Zasilacze: - prostowniki, - filtry tętnień,

Transkrypt

1 Zasilacze: - prstwniki, - filtry tętnień, - stabilizatry pracy ciągłej. Główne parametry transfrmatra sieciweg Mc (jednfazwe d 3kW) Znaminwe napięcie wejściwe (np. 30V +0% -0%) Częsttliwść pracy (np. 50Hz) Napięcie i prąd wtórny (lub przekładnia) Prąd biegu jałweg Napięcie izlacji CięŜar, wymiary Temperatura pracy

2 dzaje transfrmatrów sieciwych dzenie typu E, zwijane, tridalne Materiał rdzenia Blachy grąc walcwane Blachy zimnwalcwane Związek mcy z wymiarami S[cm ]@P[W] Blacha/dzeń B max [T] S,5 P S, P S P S 0.8 P Blacha grącwalcwana dzeń E Blacha zimnwalcwana dzeń E Blacha zimnwalcwana dzeń zwijany Blacha zimnwalcwana dzeń tridalny T.T.5T.6T

3 Transfrmatr [Vltów / zwój] z π f B max S Orientacyjna sprawnść transfrmatrów /n P /P 0 / [VA] mc znaminwa 3

4 Transfrmatry Mdel transfrmatra Transfrmatr rzeczywisty ezystancja uz. pierwtneg nd. rzprszenia uz. pierwtneg Transfrmatr idealny nd. rzprszenia uz. wtórneg n: n: Pjemnść uz. pierwtneg ezystancja strat rdzenia nd. Główna transfrmatra ezystancja uz. wtórneg Pjemnść międzyuzwjeniwa Pjemnść uz. wtórneg 4

5 Mdel uprszczny transfrmatra dla małych częsttliwści Transfrmatr idealny nd. rzprszenia uz. wtórneg i pierwtneg ezystancja uz. wtórneg i pierwtneg n: nd. Główna transfrmatra Mdel uprszczny transfrmatra n: uz. pierwtneg szeregwe + uz. wtórneg n sk + 0% 30V 0% sk. sieci ( t) sin( ωt) n 5

6 dzaje prstwników n: n: n: n: Prstwnik jednpłówkwy zasada działania n: n: 6

7 Prstwnik dwupłówkwy n: n: n: n: Prstwnik mstkwy zasada działania n: n: 7

8 Prstwniki bciąŝenie rezystancyjne Przez transfrmatr płynie prąd stały!!! Prąd i napięcie na bciążeniu śr śr E śr E sk sk rezystancyjnym 0 π sk śr E sk π śr śr 0 E sk sk Prstwnik jednpłówkwy wy ( t) max exp t wy C0 s E sk 0 C + C D Q Q b wy cnst Θ; T T0ms/f/50Hz 8

9 Pdstawwe zaleŝnści dla prstwnika jednpłówkweg Wyjściwe napięcie szczytwe (biegu jałweg tzn. bez bciążenia): wy.max. jał. E sk D Napięcie tętnień (międzyszczytwe) : t Q C wy.max 0 T C wy f C.max 0 Te zależnści trzeba umieć wyprwadzić! Prstwnik dwupłówkwy s wy ( t) max exp t wy C E 0 sk 0 E sk C + C s D Q Q b wy cnst Θ; T T0ms/50Hz 9

10 Pdstawwe zaleŝnści dla prstwnika dwupłówkweg Wyjściwe napięcie szczytwe biegu jałweg : wy.max. jał. Napięcie tętnień : E sk D Dla mstkweg: wy. max Esk D t Q C WySr T C WySr fc Te zależnści trzeba umieć wyprwadzić! Prąd szczytwy włączania surge current wy E sk 0 s φ E sk s C D Dmaxmax Θ D max max E sk S T0ms/50Hz 0

11 Główne parametry Dane: E sk sieci /n (przekładnia) S rezystancja szeregwa transfrmatra D spadek napięcia na didzie Parametry d bliczenia wy.sk. ; wy.śr. ; wy.max. ; wy.min. ; tętnień. ; didy d.śr. ; d.sk. ; d.max. ; wy.śr Θ; T kąt przepływu; czas przewdzenia k t tętnień / wy.śr. - wspólczynnik tetnień η u wy.śr /E sk wsp. wykrzystania napięcia Prjektwanie prstwnika diagramy Schade g [J. Baranwski, G. Czajkwski; kłady elektrniczne. Cz. WNT 004] [T. Zagajewski; kłady elektrniki przemysłwej, WKŁ 978]

12 Współczynnik szczytu i kształtu CF MAX MS Crest Factr współczynnik szczytu Dla sinusa,4 FF MS AV wavefrm Factr współczynnik kształtu Dla sinusa,π/ Prjektwanie prstwnika diagramy Dskuteczny / Dśr n liczba faz (,,3,6)

13 Prjektwanie prstwnika diagramy Dmax / dśr CF*FF n liczba faz (,,3,6) Prjektwanie prstwnika diagramy kąt przepływu Θ i kąt pczątkwy φ 3

14 Gdy C rśnie ZaleŜnści dla ω 0 C>> i 0 >> s Maleją tętnienia ~/nfc 0!!!! Maleje kąt przepływu śnie prąd szczytwy didy śnie prąd skuteczny didy i transfrmatra (grzeje się) Mc tracna w didzie P T T D. czynna ud ( t) id ( t) dt id( t) T + T 0 0 D. szer. dt D Dśr. + D. sk. D. szer. P czynna D. 0.7V A + (3A) 0.Ω 0.7W W 4

15 Prjektwanie prstwnika diagramy Dskuteczny / dśr FF n liczba faz (,,3,6) C dla uzyskania jednakwych tętnień Prównanie zasilaczy Jedn-wy Dwu- wy Mstkwy C wy max t f 0 ½(..) ½(..) Prąd maksymalny didy (i skuteczny) duŝy mniejszy mniejszy Napięcie wsteczne didy E max (..) ½(..) Zawartść harmnicznych prądu w sieci duŝa; Wszystkiew tym DC??? duŝa; nieparzyste duŝa; nieparzyste 5

16 Prjektwanie prstwnikw [Tietze, Schenk] Tet / Wysr <0% Napięcie biegu jałweg Napięcie średnie Napięcie wsteczne didy Średni prąd didy Szczytwy prąd didy Napięcie tętnień Napięcie minimalne Jednpłówkwy Mstkwy Dwupłówkwy E WyMax Esk D WyMax Esk D WyMax sk D WySr WyMax D s L D max E sk WySr s s WySr WyMax L WyMax L E D max sk D max E Dsr Dsr Osr Osr Dsr Osr max Tet WyMin WySr WySr fc 4 S 3 O S O D max Tet WySr S O WySr S 4 fc O 3 Dmax WySr sk Tet WySr S 4 fc O WySr Tet WyMin WySr WyMin WySr Tet Tet S 3 O Współczynnik szczytu i kształtu CF MAX MS Crest Factr współczynnik szczytu Dla sinusa,4 FF MS AV wavefrm Factr współczynnik kształtu Dla sinusa,π/ 6

17 Prąd skuteczny impulsów prądwych A A A 4A A T śr A śr A śr A T sk i ( t) dt A T T 0 sk i ( t) dt A T 0 CF ; FF ; CF ; FF T sk i ( t) dt A T 0 ; CF ; FF ; Prąd szczytwy włączania surge current wy E sk 0 s E sk C s D max E sk S T0ms/50Hz 7

18 Zniekształcenia prądu sieci energetycznej. Nrma EC555 wy D T0ms/50Hz Zniekształcenia prądu sieci energetycznej. Nrma EC555 Zawartść harmnicznych ( d 40 harmnicznej) Fluktuacje napięcia związane z regulacją bciążeń Prąd włączania (?) 8

19 Zniekształcenia prądu sieci energetycznej. Współczynnik mcy W P czynna A sk Obciążenie Sieć 30V(±0%) 50Hz V sk P η sk czynna sk W W VA War sk 30V; max 35V Współczynnik mcy η przykład 35V 5A 0ms MS P η MS ms T sk i dt T 0ms P 0 T ( 5A) ( + ms), A 4ms u( t) i( t) dt 30V 5A T 0ms czynne 30 0 W Przy takim prądzie η Pczynna 30W η 0,63 30V, A sk sk W W VA War 9

20 Współczynnik mcy dlaczeg pwinien być MS P η MS T P u t i t dt η T ( ) ( ) 0 MS MS P strat ( ) MS P η MS η 0,63,5 Filtry indukcyjn - pjemnściwe wy D L 0 C Skutki: Plepszenie filtracji zmniejszenie tętnień Znaczne Zmniejszenie zawartści harmnicznych Większy kszt Dławik musi być duży ze względu na jeg nasycanie Dla L>L kr kąt przepływu prądu jest pełny L > L krytyczne 0 3 ω 0

21 Symetryczny pdwajacz napięcia (Delna) Esk S C 0 C Nie symetryczny pdwajacz napięcia (Villarda) S E sk C C 0 E max E max E max Emax E max

22 Przykład Transfrmatr z dużym rzprszeniem jak dławikiem, c wygładza i stabilizuje prąd Pdwajacz napięcia Pdwajacz napięcia!!! Przykład Transfrmatr z dużym rzprszeniem jak dławikiem, c wygładza i stabilizuje prąd Pdwajacz napięcia

23 Przykład Transfrmatr z dużym rzprszeniem jak dławikiem, c wygładza i stabilizuje prąd Pdwajacz napięcia Kuchnia mikrfalwa!!! Pwielacze napięcia niesymetryczny i symetryczny (spsób działanie d samdzielneg przemyślenia) n( n + ) C f 0 wy. śr n E sk t wy. śr 3 t n + n fc 3 n 6 wy. śr 3 t n + n + fc 6 4 n 3

24 Główne zagadnienia Transfrmatr (parametry, rdzaje, schemat zastępczy) Główne rdzaje prstwników Praca z bciąŝeniem rezystancyjnym ObciąŜenie pjemnściwe (cechy charakterystyczne dla róŝnych rdzajów prstwników) Zniekształcenia wnszne d sieci przez zasilacze główne zadania nrmy EC555 Zasilacze z filtrem indukcyjn-pjemnściwym Pwielacze napięcia (schematy, zasada działania) Zasilacze: - prstwniki, - filtry tętnień, - stabilizatry pracy ciągłej. 4

25 Stabilizatr prądu, napięcia Napięcie niestabilizwane E(t) STABLZA TO Napięcie / prąd stabilizwany Parametry stabilizatrów liniwych napięcia (prądu) Napięcie wyjściwe Zakres napięć wejściwych Prąd wyjściwy maksymalny i znaminwy Prąd zwarcia Zakres temperatury pracy Sprawnść energetyczna Prąd wyjściwy Dpuszczalny spadek napięcia (maksymalny i minimalny) Napięcie rzwarcia Zakres temperatury pracy Sprawnść energetyczna 5

26 6 Pdstawwe parametry stabilizacyjne stabilizatrów liniwych napięcia t t T T E E Niestabilnść d nap. zasilania Niestabilnść d bciążenia (dynamiczna rezystancja wyjściwa) Niestabilnść d temperatury Niestabilnść długterminwa Pdstawwe parametry stabilizacyjne stabilizatrów liniwych prądu t t T T E E Niestabilnść d nap. zasilania Niestabilnść d bciążenia (dynamiczna kndunktancja wyjściwa) Niestabilnść d temperatury Niestabilnść długterminwa

27 Stabilizatry parametryczne (napięcie zaleŝy d parametru przyrządu półprzewdnikweg) Warystr C Stabilizatry parametryczne (napięcie zaleŝy d parametru przyrządu półprzewdnikweg) S 0 Dida Zenera E(t) S Z Z 0 Zmin E(t) r Z Z Zmax 7

28 Prjekt didy Zenera s E(t) Z 0 0 E Z Z E/ S dla O 0 Prjekt didy Zenera wsp. stabilnści d bciąŝenia 0 E(t) + S Z E Z - r z 8

29 Prjekt didy Zenera wsp. stabilnści d zasilania E S 0 E(t) Z E+ E E E rz E r + z S E Prjekt didy Zenera dbór S S 0 E(t) Z E Zmin E/ S - s duże E/ S - s małe Zmax 9

30 Prjekt didy Zenera dbór S Z + Zmax r z S 0 E max E min Z Omax E(t) Z Omin 0 Zmin S E min Omax + Z Z min P Zmax Zmax E S max ( Z + Z maxrz ) O min + Z max Zasilacz z didą Zenera wady i zalety S 0 E(t) Z - Wymagana duża różnica E- (wtedy S jest dstatecznie duże i stabilizacja skuteczna) - Duże straty mcy P strat (E- )( Z + ) + Z Z - Duże szumy didy!!!!!! - Mała wydajnść prądwa ( Zmax - związane z mcą didy) - Słaba stabilnść temperaturwa 30

31 3 Parametry did Zenera t t T T E E t t T TW r E r r Z Z Z z S z z ) ( Wymagane duże S, a więc duże E- Stabilnść czaswa Z, [/000h] Dida Zenera zwiększnej mcy Z Z + BE

32 Stabilizatr wtórnikwy rz rz E + + ( TW Z ) r + β z S S mże być duże Z T BE T + t Z t S Z - BE Stabilizatr równległy i szeregwy + Z O O + Z O Z Z Mniejsze straty mcy 3

33 Źródła dniesienia Didy Zenera Kmpenswane didy Zenera Scalne didy Band gap ( napięcie baza emiter kmpenswane termicznie ) Termstatwane źródła dniesienia Dida Zenera kmpenswana termicznie ( TW ) mv / K dla 6 V Z Z Z 9 BE mv T TW Z 0 Z 6 9V Wymagany jest stały prąd b współczynniki termiczne didy Zenera i didy zależą d prądu 33

34 Dida Zenera kmpenswana termicznie przykład + O Z BE d D dt jak funkcja prądu didy (slajd z wykłądu elementy) 3.5 [mv/k] idealna rzeczywista (wpływ rezystancji szeregwej s ) [ma] 34

35 Didwy czujnik temperatury (slajd z wykładu elementy) D +VCC D D D S exp nϕt ϕ T kt e D T D T d dt T D nk e D ln nϕt ln D D D D Źródł dniesienia band-gap (przerwa energetyczna) 3 BE BE 3 BE EF T EF BE 3 BE BE + k n ln 3 e + k n ln 3 e BE3 kt n ln e BE3 E T BE3 GO EF,5V E T 3ϕ GO nne dmiany,5v i inne T 3ϕ T 0 35

36 Band-gap,5V EF,5V nne dmiany są mżliwe Źródła dniesienia Didy Zenera Kmpenswane didy Zenera Scalne didy Band gap ( napięcie baza emiter kmpenswane termicznie ) Termstatwane źródła dniesienia 36

37 Źródła dniesienia (przykłady) Stabilizatry kmpensacyjne Element regulujący Element pmiarwy k ref + O EF Wzmacniacz błędu Źródł dniesienia O 0 + k + dla k 37

38 Najprstszy stabilizatr kmpensacyjny szeregwy k ref Z Stabilizatr kmpensacyjny + O EF EF 38

39 Stabilizatr kmpensacyjny EF + O EF Typwe układy zabezpieczeń Zab. przed ujemnym napięciem Zab. termiczne Zab. przed wstecznym napięciem na wyjściu Zab. przepięciwe i przeciwnej plaryzacji na wyjściu 39

40 Elementy stswane d zabezpieczeń Elementy zabezpieczające: dida, dida Zenera, transil (jedn- lub dwustrnny), triak (tyrystr), skrwnik próŝniwy, bezpiecznik tpikwy (szybki lub zwłczny), bezpiecznik półprzewdnikwy (PTC), nne E kład zabezpieczenia prądweg (najprstszy?) P max EOmax O O O Omax O max BE 0,7V 40

41 kład zabezpieczenia prądweg (fld-back) E E O Ozwarcia Omax P max E O O O Ozwarcia stąt + : Ozwarcia Omax O > + ( + ) O BE + O max gdy 0 BE + O max + BE O Stabilizatry kmpensacyjne µa73 - schemat b. uprszczny +E Tranzystr dużej mcy Ograniczenie prądu zwarcia (fld-back) Ogranicznik prądu egulacja napięcia 4

42 Stabilizatry trzykńcówkwe stałym napięciu 78xXX +E 3 Vin Vut GND O [V](XX) 3,3 5 5, 6 8 8, Stabilizatry trzykńcówkwe stałym napięciu 79xXX -E 3 - Vin Vut GND O [V](XX)

43 Stabilizatry trzykńcówkwe stałym napięciu serii 78xXX Główne cechy: Napięcie wejściwe 35V(40V) Ograniczenie prądu 0,A/A/3A (TO-9/TO-0/TO-3) Minimalny spadek napięcia V Parametry stabilizacyjne przeciętne (temperatury, napięcia wyjściweg, bciąŝenia) Ogranicznik temperatury Przykłady budów stabilizatrów mnlitycznych TO-9 00mA TO-0 A TO-3 3 5A 43

44 Stabilizatry napięcia stałeg mŝliwści rzszerzenia zakresu zastswań +E 6Ω Vin GND Vut 3 Zwiększenie dpuszczalneg prądu -zwiększa się minimalny spadek napięcia +E Vin Vut 3 GND Zwiększenie dpuszczalneg prądu i graniczenie prądu tranzystra -zwiększa się minimalny spadek napięcia Stabilizatry napięcia stałeg mŝliwści rzszerzenia zakresu zastswań +E +dz 3 Vin Vut GND Zwiększenie napięcia wyjściweg -parametry stabilizacji mgą się pgrszyć jeśli zastsujemy zwykłą didę Zenera 44

45 egulwane napięcie dniesiania trzykńcówkwe LM385-ADJ +E,4V,4( / 3 + ) [V] 3 Mnlityczne stabilizatry nastawnym napięciu + O EF +E Vin 7805 GND Vut 3 O 5 [ V ] + SP 5V + sp 45

46 Mnlityczne stabilizatry nastawnym napięciu LM37 LM37 +E Vin Vut 3 O GND,45V O.5 [ V ] µA Mnlityczne stabilizatry nastawnym napięciu ujemnym LM337 LM337 -E Vin Vut 3 - O GND,45V O.5 [ V ] µA 46

47 Mnlityczne stabilizatry nastawnym napięciu i prądzie maksymalnym - L00 +E max 5 Vin Vut O max 0,4 0,5 m ax [ A] GND 3 ef 4 max O,77 [ V ] +,7V Stabilizatry LDO (Lw DrpOut) W typwym zasilaczu >V W zasilaczu LDO >0, 0,5V 47

48 Zestawienie właściwści zasilaczy scalnych tranzystra zewnętrzneg b-bez zewnętrzneg granicznika Zasilacz dwunapięciwy dual tracking regulatr +E + 3 ref O + O EF Masa wirtualna 3 -E - 48

49 Zasilacz z zaciskami pmiarwymi + +S -S - Napięcie stabilizwane Charakterystyki impulswe E +E 3 Vin Vut GND O O E O O O 49

50 Charakterystyki impulswe +E 3 Vin Vut GND Zminimalizwanie skutków skków napięcia wejściweg: -Ddatkwy filtr (C, L itp..) -nne elementy tłumiące (np..transil) -Zasilacz wstępny Zminimalizwanie efektów skków prądu bciążenia: zmniejszenie impedancji wyjściwej prze ddanie kndensatrów małej impedancji dla wyskich częsttliwści, kndensatry przy elementach pbierających prąd impulsw Stabilizatry prądu max min BE Omax 50

51 5 Stabilizatry prądu Tsat DZ BE DZ + min Tsat BE DZ BE DZ min Stabilizatry prądu Vin GND Vut 3 V V zas 3,5,5,5 min + + LM37 zas

52 Pdsumwanie Główne parametry stabilizatrów Stabilizatry parametryczne parte na didzie Zenera Źródła napięć wzrcwych Stabilizatry kmpensacyjne Spsby zabezpieczeń stabilizatrów Stabilizatry scalne typy, własnści Stabilizatry prądu 5