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

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.Sfe, kde B je magnetická indukce a Sfe je průřez železa, kterým magnetický tok prochází. Aby nedošlo k přesycení železa nebo materiálu jádra, nesmí překročit hodnota B hodnotu Bmax, 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.Bmax.Sfe.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: Ns = 12.1 + 12.0,6 + 24.0,5 = 31,2 VA

Předpokládáme-li účinnost transformátoru h = 80 %, je příkon transformátoru Np = Ns/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 = Np/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 GFe = 1,02 kg  ( z tabulky plechů).

Váha mědi ( vinutí):

    ,

kde gi 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 UM 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 Iz = 2A, f = 50 Hz,

Uzv = 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 RTR, odporu usměrňovače RU a resp. ochraného odporu Ro, je-li tento použit. (Ro 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

RTR = 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 Im = 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 DUi 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 UCE 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 UCE = 10V, 

  IC = 12,2 mA. Těmto požadavkům vyhoví každý NPN tranzistor. Volíme KC 507 s h21E = 125 ¸ 500.  Z hlediska zapojení je tranzistor se společným kolektorem, t.j. se zesílením ~ 1. Proud do báze pro nastavení IC 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,  Id min = 10 mA,  Id max = 180 mA, Ud = 7,5 V, rd = 1W.                    

  Zatěžovací proud:  I2 = 0 ¸ 100 mA

  Napájecí napětí:     U1 = 20 V ± 10 %

Schéma zapojení:

Zadání:

1)    určit R, aby Id 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 Ja = 40 0C nepřekročila teplota přechodu  Jj = 150 0C. Tepelný odpor diody je  Rth1 = 0,08 0C/mW.

5)    Určit činitel filtrace a činitel stabilizace.

  Řešení:

1)    Proud diodou je minimální při I2 = I2 max = 100 mA a

  U1 = U1 min = 18V.

  I = Id min + I2 max = 10 + 100 = 110 mA.

  Platí:  -U1 min + RI + rd . Id min + Ud = 0

           

 

0       Podle Theveninovy věty:

Výpočet UN :

3)    Dioda je maximálně zatížena při I2 = 0 a U1 = U1 max.

U1 - Ud = I max (R + rd)  ->            

 Max. výkonová ztráta: P max = Ud.I max + rd.I2max = 7,5.0,15 + 1.0, 152 = 1,147 W.                                                  

4)    Celkový tepelný odpor je

 

  Rth = Rth1 + R th2 + R th3                           kde      

Rth1 ....... tepelný odpor diody  0,080C / mW  =  80 0C/W                  

Rth2  .......tepelný odpor přechodu pouzdro - chladič 

( volíme 0,3 0C/W)

Rth3 ..... tepelný odpor chladiče

Rth3 = Rth - (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 Uref. Tranzistor je řízen napětím UBE , které je dáno rozdílem Uref - Uvýst . 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 UBE , 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> Uvýst >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 Uvýst = 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 Id = 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 h21E > 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

  U8-5max = 40V, a U5-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 Uref/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 h21E = 50. Maximální proud ze stabilizátoru bychom získali I2max = I6max . h21E = 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 UCEM = 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 Du2. 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 Ta.

Regulační prvek pracuje pouze jako spínač a jelikož proud jím prochází jen po dobu Ta, 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 Ustab > Uref, 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 Q1. 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 Ta, když je spínač sepnut do akumulačního prvku, např. indukčnosti a v době Tb, když je spínač rozepnut je převáděna do zátěže) nebo v propustném režimu ( energie je předávána do zátěže ze sítě v čase Ta, když je spínač sepnut).

Síťové napětí se usměrní a vyhladí filtrem R1C1. 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 Ustab > Uref, nebo Ustab < Uref.

      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 (Ta nebo Tb) je konstantní a druhá je proměnná. To ovšem vede k proměnné opakovací frekvenci, což je dosti nevýhodné.

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

  Základní funkce blokujícího měniče je patrná z obr.

V časovém intervalu Ta je spínač sepnut a energie Wa, která prošla ze zdroje Uz do cívky L1 se akumuluje v magnetickém poli cívky. V intervalu Tb je spinač rozepnut a část energie Wb z cívky L1 je odebírána kondenzátorem C1 a odporem zátěže Rz. Budeme-li uvažovat měnič beze ztrát, musí platit Wa = Wb, kde Wa je přírůstek energie v cívce za dobu Ta a Wb je energie odevzdaná cívkou v časovém intervalu Tb. Změna proudu v cívce je dána indukčním zákonem . Proud se tedy mění lineátně a za dobu Ta dosáhne přírůstek hodnotu . Napětí na cívce má hodnotu Uz 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 Rz. Na konci intervalu Ta se skokem rozpojí spinač a začíná  doba Tb. 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 Rz a do kondenzátoru C, kde doplní náboj na původní hodnotu. Za předpokladu, že U0 = Ulb = konst je pokles proudu v cívce lineární a platí  a za dobu Tb projde cívkou L1 proud . Ze zákona zachování energie plyne , z čehož plyne pro stejnosměrné napětí na zátěži .

Při daném poměru Ta/Tb je výstupní napětí teoreticky nezávislé na zatěžovacím proudu I0. Při jeho změnách se pouze mění proud I1, odebíraný ze zdroje napětí Uz. 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 Tb. Výstupní proud nesmí tedy klesnout pod hodnotu I0min. 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 Ta prochází proud pouze vstupním vinutím transformátoru, v čase Tb jen výstupním vinutím transformátoru. Platí následující vztahy:

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

             

Při návrhu vycházíme ze zadaného U0, I0 a I0min.

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 ALd, 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 Nb je určen amplitudou napětí na bázi tranzistoru, které se volí Ubmax  = 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

                            Pvýst je odebíraný výkon .

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

Opakovací perioda . Spínací a vypínací doby tranzistoru

tON  = tOFF < T. Při fopak = 100 kHz je T = 10ms.by  tON i tOFF 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 Ta je spinač sepnut a přes cívku L prochází ze vstupního obvodu do výstupního proud iLa. Pokud zanedbáme ztráty, je napětí na cívce . Proud v cívce se lineárně zvětšuje  a za dobu Ta dosáhne hodnoty . Pokud bude zatěžovací proud konstantní, bude se proud v časovém okamžiku Tb, když rozepneme spinač lineárně zmenšovat podle zákona  a za dobu Tb dosáhne hodnoty . Zátěž Rz 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 < Uz. Proud procházející cívkou neklesá až k nule, ale má ustálenou složku IL0, na níž je superponován průběh DiL. Jest-liže I0 « I0min je DiL « I0. Cívka s kondenzátorem tvoří účinný filtr.

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

         

Interval Ta začíná sepnutím spínacího tranzistoru. Kolektorovým obvodem začne procházet proud iC. Ve výstupním obvodu se indukuje napětí, které způsobí proud iL, který prochází přes diodu D1 a cívku L do filtračního kondenzátoru C a zátěže Rz. Tento proud se lineárně zvětšuje z počáteční hodnoty ILmin na začátku intervalu Ta až na hodnotu ILmax na jeho konci. V době Ta 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 Tb začíná uzavřením tranzistoru. Část energie, akumulované cívkou L se nyní přenáší přes propustně polarizovanou diodu D2 do kondenzátoru C a do zátěže Rz. Proud cívky iLb lineárně klesá. Mezivrcholová hodnota superponované složky proudu ILmV = Ilmax - Ilmin je podstatně menší, než odebíraný proud I0, takže i zvlnění výstupního napětí je malé. Protože energie nahromaděná v jádře impulzního transformátoru v době Ta  není v době Tb odebírána, bylo by jádro v této době přesycováno. Proto se v intervalu Tb vrací tato část energie přes demagnetizační vinutí a demagnetizační diodu Dd  zpět do zdroje napětí Uz. 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 Tb. Odtud plyne podmínka pro volbu Ta/Tb £ 1. Demagnetizační vinutí současně chrání tranzistor před překročením UCEmax. Tranzistor opět musí snést napětí UCEmax > 2Uz , s ohledem na překmity a tolerance napětí.

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

, . Nejmenší proud I0min procházející zátěží je určen podmínkou Ilmin = 0. Ze zákona o zachování energir plyne

Minimální výstupní proud je určen střední hodnotou pilového průběhi proudu

. V praxi bývá I0min = (5 až 10).10-2 I0max. Pro I0 = 0 by se U0 zvýšilo až na hodnotu U2max.

Indukčnost cívky plyne z uvedených vztahů 

Při větších výkonech je jádro tlumivky syceno stejnosměrným proudem

(I0 » ILmV), takže musí mít vzduchovou mezeru , kde B » 0,7 Bsat 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 jz = 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 Cc 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 CC musí být dostatečně vysoká, aby při jeho přebíjení z jedné polarity na druhou nedocházelo k nadměrným ztrátám. Nutno počítat s tím, že na kondenzátoru CC 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 Uvst = 220 V a výstupní výkon Pvýst = 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 Sk a měnič přestane kmitat. Čím je výstupní napětí nižší, než referenční, tím delší dobu zůstává spinač Sk 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.

typ zapojení

rozsah výkonů

aplikace

měniče s transformátorem

do 10 W

získání ss napětí do 30V jako náhrada bateriového napájení

propustné měniče

do 50 W

jednoduché spínané zdroje ze síťového napájení

akumulující měniče

do 100 W

jednoduché spínanézdroje ze síťového napájení

dvojčinné polomosty

do 200 W

většina spínaných zdrojů pro PC

dvojčinné plné  mosty

do 1 - 2 kW

řízení motorů

           Porovnání spínaných zdrojů s klasickými zdroji

spínané zdroje  

klasické zdroje

účinnost

75 - 90 %

30 %

velikost

0,2 W/cm2

0,05 W/cm2

váha 

100 W/kg

20 W/kg

výstupní zvlnění

50 mV

5 mV

šumové napětí

200 mV

50 mV

odezva na skok

1 ms

20 ms

doba náběhu

20 ms

2 ms

Cena

cca konstantní

roste s výkonem

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

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