Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Spínané zdroje I. Měniče bez transformátoru, s kapacitami, s cívkami.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Spínané zdroje I. Měniče bez transformátoru, s kapacitami, s cívkami."— Transkript prezentace:

1 Spínané zdroje I. Měniče bez transformátoru, s kapacitami, s cívkami

2 Rozdělení spínaných zdrojů A/ s kmitočtem sítě (historické) 1) bez transformátoru 2) s transformátorem a)regulace v primární části b) regulace v sekundární části B/ s kmitočtem vyšším 1) s přepínanými kapacitami zvyšující, snižující a invertující - vždy galvanicky spojen vstup a výstup 2) jednočinné s cívkami - zvyšující, snižující a invertující - vždy galvanicky spojen vstup a výstup – autotransformátor, vždy galvanicky spojen vstup a výstup, více výstupních napětí 3) jednočinné s cívkami s odbočkou – autotransformátor, vždy galvanicky spojen vstup a výstup, více výstupních napětí - někdy galvanicky spojen vstup a výstup, častěji oddělen, větší výkon 4) s transformátory - někdy galvanicky spojen vstup a výstup, častěji oddělen, větší výkon a) jednočinné – propustné a blokující (akumulační) b) dvojčinné – vždy propustné 5) - vždy galvanicky oddělen vstup a výstup, více výstupních napětí. 5) integrované hybridní DC/DC - vždy galvanicky oddělen vstup a výstup, více výstupních napětí.

3 Spínané zdroje bez transformátoru s pracovním kmitočtem sítě Jednočinné stabilizátory pracují do nabíjecího (akumulačního) kondenzátoru a jsou vhodné pro vyšší výstupní napětí a malé proudy. Dvojčinné stabilizátory pracují do cívky a jsou vhodné pro zdroje nižších výstupních napětí a velkých proudů. Velikost usměrněného napětí na odporu R Z lze řídit okamžikem otevření tyristoru kladným impulsem v sestupné části sinusového průběhu. Při kladné půlperiodě teče proud ze zdroje přes tyristor Ty do zátěže R Z. V záporné půlperiodě proud z cívky L teče stejným směrem do R Z a vrací se přes diodu D.

4 Jednočinný spínaný stabilizátor pro větší napětí a malé proudy  V kladné půlvlně síťového napětí vznikne na ZD obdélníkový průběh napětí o amplitudě U ZD. Průtokem proudu přes diodu D, odpor R3 a zátěž R Z vznikne na R3 napětí U GK, které protlačí do Ty proud I G a ten sepne.  Začne protékat proud přes R1, Ty do C a R Z a napětí U OUT roste až do hodnoty U OUTmin = U ZD – U F – U GK. Potom klesá U GK a tyristor již nesepne.  U OUT roste maximálně do hodnoty U OUTmax = √2. U IN. Výstupní napětí má tedy velké zvlnění (U OUTmax – U OUTmin ) a je nutno je dále filtrovat.

5 Dvojčinný tyristorový regulátor Při kladné půlperiodě je kladný potenciál na vstupní svorce L proti (zde nezakreslené) zemi a protéká proud přes D3, R1, R2, R3 a nabíjí se jím kondenzátor C2. Jakmile napětí na C2 dosáhne hodnoty U D2 + U GK, proteče do tyristoru TY2 proud I G a ten sepne. Vypne až na konci kladné půlperiody síťového průběhu. Pro zápornou půlperiodu spíná stejným způsobem tyristor TY1. Obě půlperiody jsou spínány symetricky pro C1 = C2.

6 Spínané zdroje s kmitočtem sítě, trans- formátorem a regulací v primární části Regulátor může kromě do odporové zátěže pra- covat i do primárního vinutí síťového trans- formátoru. Výstupní napětí je pouze regulované, nikoliv stabilizované, chybí zpětná vazba. tak je na výstupu dvoucestný usměrňovač Když je na vstupu dvojčinné řízení, Používá se pro výko- nové nenáročné apli- kace.

7 Spínané zdroje s kmitočtem sítě, trans- formátorem a regulací v sekundární části Typické zapojení pro elekronicky řízené svá- řečky, kdy k regulaci proudu dochází posouvá- ním řídících impulzů tyristorů v čase. Zapojení pro regulaci výkonu pomocí triaku a integrova- ného řídícího obvodu pro fázové řízení, může pracovat i přímo ze sítě bez transfor- mátoru.

8 Spínané zdroje s kapacitami (nábojové pumpy) Základní princip této metody umožňuje snadné násobení vstupního napětí dvěma, případně jeho inverzi. Metoda násobení napětí dvěma vychází z poměrně jednoduché představy nabíjení dvou kondenzátorů zapojených paralelně a jejich následném zapojení sériově. Metoda inverze pomocí spínacích tranzistorů otáčí nabitý kondenzátor tak, aby oproti společnému vodiči mělo výstupní napětí polaritu opačnou.

9 Princip vnitřního zapojení nábojové pumpy Princip vnitřního zapojení obvodu MAX681 Signál je přiváděn na spínače S1, S3, S6 a S8 a po negaci na spínače S2, S4, S5 a S7.

10 Násobení dvěma Při užití dvou vnějších kon- denzátorů a diody obvod dvojnásobí vstupní napětí, které může být v rozsahu + 1,5 [V] < U IN < + 5,5 [V]. Maximální výstupní napětí při vstupním napětí U IN = 5 [V] je U OUT = 9,35 [V]. Pokud je vývod FC (pin 1) nepřipojen, obvod pracuje se základním kmitočtem 10 [kHz], pokud je připojen na + U (pin 8), je f OSC = 45 [kHz]. Svorka LV (pin 6) musí být pro všechna vstupní napětí násobiče spojena se zemí (pin 5). Vstup řízení oscilátoru (pin 7) je připojený přes vnitřní kondenzátor 15 [pF]. Vnější kondenzátor připojujeme (mezi pin 7 a zem pin 3) pro zpomalení chodu vnitřního oscilátoru.

11 Inverze výstupního napětí proti zemi Obě polarity napětí MAX681 má nabíjecí konden- zátory uvnitř a nepotřebuje ke své činnosti žádné doplňující součásti. Záporná svorka vstupního napětí U IN (pin 3) je kladnou svorkou výstupního napětí U OUT. Svorku LV (pin 6) spojujeme se zemí (pin 3), pokud je vstupní napětí U IN < 3 [V], nad tímto vstupním napětím může být LV spojen se zemí (GND) nebo nepřipojen.

12 Jednočinné spínané zdroje s cívkami  zvyšující ↑  snižující ↓  invertující  diskrétní  integrované  hybridní  kladné +/+  záporné -/-  invertující +/-  invertující -/+  s jedním pevným napětím  regulovatelné  nestabilizované  s více výstupními napětími  proudové posílení  napěťové posílení  ochranné obvody  pojistky

13 Zvyšující jednočinný zdroj Během doby T a (sepnutý spínač S) se výstupní kondenzátor vybíjí do zátěže a aby se nevybíjel i přes sepnutý spínač S, je oddělen diodou D, která je při sepnutém spínači S polarizována v závěr- ném směru a nevede. Ze zdroje stejnosměrného napětí U IN teče proud I IN přes cívku L a spínač S a energie se akumuluje v magnetickém poli cívky, proud I IN cívkou narůstá až do okamžiku, kdy spínač S rozpíná. V tomto okamžiku cívka chce udržet směr a velikost proudu I IN a vzniká na ní indukované napětí: U ind = - L. dI IN / dt Toto napětí se sčítá ( v době T b ) s napětím napájecího zdroje U IN a obě tato napětí v sérii prohánějí proud I OUT do kondenzátoru C OUT a odporu R Z.

14 Zvyšující jednočinný zdroj U L = U 1 – U 2 U L = U 2 – U 1  I La = U 1. T a / L  I Lb = (U 2 - U 1 ). T b / L  I La =  I Lb U 1. T a / L = (U 2 - U 1 ). T b / L U 1. T a = U 2. T b – U 1. T b U 2. T b = U 1. T a + U 1. T b U 2. T b = U 1. (T a + T b ) U 2 = U 1. (T a + T b ) / T b step-up boost

15 Vliv dob sepnutí (T a ) a rozepnutí (T b ) u tohoto zapojení není jednoznačný. S rostoucí dobou T a sice roste velikost proudu I IN (a při dI IN / dt = konst. roste i velikost napětí U ind ), ale současně klesá i napětí U out dlouhým vybíjením kondenzátoru C. Naopak s rostoucí dobou T b je sice kondenzátor C déle dobíjen, ale pouze v tom případě, že velikost U IN + U ind je větší než U out + U F, kde U F je napětí na diodě v propustném směru, je-li vodivá. Tato podmínka nemusí být vždy splněna. Je tedy patrné, že tento obvod nemůže být navržen tak, aby výstupní napětí bylo nižší, než napětí vstupní. Matematický popis činnosti je dán pro dobu T a (sepnut S) vztahem: U IN. T a / L =   napětí na cívce a po dobu T b : (U IN - U OUT ). T b / L = -  OUT přírůstek proudu cívkou indukčnost cívky doba přiložení napětí na cívku

16 Kondenzátor C C a odpor R C kompenzují fázovou charak- teristiku zpětnovazební smyčky tak, aby její přenos byl 180 o, tj. aby zpětná vazba byla záporná a docházelo ke stabilizaci výstupního napětí a ne k rozkmitání zdroje. Průběh proudu C IN je stejný jako proud cívkou L 1 bez stejnosměrné složky a C IN je důležitý pro vlastní funkci zdroje. Absorbuje změny proudu vznikající na vstupu zdroje. Bez vstupního kondezátoru mohou změny proudu při spínání IO společně s parazitní indukčností přívodů vést v konečném důsledku k chybné funkci zdroje. Průběh proudu C OUT je stejný jako proud diodou bez stejnosměrné složky. Efektivní hodnota změn proudu C OUT je rovna výstupnímu proudu, když je výstupní napětí dvojnásobkem vstupního. Tento proud roste, když se vstupní napětí snižuje. U OUT = 1,25 [V]. (1 + R 1 / R 2 ).

17 Zdroj zvyšující záporné napětí - U OUT = - 2,21 [V]. (R 1 / R 2 ) 1)S výhodou napájíme obvod z výstupního napětí, 2)používají se zvláštní obvody pro záporná napětí, 3)společná svorka pro vstup a výstup je kladná, 4)všechny ostatní úvahy jsou shodné.

18 Snižující jednočinný spínaný zdroj Zdroj jen snižující kladné napětí (POSITIVE BUCK) 1) Při sepnutí spí- nače S teče proud z U IN přes S a cívku L do zátěže R Z. 2) Při rozepnutí spí- nače S teče proud z cívky L jako zdroje do zátěže R Z a vra- cí se přes D zpět. 3) Výstupní napětí tedy vždy je menší, než napětí vstupní.

19 U L = U 1 – U 2 U L = U 2 - U F U 2 = U 1. T a / (T a + T b )

20 Spojitý a nespojitý režim spínaného zdroje Tvar tohoto průběhu proudu cívkou rozhoduje. spojitý režim nespojitý režim

21 Výstupní napětí je dáno vztahem U OUT = 2,21 [V]. (1 +R 1 / R 2 ), kde 2,21 [V] je hodnota referenčního napětí a současně minimální hodnota U OUT. Vstup FBV (feedback voltage) je invertujícím vstupem vnitřního OZ a referenční napětí je připojeno na neinvertující vstup. Spínač S (tranzistor NPN) je mezi svorkami SW a GND

22 Invertující jednočinný spínaný zdroj Když spínač S sepne, je U SW uzel připojen ke vstupnímu napětí U IN a proud I IN prochází přes spínač S do cívky L a zátěž je odpojena. Proud cívkou lineárně roste. Po rozepnutí spínače S proud cívkou L pokračuje stále ve stejném směru (dolů) do zátěže R Z a C OUT a vrací se přes diodu D zpět do cívky. Na zátěži R Z se tedy oproti společnému vodiči objeví záporná polarita výstupního napětí U OUT.

23 Reálné zapojení invertujícího zdroje typu +/- (Positive to Negative Buck / Boost Converter) Obvod je napájen součtem vstupního a výstupního napětí!!! U OUT = - 1,24. ( ) / 1240 = - 11,987 V Dioda D2 kompenzuje úbytek napětí na diodě D1 Hodnoty C1 a R3 nejsou kritické, pokud ve smyčce zpětné vazby není fázový posuv. Pro U IN < 10V je R5 = 0.

24 Reálné zapojení invertujícího zdroje typu -/+ (Negative to Positive Buck / Boost Converter) Zpětnou vazbu je nutno vybavit inverzí = tranzistor. 1) Když vzroste výstupní napětí U OUT, pak proteče větší proud v obvodu R1 – přechod EB tranzis- toru T a tranzistor se více otevře. 2) Průtokem většího proudu I C tranzistoru T roste úbytek na odporu R2 a tedy i potenciál vstupu FBV do kladných hodnot. 3) Integrovaný obvod vyhodnotí vyšší napětí mezi FBV a GND jako vyšší zpětnovazební napětí, snižuje střídu spínání PWM a výstupní napětí klesá.

25 Obousměrný synchronní měnič Obousměrný měnič se používá v aplikacích, kde je potřeba přenášet výkon oběma směry. Napětí U1 je vždy větší než U2. Obousměrný měnič je možné si představit jako měniče A) a B) položené na sebe (provozu se účastní antiparalelní diody). Pokud se výkon přenáší ve směru U1 - U2, napětí se snižuje, pokud ve směru U2 - U1, zvyšuje se. Tento měnič si lze představit jako jakýsi obousměrný napěťový "schod". Tranzistory jsou otvírány střídavě. Obousměrný měnič se používá například k plynulé pulzní regulaci motorů s možností brždění rekuperací (motor je na straně U2). Další využití je např. v záložních zdrojích, kde je potřeba pulzně regulovat nabíjecí proud baterie v běžném provozu i stabilizovat výstupní napětí v nouzovém provozu. T1 vyžaduje plovoucí buzení. Když se zvyšuje střída T2 a snižuje střída T1, měnící poměr se zvyšuje, v opačném případě se snižuje. V krajním případě je trvale otevřen T1 a napětí jsou téměř stejná. Pokud se výkon přenáší ve směru U2 - U1, tranzistor T2 nesmí být nikdy trvale otevřen. Pokud budou v tomto typu měniče použity bipolární tranzistory nebo IGBT bez zabudovaných diod, musí se použít vnější antiparalelní diody (rychlé nebo schottky v závislosti na velikosti napětí). K ovládání mosfetů nebo IGBT v tomto měniči se hodí obvody IR2101, IR2102, IR2103 a IR2104. Tyto obvody však nezajišťují řídící funkci, ale jen buzení mosfetů (T1 plovoucí).

26 Tento typ měniče má ještě jedno zvláštní využití, a to i v případě, že se výkon přenáší jen jedním směrem. Při provozu s malými napětími a velkými proudy může být užitečné synchronní usměrňování - tedy provoz, při kterém se MOSFET spíná ve směru S-D, aby snížil úbytek antiparalelní diody (podobně jako běžný synchronní usměrňovač). Synchronní měnič může pracovat v jednosměrném režimu (nahrazovat měnič typu A nebo B) i v obousměrném režimu. V případě jednosměrného režimu je jeden z MOSFET využit pouze jako synchronní dioda a nikdy nevede v proud ve směru D-S. Synchronní měnič se používá jen ve spojení s MOSFETy.


Stáhnout ppt "Spínané zdroje I. Měniče bez transformátoru, s kapacitami, s cívkami."

Podobné prezentace


Reklamy Google