Układy zasilania EUS

Transkrypt

1 Układy zasilania EUS 1 Wymagane wartości napięć Zasilanie układów mikroprocesorowych, logicznych +1.8V, (lokalne układy zasilające stabilizatory napięć) +3.3V, +5V, Zasilanie układów analogowych (np. wzm. operacyjne, komparatory, przetworniki A/C i C/A) +5V, 5V, +12V, 12V, Zasilanie obwodów wejściowych i wyjściowych sterowników +24V, 24Vac, 110Vac, 230Vac Zasilanie elementów wykonawczych (przekaźniki, regulatory, styczniki) +12V +24V, 24Vac, 110Vac, 230Vac Zasilanie linii prądowych, czujników +10V - +30V 2 1

2 Dostępne źródła napięć zasilania napięcie zmienne AC sieciowe jednofazowe V/50Hz, trójfazowe 3x400V/50Hz, napięcie zmienne AC sieciowe jednofazowe V/50/60Hz, trójfazowe 3x230V/50/60Hz, napięcie zmienne odizolowane od sieci energetycznej 24V/50Hz, 48V/50Hz, 230V/50Hz, napięcie stałe DC 12V, 24V, 48V, napięcie stałe z baterii 1.5V, 3V, 4.5V, 6V, 9V napięcie stałe z akumulatorów 1.2V, 2.4V, 3.6V, 12V, 24V napięcie z baterii słonecznych napięcie z linii przesyłowych prądowych (4-20mA), USB, Ethernet (PoE) 3 Rodzaje akumulatorów Akumulator kwasowo-ołowiowy (samochodowy) Akumulator zasadowy Akumulator żelowy (kwasowo-ołowiany, żelowy elektrolit) Akumulator niklowo-kadmowy NiCd Akumulator niklowo-wodorkowy NiMH Akumulator litowo-jonowy Li-Ion (np. komórkowy) Akumulator litowo-polimerowy Li-Poly (np. komórkowy) Akumulator cynkowo-powietrzny 4 2

3 Baterie i akumulatory 5 Zasilacze Napięcie wejściowe Uwe, Iwe Napięcie wyjściowe Uwy, Iwy Układ zasilacza Odbiornik Napięcie wejściowe typu AC lub DC Separacja galwaniczna Jedno lub kilka napięć wyjściowych 6 3

4 Wymagane parametry zasilaczy Maksymalna moc wyjściowa Liczba napięć wyjściowych Maksymalna obciążalność prądowa poszczególnych wyjść Charakterystyka statyczna prądowo-napięciowa Charakterystyka dynamiczna odpowiedź na skokowe zmiany obciążenia Odporność na zwarcia i przeciążenia Tętnienia napięć wyjściowych Izolacja galwaniczna pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym Sprawność Masa i objętość Generowanie zakłóceń do sieci (korektor PFC) Zakres napięć wejściowych Możliwość regulacji napięć wyjściowych Zabezpieczenia termiczne 7 Charakterystyki zasilaczy 8 4

5 Transformatory 9 Moduły zasilające AC/DC i DC/DC 10 5

6 Zasilacze przemysłowe na szynę DIN (T-35) 11 Zasilacze przemysłowe zabudowany i otwarte (open frame) 12 6

7 Rozwiązania układowe zasilaczy ze stabilizacją napięcia wyjściowego Zasilacze z stabilizatorami liniowymi Zasilacze impulsowe beztransformatorowe Zasilacze impulsowe z transformatorem Zasilacze impulsowe rezonansowe 13 Rozwiązania układowe zasilaczy bez stabilizacji napięcia Układ obniżający napięcie z transformatorem i prostownikiem wyjściowym Układ obniżający napięcie z transformatorem i prostownikiem wyjściowym i filtrem pojemnościowym Układy prostownika jednofazowego dwupołówkowego Układy prostownika trójfazowego 14 7

8 Rozwiązania układowe zasilaczy z stabilizacją napięcia Układy obniżające napięcie z transformatorem, prostownikiem wyjściowym i filtrem pojemnościowym oraz stabilizatorem napięcia 15 Straty mocy na stabilizatorze liniowym Sprawność stabilizatorów liniowych do około 50-60% 16 8

9 Liniowy dodatni stabilizator napięcia Dostępne napięcia wyjściowe: 5V, 6V, 8V, 10V, 12V, 15V, 24V Źródło prądowe na układzie ua78xx 17 Aplikacje układu ua78xx, LM78XX Podwójny zasilacz stabilizowany +15V/-15V/1.5A Zasilacz stabilizowany regulowany 18 9

10 Liniowy regulowany stabilizator napięcia 19 Konfiguracje zasilaczy impulsowych Zasilacze typu AC/DC/DC z izolacją galwaniczną Zasilacze typu DC/DC bez izolacji galwanicznej, beztransformatorowe Układ obniżający napięcie (Buck, step-down) Układ podwyższający napięcie (Boost, step-up) Układ odwracający napięcie (inverter) Stabilizator liniowy Stabilizator impulsowy 20 10

11 Zalety i wady zasilacza impulsowego Zalety: małe rozmiary, przy niewielkiej wadze oraz dużej mocy, zabezpieczeniach przed zwarciem wbudowanych w układy kontrolne zasilacza, wysokie parametry pracy, odporność na zakłócenia z sieci, odporność na krótkie zaniki napięcia, Duża sprawność 70%-95% Wady: źle skonstruowany lub kiedy zbudowany jest ze złej jakości elementów może powodować zakłócenia na wysokiej częstotliwości oraz niestabilną prace urządzeń do zasilacza połączonych, skomplikowana budowa pod względem ilości części potrzebnych do pracy, przez co jest droższy, złe chłodzenie oraz używanie w warunkach nie zalecanym przez producenta zwiększa awaryjność. 21 Zasilacze typu DC/DC bez izolacji galwanicznej, beztransformatorowe Układ obniżający napięcie (Buck, step-down) Układ podwyższający napięcie (Boost, step-up) Układ odwracający napięcie (inverter) Konwerter napięcia na kondensatorach, układ bezindukcyjny 22 11

12 Układ DC/DC obniżający napięcie (Buck, step-down) 23 Przykład stabilizatora napięcia typu step-down 24 12

13 Układ DC/DC podwyższający napięcie (Boost, step-up converter) 25 Przykład stabilizatora napięcia typu step-up Parametry: 40V DMOS FET switch 1.6 MHz ( X ), 0.6 MHz ( Y ) switching frequency Low RDS (ON) DMOS FET Switch current up to 1A Wide input voltage range (2.7V 14V) Low shutdown current (<1 µa) 5-Lead SOT-23 package Uses tiny capacitors and inductors Cycle-by-cycle current limiting Internally compensated Zastosowania: White LED Current Source PDA s and Palm-Top Computers Digital Cameras Portable Phones and Games Local Boost Regulator 26 13

14 Układ DC/DC odwracający napięcie (buckboost, inverter) 27 Zasilacze impulsowe typu AC/DC/DC z izolacją galwaniczną Schemat blokowy sieciowego zasilacza impulsowego 28 14

15 Zasilacz jednotaktowy (typu half-forward) 29 Zasilacz w dwutaktowy (typu flyback) 30 15

16 Zasilacz w konfiguracji typu flyback Schemat blokowy zasilacza sieciowego impulsowego 31 Zasilacz w konfiguracji typu flyback Przykład zasilacza z firmy Infineon 32 16

17 Zasilacz w konfiguracji typu flyback, małej mocy 33 Zasilacz w konfiguracji typu flyback, małej mocy 34 17

18 Zasilacz typu forward converter 35 Zasilacz typu Push-pull converter 36 18

19 Zasilacz w konfiguracji pół-mostka (half-bridge converter) 37 Zasilacz w konfiguracji pełnego-mostka (full-bridge converter) 38 19

20 Porównanie konfiguracji zasilaczy impulsowych 39 Układ kondensatorowy odwracający lub podwyższający napięcie (pompa ładunkowa, charge pump) 40 20

21 Filtry sieciowe typu RFI w zasilaczach impulsowych Urządzenie klasy A Urządzenie klasy B 41 Filtry przeciwzakłóceniowe 42 21

22 Porównanie zasilaczy Zasilacze Impulsowe Stabilizatory Liniowe Sprawność Wysoka 65% - 98% Niska 25%-50% Stabilizacja napięcia Dobra, 0.1%-1.0% Bardzo dobra, 0.02%-0.1% Tętnienia napięcia wyjściowego mVpp Mniejsze niż 10mVpp Czas odpowiedzi na skok obciążenia ms 10us-1ms Zakres napięcia wejściowego Szeroki zakres ±50%, np vac Wąski zakres ±10%, np Vac Układ elektroniczny Skomplikowany, trudny w projektowaniu i budowie Prosty, łatwy w projektowaniu i budowie Moc wyjściowa Zakres do setek kw Do kilkudziesięciu W Wymiary Małe Duże Masa Mała Duża Czas podtrzymania napięcia Długi, np. 30ms Krótki np. 2ms EMI Generowanie dużego spektrum zakłóceń EMI, częstotliwość pracy do kilku MHz. Łatwość uzyskania kilku napięć wyjściowych. Odporność na zakłócenia sieciowe. Możliwość podnoszenia, obniżania lub odwracania napięcia wejściowego typu DC Małe zakłócenia EMI Łatwość regulacji napięcia wyjściowego 43 22