&
H
PORADNIK ELEKTRONIKA
ZASILACZE IMPULSOWE
RÓDŁEM ZABURZEŃ
ELEKTROMAGNETYCZNYCH(2)
Tranzystor pracujący jako przełącznik mu-
Jak zmniejszyć poziom zaburzeń
si gwałtownie przerywać przepływ dużych
wytwarzanych przez zasilacze a)
prądów i blokować napięcia narastające
impulsowe
R R D
szybko do dużych wartoS
ci. Straty mocy
UQ lub
Działania mające na celu ograniczenie po- występują zwłaszcza przy przejS
ciu tran-
C C
ziomu zaburzeń wytwarzanych przez zasi- zystora ze stanu włączenia do stanu wyłą-
b)
lacze impulsowe cechuje znaczna różnorod- czenia, gdy chwilowo mogą zachodzić na
noS
ć. Ich realizacja często nie sprzyja speł- siebie opadające zbocze prądu i narastają-
UQ
ce zbocze napięcia. Sposobem na ograni-
nieniu wymagań dotyczących ograniczeń
strat mocy elektrycznej w układzie i efektyw- czenie energii wydzielanej w tranzystorze lub
diodzie prostowniczej oraz na tłumienie
nemu odprowadzaniu energii cieplnej.
1 2
oscylacji przy przełączaniu jest właS
nie do-
JeS
li chodzi o zmniejszenie promieniowania
łączenie wspomnianych wyżej obwodów
z pętli, w których występują duże zmiany
prądów di/dt, to można to uczynić zmniejsza- tłumiących, najczęS
ciej w formie dwójników
RC lub RCD (z wolną diodą). Odpowiednie
jąc ich powierzchnie (ulepszając topologię
t
Rys. 4. Obwód tłumiący:
zmiany przebiegów napięciowych wskazu-
układu) oraz dobierając elementy o małych
a _ dołączenie obwodu do tranzystora,
jące na skutecznoS
ć tego sposobu są poka-
rozmiarach, np. dostosowane do montażu
b _ uzyskiwane przebiegi napięciowe:
powierzchniowego. Natomiast bezpoS
re- zane na rys. 4.
krzywa 1 _ bez obwodu tłumiącego,
dnia redukcja wartoS
ci di/dt przez zmniejsze- Najmniejsze zmiany prądów (di/dt) oraz na- krzywa 2 _ przy dołączonym obwodzie tłumiącym
pięć (du/dt) dla danej częstotliwoS
ci przełą-
nie częstotliwoS
ci przełączania prowadzi
czania można otrzymać stosując konfigura- pulsów, a nie współczynnik wypełnienia.
do strat mocy i zwiększenia wymaganych
Oprócz przetwornic rezonansowych (sinu-
cje układowe przetwornic stałoprądowych
rozmiarów induktorów. Kompromis można
w tym przypadku osiągnąć dobierając odpo- znane pod ogólnym okreS
leniem przetwor- soidalnych) małe tętnienia prądów i niskie
wiednio szeregową rezystancję bramki tran- nic rezonansowych (lub quasi-rezonanso- poziomy wytwarzanych zaburzeń zapew-
nić może konstrukcja zaproponowana
wych). W rozwiązaniach tych tranzystory
zystora MOS lub rezystancję w obwodzie
przełączające kierują energię do obwodu re- w 1970 r. przez S. Ćuka, znana jako konwer-
bazy tranzystora bipolarnego (rys. 3).
zonansowego LC, w którym otrzymać moż- ter Ćuka lub podwyższająco-obniżający
Redukcję szybkoS
ci zmian napięcia du/dt
na kształt przebiegów prądowych i napięcio- ( - n r r) [5]. Jest to prawie
uzyskuje się dołączając układy tłumiące
( n r _ układy  amortyzujące ) w od- wych bliski sinusoidalnemu. Tranzystor w ta- idealny transformator stałoprądowy nie wy-
magający dodatkowych elementów filtrują-
kim układzie przerywa przepływ prądu, gdy
powiednich węzłach układu, a głównie na
elementach przełączających i diodach pro- napięcie jest bliskie zeru lub powoduje blo- cych w celu redukcji poziomów zaburzeń.
W przypadku mniejszych mocy, stosować
kowanie napięcia, gdy wartoS
ć prądu zbliża
stowniczych mocy [3]. Innymi działaniami
można oddzielny radiator zamontowany na
w tym zakresie jest zapobieganie rozprosze- się do zera. Obwody, które są włączane
obudowie lub w obudowie tranzystora. Je-
i wyłączane przy zerowej wartoS
ci prądów
niu strumienia magnetycznego ( upływnoS
ci
S
li radiator taki połączy się ze x
ródłem tran-
noszą nazwę obwodów przełączanych
induktorów), np. przez stosowanie rdzeni
w zerze prądu (ZCS _ z r rr n - zystora MOS, jak pokazano na rys. 5a (lub
toroidalnych i ekranów oraz utrzymywanie
n ). Ponieważ dostatecznie duża ener- emiterem tranzystora bipolarnego), to stano-
małych zmian prądu di/dt.
gia nie związana bezpoS
rednio z funkcjono- wić on będzie ekran elektrostatyczny zmniej-
waniem układu jest magazynowana w wyj- szający pojemnoS
ć drenu (lub kolektora)
S
ciowej pojemnoS
ci tranzystora przełącza- do chassis.
jącego, przeto zmniejszenie strat z tej przy- JeS
li natomiast sam tranzystor lub radiator
zamontowane będą na chassis, to przez
czyny można osiągnąć stosując obwody
pasożytniczą rozłożoną pojemnoS
ć dren-
przełączane w zerze napięcia ( r
470 &!
SGSP479 n ). W przetwornicach rezonanso- chassis (lub kolektor-chassis) płynąć będą
wych częstoS
ć zmian prądu i napięcia zale- sygnały zaburzające o charakterze wspól-
nym (niesymetryczne). Aby poddać je pew-
ży od dołączonego obwodu reaktancyjnego
LC i może być nieco mniejsza niż przy ste- nej kontroli i zapewnić dogodną drogę prze-
pływu prądu zaburzeń zaleca się zainstalo-
rowaniu szerokoS
cią impulsów (PWM), gdy
wytwarzane są przebiegi elektryczne w for- wać kondensator o dużej wartoS
ci napięcia
mie zbliżonej do fali prostokątnej lub trójkąt- przebicia (typu Y) między x
ródłem (emite-
Rys. 3. Rezystor w obwodzie sterującym bramki
rem) a chassis, rys. 5b [4].
nej. Parametrem kontrolnym jest więc w tych
tranzystora przełączającego
przetwornicach częstoS
ć powtarzania im- W przypadku, gdy wewnętrzne elektrody
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003
 '
tranzystora są połączone z obudową, to trze- b)
a) mentów układu dostosowanych do monta-
ba ją izolować od radiatora lub chassis. Grub-
żu powierzchniowego,
sza warstwa izolacyjna np. miki lub zastoso-
staranne zaprojektowanie płytki drukowa-
wanie innego materiału o większej przenikal-
nej i jej wykonanie zmierzające do zmniej-
noS
ci dielektrycznej może oczywiS
cie znacz-
szenia powierzchni pętli prądowych,
nie zmniejszyć pojemnoS
ci pasożytnicze, ale
ekranowanie uzwojeń transformatora
zwiększy z kolei rezystancję termiczną i po-
w.cz.,
Cy
gorszy odprowadzanie ciepła.
stosowanie układów sterujących przełą-
Warto wspomnieć o jeszcze jednym sposo- chassis
czaniem z dewiacją częstotliwoS
ci przełą-
bie obniżania poziomu generowanych zabu-
czania,
Rys. 5. Redukcja zaburzeń wspólnych
rzeń, który polega na modulowaniu często-
wytwarzanych przez element przełączający przy wykorzystanie zasady przetwarzania si-
tliwoS
ci pracy elementów przełączających. dołączeniu radiatora:
nusoidalnych sygnałów mocy za pomocą
a _ do elektrody tranzystora, b _ do chassis
To obniżenie jest następstwem rozpłaszcze-
przetwornic rezonansowych.
nia i poszerzenia widma zaburzeń w kierun-
Jerzy F. Kołodziejski
ku większych częstotliwoS
ci. Dewiacja zasa-
kresie do kilkudziesięciu MHz. Do najważ-
dniczej częstotliwoS
ci przełączania może
niejszych sposobów redukcji poziomu zabu-
być rzędu kilku procent i można ją prze-
rzeń promieniowanych, a zwłaszcza prze- LI TERATURA
prowadzić wykorzystując zdeterminowany
wodzonych należą [2]: [1]. J.F.Kołodziejski: Zasilacze impulsowe - zasada dzia-
sygnał elektryczny lub sygnał losowy.
filtracja sygnałów zakłócających na wej- łania, budowa i rodzaje. Elektronizacja nr 7, 1994, 8-12
[2]. Praca zbiorowa: Zakłócenia w aparaturze elektronicz-
S
ciu i ewentualnie także wyjS
ciu zasilacza,
Podsumowanie
nej. Radioelektronik Warszawa 1995
stosowanie układów z korekcją współ-
[3]. J.F.Kołodziejski, L.Spiralski: Zakłócenia w zasila-
Zasilacze impulsowe z przetwornicami sta- czynnika mocy (PFC),
czach impulsowych i układach tyrystorowych. Prace In-
łoprądowymi stanowią potencjalne x
ródło właS
ciwy dobór tranzystorów przełącza-
stytutu Technologii Elektronowej 1991 z.12, 137-164
zaburzeń o małych i wielkich częstotliwo- jących, zmniejszanie ich pojemnoS
ci wyj-
[4]. P. Vallittu, T.Laurinen, I.Nisonen, S.Ritam�ki:
S
ciach, reprezentowanych przez harmo- S
ciowej i ekranowanie,
Design for EMC in Switched-Mode Power Supplies.
,
niczne częstotliwoS
ci sieciowej oraz har- stosowanie diod usprawniających o ła-
EPE 99 Lausanne, P.1- P.9
moniczne wynikające z pracy elementu godnym przebiegu charakterystyki odzyski- [5]. T. Williams: EMC for product designers. Newnes
przełączającego, leżące praktycznie w za- wania zdolnoS
ci zaworowej oraz innych ele- Oxford 1996
Radioelektronik Audio-HiFi-Video 2/2003