Elektornika II.

Dokumenty a příklady

Napájecí zdroje

VOŠ a SPŠE  PLZEŇ, NAPÁJECÍ  ZDROJE, Učební texty

NAPÁJECÍ ZDROJE

1. Klasické zdroje pro elektronická zařízení

Skládají se z transformátoru TR, usměrňovače U, filtru F a resp. stabilizátoru napětí S.

Transformátor - transformuje napětí sítě na požadovanou úroveň

           - odděluje galvanicky napájený přístroj od sítě

           - působí jako filtr proti vysokým frekvencím

   Usměrňovač     - mění střídavé síťové napětí na stejnosměrné, může být jednocestný, dvoucestný resp. Graetzovo zapojení s kapacitní nebo induktivní zátěží

Filtr - vyhlazuje zbytky střídavých napětí po usměrnění. Rozeznáváme filtry LC, RC nebo aktivní filtry.

Stabilizátor - stabilizuje výstupní napětí proti změnám jak zátěže, tak i napájecí sítě. Mohou být se spojitou nebo nespojitou regulací.

              Transformátor.

Transformátor se skládá z dvou nebo více cívek, umístěných na společném magnetickém jádře a vázaných společnou magnetickou vazbou. Jedno vinutí (cívka) je primární (to, kam přivádíme elektrickou energii), ostatní jsou sekundární (z nich energii odebíráme).

Přivedeme-li na primární vinutí elektrické střídavé napětí o frekvenci f, začne vinutím protékat elektrický proud, který vytvoří v magnetickém jádře magnetický tok F, který protéká všemi vinutími (až na malou část rozptylového toku, uzavírajícího se jinými cestami). Tento magnetický tok nám indukuje podle Lenzova zákona v sekundárních vinutích napětí, jehož velikost je dána vztahem . Magnetický tok je dán součinem F = B.S_fe, kde B je magnetická indukce a S_fe je průřez železa, kterým magnetický tok prochází. Aby nedošlo k přesycení železa nebo materiálu jádra, nesmí překročit hodnota B hodnotu B_max, která je udávána výrobcem a bývá u železa 1-1,2T, orthoperm 1,6 T, permaloy 1,8 - 2 T a u feritů 0,2 - 0,3 T.

 Pro primární napětí platí vztah U₁ = 4,44.B_max.S_fe.f.N₁. Poměr

p = U₁/U₂ nazýváme převodem transformátoru a platí . Uzavřeme-li sekundární obvod, začne téci sekundární proud a předpokládáme-li, že v transformátoru nejsou ztráty, platí rovnost výkonů P₁=P₂, tudíž z čehož plyne . Pro převod impedancí a tudíž i odporů platí .

Návrh transformátoru se provádí převážně pomocí tabulek, které udávají normalizované typy transformátorů a cívek, vyráběných elektrotechnickým průmyslem a jim příslušné hodnoty počtu závitů na volt, střední délky závitů a další potřebné hodnoty jednotlivých typů jader.

      Vhodné jádro se volí podle výkonu, požadovaného od transformátoru s ohledem na proveditelnost vinutí (počet vinutí a plocha okna vybraného jádra). Rovněž jsou tabelovány vyráběné průměry smaltovaných drátů pro provedení vinutí. Uváděné hodnoty lze např. najít v (1).

      Příklad návrhu transformátoru.

Navrhnout transformátor pro následující hodnoty:

      U₁ = 220 V, U₂₁ = 12V/1A, U₂₂ = 12V/0,6A, U₂₃ = 24V/0,5A.

  Výkon transformátoru: N_s = 12.1 + 12.0,6 + 24.0,5 = 31,2 VA

Předpokládáme-li účinnost transformátoru h = 80 %, je příkon transformátoru N_p = N_s/h = 31,2/0,8 = 39 W.

  Volíme z(1) plechy EI 25x32, tl.0,35 mm.Odečteme z tabulky

      6,6 záv/V.

  Pro dimenzování drátů volíme proudovou hustotu s = 2,5 A/mm².

  Primární proud I₁ = N_p/U₁ = 39/220 = 0,177 A.

Průměr drátu:

pro primár je pro zvolenou proudovou hustotu z tabulky drátů d₁=0,30mm  čemuž odpovídá 770 záv/cm².

Sekundární vinutí: d₂₁ = 0,75 mm, 140 záv/cm²,

d₂₂ = 0,56 mm², 240 záv/cm²,   d₂₃ = 0,53 mm², 265 záv/cm².

Všechny uvedené hodnoty jsou v tabulce drátů v (1).

Počty závitů:

N₁ = U₁  . 6,6 záv/V = 220 . 6,6 - 5% = 1452 záv

N₂₁ = U₂₁ . 6,6 + 5% = 83 záv, N₂₂ = U₂₂ . 6,6 + 5% = 83 záv,

N₂₃ = U₂₃ + 5% = 166 záv.

Pozn.: Ke kompenzaci úbytků napětí na činných a jalových odporech jednotlivých vinutí doporučují autoři (1) zmenšit počet primárních závitů cca o 5% a zvětšit počty všech sekundárních závitů o cca 5%.

Kontrola proveditelnosti transformátoru.

  Potřebná plocha pro vinutí je:

    Pro vývody po obou stranách cívky je k dispozici plocha 2,30 cm², po        jedné straně je k dispozici plocha 2,74 cm². Vinutí je tudíž neproveditelné. Vezmeme jádro o rozměrech EI 25 x 40.

       Pro toto jádro udává tabulka :

  počet závitů na volt : 5,3 z/V  k dispozici pro vinutí je stejná plocha   (jedná se o stejné okno jako u předchozího transformátoru).

    N₁ = 1108 závitů, potřebná plocha je 1,436 cm²

    N₂₁ = 61 závitů,  potřebná plocha je 0,436 cm²

    N₂₁ = 61 závitů,  potřebná plocha je 0,254 cm²

    N₂₃ = 134 závitů, potřebná plocha je 0,506 cm²

    Celková potřebná plocha pro vinutí + 5% = 2,76 cm².

    Tento transformátor je s vývody po jedné straně proveditelný.

       Určeme ještě délky drátů jednotlivých vinutí a jejich ohmické odpory.  Střední délka závitu pro jádro EI 25 x 40 je 165 mm (střední hodnota                      udávaná pro plnění 50% a 100%).

  Drát d₁ = 0,30mm má odpor 253 W/km. Při 1108 záv. je délka vinutí l₁ = 165 10^-6 x 1108 = 0,182 km

     a odpor vinutí r₁ = 0,182 x 253 = 46 W.       

     Drát d₂₁ = 0,75 mm má odpor 40 W/km. Při 67 závitech je délka vinutí    l₂₁= 165 x 10^-6 x 67 = 0,011 km

    a odpor vinutí je r₂₁ = 0,011 x 40 = 0,44W

    Drát d₂₂ = 0,56 mm má odpor 72 W/km. Při 67 závitech je délka vinutí opět l₂₂ = 0,011 km a odpor r₂₂ = 0,011 x 72 = 0,792 W.

    Drát d₂₃ = 0,5 mm má odpor 91 W/km. Při 133 závitech je jeho délka l₂₃ = 165 x 10^-6 x 133 = 0,0219 km

a odpor je r₂₃ = 0,0219 x 91 = 2 W.

Celkový odpor transformátoru, který vstupuje do odporu fáze je

       pro 1. vinutí

   pro 2. vinutí

    pro 3. vinutí

Určení váhy transformátoru.

Váha železa pro EI 25 x 40 je G_Fe = 1,02 kg  ( z tabulky plechů).

Váha mědi ( vinutí):

    ,

kde g_i jsou váhy jednotlivých drátů v g/km, odečtěné v (1).

Celková váha transformátoru

     Ztráty v transformátoru jsou dány ztrátami v železe a v mědi.

     Ztráty v železe:

     kde Z₁₀je ztrátové číslo plechů(=1,6W/kg),B je magnetická indukce (T)     

     Ztráty v mědi:  

     Účinnost transformátoru:    

     Kontrola chlazení:

     Z tabulky plechů odečteme ochlazovací plochu pro plechy EI 25x40 P=203cm². Vypočteme poměr . Pro dobré chlazení transformátoru musí být tento poměr ³ 15 ¸ 22 cm²/W. Kdyby nebyla tato podmínka splněna, musel by se použít buď větší rozměr transformátoru, nebo dodatečné chlazení.

        Usměrňovač.

Principielní schéma jednocestného usměrňovače je na obr.1.

Proud protéká zátěží pouze po dobu, po kterou je anoda diody kladnější než katoda. Není-li k zátěži připojen filtrační kondenzátor, protéká proud zátěží pouze v první půlperiodě napětí. Rovněž napětí na zátěži má stejný průběh a střední hodnota napětí na zátěži je dána vztahem , kde U_M je amplituda vstupního napětí usměrňovače. Připojíme-li paralelně k zátěži kondenzátor, změní se průběh napětí na zátěži podle velikosti kondenzátoru a podle velikosti zátěže (odebíraného proudu). Střední hodnota napětí na zátěži se mění a nachází se v rozsahu dvou mezních hodnot, mezi hodnotou , je-li hodnota kondenzátoru C®¥ a ,  t.j. cca 32 % , je-li C = 0. Dimenzování diody se provádí napěťově na hodnotu  (je-li připojen filtrační kondenzátor) a proudově na hodnotu , kde  jsou hodnoty zátěže.

Alterativní zapojení usměrňovače jako dvoucestného nebo Grätzova se navrhují nejsnáze pomocí grafů, kde lze odečíst potřebné napětí transformátoru a zvlnění.

Zapojení dvoucestného a můstkového usměrňovače:

          dvoucestný usměrňovač                 můstkové zapojení

Návrh usměrňovače: K návrhu používáme s výhodou grafy, protože matematické vztahy, popisující činnost usměrňovače jsou nepohodlné a nepřehledné.

Příklad: Navrhnout usměrňovač, je-li dáno:

Výstupní napětí U = 30V, výstupní proud do zátěže I_z = 2A, f = 50 Hz,

U_zv = 3V .

Zatěžovací odpor usměrňovače je

Činitel zvlnění

Pro odhad kapacity použíjeme vzorec

volíme

Určíme odpor fáze.

Odpor fáze se skládá z odporu transformátoru (viz příklad návrhu transformátoru R_TR, odporu usměrňovače R_U a resp. ochraného odporu R_o, je-li tento použit. (R_o se volí (0,01 ¸ 0,1)W a chrání diody v okamžiku připnutí usměrňovače na napájecí napětí). Odpor usměrňovače volíme 1W pro diodu.

Předpokládáme-li dvojcestný usměrňovač, odpor transformátoru

R_TR = 3W a ochranný odpor 0W, je odpor fáze .

Určíme poměr

Vypočítáme součin

Z grafu závislosti  pro dvojcestný usměrňovač odečteme .

Z toho amplituda napětí na transformátoru je

Efektivní hodnota potřebného výstupního napětí transformátoru je

Z grafu závislosti  pro dvoucestný usměrňovač odečteme ->

Z grafu závislosti  odečteme , odkud maximální proud v usměrňovači je I_m = 4I = 8A.

   3. Zdroje vn.

Zdroje vn slouží pro napájení vysokonapěťových obvodů, např. obrazovek, některých čidel (mikrofony), ionizačních komor a mnoho dalších zařízení.

    Je možno je realizovat různými způsoby:

- transformací napětí pomocí transformátorů. Tento působ se používá jen u nepříliž vysokých napětí, protože transformátory jinak vychází rozměrově veliké, vahově těžké a cenově drahé. Při vyšších napětích rovněž nastávají problémy s izolací jednotlivých vrstev a s možnostmi napěťových přeskoků nebo jiskření v transformátoru..

- pomocí násobičů napětí. Používá se buď Greinacherovo nebo Delonovo zapojení. Rovněž je možno řadit kaskádně Graetzovy můstky. Greinacherovo zapojení lze použít pro zdvojovač napětí, Delonovo zapojení nebo kaskádní Graetzovy můstky též pro násobiče napětí. Schematické zapojení je:

Greinach. zdvojovač        Delonův násobič            Graetz.můstky

 V televizorech se pro získání urychlovacích vysokých napětí využívá napětí indukované na indukčnosti vychylovacích cívek v době zpětného běhu paprsku, jehož maximální hodnota je dána vztahem

kde T₁ je doba přímého běhu paprsku, T₂ je doba zpětného běhu paprsku,

a u₁ je napětí na indukčnosti v době přímého běhu.

    Filtry.

Filtry slouží k odstranění zbytků střídavých napětí za usměrňovačem. Kvalita filtrů se určuje podle koeficientu filtrace, který je definován

, kde hodnoty DU_i se vztahují ke střídavým hodnotám napětí.

  Filtry dělíme na pasivní a aktivní.

      Pasivní filtry jsou LC a RC. LC filtry používáme v obvodech s větším proudovým odběrem a na síťových frekvencích. RC filtry používáme na vyšších frekvencích a při malých proudových odběrech.

       Schéma zapojení:

             LC filtr                          RC filtr

      Činitel filtrace:

     pro LC     pro RC

  kde m je počet usměrňovacích větví.

  Aktivní filtry:

používají tranzistor jako aktivní součástku. Tranzistor má na bázi napětí posunuté o 90° oproti napětí U_CE a chovají se jako indukčnost (mají-li tranzistor zapojený v podélné větvi), nebo jako kapacita,(je-li tranzistor zapojen v příčné větvi). Jejich výhodou je mnohem větší účinnost, než u pasivních filtrů a menší hodnoty součástek.

Příklad: Porovnání pasivního a aktivního filtru.

Nahradit pasivní filtr zapojený za můstkovým usměrňovačem aktivním        filtrem se stejným filtračním činitelem.

Hodnoty součástek pasivního filtru jsou: R = 820W, C = 1000 mF, U₁=15V,

U₂ = 5V.

Filtrační činitel pasivního filtru je

Filtrem protéká proud do zátěže 

V aktivním filtru použíjeme tranzistor, splňující požadavky U_CE = 10V, 

  I_C = 12,2 mA. Těmto požadavkům vyhoví každý NPN tranzistor. Volíme KC 507 s h_21E = 125 ¸ 500.  Z hlediska zapojení je tranzistor se společným kolektorem, t.j. se zesílením ~ 1. Proud do báze pro nastavení I_C je

 a jeho hodnotu nastavíme rezistorem

.

Hodnota kondenzátoru pro stejný činitel filtrace je

Volíme nejbližší vyšší hodnotu, t.j. 1mF/6V, která je 1000 krát menší, než u pasivního RC filtru. Kondenzátor C₂ dodatečně filtruje a kryje proudové špičky odběru zátěže. Volí se s co nejmenší indukčností (např, paralelní kombinace keramického kondenzátoru M1 a tantalového o kapacitě desetin až jednotek mF.

Stabilizátory.

Účinnost stabilizátoru se vyjadřuje t.zv. činitelem stabilizace   který má být co největší. Protože pro dobrou účinnost stabilizátoru má být poměr  co nejblíže roven 1, musí být  co největší.

Obecně dělíme stabilizátory na stabilizátory stejnosměrných veličin a střídavých veličin a na stabilizátory proudů a stabilizátory napětí.

Stabilizátory stejnosměrných napětí.

Rozeznáváme stabilizátory parametrické, které nemají zpětnou vazbu mezi výstupem a vstupem a stabilizátory degenerativní, které mají zpětnou vazbu mezi výstupním a vstupním napětím.

Parametrické stabilizátory - jsou založeny na činnosti stabilizačních diod, z nichž nejznámější je Zenerova dioda.

Návrh parametrického stabilizátoru napětí.

  Použitá Zenerova dioda

  Typ  :  3 NZ 70,  I_{d min} = 10 mA,  I_{d max} = 180 mA, U_d = 7,5 V, r_d = 1W.                    

  Zatěžovací proud:  I₂ = 0 ¸ 100 mA

  Napájecí napětí:     U₁ = 20 V ± 10 %

Schéma zapojení:

Zadání:

1)    určit R, aby I_{d min} = 10 mA

2)    Určit náhradní schéma obvodu

3)    Zkontrolovat mezní zatížení diody

4)    Určit tepelný odpor chladiče a chladící desku, aby při okolní teplotě J_a = 40 ⁰C nepřekročila teplota přechodu  J_j = 150 ⁰C. Tepelný odpor diody je  R_th1 = 0,08 ⁰C/mW.

5)    Určit činitel filtrace a činitel stabilizace.

  Řešení:

1)    Proud diodou je minimální při I₂ = I_{2 max} = 100 mA a

  U₁ = U_{1 min} = 18V.

  I = I_{d min} + I_{2 max} = 10 + 100 = 110 mA.

  Platí:  -U_{1 min} + RI + r_d . I_{d min} + U_d = 0

0       Podle Theveninovy věty:

Výpočet U_N :

3)    Dioda je maximálně zatížena při I₂ = 0 a U₁ = U_{1 max}.

U₁ - U_d = I _max (R + r_d)  ->            

 Max. výkonová ztráta: P _max = U_d.I _max + r_d.I²_max = 7,5.0,15 + 1.0, 15² = 1,147 W.                                                  

4)    Celkový tepelný odpor je

  R_th = R_th1 + R _th2 + R _th3                           kde      

R_th1 ....... tepelný odpor diody  0,08⁰C / mW  =  80 ⁰C/W                  

R_th2  .......tepelný odpor přechodu pouzdro - chladič 

( volíme 0,3 ⁰C/W)

Rth3 ..... tepelný odpor chladiče

R_th3 = R_th - (R _{t h1} + R _{t h2} ) = 96 - ( 80 + 0,3 ) =  15,6 ⁰C/W.

Rozměry chladící desky.

Platí

     pro malé desky

l ......tepelná vodivost materiálu chladící desky,pro Al =2,1W/⁰C.cm

d ........ tloušťka desky  v mm

A ........ plocha desky  v cm²

C ........ korekční faktor = 1  pro vodorovné, hladké desky

                          = 0,85   pro  svislé, hladké desky

                          = 0,5    pro vodorovné černěné desky

                          = 0,43   pro svislé černěné desky.

Volíme -li svislou, černěnou desku, tloušťky  d = 2 mm, je

Volíme chladič rozměrů  4,5 x 4 cm.   

V současné době se vyrábí tažené chladiče z hliníku, pro které výrobce udává závislost délky chladiče na oteplení a výkonové ztrátě.

5)    Činitel filtrace.

  Týká se jenom změn výstupního napětí.

  nebo

6)    Činitel stabilizace.

        Týká se pouze stejnosměrných veličin.

      Degenerativní stabilizátory napětí.

 Používají tranzistor jako regulační prvek a to buď v podélné větvi 

(v sérii se zátěží), nebo v příčné větvi (paralelně k zátěži).

     Je-li tranzistor v podélné větvi, vykazuje stabilizátor velmi malý vnitřní odpor a musíme zdroj chránit před zkratem na výstupu, který obvykle vždy vede ke zničení tranzistoru. Ovšem úbytek napětí na tranzistoru bývá malý a stabilizátor mívá velkou účinnost.

     Je-li tranzistor v příčné větvi, dochází na podélném odporu k trvalé wattové ztrátě, která zhoršuje účinnost stabilizátoru. Ovšem tyto stabilizátory jsou automaticky odolné proti zkratu.

     Ukažme činnost stabilizátoru s tranzistorem v podélné větvi podle

Stabilizátor s tranzistorem           Stabilizátor se zesilovačem

 v podélné větvi                            odchylky

  Na bázi regulačního tranzistoru je konstantní napětí, určované referenčním zdrojem U_ref. Tranzistor je řízen napětím U_BE , které je dáno rozdílem U_ref - U_výst . Klesne-li výstupní napětí (ať už z důvodů poklesu zátěže, nebo z důvodů poklesu vstupního napětí), zmenší se napětí na emitoru transistoru, tím vzroste řídící napětí tranzistoru U_BE , tranzistor se více otevře, jeho dynamický odpor klesne a výstupní napětí vzroste, čímž se kompenzuje pokles napětí, který regulační zásah vyvolal. Při vzrůstu výstupního napětí proběhne regulační proces opačným způsobem.

  Výstupní napětí je určeno hodnotou napětí referenčního zdroje a výsledná odchylka žádané hodnoty výstupního napětí od zadané hodnoty referenční je nepřímo úměrná zesílením v regulační smyčce. Čím je toto zesílení větší, tím je odchylka menší (jedná se o statický systém).

  Proto se nejčastěji používají stabilizátory se zesilovačem odchylky.

  V praxi se vyrábí monolitické stabilizátory v integrované formě, které se používají jako normální součástky.

  Základními typy integrovaných stabilizátorů jsou typy TESLA řady MA 78.., které se vyrábí pro kladná napětí 5, 12, 15 a 24V, (vždy je napětí uvedeno za číslem 78 v typovém označení), nebo typové řady MA 79.. pro záporná napětí. Proudové zatížení stabilizátorů je 1A trvale, nebo 2,2A špičkově. Základní zapojení stabilizátoru MA 78.. je na obr.

  Hodnota výstupního napětí je dána vztahem .

Pozn. Nebezpečný stav u stabilizátorů typu MA 78..nastává, je-li na výstupu připojen kondenzátor velké kapacity ( >10mF) z důvodů krytí odběrových špiček. Potom v případě výpadku napájecího zdroje nebo zkratu na vstupním kondenzátoru) dojde k nežádoucí polarizaci stabilizátoru výstupním napětím, která vede k přepolarizaci vnitřního seriového regulačního tranzistoru a prakticky vždy k jeho zničení. Lze tomu zabránit diodou, zapojenou přes stabilizátor v opačné polaritě. která odvede náboj z výstupního kondenzátoru.

  Dalšími stabilizátory jsou obvody typu MAA 723. Tyto stabilizátory mají vnitřní zdroj referenčního napětí 7,15 V, výrobce dovolí připojit na obvod maximální napětí +40V (přičemž mezi společnou svorkou obvodu 5 a výstupní svorkou  nesmí překročit napětí +35 V), výstupní proud stabilizátoru je 150 mA. Tyto údaje dělí aplikace obvodu do 4 základních skupin:

  a) výstupní napětí < 7,15V a proud < 150 mA

b) výstupní napětí 40 V> U_výst >7,15V, výstupní proud < 150 mA          

c) výstupní napětí > 40 V

d) výstupní proud  > 150 mA.

Uvedeme základní zapojení pro tyto jednotlivé varianty.

a) Zapojení stabilizátoru pro U_výst = 4,5 V, proud 50 mA.

Protože doporučuje výrobce zatěžovat vnitřní referenční zdroj proudem

1 mA platí

Na svorce 3 je jeden vstup vnitřního operačního zesilovače, druhý vstup je na svorce 2. Napětí na svorce 3 určí velikost výstupního napětí, platí tedy

, takže lze psát ,  tudíž .

Hodnota odporu R₃ se volí tak, aby oba vstupy operačního zesilovače byly stejně zatíženy, tudíž R₃ = R₁ // R₂= 4 ,5.10³//2,65.10³=1,67kW. Proudové omezení se nastavuje rezistorem R₀. Jeho hodnota je dána vztahem  . Kondenzátor C₃ má výrobcem doporučenou hodnotu C₃ = 1000 pF.

Kondenzátor C₂ filtruje dodatečně vydělené referenční napětí a jeho hodnota není kritická, obvykle se volí 1 ¸ 10 mF. Kondenzátor C₁ je součástí předřazeného usměrňovače a jeho hodnota se volí tak, aby zvlnění napětí U₁ nepřesáhlo 10% U₂.

b) Výstupní napětí je 10V, výstupní proud 100 mA.

Protože výstupní napětí je větší než 7,15V, volí se zapojení :

  Výstupní napětí je nutno vydělit děličem R₁-R₂ na hodnotu referenčního napětí, což lze zapsat vztahem . Jako druhou podmínku pro určení odporového děliče je výhodné volit proud děličem jako v předchozím případě I_d = 1 mA. Potom . Protože napětí na celém děliči je 10V a napětí na R₂ je 7,15V, zbývá na R₁ napětí 2,85V, což při proudu 1 mA dá odpor 2k85. Tento je nejlépe sestavit ze dvou rezistorů, (např. 2k7+150J). Rezistor R₃ pouze převádí potenciál referenčního zdroje na vstup 3 porovnávacího operačního zesilovače a z důvodů symetrického zatížení obou vstupů OZ je dán vztahem R₃ = R₁//R₂=7,15//2,85=2kW. Tato hodnota ale není kritická a lze jí nahradit odporem 1k8 nebo 2k2.

Rezistor R₀ je opět dán vztahem

c)Výstupní napětí U₂ = 5V, výstupní proud I₂ = 4A.

Možné schéma zapojení je na obr,

  Protože maximální dovolený proud stabilizátoru je 150 mA, musíme pro dosažení proudu 4 A použít doplňující výkonový tranzistor. Zvolíme-li tranzistor KD 501, najdeme v katalogu jeho h_21E > 40. S tímto tranzistorem bychom dosáhli maximální proud . Vzhledem k zadání omezíme tedy výstupní proud odporem .

  Na odporu bude wattová ztráta asi  2,6 W, proto musí být navinut z odporového drátu nebo umístěn na chladiči. Ostatní hodnoty odporů se určí jako v prvním případě. Pro proud děličem 1 mA je odpor děliče R₁ - R₂ roven 7k15 a odpor R₂ = 5 kW, R₁ = 2k15. Odpor R₃ je opět R₁//R₂=1k5.

d) Výstupní napětí stabilizátoru je +150 V.

  Možné schéma zapojení je na obr.

Celé zapojení je napájeno z napětí + 200 V. Musíme dodržet podmínky,že

  U_8-5max = 40V, a U_5-výstup < 35V. Vytvoříme kaskádu R₅ - D₁ - D₂ - R₆, kde na Zenerových diodách vznikne napětí +36 V. Svorka 5 je spojena přímo s výstupem. Na odporu R₆ je tedy plné výstupní napětí a teče jím proud .Protože proud vývodem 5 (vlastní spotřeba obvodu 723) je 4 mA, teče přes Zenerovy diody rozdíl 64 mA. Vzhledem k hodnotám odporů R₁ a R₂, které jsou shodné a je na nich referenční napětí, je na svorce 2 napětí U_ref/2 = 3,58 V. Napětí na svorce 3 (druhý vstup vnitř. zesilovače) je získáno z odporového děliče R₃-R₄. Rezistor R₄ je připojen dole na zem výstupního napětí a hodnoty R₃ a R₄ musí být zvoleny tak, aby na svorce 3 bylo rovněž 3,58 V. Zvolíme-li tedy proud tímto děličem 1 mA, bude na R₄ právě úbytek 150 V. Jako tranzistor zvolíme KU 607 s h_21E = 50. Maximální proud ze stabilizátoru bychom získali I_2max = I_6max . h_21E = 0,15.50 =7,5 A Použijeme.li R₀ = 4J7, omezíme výstupní proud na . Tento proud by dal samotný obvod 723, ale není schopen zabezpečit požadované napětí +150 V, proto musí být použit externí tranzistor s U_CEM = 250V.

  Stabilizátory střídavých veličin.

Mezi stabilizátory střídavého napětí patří stabilizátory ferorezonanční a stabilizátory používající přesytku.

  Zapojení ferorezonančního stabilizátoru je na obr.

Indukčnost L je provedena jako transformátor, s primárním i sekundárním vinutím, její sycení je zvoleno tak, aby pracovala za kolenem magnetizační křivky. Primární vinutí je zapojeno v serii s kondenzátorem, jehož kapacita je zvolena tak, aby byla v rezonanci s indukčností L.Kolísá-li vstupní napětí o veličinu Du₁, projeví se změna na výstupním napětí pouze o Du_2. Napětí na kapacitě je otočeno oproti napětí na indukčnosti o 180⁰ (jsou v rezonanci) a tudíž se část napětí Du₂ snímá pomocí transformátoru T₁ a odečítá se od napětí u₂ tak, aby výsledná změna výstupního napětí byla nulová. Sekundární vinutí indukčnosti L má takový převod, aby výstupní napětí mělo žádanou velikost.

- stabilizátory s přesytkou mají zařazenou v serii se spotřebičem indukčnost, jejíž pracovní bod je ovládán řídícím vinutím, napájeným stejnosměrným proudem. Změny výstupního napětí se snímají přímo žhavenou diodou, po usměrnění se porovnávají s referenčním napětím a odchylka obou napětí se vede přes výkonový zesilovač do řídícího vinutí k ovládání pracovního bodu přesytky. Schema zapojení je na obr. Tvar výstupního napětí těchto stabilizátorů je zkreslen vyššími harmonickými v důsledku přesycené tlumivky a proto pro zlepšení tvaru křivky bývá na výstupu zapojen filtr na 3. a 5. harmonickou (seriové LC obvody laděné na 150 a 250 Hz).

    2. Pulzní zdroje.

Obsahují zpětnou vazbu, které na rozdíl od statické zpětné vazby stabilizátoru zasahuje nespojitě, jen v určitých, časově omezených intervalech T_a.

Regulační prvek pracuje pouze jako spínač a jelikož proud jím prochází jen po dobu T_a, je jeho výkonová ztráta mnohem menší, než u spojitě pracujícího regulátoru.

Spínané zdroje dělíme do dvou velkých skupin:

a) spínané zdroje pracující s frekvencí sítě

b) spínané zdroje, pracující s vysokou frekvencí (10 kHz - 1 MHz)

a) Spínané zdroje pracující s frekvencí sítě - jsou založeny na moderních polovodičových prvcích (tyristory a triaky) a prakticky nejsou výkonově omezeny. Rozeznáváme spínané zdroje bez transformátoru, s regulací v primárním nebo v sekundárním obvodu transformátoru.

Nejjednodušší schéma zdroje bez transformátoru je na obr.

Jako usměrňovač síťového napětí se používá tyristor. Tyristor je normálně nevodivý v obou směrech. Do propustného stavu je uváděn přivedením napětí na řídící elektrodu, které musí být kladné vůči katodě. Tyristor propouští pouze část kladných půlperiod a tím lze řídit výstupní napětí. Zapojení má oproti běžnému zapojení s usměrňovači navíc jen zdroj referenčního napětí, které spíná tyristor. Velikost referenčního napětí je dána vztahem  . Tyristor usměrňuje a stabilizuje takto:

Při kladné půlvlně se nabije kondenzátor C₁. Je-li U_stab > U_ref, tyristor vypne a kondenzátor C₁ dodává nahromaděnou energii do zátěže. Čím je větší odběr energie zátěží, tím častěji tyristor zapíná a tím do jisté míry stabilizuje výstupní napětí.

Referenční napětí je odvozeno od napětí sítě přes R₂. Dioda D₁ propustí na řídící elektrodu pouze napětí správné polarity. Velikost výstupního napětí lze nastavit typem stabilizační diody (v mezích 20 - 290V). Zapojení stabilizuje i změny výstupního napětí s ohledem na zátěž. Změny vstupního napětí nestabilizuje.

V následujícím zapojení je referenční napětí nepřímo úměrné změnám síťového napětí a tudíž obvod stabilizuje i změny vstupního napětí. Tyristor  připojuje střídavou síť na vstup filtru R₈C₅ ve chvíli, kdy okamžitá hodnota síťového napětí odpovídá žádané hodnotě stejnosměrného napětí. Aby nebylo nutno vypínat tyristor prostřednictvím složitých vypínacích obvodů, volí se pro jeho sepnutí okamžik, kdy hodnota síťového napětí klesá. Filter L₁C₁ brání pronikání vysokých kmitočtů při spínání do napájecí sítě. Dioda D₁ je vodivá při záporných půlvlnách síťového napětí, takže na ní je kladné pulzující napětí, které se filtruje filtrem R₁C₂ a napájí kolektor tranzistoru Q₁.  Když napětí na bázi tranzistoru překročí napětí na jeho emitoru, tranzistor se otevře a rychlá změna kolektorového napětí se přenese přes derivační článek C₄R₇ na řídící elektrodu tyristoru, který sepne. Úroveň výstupního napětí lze ovládat potenciometrem R₃.

Pro řízení těchto zdrojů se s výhodou rovněž používají diaky, jak je uvedeno na obr.

 Kondenzátor C₂ se nabíjí přes odpor R₅. Když napětí na něm dosáhne spínacího napětí diaku, tento sepne a náboj kondenzátoru C₂ se vybije přes derivační článek C₃R₁₀ do řídící elektrody tyristoru, který sepne a na výstupu se objeví plné síťové napětí. Tento obvod tvoří základ stabilizátorů na obr.

 Obvod udržuje stálé výstupní napětí nezávisle na kolísání jak vstupního napětí, tak i zátěže. Funkci stabilizátoru plní tranzistor Q_1. Při změnách napájecího napětí se mění jeho bázový i kolektorový proud. Při zvýšení napájecího napětí vzroste kolektorový proud, klesne kolektorové napětí a prodlouží se doba nabíjení kondenzátoru C₂. K zapnutí diaku a tím i tyristoru dojde později a výstupní napětí se při změnách vstupního napětí nezmění. Při poklesu napájecího napětí je proces opačný, nabíjení kondenzátoru se zrychluje. Obdobný proces nastává i při kolísání výstupního napětí vlivem kolísání zátěže. Zvětšení odporu zátěže vede k vzrůstu výstupního napětí a tím i k zvětšení proudu do báze (nyní přes odpor R₇), tím k zvětšení kolektorového proudu, poklesu kolektorového napětí a zpoždění okamžiku zapnutí tyristoru.

     Spínané zdroje s regulací v primárním obvodu transformátoru.

Zlepšit využití transformátoru, který podstatně ovlivňuje rozměry, hmotnost a účinnost klasického zdroje je možné zařazením regulace do jeho primárního obvodu. Schéma je uvedeno na obr.  

Jako spínač je použit triak T₁, fázově řízený  integrovaným obvodem MAA 436. Výstupní napětí je přes dělič R₇R₈ vedeno na světelnou diodu optronu, jehož fototranzistor přímo ovládá vstup obvodu 436. Ke stabilizaci výstupního napětí se využívá voltampérová charakteristika světelné diody, která se v propustném stavu chová jako stabilizační dioda s napětím asi 1,1V. Je-li výstupní napětí menší než požadované, prochází diodou menší proud, fototranzistor se přivře a na vstupu obvodu 436 je menší napětí. To způsobí, že spouštěcí impulzy pro triak se posunou do oblasti větších úhlů otevření triaku a výstupní napětí z transformátoru vzroste. Je-li výstupní napětí vyšší, než požadované, je regulační pochod obrácený. Hodnota výstupního napětí se reguluje pomocí potenciometru R₈. Výstupní napětí má stabilitu lepší než 6% v rozsahu vstupních napětí 187 - 242V, při změnách zátěže od desetin jmenovité hodnoty až do jmenovité hodnoty proudu, zvlnění stabilizovaného napětí je menší než 1V a účinnost je lepší než 78%.

     Spínané zdroje s regulací v sekundárním obvodu transformátoru.

V mnoha aplikacích se používají obvody s řízením v sekundárním obvodu transformátoru. Schéma zapojení je uvedeno na obr. 

Síťové napětí, snížené na tranformátoru TR1 se přivádí na můstkový usměrňovač tvořený tyristory T1 a T2, diodami D1,D2 a nulovou diodou D3, pracující do filtru LC. Tyristory jsou fázově řízeny integrovaným obvodem IO1, který je napájen střídavým napětím z vinutí 5,6 transformátoru TR1. Na jeden vstup integrovaného obvodu je přiváděno napětí z vlastního zdroje referenční úrovně, na druhý vstup se přivádí napětí, které je mezi vývody 12 a 10 a zdvihového napětí, generovaného obvodem 436. V okamžiku rovnosti obou napětí se překlopí  komparátor obvodu a přes spouštěcí obvod se vybije kondenzátor C₂. Tím vznikne v primárním vinutí transformátoru TR2 impuls, jehož posunutí závisí na napětí mezi vývody 12 a 10  obvodu 436. Tyristory jsou řízeny ze sekundárních vinutí transformároru TR2. V okamžiku příchodu kladného impulzu do řídící elektrody jednoho tyristoru  přichází záporný impuls do elektrody druhého a naopak. Kladný impuls přichází na řídící elektrodu toho tyristoru, který má na anodě právě kladné napětí, což se docílí správným připojením vývodů TR2 k řídícím elektrodám tyristorů. Parametry výstupního napětí zdroje jsou stejné jako u zdroje s regulací v primárním vinutí.

   b) Spínané zdroje pracující s vysokou frekvencí.

Blokové schema pulzního zdroje, pracujícího s vyšší frekvencí (10 kHz -

1 MHz) je na obr.

  Stabilizátor pracuje takto: Astabilní klopný obvod generuje obdélníkový signál s konstantním kmitočtem (10 kHz - 1 MHz) a střídou  1:1. Tento signál spouští modulátor délky impulzu, který zapíná a vypíná spínač Q. Délku impulzu na výstupu modulátoru délky impulzu určuje zesilovač odchylky OZ. Filter LC vyhlazuje napětí na výstupu spinače Q a dává potřebné stabilizované napětí. Toto napětí se v zesilovači odchylky OZ porovnává s referenčním napětím a výsledkem je napětí odchylky. Pro větší účinnost je mezi spínač Q a filtr zapojena zpětná dioda D. V okamžiku, kdy je tranzistorový spinač Q vypnut, napětí na tlumivce  prodlužuje nabíjení kondenzátoru C přes zpětnou diodu D. Účinnost spínacího stabilizátoru napětí s konstantním kmitočtem je podle rychlosti spínacích součástek 65% - 80%.

Starší provedení zdrojů měly síťový transformátor, novější zdroje jsou bez síťového transformátoru, s měniči, které mají vstup galvanicky oddělený od výstupu.

Blokové schéma zdroje se síťovým transformátorem je:

    Střídače mohou pracovat v blokujícím režimu ( energie je dodávána v době T_a, když je spínač sepnut do akumulačního prvku, např. indukčnosti a v době T_b, když je spínač rozepnut je převáděna do zátěže) nebo v propustném režimu ( energie je předávána do zátěže ze sítě v čase T_a, když je spínač sepnut).

Síťové napětí se usměrní a vyhladí filtrem R₁C_1. Odpor R₁ současně chrání diody usměrňovače při zapnutí zdroje. Spinač Q přemění vstupní usměrněné napětí na obdélníkové o vysokém kmitočtu s proměnnou střídou. Toto obdélníkové napětí se přivádí na primár transformátoru, kde se transformuje na požadovanou úroveň a zároveň se oddělí galvanicky od sítě. Dále se filtruje (LC₂) a usměrní. Řídící obvod obsahuje astabilní klopný obvod JAKO, který generuje obdélníkové napětí se střídou 1:1, které spouští modulátor šířky impulzů, který přes TR2 zapíná a vypíná spínač Q. Modulátor šířky impulzů generuje napětí pilového průběhu a řízen jednak napětím z JAKO a jednak chybovým napětím z komparátoru, který se klopí podle toho, je-li U_stab > U_ref, nebo U_stab < U_ref.

      Blokující (Akumulující) měniče.

Energie je předávána do zátěže v okamžiku, kdy je spinač rozepnut. Energie je akumulována v magnetickém poli tlumivky, nebo transformátoru a po rozepnutí spinače se předává do zátěže.

Jsou možné dva způsoby činnosti:

a) jedna z dob (T_a nebo T_b) je konstantní a druhá je proměnná. To ovšem vede k proměnné opakovací frekvenci, což je dosti nevýhodné.

b) . Klesne-li T_a, vzroste T_b a naopak. Tento reřim činnosti je výhodnější a převážně se používá.

  Základní funkce blokujícího měniče je patrná z obr.

V časovém intervalu T_a je spínač sepnut a energie W_a, která prošla ze zdroje U_z do cívky L₁ se akumuluje v magnetickém poli cívky. V intervalu T_b je spinač rozepnut a část energie W_b z cívky L₁ je odebírána kondenzátorem C₁ a odporem zátěže R_z. Budeme-li uvažovat měnič beze ztrát, musí platit W_a = W_b, kde W_a je přírůstek energie v cívce za dobu T_a a W_b je energie odevzdaná cívkou v časovém intervalu T_b. Změna proudu v cívce je dána indukčním zákonem . Proud se tedy mění lineátně a za dobu T_a dosáhne přírůstek hodnotu . Napětí na cívce má hodnotu U_z a výstupní obvod je v této fázi činnosti oddělen diodou D, zapojenou v obráceném směru, takže výstupní proud je určen pouze nábojem kondenzátoru C a zatěžovacím rezistorem R_z. Na konci intervalu T_a se skokem rozpojí spinač a začíná  doba T_b. Rozepnutím spinače se na svorkách cívky objeví skokem protielektromotorická síla, opačné polarity, která se snaží zabránit změně směru proudu, které způsobí průchod proudu nyní otevřenou diodou D do zátěže R_z a do kondenzátoru C, kde doplní náboj na původní hodnotu. Za předpokladu, že U₀ = U_lb = konst je pokles proudu v cívce lineární a platí  a za dobu T_b projde cívkou L₁ proud . Ze zákona zachování energie plyne , z čehož plyne pro stejnosměrné napětí na zátěži .

Při daném poměru T_a/T_b je výstupní napětí teoreticky nezávislé na zatěžovacím proudu I₀. Při jeho změnách se pouze mění proud I₁, odebíraný ze zdroje napětí U_z. Při velkém odběru proudu nestačí ale cívka L₁ pokrýt svou energií celkový odběr energie a může dojít i k přesycení obvodu, což je nepřípustný stav. Naopak při malém odběru proudu I₀ může být přerušovám proud cívkou, protože kondenzátor  se dobije před ukončení doby T_b. Výstupní proud nesmí tedy klesnout pod hodnotu I_0min. Oba uvedené stavy určují meze regulace, za nimiž výše uvedené vztahy přestanou platit.

Blokující měniče dávají výstupní napětí s velkým zvlněním. Pro filtrační kondenzátor, aby zvlnění j<20% se udává vztah
Filtrační kondenzátor musí mít dobrou kvalitu a musí být bezindukční.

Prakticky nahrazujeme cívku L₁ impulzním transformátorem, který nám umožní získat výstupní napětí libovolné polarity i velikosti při současném galvanickém oddělení vstupu od výstupu.

Činnost zapojení je shodná s výše popsanou funkcí. V intervalu T_a prochází proud pouze vstupním vinutím transformátoru, v čase T_b jen výstupním vinutím transformátoru. Platí následující vztahy:

,  .  Protože   platí  , odkud    a uvážíme-li, že  platí

Při návrhu vycházíme ze zadaného U₀, I₀ a I_0min.

Nejdříve určíme sekundární indukčnost z podmínky:

 kde

Primární indukčnost určíme ze vztahu pro převod:

,    

Pro stejnosměrný proud platí:

Proud výstupního vinutí transformátoru je

Proud primárního vinutí transformátoru je

Jádro impulsního transformátoru ( nebo tlumivky L₁) musí být dimenzováno tak, aby se nemohlo přesytit. S ohledem na frekvenci a minimální ztráty se používají feritová jádra. S ohledem na stejnosměrnou složku proudu a velký magnetický tok b jádře se používá magnetický obvod se vzduchovou mezerou.

Materiál jádra bývá H 22. Součinitel indukčnosti jádra bez vzduchové mezery je dán vztahem     (nH, nH/m, m²), kde koeficient

k₁ = 3.10⁵ nH/m   pro E jádra  a k₁ = 5.10⁵ nH/m pro hrníčková jádra.

Součinitel indukčnosti jádra se vzduchovou mezerou je , kde

d je vzduchová mezera v (mm) - vztah platí pro  0,05 mm £ d  £ 0,7 mm.

Konstanta k₂ závisí na tvaru a rozměru jádra.

  typ jádra           průřez jádra            k₂

    E                S ³ 100 mm²           2

                     S < 100 mm²           3

 hrníčkové           S ³ 100 mm²           3

                     S < 100 mm²           4

Po dosazení     (nH, m², nH/m, mm)

Protože , je

  a     je průřez středního sloupku magnetického obvodu

. Dosadíme-li do rovnice vztah pro A_Ld, dostaneme po úpravě konečný vztah pro průřez jádra, který obsahuje i vliv vzduchové mezery, typu jádra, maximální hodnoty stejnosměrného proudu i maximální hodnoty magnetické indukce

.

Při běžném návrhu pro jádra E uvažujeme d = 0,3mm.

Počet závitů výstupního vinutí transformátoru je  

a primárního vinutí .

Kromě primárního a sekundárního vinutí musíme navinout ještě zpětnovazební vinutí, které zajišťuje činnost střídače. Počet závitů zpětnovazebního vinutí N_b je určen amplitudou napětí na bázi tranzistoru, které se volí U_bmax  = 3V. Tudíž .  S ohledem na těsnou vazbu se dělí primární vinutí na dvě části. První polovina se navine na jádro, potom se navine jedno nebo více sekundárních vinutí a na ně se navine druhá polovina primárního vinutí. Zpětnovazební vinutí navineme až nahoru.

Indukční zátěž klade vysoké nároky na spínací tranzistor. Musí být použit tranzistor, jehož kolektorový proud vyhovuje vztahu

, kde zde h @ 0,8  je účinnost

                            je t.zv. střída

                            P_výst je odebíraný výkon .

Pro U_vst = 220 V, je tranzistor namáhán napětím . Při kolísání napětí o ± 20% musí být U_CEmax = 1 kV.

Opakovací perioda . Spínací a vypínací doby tranzistoru

t_ON  = t_{OFF <} T. Při f_opak = 100 kHz je T = 10ms.by  t_ON i t_OFF aapoň o 2 řády nižší, t.j. okolo 100 ns. To platí i pro ostatní diody.

Pokud chceme z měniče odebírat více různých napětí, volíme jako řídící napětí zdroje s největším výkonem. Ostatní napětí získáme tak, že na transformátor navineme další sekundární vinutí, z nichž po usměrnění odebíráme žádaná napětí. Pro usměrňovače těchto napětí tyto přísné požadavky již neplatí.

Propustný měnič.

Používají se pro výkony 20 - 50W. Jeho princip činnosti je na obr.

V časovém intervalu T_a je spinač sepnut a přes cívku L prochází ze vstupního obvodu do výstupního proud i_La. Pokud zanedbáme ztráty, je napětí na cívce . Proud v cívce se lineárně zvětšuje  a za dobu T_a dosáhne hodnoty . Pokud bude zatěžovací proud konstantní, bude se proud v časovém okamžiku T_b, když rozepneme spinač lineárně zmenšovat podle zákona  a za dobu T_b dosáhne hodnoty . Zátěž R_z je napájena v tomto intervalu energií z cívky L přes otevřenou rekuperační diodu D. Ze zákona zachování energie platí rovnost , čož po dosazení dává . Po úpravě dostaneme . Vždy musí platit U₀ < U_z. Proud procházející cívkou neklesá až k nule, ale má ustálenou složku I_L0, na níž je superponován průběh Di_L. Jest-liže I₀ « I_0min je Di_L « I₀. Cívka s kondenzátorem tvoří účinný filtr.

Často se používá propustný měnič s impulzním transformátorem, dle obr.

Interval T_a začíná sepnutím spínacího tranzistoru. Kolektorovým obvodem začne procházet proud i_C. Ve výstupním obvodu se indukuje napětí, které způsobí proud i_L, který prochází přes diodu D₁ a cívku L do filtračního kondenzátoru C a zátěže R_z. Tento proud se lineárně zvětšuje z počáteční hodnoty I_Lmin na začátku intervalu T_a až na hodnotu I_Lmax na jeho konci. V době T_a působí tlumivka L s kondenzátorem C jako vyhlazovací filtr a současně jako prvek, akumulující energii. Navíc se akumuluje energie také v jádře impulzního transformátoru průchodem proudu vstupním vinutím N₁.

Časový interval T_b začíná uzavřením tranzistoru. Část energie, akumulované cívkou L se nyní přenáší přes propustně polarizovanou diodu D₂ do kondenzátoru C a do zátěže R_z. Proud cívky i_Lb lineárně klesá. Mezivrcholová hodnota superponované složky proudu I_LmV = I_lmax - I_lmin je podstatně menší, než odebíraný proud I₀, takže i zvlnění výstupního napětí je malé. Protože energie nahromaděná v jádře impulzního transformátoru v době T_a  není v době T_b odebírána, bylo by jádro v této době přesycováno. Proto se v intervalu T_b vrací tato část energie přes demagnetizační vinutí a demagnetizační diodu D_d  zpět do zdroje napětí U_z. Demagnetizační vinutí má stejný počet závitů, jako vstupní vinutí N₁, ale je vinuto opačným smyslem. Pro kompenzaci magnetického obvodu transformátoru je důležité, aby demagnetizační proud klesl na nulu dříve, než zkončí interval T_b. Odtud plyne podmínka pro volbu T_a/T_b £ 1. Demagnetizační vinutí současně chrání tranzistor před překročením U_CEmax. Tranzistor opět musí snést napětí U_CEmax > 2U_z , s ohledem na překmity a tolerance napětí.

Výstupní napětí měniče je úměrné střední hodnotě usměrněných napěťových impulzů na výstupu transformátoru

, . Nejmenší proud I_0min procházející zátěží je určen podmínkou I_lmin = 0. Ze zákona o zachování energir plyne

Minimální výstupní proud je určen střední hodnotou pilového průběhi proudu

. V praxi bývá I_0min = (5 až 10).10^-2 I_0max. Pro I₀ = 0 by se U₀ zvýšilo až na hodnotu U_2max.

Indukčnost cívky plyne z uvedených vztahů 

Při větších výkonech je jádro tlumivky syceno stejnosměrným proudem

(I₀ » I_LmV), takže musí mít vzduchovou mezeru , kde B » 0,7 B_sat a počet závitů je .

Při návrhu impulzního transformátoru se určuje převod z předpokladu nejhorších pracovních podmínek  . Indukčnost je dána amplitudou magnetizačního proudu   a je tedy  .

Magnetická indukce v jádře transformátoru je . Indukčnost výstupního vinutí je . Maximální hodnota kolektorového proudu

je . Filtrační kondenzátor pro činitel zvlnění j_z = DU₀/U₀=0,1 je .

Můstková zapojení.

Pro větší požadované výkony se používají můstková zapojení.

Polomost.

Principielní zapojení je uvedeno na obr.                   

Jeho výhoda spočívá v tom, že část impulzního proudu, kterou by musel dodávat vstupní zdroj je kryta pomocí nabíjecích a vybíjecích proudů kondenzátorů C₁ a C₂. Kondenzátor C_c je elektrolytický, bipolární kondenzátor s velkou kapacitou. Není-li vstupní zdroj dostatečně tvrdý, klesá při jeho zatěžování napětí a tím i proud I₁ a tento pokles vyrovnávají kondenzátory C₁ a C₂. Na konci doby sepnutí tranzistoru je vždy jeden kondenzátor plně nabit a druhý plně vybit. Kapacita C_C musí být dostatečně vysoká, aby při jeho přebíjení z jedné polarity na druhou nedocházelo k nadměrným ztrátám. Nutno počítat s tím, že na kondenzátoru C_C se objevuje napětí obou polarit.  Současně s rostoucím zatížením klesá odpor, přetransformovaný ze zátěže do primárního vinutí transformátoru a při sepnutí tranzistoru se nabíjí C₁ nebo C₂ do menšího odporu, tedy rychleji, což napomáhá regulaci na konstantní výkon.

Střída zde nemůže být 100%, protože při toleranci součástek by mohlo dojít k současnému sepnutí obou tranzistorů, přes ně ke zkratu zdroje a pak buď ke zničení tranzistorů nebo vstupního zdroje.

Je-li U_vst = 220 V a výstupní výkon P_výst = 500 W, je třeba dimenzovat tranzistory na proud ,předpokládáme-li

účinnost h = 0,8 a střídu spínání d = 0,8. Tranzistory musíme volit na napětí , když předpokládáme kolísíní vstupního napětí o 10%.

Plný most.

Principielní schema je na obr.

Používá se pro největší výkony do 1 - 2kW, kdy již proudy z kondenzátorů polomostu nestačí a je nutno odebírat výkon ze skutečně tvrdého zdroje.

Nevýhodou je komplikovanější buzení tranzistorů, kdy v jedné periodě spínají současně tranzistory T₁ a T₄, a ve druhé T₂ a T₃. Pro dimenzování tranzistorů platí stejné zásady jako u polomostu. Lze použít buď bipolární tranzistory, obyčejně  Darlingtonovy dvojice v jednom pouzdře pro snížení nároků na řízení tranzistorů, nebo unipolární MOS či JFET tranzistory, hlavně pro vyšší opakovací frekvence (100 kHz - 1 MHz). Tranzistory jsou ohrožovány indukčními špičkami při spínání indukční zátěže, proto je třeba je důkladně dimenzovat a navíc použít i ochranné obvody (diody, Zenerovy  diody, RC členy).

Řídící obvody spínaných zdrojů.

Mají za úkol udržovat výstupní napětí na předepsané úrovni. Buď pracují pouze s chybovým výstupním napětím, nebo s proměnnou frekvencí či s konstantní frekvencí a šířkovou modulací řídících impulzů.

Schema řídícího obvodu pracujícího s chybovým výstupním napětím je na obr.

Výstupní napětí je porovnáváno s referenčním napětím na vstupech diferenciálního zesilovače. Dosáhne-li chybové napětí, které je dáno rozdílem výstupního a referenčního napětí určité hodnoty, sepne výstup zesilovače spinač S_k a měnič přestane kmitat. Čím je výstupní napětí nižší, než referenční, tím delší dobu zůstává spinač S_k rozepnut a tím delší dobu pracuje samokmitající měnič zdroje.

Schema řídícího obvodu s proměnnou frekvencí je na obr.

            a) řídící obvod                    b) řídící obvod

          s proměnnou frekvencí              s šířkovou modulací 

Řídící obvod s proměnnou frekvencí se používá u propustných měničů. Výstupní napětí se porovnává na komparátoru s referenčním napětím a v závislosti na jejich odchylce jsou na výstupu komparátoru impulsy, proměnné frekvence, jimiž je spínán spínač S.

Řídící obvod s šířkovou modulací porovnává na vstupech komparátoru již zesilovačem zpracované napětí odchylky a napětí z generátoru pilového průběhu, který má konstantní opakovací frekvenci. Podle velikosti chybového napětí dostáváme na výstupu komparátoru impulzy proměnné střídy, ale konstantní frekvence, jimiž je řízen spinač S. Tento způsob regulace je oproti předcházejícím výhodnější, proto se používá častěji, zvláště u měničů s větším výstupním výkonem.

           Oblasti použití jednotlivých typů měničů.

           Porovnání spínaných zdrojů s klasickými zdroji

Literatura : 1) Kabeš, Návrh normalizovaných transformátorů, Sdělovací technika 2/1956, 2) Hojka, Boltík, Nobilis  Elektronická zařízení I, SNTL 1990, 3) Mallat, Krofta, Stabilizované zdroje pro mikroelektroniku, SNTL 1986, 4) Krejčiřík a kol., Elektronika příklady, ČVUT praha 1993, 5) Jurkovič,Zodl, Příručka nf obvodové techniky, Vydavatelství technické literatury, Bratislava 1985