Wyklad 8 PFE stabilizator etc

2009
Zasilacze
Źródło energii elektrycznej dla układu wykonawczego:
źródło napięciowe,
źródło prądowe (ogranicznik prądu),
zabezpieczenie przed przegrzaniem, zapaleniem, poraŜeniem itp.
Prostownik:
przekształcenie prądu przemiennego na prąd zmienny płynący w jednym kierunku
najprostszy prostownik jednopołówkowy: dzielnik napięcia z diodą prostowniczą
Zasilacz przetwarza energię elektryczną pobieraną z sieci
Prostownik jednopołówkowy
Standardowy schemat blokowy zasilacza:
WEJŚCIE
WE
WYJŚCIE
WY
sieć
obciąŜenie
transformator
prostownik
stabilizator
filtr
100
Transformator:
dopasowanie przemiennego napięcia sieci do napięcia wyjściowego zasilacza
galwaniczna izolacja układu elektronicznego od sieci
I
80
60
40
20
-4
-2
0
U
2
4
6
Prostownik dwupołówkowy:
C
większa wydajność, większa zawartość składowej stałej w widmie wyjściowym,
Filtry dolnoprzepustowe:
podstawowa składowa pulsacji wynosi 100 Hz.
RL
UWY
UMAX
podstawowy układ: mostek Graetza
WY
UMIN
T
+
+
RL
typu RC lub typu RL (dla duŜych prądów wyjściowych) do wyeliminowania pulsacji
WE
WE
WY
WE
-
Stała czasowa RC musi być większa od okresu pulsacji
Na przykład, jeśli dopuszczalny zakres fluktuacji napięcia wyjściowego 10 %,
minimalna pojemność C wynika z warunku:
RL
WY
UKŁAD
GRAETZA
t
-
[
]
U MAX − U MIN ≈ U MAX 1 − e − T / RL C < 0.1 ⋅ U MAX
R
Dla układów wymagających duŜych
prądów stosuje się trójfazowe
prostowniki dwupołówkowe:
+
T jest okresem pulsacji.
UWY
S
t
T
Dioda i kondensator powinny mieć odporność na przebicie:
U = 2 2U
R
MAX
-
niewielka zawartość składowych harmonicznych
najmniejsza częstość pulsacji wynosi 300 Hz
1
Stabilizatory równoległe:
Stabilizatory napięcia
R
Najprostszy: stabilizator z diodą Zenera , UWY ≈ UZ
UWE>UZ
Stopień stabilizacji zaleŜy od stabilności obciąŜenia
UWY=UZ
+
Wzmacniacz o wspólnym kolektorze
dzielnik napięcia z diodą Zenera pełni rolę
źródła napięcia odniesienia
element aktywny - tranzystor
element
aktywny
Zasada działania: dzielnik napięciowy
stabilizatory szeregowe i równoległe,
w zaleŜności od połoŜenia elementu
regulującego względem wyjścia
WE
RL
element
aktywny
RL
Stabilizatory napięcia ze wzmacniaczami błędu – znacznie bardziej dokładne
R1
-
UZ
wzorzec
napięcia
wzmacniacz
błędu
Stabilizatory szeregowe:
niewielki pobór prądu ze źródła bez obciąŜenia wyjścia
(wzmacniacze o wspólnym kolektorze)
wahania napięcia wyjściowego wraz ze zmianą
UWE
obciąŜenia i temperatury do kilku procent!
UWY=UZ - 0.7V
Stabilizator napięcia z ogranicznikiem prądu
zabezpieczenie przed nadmiernym poborem prądu ze stabilizatora
Element regulacyjny
UWE
UWY=UZ + 0.7V
Wada stabilizatorów równoległych:
stały pobór prądu ze źródła napięcia bez obciąŜenia wyjścia
WY
R
WE
UWE
U WY = U Z
RST
T1
R1 + R 2
R2
R1
T2
+
-
R2
Próbkowanie napięcia wyjściowego
Porównywane napięcie wyjściowe we wzmacniaczu błędu z napięciem wzorcowym
wzmacniacz steruje tranzystorem (regulacja rezystancji tranzystora)
zmniejszenie zaleŜności napięcia od temperatury tranzystora
układ pozwala na stabilizację dowolnego napięcia UWE > (UZ + 0.7V)
W praktyce: UWE > UZ + 2V
Wada: uszkodzenia przy zbyt wielkim poborze prądu
Moc cieplna wydzielana w tranzystorze regulującym: P=(UWE-UWY)*I
Zwarcie wyjścia P → ∞.
+
R2
Niewielki pobór prądu => tranzystor T2 zablokowany.
DuŜy pobór prądu
=> spadek napięcia około 0.7 V na rezystorze RST
=> tranzystor T2 przewodzi blokując przepływ prądu tranzystora T1
=> zmniejszenie napięcia wyjściowego
Maksymalny prąd wyjściowy:
I
MAX
=
0.7V
R
ST
DuŜy pobór prądu powoduje wydzielanie ciepła w tranzystorze T1
2
Przetwornice - stabilizatory impulsowe o duŜej sprawności
Uniwersalne stabilizatory napięć z ogranicznikami prądu układy scalone
Przykład: układ scalony µA 723 do budowy stabilizatorów liniowych i impulsowych.
WY
Ćwiczenie: Stabilizator napięcia
napięcie sieciowe jest prostowane,
modulowane z wysoką częstością
impulsy wysokiej częstości transformowane
prostowanie i filtrowanie
na wyjściu wytwarzane jest napięcie stałe
npn
kontrola
napięcia
wyjściowego
impulsator
sieć
τ
T
Stabilizacja napięcia wyjściowego: automatyczna regulacja szerokości
impulsów modulujących w stosunku do okresu ich powtarzania (τ/T)
Przy wysokiej częstości (10 - 20 kHz): miniaturyzacja transformatora,
niewielkie pojemności filtrujące, wysoka sprawność zasilacza
„inteligentne” zasilacze sterowane mikroprocesorem
Zasilacz stabilizowany 12V z układem µA723
Powielacz napięcia
Półprzewodnikowe stabilizatory napięć standardowych
(5V, 9V, 12V, 15V, 24V itd,) zabezpieczone termicznie i prądowo
Zastosowanie:
źródła wysokiego napięcia stałego o niewielkiej (ok. 1 mA) wydajności prądowej
Diodowo - pojemnościowe powielacze napięcia
Przykład – „podwajacz” napięcia:
wejście: źródło napięcia zmiennego
wyjście: stałe napięcie
Wydajność prądowa zaleŜy od częstości impulsów ze źródła
Przy wysokich stopniach powielenia, napięcia wyjściowe mogą przekraczać
dziesiątki tysięcy woltów dla układów zbudowanych z elementów niskonapięciowych!
Foto: Piotr Górecki
3