2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

1

Zasilacze i stabilizatory o działaniu ciągłym

Stabilizatory impulsowe

(przetwornice napięcia

stałego)

Zasilacze i stabilizatory

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

2

Struktura zasilacza sieciowego

Bezpiecznik

i eliminator

stanów

przejściowych

Filtr

przeciwza-

kłóceniowy

w.cz.

Prostownik

Stabilizator

napięcia

≈

=

Zabezpieczenie nadnapięciowe

stabilizatora o działaniu ciągłym

lub filtr przeciwzakłóceniowy

w.cz. stabilizatora impulsowego

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

3

Bezpiecznik i eliminator stanów przejściowych

Badania wykazały, że prawie w całej sieci energetycznej
pojawiają się od czasu do czasu szpilki napięcia o
amplitudzie od 1kV do 5kV, natomiast szpilki o mniejszej
amplitudzie są zjawiskiem nagminnym. Eliminator zakłóceń
może pochłaniać energie tych szpilek dochodzącą do 50Ws.

230V

~

50Hz

2A

i

u

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

4

Filtr przeciwzakłóceniowy

Przykład filtru

dolnoprzepustowego, tłumiącego

przenikanie zakłóceń sieciowych

w.cz. do zasilacza i przenikanie

zakłóceń w.cz. powstających w

zasilaczu do sieci energetycznej.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

5

Prostowniki

+

+

t

u

1

t

u

2

1. Prostownik dwufazowy

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

6

2. Prostownik mostkowy

12÷230V

~

50Hz

+

_

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

7

3. Prostownik napięć symetrycznych

+

_
+

_

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

8

R

L

U

1

_

+

U

odn

Stabilizatory napięcia

o działaniu ciągłym

R

L

U

1

_

+

R

SC

0,35V

130

0

C

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

9

Parametry popularnych stabilizatorów

monolitycznych o działaniu ciągłym

Napięcie wyjściowe 5V 12V

2...37

Zakres napięć wejściowych

7...35 14,5...35 9,5...40

Zmiany napięcia

wyjściowego

100mV 240mV 5mV

Dopuszczalna moc strat bez

radiatora

2,5W 2,5W 0,7W

*/ Wytwarza się stabilizatory trzykońcówkowe na napięcia
wyjściowe: 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18 i 24V.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

10

Zabezpieczenie nadnapięciowe

Układ ograniczenia prądu wyjściowego (

R

sc

) chroni

stabilizator przed nadmiernym poborem prądu, ale tylko w

warunkach normalnej pracy wszystkich elementów

stabilizatora.

Zawodzi on w przypadku uszkodzenia stabilizatora, w wyniku

którego na wyjściu pojawia się całe niestabilizowane napięcie

zasilania, co doprowadza do przepalenia się bezpiecznika

topikowego zasilacza, ale przedtem zwykle doprowadza do

uszkodzenia zasilanych układów elektronicznych.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

11

Zabezpieczenie aktywną diodą Zenera

U

max

=U

Z

+0,6V

I

max

≈βI

Zmax

Wada

W czasie awarii wydziela się duża
moc w układzie zabezpieczającym,
co może skutkować uszkodzeniem
tego układu.

U

Z

R

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

12

Zabezpieczenie tyrystorowe

U

Z

R

C

A

K

G

W normalnych warunkach tyrystor jest

zablokowany.

Włącza się on, gdy napięcie na rezystorze

wzrośnie do ~0,7V.

Włączenie tyrystora powoduje zmniejszenie

napięcia wyjściowego do ~2V, przy czym

może on pobierać bardzo duży prąd

anodowy (np. 10A) w sposób ciągły.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

13

Trzykońcówkowy stabilizator o dobieranej

wartości napięcia wyjściowego

[ ]

V

R

R

1

U

U

1

2

'

Wy

Wy

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

≈

U

’

Wy

- napięcie wyjściowe stabilizatora

trzykońcówkowego

We Wy

Reg

U

Wy

R

1

R

2

1

μF

[ ]

V

R

R

1

25

,

1

U

1

2

Wy

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+

=

V

25

,

1

U

g

Re

Wy

=

−

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

14

Wykorzystanie stabilizatora scalonego do

zasilania prądem większym od znamionowego

We Wy

Masa

R

I

Wy

'

Wy

I

Dla I

Wy

< I’

Wy

zewnętrzny tranzystor
jest wyłączony.

Dla I

Wy

>I’

Wy

spadek napięcia na

rezystorze powoduje włączenie
tranzystora, ograniczając wartość prądu
wpływającego do stabilizatora do ~I’

Wy

.

'

Wy

max

Wy

I

I

β

≈

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

15

Stabilizatory impulsowe

W stabilizatorach impulsowych wykorzystuje się
właściwości przełączanych induktorów:

1.

;

dt

di

L

u

L

L

⋅

=

L

i

L

u

L

( )

( )

∫

+

=

t

0

L

L

L

dt

u

L

1

0

i

t

i

2.

u(t)

e(t)

i(t)

R

( )

( )

t

E

t

e

1

⋅

=

( )

0

0

i

=

( )

R

L

;

e

1

R

E

t

i

t

0

t

=

τ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

−

=

τ

−

≥

( )

τ

−

≥

=

t

0

t

Ee

t

u

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

16

t

0

τ

R

E

e(t),

i(t),

u(t)

3.

- konserwatyzm, tj. to, że energia gromadzona w
induktorze:

2

2

1

L

Li

W

=

nie ulega rozproszeniu; - jest przechowywana.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

17

Przykład 1

( )

∫

=

=

2

t

0

0

dt

t

p

W

0÷t

1

– cykl wprowadzania

energii

t

1

÷t

2

- cykl wyprowadzania

energii

Wniosek

Energię wprowadzoną do

induktora można odzyskać!

i(t)

t

p(t)=i(t)u(t)

t

u(t)

t

t

1

0

0

0

t

2

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

18

Przykład 2

p(t)=i(t)u(t)

t

u(t)

E

+

_

1

2

i

1

i

2

u(t)

t

E

-U

F

1

2

( )

∫

=

=

t

0

1

t

L

E

Edt

L

1

t

i

( )

(

)

0

F

0

2

t

t

L

U

i

t

i

−

−

≈

t

i(t)

i

0

i

1

i

2

t

0

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

19

Impulsowe stabilizatory napięcia

(przetwornice napięcia stałego)

1. Stabilizator obniżający wartość napięcia

u

1

u

2

+

+

U

odn

( )

( )

∫

−

+

=

x

t

X

L

x

L

dt

L

u

u

i

t

i

0

2

0

u

G

t

u

G

t

u

2

%

85

>

η

i

L

i

L

t

u

1

>u

2

u

X

t

u

X

-U

F

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

20

2. Stabilizator podwyższający wartość napięcia

u

1

u

2

+

+

U

odn

W czasie impulsu włączającego TP
prąd płynący przez cewkę narasta
liniowo i w polu magnetycznym
cewki gromadzi się energia o
wartości 0,5Li

2

.

Energia ta w następnej fazie (gdy TP
jest wyłączony) jest przekazywana
do kondensatora.

W wyniku porównania napięcia u

2

z napięciem U

odn

następuje

zmiana szerokości lub częstotliwości powtarzania impulsów
sterujących TP, w rezultacie czego napięcie u

2

zachowuje

ustalony poziom, który jest wyższy od u

1

.

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

21

3. Stabilizator odwracający biegunowość napięcia

u

1

u

2

+

_

U

odn

W czasie impulsu włączającego TP
prąd płynący przez cewkę narasta
liniowo i w polu magnetycznym
cewki gromadzi się energia o
wartości 0,5Li

2

.

Energia ta w następnej fazie (gdy TP
jest wyłączony) jest przekazywana
do kondensatora.

W wyniku porównania napięcia u

2

z napięciem U

odn

następuje

zmiana szerokości lub częstotliwości powtarzania impulsów
sterujących TP, w rezultacie czego napięcie u

2

zachowuje

ustalony poziom. Ma ono jednak znak przeciwny do u

1

!

2005-10-18

Zasilacze i stabilizatory

22

Powielacz napięcia

- stosujemy, gdy istnieje potrzeba zasilania bardzo wysokim
napięciem, np.: 25kV, przy niezbyt dużym poborze prądu
zasilania.

U

3U

5U

6U

4U

2U