LABORATORIUMUKŁADÓWELEKTRONICZNYCHCZWARTEK GODZ. 13¹⁵Grupa nr 7Gruszczyński PawełGrycko TomaszĆwiczenie nr 13Temat: Zasilacze impulsowe -- zasilacz stabilizowanyData wykonania: dn.07-11-97r.Ocena : Cel ćwiczenia: zapoznanie się z zasadami działania, właściwościami, parametrami oraz technikami jego pomiaru zasilaczy impulsowych regulowanych oraz stabilizowanych; zaobserwowanie typowych oscylogramów tego typu układów.Spis przyrządów użytych w pomiarach:- oscyloskop dwukanałowy z sondą S12A RC 1:10;- amperomierz analogowy 60mA-1,5A;- multimetr cyfrowy V 560;- zasilacze napięcia stałego 24V; 0,5A;- zasilacz regulowany napięcia stałego 0-30V; 1,5A;I. Badanie zasilacza impulsowego Schemat układu pomiarowego używanego podczas pomiarów maximum record size = 21 record size = 262178
2. Pomiar zakresu zmian współczynnika d od napięcia stałego U₁₀a) Tabela wyników pomiaru zakresu zmian współczynnika wypełnienie d od napięcia stałego U₁₀
f = 16 kHzf = 32 kHzU₁₀T - ttdU₁₀T - ttd[V][ms][ms][%][V][ms][ms][%]0,007595310,20,006302710,01,515605311,71,81730,526,513,12,428605016,72,58230,525,516,43,535604426,73,59130,52227,93,933604033,34,11130,51937,74,364603443,34,46530,516,545,94,697602853,34,78730,51357,44,859602558,35,18830,51067,25,164602066,76,31530,51067,26,312602066,76,336311551,66,333602951,76,362312035,56,363604230,06,403312519,46,398605016,7d =
Pomiary parametrów zasilacza stabilizowanegoa) Tabela wyników pomiarów sprawności energetycznej zasilacza stabilizowanego
f=16[kHz]U₁I₁I_cpU₂P₁P₂h[V][A][A][V][W][W][%]200,71.8211,85149,7569,7240,571,8211,8713,689,7871,526,50,521,8211,8913,789,8271,2f=32[kHz]U₁I₁I_cpU₂P₁P₂h[V][A][A][V][W][W][%]200,761,5111,8615,29,7764,3240,61,4111,8814,49,8068,126,50,541,3711,914,319,8368,7P₁ = U₁*I₁P2 =

h =

R_oo = 14,4 Ω

Oscylogramy prądu kolektora I_C tranzystora T₂ zostały zarejestrowane i zamieszczone na końcu sprawozdania

b) Pomiar współczynnika stabilizacji napięcia wyjściowego od zmian napięcia wejścioweg

o

- Tabela wyników pomiaró

w

2

U 1U
[V	]]
20	11,859
24	11,879

f = 16 kHz

R_oo = 14,4 Ω

- Obliczenie wartości współczynnika stabilizacji napięcia

K_U0,005

c) Pomiar rezystancji wejściowej zasilacza stabilizowanego

- Tabela wyników pomiarów

R	U2	I2
[W]	[V]	[A]
14,4	11,88	0,825
18	11,904	0,661

f = 16 kHz

U₁ = 24 V

- Obliczenie wartości rezystancji wyjściowej

r_WY0,15 Ω

Pomiary parametrów zasilacza regulowanego

a) Tabela wyników pomiarów zasilacza regulowanego w charakterystycznych punktach zasilacza zaznaczonych na schemacie układu pomiarowego

T	t	d	Icp	UCE2p	UCE2	Utr2pp	Id	DUCZpp	U2	P2
[ms]	[ms]	[%]	[mA]	[V]	[V]	[V]	[mA]	[mV]	[V]	[W]
60	14	23,3	745	132	34	8,7	1517	65	4,54	1,43
60	20	33,3	1176	132	38	14,7	2086	140	6,03	2,52
60	30	50,0	1569	195	47	21,5	3414	170	10,15	7,15
60	35	58,3	1863	220	50	23	3793	190	11,86	9,77

d = P2 = f = 16 kHz U₁ = 24 V R_oo = 14,4 Ω

Oscylogramy ważniejszych przebgów zostały zarejestrowane i dołączone na końcu sprawozdania

b) szacowanie strat mocy na elementach R_E, R_D R₁₆ i D₆ (wykorzystano dane pomiarów zasilacza

regulowanego dla d = 58,3 % )

- straty mocy na rezystorze emiterowym R_E = 0,51Ω:

P_RE = 0,35 W

- straty mocy na rezystorze R_D = 0,05273Ω:

P_RD = 0,15 W

- straty mocy na diodzie na diodzie D6 i rezystorze R16 zostały podane w instrukcji do ćwiczenia i wynoszą odpowiednio :

P_D6 = 1,9 W P_R16 = 0,96 W

Tak więc sprawność naszego zasilacza, która wynosi:

h= = 71,4 %

wynosiłaby przy pominięciu strat mocy na powyższych elementach:

h' = = 88,3 %

c) Sprawdzanie dokładności wzorów projektowych:

- sprawdzanie wzoru na wartość szczytową prądu kolektora:

1,86 A = I_cp * 4(P₂/U₁) = 1,63 A

- sprawdzanie wzoru na wartość napięcia kolektorowego U_CE2 tranzystora T₂ :

50 V = UCE2 * U1 + U2 * p = 51,6 V

- sprawdzanie wzoru na wartość napięcia wyjściowego zasilacza:

11,86 V = U2 * = 14,4 V

- sprawdzanie wzoru na indukcyjność uzwojenia pierwotnego transformatora Tr2:

0,435 mH = L * = 0,32 mH

II. Wnioski

Z przeprowadzonych przez nas pomiarów wynika, że sprawność badanego zasilacza impulsowego była rzędu 70 %. Była ona stosunkowo niewielka w porównaniu z typowymi wartościami sprawności tego typu zasilaczy wynoszącymi ponad 80%. Wynikło to z faktu, że znaczną część mocy traciliśmy na rezystorach R_E oraz R_D (niezbędnych do pośredniego pomiaru prądu kolektora I_C tranzystora T₂ oraz prądu diody D₆) oraz na rezystorze tłumiącym R₁₆ i diodzie D₆. Gdyby pominąć te dodatkowe straty mocy sprawność ta osiągnęłaby wartość h'= 88%. Pozostała część strat mocy przypadła na przełączanie tranzystora T₂, straty cieplne w transformatorze Tr₂, dławikach Dł₁ i Dł₂ oraz w kondensatorze zbiorczym C_CZ. Sprawność ta była nieznacznie większa przy niższej częstotliwości f = 16 kHz. Większe straty mocy przy wyższej częstotliwości wiązały się częstszym przełączaniem elementów kluczujących: tranzystora T₂ i diody D₆ (częstsze przeładowywanie ich pojemności złączowych i pojemności rozproszenia) oraz z częstszym przemagnesowywaniem rdzenia transformatora. Wyznaczona rezystancja wyjściowa zasilacza stabilizowanego równa 0,15Ω jest relatywnie duża w porównaniu ze stabilizatorami o działaniu ciągłym, w których można osiągnąć rezystancje rzędu mΩ. Zaletą natomiast tego typu zasilacza jest fakt, że przy różnych napięciach wejściowych stabilne napięcie wyjściowe uzyskuje się przy tej samej sprawności w odróżnieniu od stabilizatorów o działaniu ciągłym, gdzie sprawność maleje proporcjonalnie do wzrostu napięcia wejściowego. W ćwiczeniu badaliśmy również zasilacz regulowany. Regulację napięcia wyjściowego uzyskiwaliśmy przez regulację napięcia U₁₀ co wiązało się ze zmianą współczynnika wypełnienia prostokątnego sygnału sterującego pracą elementów kluczujących. Jednak po przekroczeniu wartości 6,3 V napięcia U₁₀ współczynnik wypełnienia sygnałów sterujących szybko malał aż do zaniku impulsów. Działo się tak dlatego, że układ sterujący odbierał to jako przekroczenie napięcia wyjściowego i zadziałały układy zabezpieczające. Na zarejestrowanych oscylogramach można zauważyć szpilki impulsów napięciowych towarzyszące przechodzeniu tranzystora T₂ w stan zatkania. Szczególnie duża wartość tego przepięcia (rzędu setek woltów) występowała na kolektorze T₂ i dlatego ten element jest bardzo podatny na uszkodzenia. By więc zwiększyć jego odporność na duże napięcia U_CE steruje się go ze źródła o niewielkiej rezystancji oraz podaje ujemne napięcie na jego bazę przy przechodzeniu w stan zatkania (zwiększa to U_CEmax tranzystora). Wyznaczone wartości na podstawie zawartych w instrukcji wzorów projektowych różniły się od wartości zmierzonych nie więcej niż o 30 %. Można ich więc używać jako wzorów wstępnych przybliżających szukane wartości poprzedzające projektowanie komputerowe.

I_e

I_cp = 1,863 A

t = 35 ms

t

T = 60 ms

I_D

t = 35 ms

t

I_d = 3,793 A

T = 60 ms

---