Elektronika

Maturitní otázky

PULZNÍ ZDROJE - PRAKTICKÁ ZAPOJENÍ

34.Pulzní zdroje - praktická zapojení

a) Spínané zdroje pracující s frekvencí sítě

Spínané zdroje bez 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. Filtr 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 impulsy 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 transformátoru 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 transformátoru TR2. V okamžiku příchodu kladného impulsu 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.

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 impulsů.

Schéma 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 spínač S_k a měnič přestane kmitat. Čím je výstupní napětí nižší, než referenční, tím delší dobu zůstává spínač S_k rozepnut a tím delší dobu pracuje samokmitající měnič zdroje.

Schéma 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 impulsy proměnné střídy, ale konstantní frekvence, jimiž je řízen spínač S. Tento způsob regulace je oproti předcházejícím výhodnější, proto se používá častěji, zvláště u měničů s větším výstupním výkonem.