Listy od Piotra
L
i
s
t
y
o
d
P
i
o
t
r
a
Fundamenty Elektroniki
P
P
rzetwornice impulsowe
Podstawowe konfiguracje - przetwornica przepustowa
P
o
d
s
t
a
w
o
w
e
k
o
n
f
i
g
u
r
a
c
j
e
p
r
z
e
t
w
o
r
n
i
c
a
p
r
z
e
p
u
s
t
o
w
a
część 4
W poprzednich dwóch listach zapozna- także składa się
łem Cię z działaniem przetwornicy zapo- z  siekacza wy-
rowej. W tym odcinku zaczynamy pozna- twarzającego prze-
wać dwa pozostałe rodzaje przetwornic bieg prostokątny o
indukcyjnych. Jeśli zrozumiałeś działanie zmiennym współ-
przetwornicy zaporowej, nie będziesz czynniku wypełnie-
miał problemów z przyswojeniem sobie nia oraz filtru uśre-
wiadomości z tego listu. dniającego LC
r
y
s
u
n
e
k
3
b
(patrz rysunek 3b).
Przetwornica przepustowa - obniżają- W przypadku filtru
ca (z ang. forward converter, buck con- RC z rysunku
Rys. 2
R
y
s
.
2
verter, step down switching regulator). 3a wszystko jest żadnego dowodu, że napięcie wyjściowe U2
Uproszczony schemat pokazany jest na proste jak drut - kondensator wyjściowy jest mniejsze niż napięcie wejściowe U1.
rysunku 1. Jak się słusznie domyślasz, ładuje się w czasie gdy klucz jest zwarty, Znów działanie związane jest z groma-
r
y
s
u
n
k
u
1
w praktyce taka przetwornica będzie do- a po jego otwarciu oddaje energię do ob- dzeniem energii w cewce i przekazywa-
datkowo wyposażona w obwód sterujący ciążenia. Natomiast w przypadku filtru LC niu jej potem do obciążenia. W pierwszej
pracą klucza S. Podobnie jak w przetwor- sytuacja jest nieco inna - zwróć uwagę, fazie cyklu klucz S zostaje zwarty
nicy zaporowej, będzie to blok zmieniają- że na rysunku 3a nie ma diody D, która (w chwili t1), a z baterii oraz kondensato-
cy współczynnik wypełnienia impulsów w przypadku przetwornicy indukcyjnej ra filtrującego C1 przez indukcyjność
R
y
s
u
n
e
k
4
sterujących kluczem. (rys. 3b) jest absolutnie niezbędna. Za- L płynie narastający prąd I1. Rysunek 4
równo obecność tej dio- pokazuje sytuację. W dławiku zaczyna
dy, jak i zachowanie sa- gromadzić się energia. Dla ułatwienia za-
mej cewki powodują, że łożyłem, iż na początku cyklu prąd w cew-
nie warto rozpatrywać ce był równy zeru. Prąd I1 narasta z szyb-
przetwornicy przepusto- kością wyznaczoną... no właśnie - przez
wej jako połączenia  sie- napięcie przyłożone do cewki, czyli - uwa-
kacza i filtru LC, bo mo- żaj - przez różnicę napięć U1-U2.
że to wręcz zaciemnić, Po pewnym czasie (w chwili t2) klucz
a nie rozjaśnić zagadnie- zostaje rozwarty - zaczyna się druga
Rys. 1
R
y
s
.
1
r
y
s
u
n
e
k
5
nie. Do tego wątku je- część cyklu. Ilustruje to rysunek 5 (po-
Ten układ regulacji z reguły zawiera szcze wrócimy. równaj też rysunek 1). W momencie roz-
z
ródło napięcia wzorcowego i układ po- Przeanalizujmy teraz dokładniej rysun- warcia klucza S prąd I1 na pewno przesta-
równujący napięcie wyjściowe z wzorco- ki 1 i 2. Dla ułatwienia załóżmy, że prze- nie płynąć. Ale jak dobrze wiesz, cewka
wym. Już intuicja podpowiada, że gdy na- twornica pracuje i napięcie wyjściowe U2 nie znosi gwałtownych zmian prądu i rea-
pięcie wyjściowe się zmniejszy, układ re- jest już ustalone, a pojemność C2 ma bar- guje na nie gwałtownymi zmianami na-
gulacji po prostu zwiększy współczynnik dzo dużą wartość. Przyjmij na razie bez pięcia. Wytwarzając napięcie samoinduk-
wypełnienia impulsów. W praktyce klu-
czem jest najczęściej tranzystor bipolarny
PNP lub MOSFET P. Uproszczony sche-
mat blokowy praktycznej przetwornicy
przepustowej wygląda więc z grubsza
r
y
s
u
n
k
u
2
tak, jak na rysunku 2.
To wszystko nie powinno budzić wąt-
pliwości.
Może nasuwa Ci się tu analogia z uśre-
dnianiem przebiegu prostokątnego przez
r
y
s
u
n
k
u
3
a
filtr RC. Na rysunku 3a znajdziesz sche-
mat blokowy przetwornicy pojemnościo-
wej. W niektórych z
ródłach natrafisz na
informację, że omawiana w tym odcinku
Rys. 3
R
y
s
.
3
indukcyjna przetwornica przepustowa
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99 41
Listy od Piotra
L
i
s
t
y
o
d
P
i
o
t
r
a
się duże napięcie wianej przetwornicy zaporowej tak nie
i tym samym było - sprawdz
w poprzednich odcinkach,
prąd spadnie bar- że tam  ładujący prąd I1 nie płynął przez
dzo szybko, albo obciążenie. W przetwornicy przepusto-
zaindukuje się wej płynie. Czy to dobrze, czy z
le?
małe napięcie Jak myślisz?
i prąd będzie po- Słusznie! Jest to zjawisko jak najbar-
mału zmniejszał dziej pozytywne. W znanej Ci już prze-
swą wartość. twornicy zaporowej cała energia przeka-
Wszystko będzie zywana na wyjście musiała być w pierw-
zależeć od wa- szej fazie cyklu zmagazynowana w cew-
Rys. 4
R
y
s
.
4
runków w obwodzie obciążenia. W każ- ce, a w drugiej fazie przekazana do obcią-
cji cewka niejako szuka możliwości pod- dym razie w momencie rozwarcia klucza żenia. Teraz jest inaczej - część energii
trzymania przepływu prądu. Po rozwarciu S zaindukuje się dokładnie takie napięcie, (mocy) przekazywana jest na wyjście od ra-
przełącznika cewka staje się z
ródłem by podtrzymać przepływ prądu przez zu, niejako przy okazji przepływu prądu ła-
energii, indukuje się na niej napięcie cewkę. W naszym układzie z rysunków 1 dującego cewkę. W fazie rozładowania (t2-
o biegunowości przeciwnej niż poprze- i 2 mamy na wyjściu kondensator o dużej t3), do obciążenia zostaje dodatkowo prze-
dnio, co pozwala podtrzymać przepływ pojemności, który jest dużym zbiornikiem kazana energia zgromadzona w cewce.
prądu przez cewkę w tym samym kierun- energii i na którym już wcześniej ustaliło
ku. Będzie to malejący prąd I2 płynący się potrzebne napięcie
w obwodzie L, (C2, R ), D. Doceń kluczo- wyjściowe U2. Nie
L
wą rolę diody D - bez niej prąd nie mógł- wchodząc w zbędne
by się zamknąć w tym obwodzie. szczegóły można stwier-
Jakie napięcie zaindukuje się w cew- dzić, że dla zachowania
ce? ciągłości przepływu prą-
Zwróć baczną uwagę na napięcia du przez cewkę, zaindu- L
oraz stromość narastania i opadania prądu, kowane napięcie będzie
a także napięcia na rysunkach 4b i 5b. mieć wartość U2 plus
Mam nadzieję, że w poprzednich odcin- spadek napięcia na dio-
kach przyswoiłeś sobie zależność między dzie D. Właśnie tyle po- a)
napięciem na cewce, a szybkością nara- trzeba do podtrzymania
stania prądu. Jest to kluczowa sprawa, przepływu prądu przez
dlatego muszę to przypomnieć. cewkę. Uwaga - na ry-
b)
Podstawowy podręcznikowy wzór to sunku 5b nie uwzględni-
U= -L (di/dt) łem spadku napięcia na
gdzie owo okropne di/dt wyraża po diodzie - przyjąłem, że Rys. 5
R
y
s
.
5
prostu chwilową szybkość zmian prądu (i) napięcie na cewce jest Czy już  czu-
w czasie (t), a znak minus wskazuje bie- dokładnie równe napięciu wyjściowemu jesz przez skórę , że przetwornica prze-
gunowość napięcia i nie jest w tej chwili (co jest bliskie prawdy, gdy U2 jest dużo pustowa przeniesie na wyjście moc
istotny. większe od U ). większą niż przetwornica zaporowa z ta-
D
Jeśli prąd narasta lub opada liniowo Rysunek 5b jest bardzo podobny do ką samą cewką? Jeśli to czujesz, to bar-
czyli jednostajnie, wzór ten możemy zapi- wcześniejszych rysunków dotyczących dzo dobrze! Jeśli nie, z czasem zrozu-
sać w prostszej postaci (pomijamy znak przetwornicy zaporowej. Nic dziwnego - miesz - nie będę tego teraz szczegółowo
minus): ogólne zasady i związek między napię- uzasadniał. Wkopalibyśmy się bowiem
U= L("I/"t) ciem a szybkością zmian prądu w cewce w zawiłe zależności między napięciami,
a w wielu wypadkach nawet jeszcze są niezmienne. Główna różnica w stosun- czasami i częstotliwością.
prościej: ku do przetwornicy zaporowej polega na Na razie wracamy do układów z rysun-
U= L * I / t tym, że teraz w fazie ładowania (czas t ków 1 oraz 2. Rozważmy kilka przypad-
1-
Nie zapominaj, że napięcie U jest za- t ) napięcie na cewce nie jest równe U1, ków. W każdym z nich napięcia wejścio-
2
wsze nierozerwalnie związane z szybko- tylko jest równe różnicy napięć U1-U2. we U1 i wyjściowe U2 są takie same.
ścią zmian prądu ("I/"t): większe napię- Tym samym  napięcie ładowania cewki Zmienia się tylko rezystancja obciążenia,
cie - to szybsze zmiany prądu. Z kolei po- zależy od napięcia wyjściowego. Czy wo- a tym samym potrzebna moc wyjściowa
R
y
s
u
n
e
k
6
a
wolne zmiany prądu oznaczają, iż napię- bec tego zmiany napięcia wyjściowego oraz prądy I , I1 oraz I2. Rysunek 6a poka-
L
cie jest niewielkie. nie wpłyną jakoś niekorzystnie na właści- zuje przebiegi w sytuacji, gdy obciążenie
W fazie ładowania szybkość narasta- wości przetwornicy? Pytanie nie jest po- R ma dużą oporność i potrzebny prąd ob-
L
nia prądu jest wyznaczona przez napięcie zbawione sensu i może Cię trochę niepo- ciążenia jest bardzo mały. Intuicja podpo-
przyłożone do cewki. W przypadku prze- koić, ale nie przejmuj się tym - na razie za- wiada, że aby przekazać niewiele energii,
twornicy przepustowej napięcie na cew- uważ ciekawą i ważną cechę przetworni- wystarczy otwierać tranzystor na krótki
ce podczas ładowania jest równe różnicy cy przepustowej. Jak pokazują rysunki 1 czas.
r
y
s
u
n
k
u
6
b
U1-U2. oraz 4, w fazie ładowania prąd I1 płynie Przebiegi pokazane na rysunku 6b po-
W fazie rozładowania sytuacja jest tro- ze z
ródła zasilania nie tylko przez cewkę kazują sytuację, gdy rezystancja R jest
L
chę inna. Zarówno napięcie, jak i szyb- L, ale jednocześnie przez obciążenie (C2 mniejsza (wymagany prąd I większy).
L
kość zmian (opadania) prądu w zasadzie oraz RL). Stąd zresztą nazwa - przetwor- Układ regulacyjny zwiększy czas przewo-
p
r
z
e
p
u
s
t
o
w
a
mogą być dowolne. Tak! Może pojawić nica przepustowa. We wcześniej oma- dzenia tranzystora. To też jest oczywiste.
42 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99
Listy od Piotra
L
i
s
t
y
o
d
P
i
o
t
r
a
Przy jeszcze mniejszej wartości R nienia impulsów sterujących otwiera- w zakresie od 0 do U1. Wspaniale! Na
L
(i większym prądzie I ) przebiegi będą niem klucza. Teraz uważaj! Czy już zau- pewno zechcesz wykorzystać taki układ
L
r
y
s
u
n
k
u
6
c
wyglądać jak na rysunku 6c. ważyłeś, że przy większych prądach ob- w roli zasilacza o płynnie regulowanym
Zwróć uwagę, że na rysunkach 6a, ciążenia (gdy chwilowa wartość prądu napięciu wyjściowym. Będzie on miał
6b i 6c szybkość narastania i opadania w cewce nigdy nie spada do zera) w za- ogromną przewagę nad klasycznym zasi-
prądu są ściśle związane z napięciami od- sadzie niepotrzebna byłaby żadna auto- laczem o pracy ciągłej, bo straty mocy
powiednio UL=U1-U2 oraz U2. matyka, i generator sterujący mógłby będą małe, a sprawność znakomita
A co się stanie, gdy rezystancja obcią- mieć stały współczynnik wypełnienia? (80...95%).
żenia jeszcze się zmniejszy? Porównaj rysunki 6c, 6d i 6e. Zanim jednak zaczniesz projektować
Podobnie jak w układzie przetwornicy Czy przypomniało Ci się określenie taki zasilacz impulsowy zastanów się, czy
zaporowej prąd wzrośnie i przebiegi będą  transformator prądu stałego z jednego w dotychczasowych rozważaniach wszy-
r
y
s
u
n
k
u
6
d
wyglądać jak na rysunku 6d. Prąd cewki z poprzednich odcinków? stko Ci pasuje...
w żadnej chwili nie maleje tu do zera, Doskonale! Analogicznie jak w prze- Rozumiesz to wszystko?
a napięcia i szybkości zmian prądu są ta- twornicy zaporowej, jeśli prąd cewki nie A jak to jest z tym współczynnikiem
kie same jak na poprzednich rysunkach. spada do zera, nasz układ zachowuje się wypełnienia impulsów?. Analizując rysu-
Podobnie jest przy dalszym wzroście prą- jak  transformator prądu stałego - jego nek 3 doszliśmy do wniosku, że będzie
r
y
s
u
n
e
k
6
e
p
r
ą
d
u
du obciążenia - porównaj rysunek 6e.  przekładnia jest wyznaczona przez sto- on zależny od prądu - czym większy prąd
Oczywiście nie powinniśmy zwięk- sunek czasu t i t . Oczywiście zależ- wyjściowy, tym większy współczynnik
on off
szać prądu obciążenia w nieskończoność, ność będzie trochę inna niż w przetworni- wypełnienia. Tak podpowiadała intuicja!
bo w końcu przekroczymy dopuszczalną cy zaporowej, bo w czasie t do cewki Przed chwilą podałem Ci wzór wskazują-
on
dla danej cewki wartość prądu Ip, rdzeń przyłożone jest napięcie U1-U2. cy, iż współczynnik wypełnienia zależy od
n
a
p
i
ę
c
i
a
wejdzie w nasycenie, prąd niepotrzebnie Korzystając ze wzoru napięcia. I wygląda, że tylko od napięcia,
r
y
będzie gwałtownie rósł, jak pokazuje to ry- U= L("I/"t) bo we wzorze prąd nie występuje!
sunek 6f. (Samodzielnie możesz się zasta- podstawiając i przekształcając doszliby- Jak sobie radzisz z taką sprzeczno-
s
u
n
e
k
6
f
nowić, czym w przetwornicy przepustowej śmy do beznadziejnie prostej zależności: ścią? Jak jest naprawdę?
U
2
U
1
t
/
T
grozi, a czym nie grozi zwiększenie prądu U2 = U1 [ t / (t +t ] = U1 t / T Znasz odpowiedz
?
o
n
on on off) on
powyżej Ip - sytuacja jest tu nieco inna niż gdzie T=t +t to okres. Jeśli tak, to naprawdę rozumiesz
on off
w przetwornicy zaporowej, bo prąd łado- Wynik jest jak najbardziej zgodny z in- działanie przetwornic impulsowych.
wania cewki płynie przez obciążenie.) tuicją - czym większe ma być napięcie Gratuluję!
No dobra, teraz idziemy dalej. wyjściowe, tym większy współczynnik Ci, którzy nie wiedzą, znajdą
Słusznie się domyślasz, że regulację wypełnienia. Przy okazji potwierdza się, odpowiedz
w następnym odcinku: żadnej
napięcia wyjściowego możemy przepro- że zmieniając współczynnik wypełnienia sprzeczności tu nie ma!
wadzać zmieniając współczynnik wypeł- możemy zmieniać napięcie wyjściowe Rysunki 6a, b, c wskazują, że przy
małych prądach wypełnienie będzie za-
leżeć właśnie od prądu obciążenia. Sy-
tuacja taka ma miejsce, gdy w części
okresu prąd spada do zera, czyli gdy
cewka w części okresu jest wolna od
energii (bezczynna). Można powiedzieć,
że układ automatycznej regulacji (rys. 2)
tak dobiera współczynnik wypełnienia,
by przenieść na wyjście potrzebną moc
(U2*I ).
L
Natomiast przy większym obciąże-
niu, gdy przez cewkę cały czas płynie
prąd (rysunki 6d, e), współczynnik wy-
pełnienia ustala jedynie napięcie wyj-
ściowe, a (średni) prąd rośnie lub male-
je w zależności od obciążenia.
Istnieją przetwornice, które nie mają
żadnej automatyki i pracują przy stałym
współczynniku wypełnienia impulsów
sterujących. Nie zapominaj jednak, że
taka praca jest możliwa tylko przy więk-
szych prądach. Właśnie dlatego w nie-
których z
ródłach znajdziesz wzmianki
o minimalnym prądzie obciążenia (lub
minimalnej indukcyjności). Nie prze-
strasz się tym! Chodzi o to, by prąd
cewki nie malał do zera - wtedy układ
zachowuje się jak  transformator prądu
stałego . Gdy prąd obciążenia jest
mniejszy, niedociążona przetwornica
przestaje być  transformatorem prądu
Rys. 6.
R
y
s
.
6
.
stałego i napięcie wyjściowe wzrasta.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99 43
Listy od Piotra
L
i
s
t
y
o
d
P
i
o
t
r
a
W praktyce wystarczy zastosować
układ automatyki wg rysunku 2, zmienia-
jący wypełnienie impulsów od zera do
100% i wtedy nie ma takich ograniczeń
na prąd minimalny i napięcie wyjściowe.
Jeśli to zrozumiałeś, idziemy dalej.
Przypuszczam, że jeszcze masz pew-
ne wątpliwości odnośnie napięć wyjścio-
wych. Trochę Cię niepokoi fakt, że zmia-
na napięcia wyjściowego U2 zmienia
też napięcie  ładowania cewki równe
U1-U2. Nie dziwię Ci się, że o tym my-
ślisz. Intuicyjne przyswojenie sobie wy-
stępujących tu zależności jest rzeczywi-
ście trochę trudniejsze, ale poradzimy so-
bie i z tym.
Rys. 8.
R
y
s
.
8
.
r
y
s
u
n
k
a
c
h
7
,
8
9
Na rysunkach 7, 8 i 9 znajdziesz prze-
biegi napięcia i prądu przy różnych na- W poprzednich listach wykazałem, Tu również okazuje się, że czym
pięciach wyjściowych. Co istotne, że moc przetwornicy zaporowej silnie większe napięcie wyjściowe, tym więk-
w każdym przypadku napięcie wejścio- zależy od stosunku napięć wyjściowego sza moc. Ponieważ w przetwornicy
we U1 jest takie samo. W sytuacji z ry- i wejściowego. Okazało się, że prze- przepustowej napięcie wyjściowe nie
sunku 7 napięcie wyjściowe U2 jest pię- twornicy zaporowej nie warto stosować może być większe od wejściowego,
ciokrotnie mniejsze od wejściowego. przy małych napięciach wyjściowych. ostatecznie moc będzie największa, gdy
W drugim przypadku (rysunek 8) napię- Podałem Ci wzór na teoretyczną moc napięcie wyjściowe będzie (niemal) rów-
cie U2 jest równe połowie U1, nato- maksymalną przetwornicy zaporowej ne wejściowemu - moc wyniesie wtedy
miast w sytuacji z rysunku 9 napięcie (przy bardzo dużej częstotliwości) Pmax = U1 * Ip
U2 to 5/6 napięcia wejściowego U1. Na Pmax = U1*Ip * [U2 / (U2+U1)] I wszystko zgadza się z intuicją: jeśli
rysunkach 7a, 8a, 9a pokazałem Ci sytu- A jak to wygląda w przetwornicy przetwornicę przepustową  otworzymy
ację w układzie z pewną indukcyjnością przepustowej? na stałe , napięcie wyjściowe będzie
przy jakimś niewielkim prądzie. Na ry- Odpowiedz
znajdziesz analizując ry- równe wejściowemu i rzeczywiście
sunkach 7b, 8b i 9b znajdziesz przebiegi sunki 7c, 8c i 9c. Przy dużej indukcyjno- moc dostarczana do obciążenia będzie
w układzie z tą samą indukcyjnością, ale ści (lub dużej częstotliwości pracy) wa- równa U1 * Ip.
przy prądzie szczytowym zbliżonym do hania prądu są minimalne - możemy je A może więcej? Co nam szkodzi
prądu nasycenia Ip. I wreszcie na rysun- pominąć i założyć, że średni prąd na ry- zwiększyć wtedy prad powyżej Ip?
kach 7c, 8c i 9c znajdziesz przebiegi sunkach c jest równy Ip. Skoncentruj Że rdzeń się nasyci? A co nas to obcho-
w układzie z cewką o znacznie większej się! Patrząc na rysunku 7c, 8c, 9c bez dzi - przecież tranzystor-klucz jest na
indukcyjności - zauważ, że zmiany prą- trudu zauważysz, że w każdym przypad- stałe otwarty!
du są mniejsze, ale nachylenie w czasie ku średni prąd ładowania wynosi Stop! Nie przesadzaj! W praktyce
ładowania i rozładowania nadal jest pro- I1 = Ip (t /T) Twoja przetwornica nigdy nie będzie
on
porcjonalne do napięć ładowania (U1- W czasie ładowania cewki, do obcią-  na stałe otwarta , bo zechcesz praco-
U2) i rozładowania (U2). żenia jest już dostarczana moc wać przy napięciach wyjściowych
mniejszych niż wejściowe. Dlatego nie
ma sensu rozpatrywać sytuacji, gdy
tranzystor-klucz stale przewodzi.
No tak, ale może nawet gdy
U2jąc prąd powyżej Ip? Wcześniej prosi-
łem, byś się zastanowił, czym to grozi.
Ponieważ obciążenie R jest włączone
L
w szereg z cewką, więc sytuacja jest in-
na niż przetwornicy zaporowej i nie
można powiedzieć, że  prąd będzie się
marnował .
Jednak pzetwornica przestanie być
przetwornicą indukcyjną według rysun-
Rys. 7.
R
y
s
.
7
.
ku 1 czy 3b, a stanie się przetwornicą
Przeanalizuj teraz bardzo starannie P1=U2 *I1 = U2 * Ip (t /T) pojemnościową według rysunku 3a. Ro-
on
rysunki 7....9. Powinny one rozjaśnić Ci Z kolei średni prąd rozładowania wynosi lę rezystancji ograniczającej prąd łado-
całkowicie obraz sprawy. I2 = Ip (t /T) wania będzie pełnić (niewielka) rezy-
off
A my zajmiemy się jeszcze jedną Czyli w fazie rozładowania do obcią- stancja uzwojenia cewki, a sprawność
kwestią. Czy na podstawie rysunków żenia jest dostarczana moc znacznie spadnie. W skrajnym przypad-
7...9 potrafiłbyś coś powiedzieć o mocy P2=U2 * I2 = U2 * Ip (t /T) ku duży prąd ładowania (ograniczony
off
przenoszonej (czyli po prostu o mocy Moc całkowita niewielką rezystancją cewki) może
naszej przetwornicy)? Czy ta moc zależy P = P1+P2 = U2 * Ip [(t +t ) / T] uszkodzić tranzystor-klucz.
on off
p
=
U
2
*
I
p
jakoś od napięcia wyjściowego? p = U2 * Ip Zamykamy sprawę: nawet gdyby
I co, jesteś zdziwiony? tranzystor się nie uszkodził, także
44 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99
Listy od Piotra
L
i
s
t
y
o
d
P
i
o
t
r
a
pięciu ładowania U1-U2) czas t mógł-
on
by być znacznie dłuższy, za to krótszy
będzie czas t .
off
Aby znalez
ć najgorszy przypadek
należałoby napisać wzory na t i t ,
on off
znalez
ć wzór na T (okres), potem na
f (częstotliwość) i zbadać go w funkcji
U2/U1. Jeśli ktoś chce, niech to zrobi -
po przekształceniach trzeba będzie
zbadać funkcję
y=-x2 + x
Okaże się, że najgorszy przypadek
występuje przy U2 = 0,5 U1. Poniekąd
potwierdza to rysunek 8b, ale ten rysu-
nek to żaden dowód. W każdym razie
dla tego najgorszego przypadku
(U2=0,5U1) minimalna częstotliwość
Rys. 9. przetwornicy wynosi
R
y
s
.
9
.
U1
fmin =
s
u
n
k
u
1
0
a
w przetwornicy przepustowej nie po- sunku 10a jest niemal dwukrotnie 4 LIp
r
y
s
u
n
k
u
1
0
b
winniśmy pracować przy prądach więk- większa niż tego z rysunku 10b. Gdyby częstotliwość była mniejsza
szych od prądu na- (czasy dłuższe), prąd nadmiernie wzro-
sycenia cewki Ip, śnie i rdzeń cewki się nasyci.
a moc maksymal- Gdyby przetwornica miała praco-
na nie przekroczy wać przy stałym napięciu wyjściowym
P = U2 * Ip U2, innym niż 0,5U1, wtedy minimalna
Czy jednak nie częstotliwość mogłaby być mniejsza.
zgubiłeś się W praktyce i tak należy pracować
w powyższych z możliwie dużą częstotliwością (ogra-
rozważaniach? Co niczoną przez straty histerezy rdzenia
to za moc? i straty przełączania tranzystora), dla-
Jest to teore- tego do wstępnych szacunkowych
tyczna moc ma- obliczeń należy wykorzystać wzór
ksymalna, jaką U1
fmin =
można  wydusić 4LIp
Rys. 10.
R
y
s
.
1
0
.
z przetwornicy i wybrać częstotliwość pracy więk-
przy następujących założeniach: Przypuśćmy teraz, że chcemy zbu- szą niż tak wyliczona.
- pomijamy wszelkie straty (spadek dować przetwornicę zaporową, a wła- Jak wykazano wcześniej, przy czę-
napięcia na diodzie D, rezystancji cewki ściwie zasilacz impulsowy o regulowa- stotliwości minimalnej moc przetwor-
i napięcie nasycenia tranzystora); nym napięciu wyjściowym. Mając ja- nicy nie przekroczy
- zakładamy, że średni prąd płynący kąś cewkę o prądzie nasycenia Ip oraz P = 0,5 U2 * Ip
przez cewkę jest równy Ip (co jest bli- indukcyjności L musimy dobrać czę- Oczywiście częstotliwość może,
skie prawdy tylko przy bardzo dużej czę- stotliwość pracy tak, by w najgorszych i w miarę możliwości powinna być
stotliwości pracy albo przy bardzo dużej warunkach prąd nie przekroczył warto- większa - wtedy zmiany prądu będą
indukcyjności - przebieg prądu wygląda ści Ip. Chyba już zauważyłeś, że prąd mniejsze, przebiegi będą podobne jak
wtedy mniej więcej jak na rysunku 10a). rośnie tym szybciej, im większe jest na rysunkach 7c, 8c, 9c, 10a i moc
W praktyce nie zwiększamy napięcie ładowania (równe U1-U2) - przenoszona będzie o kilkadziesiąt
nadmiernie indukcyjności i nie pracuje- zobacz rysunki 4 i 7...9. Gdy napięcie procent większa niż przy częstotliwo-
my przy bardzo dużych częstotliwo- wyjściowe U2 jest bardzo małe, napię- ści minimalnej (teoretycznie
ściach. Wtedy oczywiście moc jest cie ładowania jest zbliżone do U1 (rys P=U2*Ip).
mniejsza. W granicznym przypadku, 7). Znając Ip, L oraz U1 możesz już Mam nadzieję, że cały czas nadą-
jak na rysunku 10b, gdy prąd chwilowo obliczyć maksymalny czas włączenia żasz za mną. Jeśli jednak masz jakie-
spada do zera, przenoszona moc jest tranzystora (t ) przy bardzo małych kolwiek kłopoty ze zrozumieniem cało-
on
o połowę mniejsza od wcześniej wyli- napięciach wyjściowych. Przekształca- ści materiału, przeanalizuj dokładnie
czonej (i dodatkowo pomniejszona jąc znany Ci dobrze wzór otrzymasz: ten i poprzednie odcinki, a jeśli i to nie
o straty w elementach przetwornicy). t = L * Ip / U1 pomoże, napisz do mnie (na adres re-
onmax
Patrząc na rysunek 10 nie zastanawiaj I co to jest za czas? Czas ten doty- dakcji). W razie potrzeby wrócimy do
się, jakiej konkretnie częstotliwości czy tylko przypadku, gdy U2 jest bli- tematu.
odpowiada ta sytuacja, lub jaka jest in- skie zeru. Sytuacja wygląda wtedy Tyle na temat przetwornicy przepu-
dukcyjność (indukcyjności) - to nie ma mniej więcej tak, jak na rysunku 7. stowej. W następnym odcinku zapo-
znaczenia (podobnie, jak wartości na- Przypuśćmy, że obliczyłbyś czas t . znam Cię z przetwornicą podwyższającą.
on
pięć). Chodzi tylko o kształt prądu, Niewiele to daje. Gdy czas ton jest
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
a ściślej o jego wartość średnią - nie krótki, na pewno (bardzo) długi będzie Piotr Górecki
masz wątpliwości, że przy tej samej czas t , bo napięcie U2 jest bardzo
off
r
y
wartości Ip średnia wartość prądu z ry- małe Przy większym napięciu wyjścio-
wym U2 (a tym samym mniejszym na-
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/99 45