VÝUKOVÝ MATERIÁL Identifikační údaje školy
Vyšší odborná škola a Střední škola, Varnsdorf, příspěvková organizace Bratislavská 2166, 407 47 Varnsdorf, IČO: 18383874
Číslo projektu
CZ.1.07/1.5.00/34.1076
Název projektu
Pro vzdělanější Šluknovsko
Číslo a název šablony
32 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Autor
0210 Bc. David Pietschmann.
Tematická oblast
Elektronika – napájecí zdroje
Číslo a název materiálu
VY_32_INOVACE_0210_0116 Principy používané ve spínaných zdrojích 1
Anotace
Konstrukce STEP-DOWN, STEP-UP, VF usměrňovače, řízení spínání
Vytvořeno
4. 1. 2012
Určeno pro
Obor Elektrotechnika, 3. ročník
Přílohy
Spínané zdroje •
Výhody: • •
•
dosažitelná vysoká účinnost pro malá napětí a velké odebírané proudy. vhodné pro napájení výpočetní i další techniky
Nevýhody: • • •
rušení okolí zdroje složitější zapojení větší požadavky na kvalitu provedení obvodových struktur i použitých součástek
Spínané zdroje •
Konstrukce • Step-Down / BUCK • Step-Up / BOOST • Z hlediska přenosu energie ze vstupu na výstup • Propustné / FORWARD • Akumulující / FLYBACK • Dvojčinné / PUSH-PULL • Můstkové – poloviční most • Můstkové – plný most • Řízení • PWM, proudová ZV, rezonanční princip
Konstrukce Step-Down / BUCK Princip: 1)sepnutým spínačem
nabíjíme proudem I1 kondenzátor C1 přes indukčnost L1 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L1 snaží udržet svůj proud I1, jenž je nyní odebírán z C1 jako I2 přes D1
Konstrukce Step-Down / BUCK Vlastnosti: •
•
pokud je dostatečně rychlý cyklus spínání, potom má zvlnění výstupního napětí stejný kmitočet a dobře se filtruje výstupní napětí je nejvýše stejné, jako bylo napětí vstupní
Konstrukce Step-Down / BUCK Vlastnosti: • •
poměr proudů je opačný k poměrů napětí řízení spínače může být realizováno: •
•
změnou kmitočtu • např.: čas sepnutí kt., čas rozepnutí se mění změnou střídy • změny časů jsou opačné, stejně velké • převládá
Konstrukce Step-Up / BOOST Princip: 1)sepnutým spínačem
nabíjíme proudem I1 indukčnost L1, kondenzátor C1 vybíjíme do zátěže, diodou D1 odděleno od spínače 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L1 snaží udržet svůj proud I1, vzniká na ní indukované napětí, které se přičítá k napětí napájecího zdroje; C1 je nabíjen proudem I2 přes D1 (část případně do spotřebiče)
Konstrukce Step-Up / BOOST Vlastnosti: •
•
s rostoucím t1: • roste proud indukčností • následně roste indukované napětí • roste doba vybíjení kondenzátoru s rostoucím t2: • kondenzátor je déle dobíjen za předpokladu, dostatečného součtového napětí (ne vždy splněno!)
Konstrukce Step-Up / BOOST Konstrukce invertující polaritu Princip: 1)sepnutým spínačem nabíjíme
proudem I1 indukčnost L1 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L1 snaží udržet svůj proud I1, jenž je nyní odebírán z C1 jako I2 přes D1
Vlastnosti: •
výstupní napětí může být větší nebo menší, než vstupní
Spínané zdroje Konstrukce (všechny) • Důležitým krokem je určení hodnoty indukčnosti cívky, odvíjí se z: •
•
energie přenášené za periodu (s kmitočtem klesají rozměry!) výstupního výkonu, ten závisí na výstupním napětí a zátěži
Spínané zdroje Všechny principy se řídí vztahy: • perioda
𝑇 = 𝑡1 + 𝑡2
• přenášený výkon
𝐴 𝑃= 𝑇
𝐿 ∗ 𝐼2 𝐿 ∗ 𝐼2 ∗ 𝑓 𝑃= = 2∗𝑇 2
• výstupní výkon • indukčnost
2 𝑈𝑜𝑢𝑡 𝑃= 𝑅𝑍 2 2 ∗ 𝑈𝑜𝑢𝑡 𝐿= 𝑅𝑍 ∗ 𝐼 2 ∗ 𝑓
Spínané zdroje Usměrňovače •
• • •
•
usměrňovací diody i Schottkyho diody nahrazeny tzv. „synchronním usměrňovačem“ pracují s propustným napětím řádu desetin Voltu nevýkonové vinutí N2 (T1 se otvírá při kladném Ugs zotavení pod 100 ns; na sepnutém T1 do 0,2V; na rozepnutém kolem 30V výkonové vinutí N3
Spínané zdroje Řízení spínání • • •
zdroj na principu sériové rezonance T1,2 a C1,2 tvoří můstek, na jeho diagonále SRO TL1 a C3 při nízkém výstupním napětí blok PDM nastaví kmitočet bližší rezonanci, při odlehčení zdroje se od rezonance vzdaluje
Spínané zdroje Řízení spínání • •
•
zdroj na principu sériové rezonance f mezi 0,5 a 1 MHz; malý transformátor, účinnost obvykle nad 80%; řízení pomocí VCO a PWM velká strmost filtru TL1 a C3 -> citlivost regulace, rychlost
Dotazy? Diskuse
Poznámky:
Děkuji za pozornost. Kontakt: Bc. David Pietschmann
[email protected] 412 315 047
Zdroje (1) Krejčiřík, A.: Napájecí zdroje I. Základní zapojení
analogových a spínaných napájecích zdrojů, BEN – technická literatura, Praha 1997, ISBN 80-8605602-3
Metodika • V úvodu hodiny • opakování (ústní, případně písemné) • Bloková schémata • Užitné vlastnosti
• motivace
• Výklad doprovázený prezentací • Provedení zápisu • Závěrečné opakování
• V další výuce: simulace STEP-DOWN, STEP-UP, návrh
