Vítejte!
HŘÍŠNÍCI NOVÝ UŽIVATEL

nepřihlášený uživatel


Právě si tyto stránky čte 1 člověk.
Poslední změna:
29.09.2007
Návštěvník číslo:
23711
ICQ:61783389
Copyright © 2003
Hell

Elektronika

Maturitní otázky


NÁSOBIČE NAPĚTÍ A ZDROJE VN

35.Násobiče napětí a zdroje vn

Usměrňovače

                Ve slaboproudých zapojeních se v oblasti napájecích zdrojů ustálilo užití několika základních zapojení usměrňovačů podle požadovaného napětí, proudů a zvlnění. Všechny typy usměrňovačů se převážně užívají s nabíjecím kondenzátorem, který se vynechává jen výjimečně, (vypínání tyrystorů, nabíjení akumulátorů). Typy a jejich vlastnosti lze shrnout :

A)     pro síťový kmitočet 50[Hz]

1)       jednocestný ( vysoká napětí, malé proudy, velké zvlnění )

2)       dvoucestný ( nízká napětí, velké proudy, malé zvlnění )

3)       můstkové ( Graetz ) ( střední napětí, velké proudy, malé zvlnění)

4)       zdvojovač ( Greinacherův ) ( vysoká napětí, malé proudy, velké zvlnění )

5)       násobiče ( velmi vysoká napětí, velmi malé proudy, velké napětí )

B)      pro vyšší kmitočet 100[kHz]

1)       jednocestný ( nízká napětí, vysoké proudy, malé zvlnění )

2)       dvoucestný ( nízká napětí, velké proudy, malé zvlnění, omezuje stejnosměrné sycení jádra transformátoru )

Násobiče

                Násobiče napětí lze realizovat opakováním jednotlivých typů usměrňovačů tak, aby z hlediska střídavého napájení byly všechny jejich stupně spojeny paralelně a z hlediska jejich výstupních stejnosměrných napětí jejich výstupy v sérii. Takovýmto násobičům se říká kaskádní a jsou odvozeny z jednotlivých typů usměrňovačů.

Kaskádní jednocestný násobič (Delonův)

Pro velmi malé proudy a vysoké hodnoty napětí se nevyplatí konstruovat transformátory s vysokým sekundárním napětím (velká pracnost vinutí mnoha závitů tenkého vodiče a velké riziko mezizávitových průrazů tenké izolace tenkého vodiče). Řešením je užití násobiče napětí, kterým lze násobit napětí teoreticky nekonečně mnohokrát, prakticky přijatelná účinnost násobiče omezuje koeficient násobení na hodnotu okolo 10 x.

Obvodově se jakýkoliv násobič skládá z řady jednocestných usměrňovačů, kde základem je jeden stupeň násobiče, překreslený do vhodného tvaru na obr.2.9.

Kondenzátor CN se nabije (při nulovém proudu zátěže) na maximální hodnotu napětí sekundárního vinutí transformátoru (vstupního napětí usměrňovače), která má velikost:

Na toto napětí se nabije během kladné půlperiody sekundárního napětí transformátoru, tedy v čase, kdy je na horní vstupní svorce kladné napětí oproti spodní vstupní svorce. V dalším časovém okamžiku, kdy horní svorka je záporná vzhledem ke svorce spodní je dioda D v závěrném stavu, neteče jí proud a teoreticky vliv obvodu neovlivňuje. Lze tedy k ní paralelně připojit další jednocestný usměrňovač podle obr. 2.10, který je ovšem svojí diodou D2 orientován tak, aby tuto zápornou půlperiodu sekundárního napětí mohl zpracovat. Je nutno si uvědomit, že pro druhý jednocestný usměrňovač, skládající se z diody D2 a kondenzátoru C2 je zdrojem napětí nikoliv pouze sekundární vinutí transformátoru, ale napětí tohoto vinutí (při polaritě + dole) a napětí na kondenzátoru CN1!

Tato dvě napětí jsou souhlasně polarizovaná a jejich hodnoty se sčítají:

Kondenzátor CN2 se tedy nabíjí na toto napětí 2 . Uo (při zanedbání úbytku napětí na D2). Během třetí půlperiody výstupního napětí transformátoru (vstupního napětí usměrňovače) je opět na horní svorce kladný potenciál vzhledem ke svorce záporné. Pokud předpokládáme, že kondenzátor CN1 se (teoreticky) nevybil, není důvodu, proč by byl dobíjen proudem přes diodu D1 t.j. dioda D1 je zavřená (její pracovní bod je v počátku souřadnic, nebo v závěrné oblasti). Dioda druhého jednocestného usměrňovače D2 také uzavřena, protože pro kladnou půlperiodu je polarizována v závěru. Jsou tedy předpoklady pro to, aby vedla dioda D3 třetího jednocestného usměrňovače.

Zdrojem, který napájí napětím třetí jednocestný usměrňovač je podle obr.2.11 sériové zapojení vstupního napětí usměrňovače (výstupního napětí transformátoru) a napětí 2 . Uo na kondenzátoru CN2, t.j. napětí o maximální velikosti 3 . Uo. Sledujeme-li však cestu nabíjecího proudu třetího jednocestného usměrňovače, zjistíme, že v této cestě leží navíc kromě kondenzátoru CN3 také kondenzátor CN1. Tento kondenzátor je dobíjen na napětí Uo, takže ze zdrojového napětí 3 . Uo zbývá na kondenzátor CN3 pouze napětí o velikosti 2 . Uo.

Během čtvrté půlperiody vstupního střídavého napětí se situace obdobně opakuje pro čtvrtý jednocestný usměrňovač, tvořený diodou D4 a kondenzátorem CN4, obr.2.12. Během této doby předpokládáme kladný potenciál na spodní vstupní svorce a záporný na horní vstupní svorce. Pro nabíjecí proud kondenzátoru CN4 platí II. Kirchhoffův zákon :

Obecně tedy platí, že všechny kondenzátory CN se nabíjí na napětí 2 . Uo (kromě CN1) i při dalším řazení dalších stupňů.

Z toho plyne obecný závěr pro násobič napětí:

-          na spodních kondenzátorech jsou liché násobky napětí Uo

-          na horních kondenzátorech jsou sudé násobky napětí Uo.

Na základě předcházejících úvah dimenzujeme všechny užité diody na závěrné napětí UR > 2 . Uo a propustný proud zátěže IF = I. Kapacitu jednotlivých kondenzátorů volíme podle empirického vztahu:

CN > 2 . n . (n + 2) . I / (Uo . f) [F; A, V, Hz],

kde:

-          n je počet stupňů násobiče, ze kterých je odebírán proud

-          I je střední hodnota proudu do zátěže v [A]

-          Uo je střední hodnota napětí základního stupně ve [V]

-          f je kmitočet napětí uvst obvykle 50 [Hz].

Napěťově dimenzujeme kondenzátory na napětí Uc > 2 . Uo (včetně prvního pro jednotnost).

Kaskádní dvoucestný násobič z Graetzových můstků

Stejně jako v předcházející kapitole byly kaskádně řazeny zdvojovače napětí, lze kaskádně řadit i můstkové usměrňovače, obr. 2.13. V tomto zapojení se postupně nabíjí nabíjecí kondenzátory CN1,CN2,...CNn, zapojené v diagonálách jednotlivých diodových můstků. Jakmile je např. kondenzátor CN1 nabit, není důvodu (pokud z něj pro jednoduchost není náboj odebírán vybíjecím proudem) aby tekl proud diodami D1 - D4 (první můstek zleva).

Tím tento můstek je tedy odpojen od zdroje střídavého napětí a přes vazební kondenzátory CVl a CV2 je připojen můstek další (D5 - D8) a nabíjí se nabíjecí kondenzátor druhého můstku, t.j. CN2. Celý postup se může opakovat i pro další zařazované stupně, pouze rostoucí počet sériově zapojených vazebních kondenzátorů CV omezuje velikost nabíjecích proudů dalších můstkových usměrňovačů a tím i jejich zatížitelnost. Z hlediska výstupního napětí jsou nabíjecí kondenzátory řazeny v sérii a výstupní napětí je tedy součtem jednotlivých napětí na CN. Pro n stupňů násobiče je potom výstupní napětí dáno: Uvýst = n . Uo = n .  . U,

kde U je efektivní hodnota výstupního napětí transformátoru na sekundární straně.

Nevýhodou tohoto zapojení je, že vazební kondenzátory, u nichž je požadována vysoká hodnota kapacity (aby neomezovaly nabíjení kondenzátorů CN, měly by mít vazební kondenzátory kapacity CV » CN) a současně musí tyto kondenzátory CV být bipolární, tj. nesmí být elektrolytické. Tyto dvě podmínky jdou tak značně proti sobě, že užití tohoto násobiče je velmi omezené pouze pro malé výstupní proudy. Nicméně tento násobič je při stejné volbě součástek a stejném zvlnění výstupního proudu schopen dodávat do zátěže dvojnásobný proud, než předcházející typ.

Kaskádní dvoucestný násobič ze dvou Delonových násobičů

Užijeme-li dva Delonovy násobiče, napájené ze dvou vinutí transformátoru, jejichž napětí jsou inverzní, dostaneme zapojení podle obr. 2.14, které lze považovat opět za můstkové zapojení s vyvedeným středem sekundárního vinutí. Pro zapojení platí obdobné úvahy jako pro předcházející a vzhledem k potřebě dvou symetrických sekundárních vinutí je toto zapojení ještě složitější a nepřináší již další výhody kromě té, že je jeden pól výstupního napětí spojen se středem sekundárního vinutí transformátoru. Poloviční proudové zatížení jednotlivých diod v tomto případě obvykle nehraje roli, protože násobiče se užívají převážně pro malé proudy a diody jsou stejně proudově dimenzovány mnohokráte více.

Obr.2.15 Náhrada bipolárního kondenzátoru

Vzhledem k cenovým relacím kondenzátorů a diod je však v dnešní době výhodné sestavit bipolární kondenzátor složením obvodu podle obr. 2.15. Diody, zapojené paralelně k elektrolytickým kondenzátorům zabraňují jejich přepolarizování vyšším napětím, než je UF = 0,7 [V] u Si diod. Výsledný obvod je jak menší, než původní objemný bipolární (svitkový) kondenzátor, tak i levnější.


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 nepříliš vysokých napětí, protože transformátory jinak vychází rozměrově veliké, váhově 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.

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.

Přihlášení

Jméno

Heslo

Podporované projekty (vřele doporučuji)

Bezdrátová síť v Plzni 
PilsFree

Moje oblíbené WWW stránky (vřele doporučuji)

Zpravodajství ze světa nejrychlejších vozů naší planety:
Formule 1

Zpravodajství ze světa videa, TV karet, kodeků a tak podobně:
TV Freak

Zpravodajství ze světa počítačů a všeho kolem:
Živě

Zpravodajství ze světa počítačů:
PcTuning

Zpravodajství ze světa mobilů:
MobilMania

Zpravodajství ze světa počítačových her a hardwaru.
BonusWeb

Češtiny do her a programů:
Češtiny

Zpravodajství ze světa počítačových her a hardwaru:
Doupě

Vyhledávací server:
Google

zpět na předchozí stránku
Copyright © 2003 Hell
doporučené rozlišení 1024x768