I Zasilacze impulsowe
Jednym z najistotniejszych zespo ów zasilaczy impulsowych s uk ady
przekazywania energii. Uk ad przekazywania energii sk ada si z elementów
prze czaj cych, które umo liwiaj przep yw energii pomi dzy wej ciem a wyj ciem.
Uk ady przekazywania energii ma ej mocy zawieraj rezystancyjny lub
kondensatorowy obwód adowania, natomiast uk ady redniej i du ej mocy maj obwód
adowania indukcyjny lub transformatorowy.
Uk ady o wyj ciu nieizolowanym od wej cia
Uk ady przekazywania energii o wyj ciu nieizolowanym od wej cia zosta y
podzielone na trzy grupy: uk ady obni aj ce (ang. step-down, bucking), uk ady
podwy szaj ce (ang. step-up, boost) lub zmieniaj ce biegunowo napi cia sta ego
(polarity-converting).
Uk ady obni aj ce napi cie sta e
Uk ady przekazywania energii o rezystancyjnym obwodzie adowania
Uk ad przekazywania energii z rezystancyjnym obwodem adowania zosta
przedstawiony na Rysunku 5. Stabilizacja w uk adach tego typu odbywa si w ten
sposób, e kondensator pod czony równolegle do wyj cia, jest adowany okresowo
poprzez rezystor Re. Przy w czonym prze czniku S, adunek przep ywaj cy z
kondensatora Co do obci enia RL (odbiornika) jest dostarczany z wej cia poprzez
zewn trzny rezystor Re, ograniczaj cy pr d. Warto rednia napi cia wyj ciowego jest
proporcjonalna do wzgl dnej warto ci czasu w czania elementu prze czaj cego, czyli
do wspó czynnika wype nienia.
Impulsy pojawiaj ce si na wyj ciu prze cznika szeregowego s u redniane
przez filtr dolnoprzepustowy sk adaj cy si z elementów Re i Co. Rezystor Re spe nia
dwie funkcje: ogranicza pr d adowania oraz stanowi cze sk adow filtru
dolnoprzepustowego typu RC.
Filtr RC
Re
Ii Io
Ic
Ui Co Uo RL
Ri
Ui > Uo
Rysunek 5. Podstawowy uk ad przekazywania energii z rezystancyjnym obwodem
adowania
W uk adzie, gdzie czas w czania ton (czas adowania) elementu prze czaj cego
jest sta y (z pomini ciem sta ych czasowych w czania oraz wy czania ),
on off
adunek odprowadzany z kondensatora Co w okresie T jest równy adunkowi
doprowadzonemu do uk adu w czasie trwania pojedynczego impulsu adowania:
ton
IoT = ii(t)dt
0
Przebieg pr du adowania wyra a si za zale no ci :
t
Ui Uo
c
ii (t) = e
Re =ReCo jest sta czasu obwodu adowania.
gdzie
c
Po podstawieniu warto ci ii(t) do pierwszej zale no ci i po przeprowadzeniu
ca kowania uzyskuje si warto redni pr du:
ton
ton t
Ui Uo 1
c c
Io = e dt = fCo (Ui Uo )(1 e )
Re T
0
Powy szy wzór to podstawowa zale no uk adu przekazywania energii (
przetwornicy DC-DC).
Uk ad przekazywania energii z rezystancyjnym obwodem adowania jest
zast powany przez uk ady z indukcyjnym obwodem adowania, ze wzgl du na du e
straty na rezystancji i bardzo du y kondensator gromadz cy.
Uk ady przekazywania energii z indukcyjnym obwodem adowania
Na Rysunku 6 przedstawiono uk ad przekazywania energii z indukcyjnym
obwodem adowania. W uk adzie tym tranzystor pracuje jako prze cznik. Kondensator
C, pod czony równolegle do wyj cia, jest adowany okresowo poprzez d awik L
ograniczaj cy pr d. W czasie w czenia tranzystora, d awik ogranicza pr d do warto ci
odpowiedniej dla zabezpieczenia tranzystora. Gdy tranzystor przewodzi pojemno C
aduje si poprzez d awik, w którym gromadzi si energia magnetyczna. W czasie
w czenia ton przyrost pr du w d awiku:
Ui Uo Ui Uo
ILon = ton = T
L L
gdzie L jest indukcyjno ci d awika, a -
wspó czynnikiem wype nienia.
UCE
L IL Io
Ic
Ui Ci
C
RL
Ui Uo
ID
Rysunek 6. Uk ad przekazywania energii z indukcyjnym obwodem adowania.
Gdy tranzystor zostanie zatkany, zmienia si biegunowo napi cia na d awiku,
a zgromadzona w nim energia jest doprowadzona do obci enia, poprzez diod
usprawniaj c D. W czasie wy czenia toff pr d w d awiku maleje w sposób
nast puj cy:
Uo
ILoff = T (1 )
L
Równowaga zachodzi wówczas, gdy przyrost i spadek pr du d awika w trakcie
czasu w czania i wy czania s sobie równe czyli:
Ui Uo Uo
T = T (1 )
L L
St d:
Uo = Ui
Jak wida , napi cie wyj ciowe mo e by stabilizowane przez
zmian wspó czynnika wype nienia. Poniewa wspó czynnik wype nienia < 1, wi c
napi cie wyj ciowe jest zawsze ni sze od napi cia wej ciowego.
Dla wyj cia indukcyjno L tworzy razem z kondensatorem C filtr
dolnoprzepustowy czyli uk ad ca kuj cy. Jednocze nie d awik jest elementem
ograniczaj cym pr d. Dzi ki zastosowaniu d awika jest mo liwe zarówno gromadzenie,
jak i odzysk energii. Gdy tylko tranzystor zostanie zatkany, zaczyna przewodzi dioda
D przekazuj c energi zgromadzon w d awiku L do kondensatora i obci enia. Jest to
czynnik poprawiaj cy sprawno uk adu.
Dioda usprawniaj ca (ang. flyback diode) przewodzi tylko pr d przy zatkanym
tranzystorze. Dzi ki temu energia zgromadzona w d awiku w czasie w czania mo e
powróci do wyj cia. W uk adzie bez diody, napi cie pojawiaj ce si na indukcyjno ci
podczas zatkania tranzystora uszkodzi oby go.
Minimalna warto indukcyjno ci d awika przy której pr d d awika maleje do
zera jest równa indukcyjno ci ograniczaj cej amplitud waha pr du do podwójnej
warto ci redniej minimalnego pr du obci enia.
UoT
(1 ) = 2IoAV
L
Je li w miejsce podstawimy wyra enie Uo/Ui, a w miejsce Io AV wyra enie Po/Uo, to:
2
UoT Uo
Lmin = (1 )
2Po _ min Ui _ max gdzie Po_min jest minimaln moc wyj ciow .
Przy zadanej indukcyjno ci mo na obliczy warto graniczn pr du obci enia
przy której chwilowa warto pr du d awika osi ga dok adnie warto równ zeru:
(1 )TUi
Ilim =
2L
Przy pr dzie obci enia wy szym od tej warto ci, pr d d awika nie spada do
zera.
Przy braku strat do okre lenia parametrów uk adu wa ne s nast puj ce
zale no ci:
Ui, gdy Io > Ilim
Ui
Uo =
, gdy 0 Io Ilim
2L Io
1+
2Ui T
Je li uwzgl dnimy straty (Rysunek 7) to przy pr dzie obci enia
przekraczaj cym pr d graniczny Ilim ( przy czym Ilim jest pr dem obci enia, przy
którym chwilowy pr d d awika maleje dok adnie do zera)
Uo= Ui  Io [ Rsat + (1- )RD + RLS]
Pr d graniczny:
(1 )TUi
Ilim =
2L
Minimalna warto indukcyjno ci niezb dna do podtrzymania ci g o ci pr du
d awika:
2
UoT Uo
Lmin = (1 )
2Po min Ui max
Rsat S RLS L Io
Rsat S RLS L Io
Ui
Ui
C
Uo
Uo
RD
RD
Rysunek 7. Uk ad stabilizatora obni aj cego napi cie o indukcyjnym obwodzie
adowania, uzupe niony o szeregowe rezystory strat
Amplituda pr du kolektora tranzystora:
UoT Uo Po max
IC = (1 ) +
2L Ui max Uo
Maksymalne napi cie na tranzystorze:
UCE max= Ui max
Maksymalne napi cie na diodzie:
UD=Ui max
Sprawno uk adu:
Po Io
= 1 [ Rsat + (1 )RD + RLS ]
Pi Ui
Pojemno ciowy uk ad przekazywania energii
Na Rysunku 8 przedstawiono uk ad przekazywania energii ma ej mocy z
pojemno ci . Uk ad zawiera dwa elementy prze czaj ce pracuj ce na przemian.
SA Io
SA Io
Ii D1 C1 D3
Ii D1 C1 D3
Ui SB D2 C2 Uo
Ui SB D2 C2 Uo
Rysunek 8. Kondensatorowy uk ad przekazywania energii, ma ej mocy obni aj cy
napi cie
Po w czeniu prze cznika SA, aduj si kondensatory C, i C2 poprzez diody Z),
i D3. Kondensatory C, i C2 tworz w a ciwie dzielnik napi cia. Po wy czeniu
prze cznika SA w cza si prze cznik SB, a kondensator C, roz adowuje si poprzez
elementy S i D2. Nast pnie ca y proces rozpoczyna si od nowa. Poniewa napi cie
wej ciowe dzieli si mi dzy kondensatorami C1 i C2, wi c napi cie wyj ciowe jest
ni sze od napi cia wej ciowego. Uk ad ma ma sprawno , gdy energia zgromadzona
w kondensatorze C,, jest tracona w jednym cyklu pracy, w elementach SB i D2.
Uk ady podwy szaj ce napi cie sta e
W przypadku, gdy wymagane jest napi cie stabilizowane o warto ci wy szej od
napi cia wej ciowego, to w stabilizatorze impulsowym stosuje si uk ad przekazywania
energii podwy szaj cy napi cie sta e (Rysunek 9).
L Io
L Io
B
A il D
il
di
is
Ul = L is ic1
dt
RL
Ui S C Uo
Ui S C Uo
Usw
uo > ui
Rysunek 9. Podstawowy uk ad d awikowy przekazywania energii, podwy szaj cy
napi cie
W tym uk adzie, energia jest doprowadzona do wyj cia przy wy czonym
(zatkanym) tranzystorze. Dlatego, uk ad ten zwany jest te przetwornic zaporow .
Po w czeniu prze cznika pr d w indukcyjno ci narasta liniowo od najmniejszej
warto ci ILmin do najwi kszej warto ci ILmax uzyskanej w chwili wy czenia. Dioda
zapobiega roz adowaniu kondensatora gromadz cego C w czasie wy czenia
prze cznika. W czasie w czenia prze cznika, kondensator gromadz cy pokrywa
zapotrzebowanie energii obci enia. Po wy czeniu prze cznika pr d d awika L
zaczyna male i spada od warto ci ILmax do warto ci ILmin, w czasie toff . W tym czasie
indukcyjno przekazuje nagromadzon energi do obci enia. Zachodzi przy tym takie
zjawisko, e indukowane w d awiku napi cie w chwili wy czenia prze cznika dodaje
si do napi cia wej ciowego. Napi cie wyj ciowe mo e by regulowane przez zmian
okresu w czenia.
Przy w czonym prze czniku S, ca e napi cie wej ciowe jest przy o one do
indukcyjno ci L, a zatem:
diL
Ui = L
dt
Je li przyjmiemy, e w czasie ton napi cie wej ciowe nie zmienia si , to
po sca kowaniu otrzymujemy:
Ui
iL = I + t
L min
L
Je li w podanej zale no ci wykonamy podstawienie t=ton to otrzymamy zale no
okre laj c zwi zek pomi dzy najmniejsz i najwi ksz warto ci pr du w
indukcyjno ci:
Ui
I I += ton
L max L min
L
Po wy czeniu prze cznika obwód indukcyjno ci zamyka si
poprzez rezystancj obci enia RL, indukcyjno i ród o pr du.
Wobec tego:
diL
Ui U = L
o
dt
a po sca kowaniu:
Ui Uo
iL = t + I
L max
L
Z powy szej zale no ci oraz zale no ci:
U , gdy Io > Ilim
i
U
i
U =
, gdy 0 Io Ilim
o
2 L Io
1 +
2U T
i
otrzymamy zale no okre laj c napi cie wyj ciowe:
ton Ui
Uo = Ui (1+ ) =
toff 1
Poni ej podane zostan istotne zale no ci okre laj ce napi cie wyj ciowe oraz
pr d, niezb dne przy projektowaniu uk adów tego typu:
U0 gdy indukcyjno nie jest wolna od energii ( L> Lmin)
Ui
Uo = , gdy Io > Ilim
1
Gdy indukcyjno jest wolna od energii w cz ci okresu
2
Ui 2 T
Uo = Ui + , gdy 0 Io Ilim
2LIo
Przy uwzgl dnieniu szeregowych rezystancji strat, przy obci eniu wi kszym od
warto ci granicznej pr du Ilim
Ui Rsat + (1 )RD + RLS
Uo = Io
1 (1 )2
Warto graniczna pr du
TUi
Ilim =
2(1 )L
Sprawno uk adu
Po Io
= 1 [ Rsat + (1 )RD + RLS ]
Pi (1 )Ui
Uk ady zmiany biegunowo ci
Cz sto jest konieczne wytworzenie z danego napi cia sta ego napi cia
stabilizowanego (ni szego lub wy szego) o przeciwnej biegunowo ci. Uk adami do
tego przeznaczonymi s stabilizatory równoleg e (Rysunek 10).
UCE Id
Io
Ic
IL
L
Ui
C
Ui Uo RL
Rysunek 10. Uk ad przekazywania energii z odwracaniem biegunowo ci.
Przy w czonym tranzystorze napi cie wej ciowe jest przy o one do
indukcyjno ci, przy czym dioda nie przewodzi. Pr d w indukcyjno ci narasta
liniowo. Po wy czeniu tranzystora prze czaj cego zanika pr d przep ywaj cy
przez cewk . Zanika równie pole magnetyczne w indukcyjno ci, co wywo uje
wytwarzanie na zaciskach cewki napi cia indukcyjnego o przeciwnej biegunowo ci.
Przy pomocy tej energii magnetycznej (o przeciwnej biegunowo ci) aduje si
wyj ciowy kondensator gromadz cy Co, poprzez przewodz c w rym czasie diod
D. Przy w czonym prze czniku, energia jest gromadzona w indukcyjno ci
dzia aj cej jako d awik gromadz cy. Natomiast przy wy czeniu prze cznika, na-
pi cie na indukcyjno ci jest odwracane, a zgromadzona energia jest przekazywana
do kondensatora wyj ciowego lub do obci enia.
Omawiany uk ad mo e by zaliczany do przetwornic zaporowych, gdy moc
jest przekazywana do wyj cia uk adu przy wy czonym tranzystorze. Napi cie
wyj ciowe mo e by utrzymywane na sta ej warto ci przez odpowiedni zmian
wspó czynnika wype nienia impulsu steruj cego tranzystorem.
Zalet , opisywanych dotychczas uk adów przekazywania energii
obni aj cych i podwy szaj cych napi cie, w stosunku do uk adu zmieniaj cego
biegunowo jest to, e tylko cz niezb dnej na wyj ciu energii jest zgromadzona
w indukcyjno ci. Natomiast w uk adzie zmieniaj cym biegunowo , w cz ci
okresu, energia niezb dna na wyj ciu musi by w ca o ci zgromadzona w d awiku
gromadz cym. Z powy szego wynika, e uk ady zmieniaj ce biegunowo mog by
stosowane tylko w zasila czach ma ej mocy.
II Uk ady o wyj ciu izolowanym od wej cia
W uk adzie przekazywania energii zasilaczy o wyj ciu odizolowanym od
wej cia, izolacja galwaniczna jest zrealizowana przy pomocy transformatora. Uk ady
te mo emy podzieli na: przepustowe, zaporowe i przeciwsobne.
Uk ady przepustowe przekazywania energii
W uk adzie przepustowym przekazywania energii energia jest przekazywana do
obci enia na skutek efektu transformatorowego, gdy przewodzi tranzystor T1
(Rysunek 11).
Lo
Ii D3
+ IO +
UL iC
id3 id1
Co UO
Ci L1 Ud2
id2
C1
Ui
Tr
T1 -
R
D4
-
Rysunek 11. Jednostopniowy, jednotranzystorowy uk ad przepustowy przekazywania
energii
Poprzez diod D1 jest dostarczana energia nie tylko do pojemno ci
wyj ciowej Co (lub odbiornika), lecz równie do d awika gromadz cego Lo, który
gromadzi j w postaci energii magnetycznej. Przy zatkanym tranzystorze Ti, energia
zgromadzona w d awiku Lo jest przekazywana poprzez diod usprawniaj c D4 - do
kondensatora (lub obci enia). Indukcyjno Lo tworzy wraz z kondensatorem Co
filtr dolnoprzepustowy oraz dzia a jednocze nie jako d awik gromadz cy.
Napi cie na wyj ciu uk adu mo e by utrzymane na sta ym poziomie przez
regulacj wspó czynnika wype nienia impulsu prostok tnego przy o onego do
tranzystora T1. Przetwornica zasilana jest bezpo rednio z sieci przez uk ad Graetza.
Izolacja galwaniczna od sieci jest wi c realizowana w przetwornicy DC - DC.
Transformator zapewnia izolacj galwaniczn mi dzy wej ciem i wyj ciem uk adu, a
tak e transformuje (przerywane z cz stotliwo ci ultrad wi kow ) napi cie
wej ciowe do wymaganego poziomu wyj ciowego. Gdy tranzystor T1 przewodzi,
pobierana jest przez transformator energia magnetyczna. W okresie wy czenia
tranzystora jest ona przekazywana poprzez dodatkowe uzwojenie odmagnesowuj ce
i diod D3 - z powrotem do wej cia. W ten sposób, punkt pracy rdzenia
transformatora nie wchodzi w obszar nasycenia, tylko powraca na pocz tku ka dego
okresu do pocz tku osi odci tych (H 0). To dodatkowe uzwojenie jest nawijane
razem z uzwojeniem pierwotnym. Na skutek nawijania bifilarnego, sprz enie
mi dzy obu uzwojeniami jest bardzo silne, czyli indukcyjno rozproszenia jest
bardzo ma a. Uzwojenia: pierwotne i odmagnesowania maj t sam liczb zwojów.
Uzwojenie odmagnesowania mo e by nawijane stosunkowo cienkim przewodem,
gdy w cz ci czasu wy czenia p ynie przez nie tylko pr d odmagnesowania o
warto ci 5...10% pr du pierwotnego. Warto pocz tkowa pr du odmagnesowania
jest w przybli eniu równa warto ci ko cowej pr du magnesowania, przep ywaj cego
przez uzwojenie pierwotne w fazie przewodzenia. W tym czasie dioda zapobiega
przep ywowi pr du odmagnesowania przez uzwojenie.
Dla utrzymania tranzystora prze czaj cego w obszarze bezpiecznej pracy,
nale y zadba o to, aby pr d kolektora spad do zera, zanim napi cie kolektora
osi gnie dopuszczaln warto UCEO. Je li wi c warto graniczna UCEO nie przekroczy
podwójnej warto ci napi cia wej ciowego, to dla spowolnienia czo a napi cia
kolektora, nale y do czy dodatkowy uk ad.
Uk ad spowalniaj cy zosta na rysunku oznaczony lini przerywan . Gdy
tylko tranzystor zostanie wy czony, pr d indukcyjny uzwojenia pierwotnego
transformatora zaczyna adowa kondensator C1 poprzez diod D4. Warto
pojemno ci tego kondensatora okre la szybko , z jak narasta napi cie kolektora
tranzystora. Je li tranzystor przewodzi nadal, to kondensator roz adowuje si przez
rezystor R1. Warto rezystancji powinna by odpowiednio du a, aby zapobiec
przed zbyt du ym udarem pr du w tranzystorze. Dwutanzystorowy przepustowy
uk ad przekazywania energii (Rysunek 12) dostarcza tej samej mocy wyj ciowej co
uk ad jednotranzystorowy.
+
Ii
D3
Lo
T1 IO +
UL iC
id1
Co UO
Ci Ud2
id2
Ui
IC Tr
-
R T2
D4
-
Rysunek 12. Jednostopniowy uk ad przepustowy przekazywania energii z dwoma
tranzystorami
Jednak warto napi cia szczytowego na tranzystorach jest o po ow ni sza.
W tym rozwi zaniu nie trzeba stosowa ani uk adu spowalniaj cego, ani
dodatkowych uzwoje bifilarnych. Oba tranzystory s w tym samym czasie
w czone i wy czone. Przy zatkaniu tranzystorów napi cie na zaciskach uzwojenia
pierwotnego zmienia sw biegunowo . Diody D3 i D4 zapobiegaj przekroczeniu
poziomu napi cia wej ciowego przez napi cie pierwotne. Po zatkaniu tranzystorów,
malej cy pr d pierwotny p ynie z powrotem do wej cia, poprzez diody D3 i D4.
Diody ograniczaj maksymalne napi cie kolektor - emiter obu tranzystorów do
warto ci wej ciowego napi cia zasilaj cego. Uk ad spowalniaj cy jest zb dny,
gdy warto graniczna UCEO tranzystorów nie b dzie przekroczona (przy
za o eniu, e dopuszczalne napi cie UCEO tranzystorów nie jest mniejsze od napi cia
wej ciowego).
Poniewa dodatkowe uzwojenie ograniczaj ce napi cie jest zb dne, wi c
konstrukcja transformatora jest prostsza. Równie wi ksza jest sprawno uk adu,
gdy zb dny jest uk ad do spowalniania czo a napi cia kolektora. Wyj ciowy filtr
LC umo liwia uzyskanie mniejszych t tnie . Wad omawianego uk adu jest to, e
s potrzebne dwa tranzystory mocy i skomplikowany uk ad steruj cy.
Uk ady zaporowe przekazywania energii
Uk ady zaporowe przekazywania energii zawieraj tylko jeden element
indukcyjny. Natomiast wszystkie pozosta e typy uk adów przetwornic zawieraj dwa
elementy indukcyjne. Gdy tranzystor zaczyna przewodzi , pr d w d awiku
dwuuzwojeniowym (transformatorze) narasta liniowo, a dioda zostaje
spolaryzowana w kierunku zaporowym.
Gdy tranzystor zostaje zatkany, energia zgromadzona w transformatorze,
jest przekazywana poprzez diod do kondensatora wyj ciowego i obci enia. Na
Rysunku 12 przedstawiono uk ad dwutaktowej przetwornicy zaporowej.
+
Ii
iD IO +
Ip T
Is
UD Co
UO
US
U
Ci
-
UCE
T
-
Rysunek 12. Jednostopniowy uk ad przepustowy przekazywania energii z dwoma
tranzystorami
Indukcyjno rozproszenia transformatora, spe niaj cego tutaj podwójn rol :
gromadzenia energii i oddzielenia galwanicznego, powinna by ma a.
W czasie w czenia tranzystora, odbiornik jest zasilany energi z wyj ciowego
kondensatora gromadz cego. Rezystancja szeregowa i indukcyjno tego
kondensatora, powinny by mo liwie jak najmniejsze w celu zmniejszenia t tnie .
Ten stopie mocy mo e dzia a w dwu rodzajach pracy. W jednym rodzaju
pracy, strumie w transformatorze w ka dym okresie czasu spada do zera,
natomiast w drugim to nie zachodzi. Gdy minimalny strumie jest wi kszy od zera,
to tylko cz energii jest przekazywana do wyj cia podczas okresu wy czenia
tranzystora. W rym rodzaju pracy, energia zgromadzona w transformatorze musi by
wi ksza ni w przypadku, gdy ca kowita energia zgromadzona w okresie w czenia
jest przekazywana do wyj cia w okresie wy czenia tranzystora.
Przeciwsobne uk ady przekazywania energii
Przedstawiona na Rysunku 13a konwencjonalna przetwornica przeciwsobna
sk ada si z dwu przetwornic przepustowych pracuj cych przeciwsobnie. Diody D1
i D2 wyprostowuj napi cie przetransformowane w uzwojeniu wtórnym, przez
tranzystory T1 i T2 pracuj ce na przemian. Praca przeciwsobna powoduje
podwojenie cz stotliwo ci t tnie . Wobec tego t tnienia napi cia wyj ciowego s ,
przy zadanej warto ci LoCo, mniejsze ni w uk adach dwutaktowych.
I
+
i
C
iD1 iL Lo
U
IO +
T
ic1
T D UL ic0 C UO
D
ic
T iD2
Rysunek 13a. Uk ad przeciwsobny przekazywania energii z prostownikiem
dwupo ówkowym i wyprowadzonym rodkiem
I
+ i
Ci
Lo
U iL
IO +
T
ic1
T Co
UO
ic2
T
Rysunek 13b. Uk ad przeciwsobny przekazywania energii z prostownikiem Graetza
Napi cie wyst puj ce na tranzystorach jest równe podwójnej warto ci
wej ciowego napi cia zasilaj cego. Impulsy steruj ce prac tranzystorów T1 i T2 nie
mog mie wspó czynnika wype nienia wi kszego od 50%.
W uk adzie przedstawionym na Rysunku 13 b, w obwodzie wyj ciowym
zamiast prostownika dwupo ówkowego zastosowano prostownik Graetza.
Omawiane oba uk ady mog by przyczyn asymetrii w strumieniach i
nasyceniu transformatora, co mo e spowodowa uszkodzenia tranzystorów
wyj ciowych. Dlatego do wysterowania tranzystorów prze czaj cych, pracuj cych
przeciwsobnie jest wymagany skomplikowany uk ad steruj ce regulacyjny. Jednak
coraz wi cej firm produkuje specjalne uk ady scalone do sterowania przeciwsobnych
uk adów przekazywania energii.
Uk ady sterowania z modulacj szeroko ci impulsu PWM
Szybki rozwój stabilizatorów impulsowych w ostatnich latach by mo liwy
dzi ki post powi uzyskanemu w dziedzinie wytwarzania tranzystorów mocy i
dzi ki opracowaniu monolitycznych uk adów steruj cych. Uk ady te,
wytwarzane ju przez wiele firm, pozwoli y wyeliminowa jedn z powa nych do
niedawna wad stabilizatorów impulsowych, a mianowicie skomplikowany i
trudny w projektowaniu uk ad steruj cy. Uk ad taki w konwencjonalnym
wykonaniu, z o ony z elementów dyskretnych i mikrouk adów o ma ym stopniu
scalenia, zawiera wiele elementów. By on wi c zawodny i drogi.
Wprowadzenie monolitycznych uk adów steruj cych spowodowa o wyra ne
przesuni cie obszaru zastosowa stabilizatorów impulsowych w stron
mniejszych mocy.
Uk ady steruj ce, równie bardzo z o one, wykonuje obecnie wiele
firm. W jednej strukturze umieszcza si ró ne typy uk adów:
- ród o napi cia odniesienia;
- generator napi cia pi okszta tnego;
- wzmacniacz b du (wzmacniacz operacyjny);
- generator impulsów prostok tnych;
- komparator;
- cyfrowe uk ady logiczne i steruj ce;
- jeden lub dwa tranzystory wyj ciowe;
- ró ne uk ady zabezpiecze (g ównie zabezpieczenie nadpr dowe)
- uk ady usprawniaj ce prac stabilizatora
Odk d pojawi y si uk ady scalone, zawieraj ce wszystkie funkcje czynne
uk adu stabilizacji zasilaczy impulsowych (a w niektórych przypadkach równie
kompletnej przetwornicy DC - DC), zmala a liczba niezb dnych podzespo ów, a
tak e usuni to k opoty zwi zane z projektowaniem zasilaczy impulsowych.
Zast puj c 20...300 podzespo ów, uk ady te w znacznej mierze zmniejszaj stopie
z o ono ci zasilaczy, u atwiaj c tym samym ich napraw . Serwis lub naprawa
ca ego systemu mo e by dokonana przez wymian tylko jednego uk adu
scalonego. Mniej pracoch onne opracowanie i zmniejszenie stopnia z o ono ci pro-
wadz do znacznego obni enia kosztów. Cena uk adu scalonego jest, w wi kszo ci
przypadków, ni sza od ceny ca kowitej podzespo ów, które zast puje.
Uk ady scalone, które dostarczaj wyj ciowych impulsów steruj cych o
modulacji szeroko ci impulsu lub modulacji cz stotliwo ci s jednakowo
dost pne. Praktycznie te monolityczne uk ady scalone mo na podzieli na dwie
grupy. Pierwsza grupa obejmuje uk ady regulacyjno-zabezpieczaj ce szeroko
stosowane w systemach du ej mocy. Do drugiej grupy nale uk ady scalone,
najcz ciej autonomiczne i atwe do zastosowania.
Przy opracowaniu uk adu regulacji, nale y zwróci baczn uwag na to, aby
nie by o tendencji do samowzbudzenia i innych niestabilno ci, w dowolnych
warunkach pracy. Przyczyny tych zak óce mo na uj nast puj co:
- zbyt du e wzmocnienie w uk adzie regulacji;
- niedok adna zmiana fazy;
- s aba lub z a kompensacja cz stotliwo ciowa scalonego wzmacniacza
operacyjnego i/lub scalonego stabilizatora napi cia;
- niekorzystne rozmieszczenie podzespo ów przy praktycznej realizacji.
Wi kszo scalonych uk adów stabilizacyjno-zabezpieczaj cych dostarcza
sygna u wyj ciowego o modulowanej szeroko ci impulsu. W stabilizatorach z
modulacj szeroko ci impulsów napi cie wyj ciowe i napi cie odniesienia
porównuje si we wzmacniaczu b du, który steruje modulatorem szeroko ci
impulsów przez filtr dolnoprzepustowy (Rysunek 14).
Ci g
impulsów
steruj cych
Wzmacniacz
sygna u b du
uf
Sygna sprz enia
Modulator
zwrotnego
szeroko ci
Filtr
impulsów uref Napi cie
odniesienia
Rysunek 14. Schemat blokowy uk adu regulacji dostarczaj cego sygna y steruj ce o
modulowanej szeroko ci impulsu.
Stabilizacja napi cia dokonuje si przez zmian szeroko ci impulsów
steruj cych wytwarzanych w modulatorze. Stosowanie filtrów dolno-
przepustowych w konwerterach napi cia sta ego, wynikaj ce z zasady dzia ania
konwerterów, niekorzystnie wp ywa na charakterystyk amplitudowo - fazow
uk adu sprz enia zwrotnego. P tla sprz enia zwrotnego obejmuje bowiem
konwerter, filtr LC, wzmacniacz b du, modulator szeroko ci impulsów oraz
kluczowany uk ad przekazywania energii, wnosz cy opó nienie proporcjonalne do
okresu kluczowania. Uk ad stabilizatora impulsowego mo e sta si niestabilny.
Do zachowania stabilno ci oraz zapewnienia korzystnej odpowiedzi uk adu
regulacyjnego na zaburzenia w przetwornicy (skoki napi cia, obci enia itp.), przy
której otrzymuje si aperiodyczne dochodzenie uk adu do stanu ustalonego, stosuje
si w p tli sprz enia zwrotnego stabilizatorów impulsowych filtry korekcyjne. S
nimi z regu y filtry proporcjonalne - ca kuj ce. Ich górna cz stotliwo przepustowa
jest na ogó znacznie mniejsza od pasma przenoszenia filtru LC przetwornicy.
Stosowanie filtrów korekcyjnych, niezb dne do uzyskania stabilno ci uk adu,
niestety powoduje równie znaczne zmniejszenie szybko ci reakcji stabilizatorów
impulsowych z modulacj szeroko ci impulsów na chwilowe zmiany napi cia,
obci enia itp.
Napi cie wyj ciowe zasilaczy mo e ustala si w czasie kilkunastu
milisekund, a przy stosowaniu du ych wzmocnie w p tli, przy których uzyskuje si
lepsz stabilizacj napi cia wyj ciowego - nawet w czasie kilkuset milisekund.
Sygna sprz enia zwrotnego uf jest zwykle pobierany z dzielnika
próbkuj cego, który jest pod czony na wyj ciu zasilacza.
Samowzbudne uk ady regulacyjne
Stabilizatory samowzbudne, w najprostszym przypadku, zawieraj w p tli
sprz enia zwrotnego przerzutnik z p tl histerezy (Rysunek 15).
Ci g
impulsów
steruj cych
Wzmacniacz
sygna u b du
uf
Sygna sprz enia
Przerzutnik z
zwrotnego z dzielnika
histerez
uref próbkuj cego
(przerzutnik
Schmitta)
Rysunek 15. Schemat blokowy wolnobie nego samowzbudnego uk adu stabilizacji z
przerzutnikiem Schmitta
Przerzutnik w cza klucz wówczas, gdy napi cie wyj ciowe jest ni sze ni
dolny próg histerezy przerzutnika, a wy cza gdy jest wy sze ni górny próg
histerezy tego przerzutnika. Z zasady dzia ania uk adu wynika, e napi cie
wyj ciowe zmienia si mi dzy poziomem górnym i dolnym napi cia przerzutnika
zgodnie z p tl histerezy. Okresy w czania i wy czania klucza przy drganiach sta-
bilnych s uzale nione od szybko ci zmian napi cia wyj ciowego, jak równie od
napi progowych przerzutnika. Poniewa szybko zmian napi cia wyj ciowego jest
uzale niona m.in. od warto ci napi cia wej ciowego, napi cia wyj ciowego,
rezystancji obci enia, elementów filtru LC, zatem cz stotliwo pracy
stabilizatora mo e ulega du ym zmianom.
Cz stotliwo kluczowania jest proporcjonalna do rezystancji w asnej
szeregowej (rezystancji strat) kondensatorów u ywanych w filtrze dolno-
przepustowym LC, która najcz ciej jest wystarczaj co du a, aby zapewni
stabilno uk adu. Jednak wykorzystywanie jedynie szeregowej rezystancji strat
kondensatorów musi prowadzi do du ych zmian cz stotliwo ci pracy
stabilizatora, gdy rezystancja ta mo e by ró na, w zale no ci od typu
kondensatora, egzemplarza, czasu starzenia si , temperatury itp.
Do zalet uk adu z regulacj dwupo o eniow nale y prostota budowy oraz
du a szybko reakcji uk adu na zmiany napi cia wyj ciowego spowodowane
gwa town zmian obci enia i zmian napi cia wyj ciowego. Szybko reakcji jest
zale na, g ównie od elementów filtru LC. W ród wad tego typu stabilizatora
nale y wymieni du e t tnienia napi cia wyj ciowego oraz zmienn cz stotliwo
pracy. Sta cz stotliwo pracy mo na osi gn przez synchronizowanie
cz stotliwo ci pracy stabilizatorów samowzbudnych z cz stotliwo ci zewn trznego
generatora. Na Rysunku 16 przedstawiony zosta uproszczony uk ad
synchronizowanego samowzbudnego stabilizatora impulsowego. Napi cie
synchronizacji us jest wytwarzane w prostym generatorze relaksacyjnym. Wy czanie
klucza odbywa si cyklicznie z cz stotliwo ci tego generatora, natomiast o
w czaniu klucza decyduje komparator napi cia, porównuj cy napi cie wyj ciowe
z napi ciem odniesienia. Uk ad ten posiada wszystkie po dane w a ciwo ci
samowzbudnego i sterowanego impulsowego stabilizatora napi cia którymi s :
prostota, niezawodno , stabilno , sta a cz stotliwo pracy, ma e napi cie t tnie
wyj ciowych i wyj tkowo korzystna stabilizacja napi cia.
Synchronizowany stabilizator samowzbudny mo e pracowa w ró nych
warunkach obci enia i sieci, przy sta ej cz stotliwo ci jednocze nie zachowuj c
prostot i korzystne w a ciwo ci stabilizatora samowzbudnego. Sta o
cz stotliwo ci pracy mo e by utrzymana przy pomocy zewn trznego sygna u
synchronizacji lepiej, ni przez zastosowanie kompensacji parametrów z
zamkni t p tl .
L0 Io
+ +
R1
D C0
Ui U0
R2
_ _
ub
Kompara
u
Uk ad
tor i
Generat
steruj cy
uk ad
us
z or
uref
wzmacni
acza
Samowzbudny stabilizator
impulsowy
Rysunek 16 Ogólny schemat ideowy synchronizowanego samowzbudnego
stabilizatora impulsowego.
Zarówno z rozwa a teoretycznych jak i z bada wynika, e synchronizowany
stabilizator samowzbudny przewy sza wolnobie ny stabilizator samowzbudny
(w przypadku stanów nieustalonych), gdy szybko reaguje na zmiany: sieci i
obci enia. Ponadto w stabilnych warunkach pracy, synchronizowany
samowzbudny stabilizator impulsowy zachowuje si jak stabilizator napi cia o
modulacji szeroko ci impulsu. Cz stotliwo pracy jest bezwzgl dnie sta a, w
szerokich granicach zmian: obci enia i sieci.
Uk ady zabezpieczaj ce
Cz ci sk adowe przetwornic DC - DC zbudowanych z podzespo ów
pó przewodnikowych, mog ulec uszkodzeniu w ci gu l �s, na skutek przepi cia
lub przet enia.
Zasilacze ze stabilizowanymi przetwornicami DC - DC powinny zawiera
nast puj ce zabezpieczenia:
- ograniczenie pr du przy w czeniu zespo u, aby zapobiec powstawaniu
zbyt du ych pr dów wej ciowych;
- zabezpieczenie nadpr dowe (przy chwilowym lub ci g ym przeci eniu);
- zabezpieczenie przepi ciowe (przy krótkim lub ci g ym przepi ciu);
- zabezpieczenie przed zbyt niskim napi ciem wej ciowym;
- zabezpieczenie przed zak óceniami w p tli regulacyjnej (niew a ciwa
praca p tli stabilizacji napi cia mo e spowodowa skoki napi cia
wyj ciowego bez przekroczenia warto ci granicznej pr du; mo e to
zagrozi kondensatorowi wyj ciowemu lub obci eniu, ponadto mo e
by przyczyn dalszych zak óce w zespole.);
- zabezpieczenie przed skokami cieplnymi;
- zabezpieczenie przed nieodpowiedni biegunowo ci napi cia wej-
ciowego (w zespo ach z uk adem prostowniczym Graetza napi cie
wej ciowe mo e by przy o one z dowoln biegunowo ci );
- zabezpieczenie wyj cia zespo u przed napi ciem o przeciwnej bie-
gunowo ci (w zespo ach czonych równolegle lub szeregowo). Dioda
do czona równolegle do wyj cia zespo u stanowi dostateczne
zabezpieczenie.
Podane wy ej rodzaje zabezpiecze chroni równie obci enie
(odbiornik), ale nie w ka dych warunkach, dlatego s stosowane rodki za-
bezpieczaj ce wy cznie obci enia. Specjaln uwag nale y po wi ci stanom
nieustalonym wyst puj cym na wyj ciu zespo u. W zespo ach ma ej mocy
zabezpieczenie stanowi dioda Zenera do czona na wyj ciu. Diod Zenera. dobiera
si tak, aby jej napi cie przebicia by o równe maksymalnemu napi ciu
wyj ciowemu, które mo e wytrzyma obci enie. Dioda powinna by przy tym
zdolna odprowadza moc wyst puj c przy tym napi ciu.
Ostatnim etapem zabezpieczenia obci enia przed przepi ciem jest
opracowanie oddzielnego obwodu dla nag ego zwarcia zacisków wyj ciowych.
Ponadto mog by niezb dne dalsze rodki zabezpieczaj ce, w zale no ci od
rodzajów uk adów.
Uk ady, które ograniczaj warto napi cia lub pr du wyj ciowego s
nazywane ograniczaj cymi uk adami zabezpieczaj cymi, natomiast uk ady
powoduj ce chwilowe lub trwa e wy czenie zasilacza po zadzia aniu uk adów
zabezpieczaj cych - wy czaj cymi uk adami zabezpieczaj cymi. Schemat
blokowy uk adów zabezpieczaj cych przedstawiony zosta poni ej (Rysunek
17)
Ui Uo
Konwerter
napi cia sta ego
Czujnik U, I , T
Ro
Uk ad Uk ad Uk ad
wy czaj cy ograniczaj cy regulacji
Uk ady zabezpieczaj ce
Rysunek 17. Schemat blokowy uk adów zabezpieczaj cych
Ograniczanie napi cia wyj ciowego b d wy czanie zasilaczy odbywa si
przez redukowanie wspó czynnika wype nienia impulsów steruj cych konwerter
napi cia sta ego pod wp ywem sygna ów pochodz cych z
czujników napi cia, pr du, temperatury itp.
Ograniczaj ce uk ady zabezpieczaj ce
Uk ady ograniczaj ce s na ogó stosowane w zabezpieczeniach nad-
pr dowych, uk adach kontroli p tli sprz enia zwrotnego oraz kontroli napi cia
zasilania uk adów steruj cych. Zw aszcza istotne jest reagowanie zasilacza na
przeci enie pr dowe, które mo e pojawi si przy nieprawid owym dzia aniu
uk adu zasilanego, wyst pieniu zewn trznych zak óce itp.
Ograniczaj ce uk ady zabezpieczaj ce dzia aj na zasadzie zmniejszania
napi cia wyj ciowego przez zmniejszenie wspó czynnika wype nienia impulsów
steruj cych tranzystory kluczuj ce. Na Rysunku 18 przedstawiony zosta
uproszczony uk ad ograniczaj cy pr d wyj ciowy w stabilizatorze impulsowym.
+
Konwerter
napi cia
UI Ro
sta ego
-
UR
_ Up
+
W1
D1 _
Modulator
napi cia Filtr
Uref
impulsów
R1 +
Rysunek 18. Schemat ograniczaj cego uk adu zabezpieczaj cego w obwodzie pr du
wyj ciowego
W uk adzie tym przy ma ych pr dach obci enia na wyj ciu
wzmacniacza W i panuje wysokie dodatnie napi cie i dioda D1 jest zatkana.
Uk ad ograniczaj cy nie wp ywa wi c na prac impulsowego stabilizatora
napi cia. Natomiast po przekroczeniu granicznej warto ci pr du obci enia napi cie
na wyj ciu wzmacniacza W1 maleje, powoduj c ograniczenie napi cia wyj ciowego
wzmacniacza b du przez przewodz c diod D1. Napi cie steruj ce modulator
przez filtr dolnoprzepustowy zmniejsza si , powoduj c ograniczenie wspó czynnika
wype nienia . W rezultacie napi cie wyj ciowe stabilizatora zmniejsza si .
Maksymalny pr d wyj ciowy jest ograniczony do warto ci:
U
p
Imax = Up nap. progowe
Rp
Wy czaj ce uk ady zabezpieczaj ce
Uk ady wy czaj ce s stosowane g ównie w celu zabezpieczenia przed
przepi ciami i przeci eniami termicznymi, które najcz ciej powstaj na skutek
nieprawid owej pracy samego stabilizatora impulsowego. W przypadku zasilania
analogowych uk adów odbiorczych mo na dopu ci stosowanie wy czaj cych
uk adów zabezpieczaj cych, zw aszcza, e przy poprawnie dobranych warunkach
pracy stany takie wyst puj bardzo rzadko. Natomiast w stabilizatorach
impulsowych zasilaj cych urz dzenia cyfrowe (np. komputery) stosowanie uk adów
wy czaj cych w zabezpieczeniach nadpr dowych nie jest korzystne. Chwilowy lub
ca kowity zanik napi cia wyj ciowego pod wp ywem przeci enia pojawiaj cego si
dynamicznie lub po wyst pieniu chwilowego zak ócenia, mo e bowiem wymaza
zawarto pami ci lub spowodowa przek amanie informacji na dysku przy zaniku
zasilania podczas wspó pracy urz dzenia ze stacj dysków.
Uk ady wy czaj ce skutecznie chroni zasilacze impulsowe przed
uszkodzeniem, je eli szybko ich reakcji na sygna y pochodz ce z czujników
zabezpieczaj cych jest du a (czasy reakcji rz du pojedynczych mikrosekund).
Ubocznym i niekorzystnym skutkiem du ej szybko ci reakcji uk adów
wy czaj cych jest ich reagowanie na wszelkie zak ócenia wyst puj ce w
zasilaczach, co niekiedy mo e by przyczyn zb dnego wy czenia stabilizatora bez
wyst pienia zewn trznej przyczyny (przeci enia pr dowego, cieplnego, przepi cia
itp.).
Niepo dane wy czenia pod wp ywem drobnych zak óce mog by
znacznie zredukowane po zastosowaniu uk adów chwilowego wy czania zasilaczy,
wzbogaconych o liczniki, zliczaj ce liczb uruchomie uk adów zabezpieczaj cych.
Trwa e wy czenie zasilacza w takich uk adach nast puje nie po jednokrotnym, lecz
dopiero po kilkunastokrotnym zadzia aniu uk adów zabezpieczaj cych. Stosowanie
takich uk adów zapobiega trwa emu wy czeniu zasilacza w razie pojawienia si
chwilowego, drobnego zak ócenia i skutecznie chroni zasilacz przy trwa ym
przeci eniu.
Na Rysunku 19 przedstawiony zosta uproszczony schemat zasilacza
impulsowego z kilkoma rodzajami zabezpiecze . Przedstawione na rysunku
zabezpieczenia to obwód pomiaru przepi cia na kluczu, obwód pomiaru przepi cia
na wyj ciu oraz obwód zwieraj cy wyj cie. Ka dy z tych obwodów dzia a
niezale nie. W czasie poprawnej pracy zasilacza napi cie wyj ciowe jest
kontrolowane przez uk ad stabilizacyjny, zawieraj cy wzmacniacz b du, filtr i
modulator.
Bezpiecznik D
DZ1
C
DZ2
UI R3
Transoptor
R4 Th
Uo
Uk ad RO
D1
R1
steruj cy
T C1
R5
R2
Up
_
Uk ad
+
zabezpieczaj cy
Komparator
wy czaj cy
_
Modulator
szeroko ci Uref
Filtr
+
impulsów
Wzmacniacz
Uk ad stabilizacji napi cia wyj ciowego z izolacj galwaniczn
b du
mi dzy obwodem wej ciowym i wyj ciowym
Rysunek 19. Stabilizator impulsowy z wy czaj cymi uk adami zabezpieczaj cymi
Nadmierny wzrost napi cia wyj ciowego, spowodowany np. brakiem
obci enia w przeciwbie nym konwerterze, powoduje uruchomienie
przepi ciowych uk adów zabezpieczaj cych. Czujnik przepi cia z diod DZ1
uruchamia uk ad wy czaj cy przez transoptor, zapewniaj cy izolacj galwaniczn
mi dzy wyj ciem a uk adem steruj cym. Próg zadzia ania czujnika jest zwykle
ustawiany na poziomie nieznacznie wi kszym ni nominalne napi cie na wyj ciu.
Gdyby z jakiego powodu dzia anie uk adu okaza o si nieskuteczne i
nast powa by dalszy wzrost napi cia na wyj ciu, to b dzie uruchomiony zwieracz
tyrystorowy. Zwarcie wyj cia zasilacza impulsowego przez uk ad tyrystorowy
spowoduje uruchomienie zabezpiecze nadpr dowych w zasilaczu, a przy ich braku
lub niesprawnym dzia aniu, spowoduje przepalenie bezpiecznika. W celu
unikni cia zb dnych uruchomie zwieracza tyrystorowego, napi cie jego
zadzia ania powinno by wy sze ni napi cie progowego czujnika przepi cia,
steruj cego uk ad wy czaj cy zasilacza. Zwieracz ten powinien uaktywnia si
jedynie przy wyra nie niesprawnym zasilaczu impulsowym.
Niezale nie od czujników przepi cia na wyj ciu bardzo cz sto stosuje si
czujniki pomiaru szczytowego napi cia na kluczu. Napi cie na kluczu bowiem nie
tylko jest uzale nione od napi cia wyj ciowego, przek adni transformatora i
napi cia zasilaj cego, ale równie od indukcyjno ci szeregowej transformatora i od
pr du p yn cego przez klucz. Przy niepe nym sprz eniu mi dzy uzwojeniami
pierwotnym i wtórnym transformatora, na kluczu pojawiaj si impulsy napi ciowe,
które mog uszkodzi tranzystor kluczuj cy. Wprawdzie zawsze stosuje si uk ady
gasz ce przepi cia spowodowane istnieniem indukcyjno ci rozproszenia
transformatora, niemniej jednak korzystne jest wy czenie sterowania tranzystora
równie w razie pojawienia si nadmiernej warto ci napi cia szczytowego na
kluczu. Na rysunku 19 uk ad przepi ciowy (zawieraj cy diod D1, kondensator C1
oraz rezystory R1 i R2) pe ni rol czujnika przepi cia, jakie mo e wyst pi na
kluczu, oraz rol uk adu gasz cego te przepi cia. Napi cie z dzielnika
rezystancyjnego jest porównywane z napi ciem progowym Up w komparatorze,
który steruje wy czaj cym uk adem zabezpieczaj cym.
Zabezpieczenie przez wy czenie zasilania jest realizowane poprzez
wy czenie sterowania uk adem kluczuj cym. Podstawow zalet tego rozwi zania
jest uproszczenie konstrukcji (przede wszystkim pod k tem mo liwo ci
odprowadzania ciep a), gdy nie trzeba przewidywa d ugotrwa ej pracy zasilacza w
stanie przeci enia lub zwarcia. Jednocze nie wraz z zabezpieczeniem
przeci eniowym zintegrowa mo na zabezpieczenie termiczne, które równie
powinno zasilacz wy cza . Istotn wad zabezpieczenia wy czaj cego jest
natomiast brak mo liwo ci wspó pracy z odbiornikami, które pobieraj chwilowo
pr d znacznie wi kszy od nominalnego i w ten sposób powoduj ka dorazowo
wy czenie zasilacza. Problem ten jednak w praktyce nie stanowi zbyt du ej
przeszkody. Zwykle bowiem próg zadzia ania zabezpieczenia i wy czenia zasilacza
jest du o wy szy (130% do nawet 200% Inom) od pr du nominalnego, ze wzgl du na
bardzo krótki czas, przez który zasilacz pracuje z du ym przeci eniem. Po drugie, z
regu y wy czenie zasilacza nast puje po czasie kilkudziesi ciu do kilkuset
milisekund, w którym zasilacz zazwyczaj pracuje w trybie zbli onym do stabilizacji
pr du. Je eli przeci enie ust pi w tym okresie czasu, to oczywi cie wy czenie nie
nast pi. Cz sto zasilacze maj ce zabezpieczenie wy czaj ce za czaj si
automatycznie po krótkim czasie i je eli stan przeci enia lub zwarcia ust pi ,
rozpoczynaj normaln prac . W wielu przypadkach takie zachowanie si uk adu
zasilaj cego jest wystarczaj ce i nie stwarza k opotów u ytkownikowi.
Niektóre uk ady zasilane s wra liwe na zwi kszenie si napi cia zasilania i
je eli koszty ich naprawy s znaczne, to nawet przy za o eniu, e uszkodzenie
zasilacza powoduj ce wzrost napi cia na jego wyj ciu jest bardzo ma o
prawdopodobne, warto jest zastosowa w zasilaczu zabezpieczenie nadnapi ciowe.
Warunkiem skuteczno ci tego typu zabezpieczenia jest szybko jego reakcji i
rzeczywiste niedopuszczenie do wzrostu napi cia na zaciskach wyj ciowych
zasilacza. Nale y pami ta , e cz sto stosowana w uk adach zasilaczy impulsowych
metoda wy czania przetwornicy lub samych elementów kluczuj cych nie zapewnia
bezpiecze stwa uk adom zasilanym, gdy energia zgromadzona w elementach
indukcyjnych filtracji wyj ciowej mo e spowodowa chwilowy wzrost napi cia
wyj ciowego ju po wy czeniu samej przetwornicy. Warto równie wzi pod
uwag fakt, e szybkie zabezpieczenie nadnapi ciowe umo liwia ochron uk adów
zasilanych przed du ymi impulsami napi ciowymi powstaj cymi (szczególnie w
trudnych warunkach przemys owych) poza zasilaczem i przenoszonymi przez
obwody zasilania, których filtry nie zawsze s w stanie ograniczy ich warto do
akceptowalnego poziomu.
W wielu zastosowaniach w celu podwy szenia niezawodno ci zasilaczy
impulsowych stosuje si dodatkowe zabezpieczenie termiczne. Umo liwia ono
najcz ciej wy czenie zasilacza w przypadku niebezpiecznego dla jego
newralgicznych podzespo ów wzrostu temperatury pracy. Sytuacja taka ma miejsce
najcz ciej w awaryjnych stanach pracy takich, jak: zbyt wysoka temperatura
otoczenia, praca przy nadmiernym obci eniu lub zwarciu itp. Zabezpieczenie to
ma na celu przede wszystkim ochron samego zasilacza i jego podzespo ów,
obni aj c koszty ewentualnego serwisu. Wspó czesne specjalizowane obwody
scalone, zawieraj ce w sobie g ówne elementy steruj ce i wykonawcze przetwornic
napi cia lub stabilizatorów szeregowych, maj wbudowane systemy
automatycznego zabezpieczenia termicznego. Stosowanie tego typu zabezpiecze
bardzo cz sto umo liwia znaczne zmniejszenie powierzchni ch odz cych lub
uproszczenie stosowanych systemów ch odzenia, które nie musz ju by
projektowane pod k tem uwzgl dnienia wszystkich (nawet zdarzaj cych si
sporadycznie) stanów awaryjnych. Ma to niebagatelne znaczenie równie przy
analizie bezpiecze stwa pracy zasilaczy, bowiem odpowiednie normy narzucaj
ograniczenia na nagrzewanie si poszczególnych elementów i podzespo ów w
uk adach elektronicznych.