stabilizatory - PB Wydział Elektryczny

POLITECHNIKA
Temat i plan wykładu
BIAŁOSTOCKA
Jakub Dawidziuk
Stabilizatory ciągłe
1. Wprowadzenie
2. Podstawowe parametry i układy pracy
3. Stabilizatory parametryczne
4. Stabilizatory napięcia
5. Stabilizatory prądu
6. Podsumowanie
ELEKTRONIKIA – Jakub Dawidziuk
czwartek, 10 grudnia 2015
WYDZIAŁ
ELEKTRYCZNY
Zasada stabilizacji napięcia i prądu
Przebiegi
napięć na
wyjściach
elementów
prostownika
Elementy prostownika
Parametry stabilizatorów napięcia i prądu
Prosty stabilizator kompensacyjny
szeregowy
Stabilizator kompensacyjny
Stabilizatory trójkońcówkowe napięcia
dodatniego 78XX
Stabilizator
trójkońcówkowy
serii 78XX
Regulacja napięcia wyjściowego (7-30) V
Układ zabezpieczenia prądowego
Pd=I0max(E-U)
przy zwarciu
Pd=I0max(E-U)
Stabilizatory trójkońcówkowe napięcia
ujemnego 79XX
Podstawowe parametry serii 78/79
Przykłady obudów stabilizatorów
Stabilizatory nastawne napięcia
dodatniego serii317
Stabilizatory nastawne napięcia
ujemnego serii 337
PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk
czwartek, 10 grudnia 2015
Stabilizatory o nastawnym napięciu i
prądzie maksymalnym np. L200
PODSTAWY ELEKTRONIKI – Jakub Dawidziuk
czwartek, 10 grudnia 2015
Stabilizatory LDO (Low Drop Out)
Stabilizatory dwunapięciowe
Stabilizatory prądu
Stabilizatory prądu
ELEKTRONIKA – Jakub Dawidziuk
czwartek, 10 grudnia 2015
Zalety i wady stabilizatorów ciągłych
o ustalonym napięciu wyjściowym
Zalety:
proste układy aplikacyjne (3 wyprowadzenia),
ustalony zakres napięć wyjściowych.
Wady:
niska sprawność,
konieczność stosowania radiatorów,
niezbyt wysoki współczynnik stabilizacji napięcia,
ustalone napięcie wyjściowe,
są podatne na wzbudzanie.
Stabilizatory impulsowe
Wobec pogłębiającego się deficytu energii powstaje konieczność
oszczędnego gospodarowania nią, zwłaszcza najszlachetniejszym
jej rodzajem – energią elektryczną. Urządzenia elektroniczne
muszą być zasilane stabilizowanymi napięciami stałymi. Dobrym
rozwiązaniem, szczególnie przy duŜych mocach wyjściowych, są
stabilizatory impulsowe. Wysoka sprawność, stabilne napięcie
wyjściowe, niezaleŜne od napięcia zasilającego i temperatury
otoczenia sprawiają, Ŝe są niemal idealnym źródłem prądu stałego.
MoŜe on być częścią większego urządzenia elektronicznego, ale
zazwyczaj jest oddzielnym modułem, wykonanym jako układ
scalony. Najczęstsze zastosowania to zasilacze sprzętu
komputerowego, elektroniki uŜytkowej, sprzętu
telekomunikacyjnego i medycznego, aparatury pokładowej
samolotów oraz sprzętu kosmicznego.
Stabilizator ciągły=liniowy i impulsowy
Sprawność stabilizatora szeregowego
η=
Pwy
Pwe
=
U wy I wy
U we I we
=
U wy
U we
np. 7805 U róŜ = 2V U we = 7V
5V
η=
= 0,71
7V
5V
η=
= 0,41
12V
Pdiss
Pdiss
 Pwe

1 

= Pwe − Pwy = Pwy
− 1 = Pwy  − 1
 Pwy

η 


 1

= Pwy 
− 1 = Pwy
 0,5 
Sprawność
maleje wraz ze
wzrostem Uwe
Sprawność stabilizatora impulsowego
η=
Pwy
Pwe
=
(U we − U CEsat )I wy
U we I wy
U we − U CEsat
=
U we
U CEsat
1V
η = 1−
= 1−
= 0,9
U we
10V
Sprawność wzrasta wraz ze wzrostem Uwe
Won =
U we I wy t on
2
(
Woff =
PS ≡ U we I wy f S t on + t off
)
U we I wy t off
2
Stabilizatory impulsowe
Napięcie
Zasilacz
stałe EA
impulsowy
R0
Napięcie
stałe U0
zasilany z akumulatora (baterii)
Sieć
energetyczna
Prostownik
Zasilacz
sieciowy
impulsowy
(np. 230V, 50 Hz
zasilany z sieci energetycznej
R0
Napięcie
stałe U0
Podstawowe rodzaje przekształtników
Przekształtniki (regulatory) prądu stałego DC/DC
(DC/DC converters)
• przekształtnik obniŜający napięcie
(down converter, buck converter, buck regulator),
• przekształtnik podwyŜszający napięcie
(step-up converter, boost converter, boost regulator),
• przekształtnik odwracający napięcie
(inverting converter, inverting regulator).
Przekształtniki o wyjściu nieoddzielonym galwanicznie od
wejścia ( przetwornice dławikowe)
IWE
IL
UWE
L
C
US
IL
L
UWE
ID
UWY
obniŜający napięcie
RL
D
C
US
UWY
podwyŜszający napięcie
RL
IC
IL
T
L
odwracający napięcie
UWE
US
C
UWY
RL
Wartość średnia przebiegu impulsowego
Kształtowanie napięcia wyjściowego poprzez
modulację szerokości impulsu
Przekształtnik obniŜający napięcie
(ang. - Buck or Step-Down Converter)
iL =
U −U o
L
U −U o
t1 =
DT
L
Przekształtnik obniŜający napięcie - przebiegi
napięć i prądów
Uwy
U wy = U we ⋅ D
U wy
U we
io
1
Przekształtnik obniŜający napięcie
Parametry techniczne:
Krok 2. Oblicz napięcie na cewce
• częstotliwość łączeniowa = 250kHz
• V1 = Vi-Vo (tranzystor on)
• zakres napięcia wejściowego =
12V±10%
• V1 = 13.2 - 5 = 8.2V
• max pulsacje prądu = 220mA
• napięcie wyjściowe = 5.0V
Krok 1. Oblicz współ. wypełnienia
• Vo = napięcie wyjściowe
• Vi = max napięcie wejściowe
• D = Vo / Vi
• D = 5/13.2 = 0.379
• V1 = -Vo (tranzystor off)
• V1 = - Vo = - 5V
Krok 3. Oblicz indukcyjność
• L = Vl.dt/di
• L = (8.2 x 0.379/250 x 103)/0.22
• L = 56µH
Podstawowy przekształtnik podwyŜszający
Przekształtnik obniŜający i
podwyŜszający na MC34063