19. Zasilacze impulsowe

Transkrypt

1 19. Zasilacze impulsowe Wsęp Sieć energeyczna (np. 230V, 50 Hz Prosownik sieciowy Rys Zasilacz o działaniu ciągłym Sabilizaor napięcia Napięcie sałe R 0 Napięcie sałe E A Zasilacz impulsowy R 0 Napięcie (napięcia) sałe U 0 Rys Zasilacz impulsowy zasilany z akumulaora (baerii) Sieć energeyczna (np. 230V, 50 Hz Prosownik sieciowy Zasilacz impulsowy R 0 Napięcie (napięcia) sałe Rys Zasilacz impulsowy zasilany z sieci energeycznej

2 Podsawowe zaley : 1. Duża sprawność energeyczna η ( % przy częsoliwości pracy khz, % przy częsoliwościach pracy 500 khz -2MHz), 2. Możliwość uzyskania dużych mocy wyjściowych (kilka do kilkuse waów, a w układach moskowych nawe do 2 KW), 3. Małe rozmiary urządzeń, ławość hermeyzacji, eksploaacja w warunkach chłodzenia nauralnego, 4. Ławość ransformacji napięcia zasilającego oraz możliwość uzyskania izolacji galwanicznej między źródłem zasilania a obciążeniem. Podsawowe wady : 1. Możliwość wywarzania silnych zakłóceń radioelekrycznych, przy braku odpowiednich zabezpieczeń, 2. Mniejsza niezawodność i rwałość niż zasilaczy o działaniu ciągłym.

3 Zasilacze impulsowe powinny spełniać nasępujące wymagania echniczne : -urzymanie sałego napięcia wyjściowego niezależnie od zmian napięcia wejściowego, prądu obciążenia i emperaury w określonych przedziałach zmian ych wielkości, -bardzo dobre łumienie ęnień na wyjściu zasilacza, -mała wrażliwość napięcia wyjściowego na skokowe zmiany obciążenia, -niski poziom zakłóceń radioelekrycznych przewodzonych w kierunku wejścia i wyjścia oraz promieniowanych do oaczającej zasilacz przesrzeni (poniżej poziomu dopuszczalnego przez normy), -małe napięcie szumów na wyjściu, -zabezpieczenie nadprądowe, -zdolność podrzymania napięcia wyjściowego podczas chwilowego zaniku napięcia sieciowego (zasilacze sieciowe).

4 19.2. Rodzaje sabilizowanych zasilaczy impulsowych Sabilizowane zasilacze impulsowe można podzielić na zasilacze : - o wyjściu nie oddzielonym galwanicznie od wejścia, - o wyjściu oddzielonym galwanicznie od wejścia. Bezransformaorowy zasilacz niesabilizowany napięcia sałego Impulsowy sabilizaor napięcia sałego Prosownik Przełącznik Filr w.cz. U moskowy ranzysorowy Filr w.cz. ~ U z filrem. w.cz.. = Układ serujący współczynnikiem wypełnienia. Filr Układ regulacji Wzmacniacz sygnału błędu. Rys Zasilacz impulsowy o wyjściu nie oddzielonym galwanicznie

5 Bezransformaorowy zasilacz niesabilizowany napięcia sałego Filr w.cz. Prosownik moskowy z filrem. Przełącznik ranzysorowy w.cz.. Impulsowy sabilizaor napięcia sałego Prosownik i filr w.cz. Transfor- U ~ maor U = w.cz. Układ serujący współczynnikiem wypełnienia. Filr Układ regulacji Wzmacniacz sygnału błędu. Rys Zasilacz impulsowy o wyjściu oddzielonym galwanicznie

6 Inne kryeria podziału : Obydwie grupy zasilaczy impulsowych można z kolei podzielić ze względu na zasadę działania na : -konwerery jednoakowe (współbieżne, przepływowe) charakeryzujące się ym, ze w ej samej części okresu, w kórym wysępuje magazynowanie energii w polu magneycznym, zachodzi bezpośrednie przekazywanie energii ze źródła do obciążenia. Inaczej mówiąc przekazywanie energii do obciążenia odbywa się podczas włączenia klucza lub kluczy, -konwerery dwuakowe (przeciwbieżne, zaporowe), charakeryzujące się ym, że energia ze źródła jes magazynowana najpierw w polu magneycznym dławika (ransformaora) w czasie przepływu prądu przez uzwojenie a nasępnie przekazywana do obciążenia dopiero po przerwaniu przepływu prądu. Inaczej mówiąc przekazywanie energii odbywa się przy wyłączonym kluczu lub kluczach.

7 Kryerium rodzaju modulacji przy regulacji napięcia wyjściowego : -przewornice z modulacją szerokości impulsów (PWM). W ych przewornicach zmienia się położenie czasowe zbocza przedniego lub ylniego, względnie obu zboczy impulsu, w zależności od warości chwilowej modulującego sygnału błędu, naomias częsoliwość powarzania impulsów, okres oraz ampliuda impulsów są sałe, - przewornice z modulacja częsoliwości (PFM). W ych przewornicach sygnał błędu moduluje chwilową częsoliwość impulsów, czyli liczbę impulsów przypadających na jednoskę czasu. Kryerium budowy obwodu głównego : - przewornice dławikowe (o wspólnym węźle dla wejścia i wyjścia), - przewornice ransformaorowe ( o rozdzielonym wejściu i wyjściu).

8 19.3. Przewornice o wyjściu nie oddzielonym galwanicznie od wejścia ( przewornice dławikowe) Przewornica obniżająca napięcie sałe. I WE I L L U WE U S C U WY R L Rys Podsawowy schema przewornicy obniżającej napięcie sałe.

9 Tranzysor spełnia rolę klucza, kórego czasy włączenia on i wyłączenia off zależą od prosokąnego sygnału serującego U s. Cewka indukcyjna gromadzi energię pola magneycznego w czasie załączenia klucza on (konwerer współbieżny) i przekazuje ją do obciążenia R L w czasie off. W chwili, gdy ranzysor przewodzi prąd dławika I L i ym samym prąd kolekora I C (dioda D jes wówczas spolaryzowana zaporowo) narasają liniowo (rys ).po upływie czasu załączenia on ranzysor znajdzie się w sanie wyłączenia (klucz rozwary). Zgromadzona w polu magneycznym energia indukuje SEM o odwronej polaryzacji i dioda D zaczyna przewodzić prąd do obciążenia. Napięcie wyjściowe jes wyrażone zależnością U WY δ = = on δ ( ) U on + WE off < 1 ( )

10 U S I L γ T T I L max I L śr I L min I WE on off Rys Przebiegi napięć i prądów w przewornicy obniżającej napięcie sałe (przewornica współbieżna) obciążenie nadkryyczne.

11 U S I L γ T T I WE on off Rys Przebiegi napięć i prądów w przewornicy obniżającej napięcie sałe (przewornica współbieżna) obciążenie kryyczne.

12 U S I L γ T T I WE on off Rys Przebiegi napięć i prądów w przewornicy obniżającej napięcie sałe (przewornica współbieżna) obciążenie podkryyczne.

13 Przy obciążeniu podkryycznym napięcie wyjściowe jes silnie uzależnione od rezysancji obciążenia. Zmiany e mogą być skorygowane przez zmianę współczynnika wypełnienia γ układu serującego, pracującego w pęli sprzężenia zwronego. Jednak przy bardzo malej warości prądu obciążenia napięcie wyjściowe zbliża się do napięcia wejściowego U WE i układ saje się nieserowalny poprzez zmiany γ. W prakyce ego ypu układy pracują zawsze ze wsępnym obciążeniem oraz sosuje się dodakowe zabezpieczenia przed niedopuszczalnym wzrosem napięcia wyjściowego. Przedsawione na rys rys przebiegi czasowe są idealizowane, ponieważ nie uwzględniają akich paramerów jak: rezysancji dławika, zmiany indukcyjności dławika wywołane nasyceniem się rdzenia, skończoną rezysancję klucza w sanie załączenia i wyłączenia, indukcyjności rozproszenia.

14 Przewornica podwyższająca napięcie I L L I D D U WE U S C U WY R L Rys Podsawowy schema przewornicy podwyższającej napięcie sałe (przewornica przeciwbieżna).

15 Energia jes gromadzona w indukcyjności, w czasie gdy ranzysor kluczujący jes sanie przewodzenia, a nasępnie przekazywana poprzez diodę do kondensaora filrującego oraz obciążenia podczas wyłączenia ranzysora (przewornica przeciwbieżna). W układzie ym nasępuje sumowanie napięcia zasilającego oraz siły elekromoorycznej samoindukcji wyworzonej przez rozładowanie energii zgromadzonej w indukorze. Napięcie wejściowe jes wyższe od wejściowego i zależy od współczynnika wypełnienia impulsów serujących. Przebiegi prądów w układzie dla przypadku, gdy prąd obciążenie I 0 jes równy prądowi indukcyjności i L (obciążenie kryyczne) przedsawia rys

16 U S γ T T I L I C I D on off Rys Przebiegi napięć i prądów w przewornicy podwyższającej napięcie (przewornica przeciwbieżna).

17 Napięcie wyjściowe zależy od warości paramerów elemenów zasosowanych w układzie i może być oszacowane jako równe : a) prąd cewki płynie przez cały okres T= on + off U WY UWE = 1 δ δ = on on + off < 1 ( ) b) prąd cewki płynie w inerwale czasowym krószym od okresu T U WY = U WE + 2 U 2 L I WE 0 f ( ) I 0 -prąd obciążenia, f -częsoliwość impulsowania

18 Przewornica zmieniająca polaryzację napięcia I C T I L L U WE U S C U WY R L Rys Podsawowy schema przewornicy zmieniającej polaryzację napięcia

19 W pierwszej fazie magazynowania energii, przy włączonym ranzysorze T, napięcie U WE jes przyłożone do indukcyjności L i prąd w niej narasa liniowo. W ym czasie dioda D jes spolaryzowana zaporowo (przewornica przeciwbieżna). W drugiej fazie rozładowania, przy wyłączonym ranzysorze T, rozładowująca się indukcyjność przekazuje zgromadzoną w niej energię na wyjście układu. Część malejącego prądu i L indukcyjności płynie przez rezysancję obciążenia R L, a częśćładuje wyjściowy kondensaor C (poprzez przewodzącą diodę D), przy czym biegunowość napięcia wyjściowego jes przeciwna do biegunowości napięcia wejściowego.

20 U S γ T T I L U WY UWE = δ 1 δ I C on off Rys Przebiegi napięć i prądów w przewornicy zmieniającej polaryzację napięcia (przewornica przeciwbieżna).

21 19.4. Przewornice ransformaorowe D 1 I L L 4 R L U WE D 3 L 3 * * * L 1 L 2 D 2 C U WY U S C S D S R S Rys Podsawowy schema ransformaorowej przewornica współbieżnej

22 D 1 R L U WE L 1 * * L2 C U WY U S C S D S R S Rys Podsawowy schema przewornicy ransformaorowej przeciwbieżnej