LABORATORIUM. Zasilacz impulsowy. Switch-Mode Power Supply (SMPS) Opracował: dr inż. Jerzy Sawicki

Transkrypt

1 LABORATORIUM Zasilacz impulsowy Switch-Mode Power Supply (SMPS) Opracował: dr inż. Jerzy Sawicki Wymagania, znajomość zagadnień: 1. Znajomość schematów, zasady działania i przeznaczenia poszczególnych elementów impulsowych przetwornic transformatorowych typu: flyback, forward, push-pull, half-bridge i full-bridge. 2. Podstawowe parametry i właściwości układu scalonego FSQ100 firmy Fairchild. 3. Filtry przeciwzakłóceniowe stosowane w zasilaczach impulsowych. Literatura: 1. Borkowski A.: Zasilanie urządzeń elektronicznych, Tietze U., Schenk Ch.: Układy półprzewodnikowe, Soclof S: Zastosowania analogowych układów scalonych, Karta katalogowa układu scalonego FSQ100, Fairchild (dostępna w Internecie). 5. Specyfikacja modułu otwartego SMPS z serii PS-05, Mean Well (dostępna w Internecie). 1

2 PODSTAWOWE INFORMACJE O UKŁADZIE SCALONYM TYPU FSQ V 50Hz 5V Rys. 1. Uproszczony schemat zasilacza z wykorzystaniem układu FSQ100. Rys. 2. Schemat blokowy (wewnętrzny) układu scalonego FSQ100 zawiera: wewnętrzny tranzystor kluczujący z zabezpieczeniem nadprądowym, modulator szerokości impulsów PWM, wzmacniacz błędu, źródło napięcia odniesienia, układ startowy, układ przełączania w tryb oszczędzania energii (burst mode) oraz układy zabezpieczające. Znajdź wszystkie wymienione bloki na powyższym schemacie. 2

3 GND Positive Supply Voltage Input Feedback No Connection MOSFET Drain Start-up Rys. 3. Układ wyprowadzeń układu scalonego FSQ100. W układzie scalonym FSQ100 sterującym pracą przetwornicy transformatorowej zastosowano tryb oszczędzania energii (green mode), podczas gdy do wyjścia zasilacza impulsowego nie jest przyłączone obciążenie (stand-by). Przy braku obciążenia przetwornica przechodzi w tryb pracy zwany pulsacyjnym (burst mode). Polega on na okresowym wyłączaniu kluczowania przetwornicy i przechodzenia w tryb uśpienia. Więcej informacji na ten temat znajduje w karcie katalogowej układu FSQ100. Przed ćwiczeniem należy się zapoznać z tymi informacjami.. 4. Fragment schematu blokowego układu scalonego FSQ100 z elementami odpowiadającymi za pracę w trybie pulsacyjnym. Fuse Rys. 5. Schemat filtru przeciwzakłóceniowego pomiędzy źródłem zasilania 230V/50Hz, a układem przetwornicy transformatorowej zasilacza impulsowego SMPS. 3

4 W ćwiczeniu badany jest moduł zasilacza impulsowego otwartego (bez własnej obudowy) typu PS-05-5 firmy Mean Well o napięciu wyjściowym 5V i deklarowanej mocy wyjściowej 5W. Rys 6. Widok modułu PS-05-5 będącego obiektem badań w ćwiczeniu laboratoryjnym. Kondensator wygładzający wyprostowane napięcie 230V (pod nim mostek Graetza) Transformator impulsowy Dioda prostownicza Kondensatory wygładzające napięcie wyjściowe DC Zasilanie 230V/50Hz Napięcie na uzwojeniu wtórnym transformatora Bezpiecznik Wyjście 5V Dławik filtru przeciwzakłóceniowego (nad nim i pod nim kondensatory przeciwzakłóceniowe) FSQ100 Transoptor Programowana dioda Zenera Rys. 7. Rozmieszczenie najważniejszych elementów na płytce PCB modułu zasilacza PS Ze względu na wymagane zabezpieczenie przeciwporażeniowe moduł zasilacza impulsowego został umieszczony w zamkniętym pudełku izolacyjnym z wyprowadzonymi, bezpiecznymi, punktami pomiarowymi. Rys. 8. Widok obudowy zasilacza impulsowego. 4

5 Przebieg ćwiczenia: 1. Podłączyć do badanego układu napięcie sieciowe 230V. Powinny załączyć się diody LED oświetlające wnętrze obudowy. Zmierzyć napięcie na wyjściu zasilacza przy braku obciążenia. Następnie przeprowadzić badanie charakterystyki wyjściowej aż do stanu zwarcia. Jako obciążenia używać laboratoryjnego opornika suwakowego. Określić typ zabezpieczenia nadprądowego. Dla prądu równego około połowy prądu maksymalnego I omax przeprowadzić pomiary pozwalające ustalić rezystancję wyjściową. 2. Zmierzyć za pomocą oscyloskopu częstotliwość kluczowania przetwornicy przy prądzie wyjściowym równym około 1/3 i 2/3 prądu I omax. 3. Zaobserwować przebiegi czasowe napięcia na uzwojeniu wtórnym transformatora dla różnych wartości prądu obciążenia. Sporządzić szkice (ze skalą czasu i napięcia) przebiegu czasowego napięcia wtórnego i opisać jakie procesy zachodzą w poszczególnych odcinkach jednego okresu przebiegu. 4. Zmierzyć za pomocą oscyloskopu napięcie międzyszczytowe zakłóceń na wyjściu zasilacza impulsowego. Pomiary przeprowadzić w pełnym zakresie możliwych zmian prądu wyjściowego, np. co 10% I omax. Zaobserwować jakościową zmianę przebiegu czasowego zakłóceń przy braku obciążenia i podczas obciążenia. 5. Zbadać działanie układu oszczędzania energii (green mode) przy braku obciążenia (stand-by) oraz przy małych wartościach prądu obciążenia. Jako obciążenia użyć laboratoryjnego opornika suwakowego, a zakresie małych prądów można użyć dekady rezystorów zważając, aby nie przekroczyć dopuszczalnych wartości prądów poszczególnych dekad. Zaobserwować pulsacyjną pracę zasilacza impulsowego (burst mode). Sporządzić szkice przebiegów czasowych napięcia zakłóceń z określeniem długości cyklu pracy i wyłączenia przetwornicy. Przy jakiej wartości prądu obciążenia przestaje działać tryb oszczędzania energii? 5