnešnej dobe svoje opodstatnenie, nakoľko pokiaľ potrebujete "odsledovať" náhly zákmit, pád, alebo nábeh napätia či prúdu, tak s digitálnym meraním pre meracej frekvencii cca 3 x sekundu, jednoducho tieto deje nemáte šancu postrehnúť. Pri digitálnom odmeriavaní je 3½, alebo 4 desatinné miesta nevyhnutnosťou, pokiaľ je potrebné nastaviť výstupné napätie, či prúd na špecifickú a presnú hodnotu. Pridaným bonusom je dodatočné zobrazenie výstupného výkonu zdroja vo watoch - W, ktoré vámdá efektívny pohľad na výkon dodávaný na výstup a teda ajodber pripojeného obvodu. Obe hodnoty - V/A sú veľmi užitočné na sledovanie, aby nedošlo k nesprávnemu nastaveniu a následnému poškodeniu či zničeniu napájaného obvodu.

Grafické znázornenie napätia, výkonu a prúdu na digitálnom zdroji.

Maximálny elektrický výkon

Dôležitý je nielen rozsah výstupného napätia, ale záleží aj na maximálnom výstupnom prúde! Ak váš jednosmerný zdroj dodá na výstup napätie 10 V s maximálnym odoberaným prúdom 10 A, tak je výstupný výkon 10 x 10 = 100 W. Čím je hodnota vyššia, tým viac môžte zdroj zaťažiť bez toho aby ste ho poškodili. V dnešnej dobe je rozumné kalkulovať so zdrojom o výkone 150 až 300 W. Rovnako si pri nákupe "odsledujte" spôsob cladenia zdroja, nakoľko pri zdrojoch 300W a viac, je pasívne chladenie chladičom nepoužiteľné. Rovnako aj permanente zapnutý ventilátor je predzvesťou nedokonale spracovaného aktívneho chladenia. Dobre navrhnuté chladenie je kombináciou pasívnych a aktívnych prvkov. Ventilátor by sa mal zapnúť iba pri zvýšenej teplote chladiča a prostredia v zdroji a aj to v rozumných otáčkach.

Stabilita / presnosť

Stabilita laboratórneho napájacieho zdroja je uvedená v jeho údajovom liste. Pretože je výstupné napätie regulovateľné, nájdete hodnoty pre reguláciu vedenia ako napr. 0,01% + 3 mV. Percentuálna hodnota ukazuje stabilitu pre dané výstupné napätie. Ak je vaše výstupné napätie napr. 5 V, 0,01% znamená, že hodnota je stabilná až do 0,5 mV + 3 mV = 3,5 mV. Takto bude výstupná hodnota kolísať okolo 5V + -3,5mV.

Presnosť znamená, ako presne je vybrané výstupné napätie dosiahnuté. Presnosť sa opäť uvádza ako percentuálna hodnota plus spoločný posun v mV. Ak váš údajový list popisuje presnosť napr. 0,5% + 20mV, to znamená pre 5V hodnotu 25mV + 20mV = 45mV. Úroveň 5V vám môže uniknúť o 40mV.

Všetky tieto hodnoty sú ovplyvnené aj teplotou a vlhkosťou. Menšie percentuálne hodnoty sú lepšie pre stabilitu a presnosť. Pre väčšinu experimentov však tieto hodnoty nie sú veľmi dôležité.

Galvanické oddelenie a uzemnenie

Všetky napájacie zdroje by mali mať galvanické oddelenie, čo v praxi znamená, že žiadny výstupný kanál neprichádza nikde v zariadení k priamemu kontaktu zo sieťou / sieťovým napätím. Dobrý laboratórny zdroj má teda výstup s plávajúcim napätím ako batéria - teda je úplne oddelený od sieťovej časti. V praktickom použití môžete navzájom prepojiť dva galvanicky izolované laboratórne zdroje je však potreba brať ohľad na maximálny rozsah napätia a výstupný výkon.

Spínaný, alebo lineárny?

Existujú dva koncepčné typy napájacích zdrojov. Spínané zdroje napájania priamo prevádzajú striedavú zložku na jednosmernú s vysokou účinnosťou. Pre tento zdroj nie je potrebný žiaden ťažký transformátor, ktorý nákup zdroja značne zlacňuje. Avšak spínané zdroje majú väčšie zvlnenie výstupu a nemusia byť tak presne regulovateľné ako lineárne napájacie zdroje. Ale to platí iba pre lacné a veľmi lacné zdroje, kde výrobca viac menej "šporil" kde sa dalo aby stlačil koncovú cenu zariadenia smerom na dol. Lineárny zdroj je založený na transformátore a môže preto lepšie regulovať napätie a mať stabilnejšiu prevádzku. Takýto zdroj spoznáte napríklad aj podľa "cvakania relé" počas regulácie výstupného napätia, nakoľko ich transformátor je konštruovaný vo väčšine prípadov ako odbočkový, to znamená, že sa vždy reguluje iba určitá časť napätia na predvolenej odbočke transformátora, čo napomáha k znižovaniu záťaže transformátora a ostatných výkonových prvkov. Ich nevýhodou je však ich značná váha a aj cena. Spínané napájacie zdroje sú na tom však čoraz lepšie a vo väčšine prípadov sú zameniteľné so zariadeniami na báze transformátorov.

Prenosnosť

V niektorých prípadoch možno budete potrebovať stolný regulovateľný zdroj umiestniť niekde inde, alebo ho zobrať na servisný zásah do terénu. V takom prípade si zvoľte prenosné zariadenie s malými rozmermi a nízkou hmotnosťou, ktorou disponujú spínané zdroje s tretinovou hmotnosťou oproti lineárnym zdrojom. Ak ho chcete používať iba doma alebo vo svojej dielni, nemal by byť problém s prenosnosťou.

Obsah balenia

Vo všeobecosti platí, že čím lacnejšie zariadenie, tým viac príslušenstva k nemu dostanete zdarma. Naopak u drahších zdrojov sa budete musieť poväčšine spokojiť maximálne zo sieťovou šnúrou a možno USB káblom. Ovšem nenechajte sa zlákať "bohatosťou" výbavy u lacných zariadení, nakoľko vo väčšine prípadov sú priemernej, podradnej, či dokonca až nevyhovujúcej kvality, ktorá často hraničí z bezpočnosťou.

Záver

Je mi jasné, že prvoradým kritériom pri nákupe určite bude v 50% rozpočet, ale nenechajte sa hneď zlákať na prvú "peknú farebnú krabicu", pretože časom zistíte, že to čo ste ušetrili na cene, o to ste do budúcna prišli na úžitkových vlastnostiach a verte, že mám pravdu. Nech je pre vás tento článok vašim nákupným radcom spolu aj s recenziami napájacej techniky v našom blogu. Pokiaľ máte otázky - pýtajte sa buď tu, alebo na našich FB stránkach, či na našom fóre, radi vám zodpovieme vaše otázky. Vyberajte preto múdro a prezieravo.

Ak sa vám článok páčil - nezabudnite ho ohviezdičkovať nižšie :) Ďakujem