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_0109 Zdvojovače a násobiče napětí
Anotace
Napájení pro zařízení s malým proudovým odběrem – principy, struktury
Vytvořeno
4. 1. 2012
Určeno pro
Obor Elektrotechnika, 3. ročník
Přílohy
Usměrňovač Požadavky: • výstupní napětí • výstupní proud • zvlnění (většinou výstup filtrován nabíjecím kondenzátorem; bývá vynechán pro tyristorové obvody, nabíjení akumulátorů)
• síťový kmitočet • jednocestné (velká U, malé I, velké zvlnění) • dvoucestné (malá U, velké I, malé zvlnění) • můstkový (střední U, velké I, malé zvlnění) • zdvojovač (velká U, malé I, velké zvlnění) • násobiče (velmi velká U, velmi malé I, velké zvlnění)
Usměrňovač Požadavky: • síťový kmitočet (cca 50 Hz) • • • • •
jednocestné (velká U, malé I, velké zvlnění) dvoucestné (malá U, velké I, malé zvlnění) můstkový (střední U, velké I, malé zvlnění) zdvojovač (velká U, malé I, velké zvlnění) násobiče (velmi velká U, velmi malé I, velké zvlnění)
• vyšší kmitočty (cca 100 kHz) • jednocestné (nízká U, velké I, malé zvlnění) • dvoucestné (nízká U, velké I, malé zvlnění; omezuje stejnosměrné sycení jádra transformátoru)
Zdvojovač • pro zdvojovací bloky definujeme zvlnění:
𝑝= • • •
2 ∗ 𝑈š−š ∗ 100 (%) 𝑈𝑜𝑢𝑡
zvlnění výstupního napětí nastává na každé větvi kombinace dvou jednocestných usměrňovačů usměrňovače opatřeny filtračními kapacitami
• volba každé kapacity vychází ze vztahu
1200 ∗ 𝐼 (µF, mA, %, V) 𝑝 ∗ 𝑈𝑜𝑢𝑡 • hodnotu C volíme nejbližší vyšší z řady • napěťové dimenzování stejně jako v případě jednocestného usměrňovače 𝐶𝑁𝑚𝑖𝑛 =
Zdvojovač • napěťové dimenzování diod souvisí s amplitudou vstupního napětí, dále
také s velikostí výstupního napětí 𝑈𝑅𝑚𝑎𝑥 > 𝑈1 ∗ 2 + •
𝑈𝑜𝑢𝑡 2
volíme opět s rezervou řádu desítek procent
• proudové dimenzování podle střední hodnoty
Násobič • pro malé proudové odběry a velká napětí se nevyplatí
konstruovat a realizovat transformátor (nebezpečí mezizávitových zkratů apod.) • konstrukce násobičů odvozena od konstrukce usměrňovačů •
•
realizace s různým počtem stupňů (kaskáda) • jednostupňové • dvoustupňové • třístupňové • teoreticky až nekonečně mnoho, prakticky do 10 realizace s různým počtem cest • jednocestné • můstkové
Násobič • jednostupňový • výstupní napětí odpovídá amplitudě vstupního napětí • kondenzátor se nabije na amplitudu vstupního napětí
Násobič • dvoustupňový • výstupní napětí odpovídá dvojnásobku vstupního napětí • kondenzátor C1 se nabije přes diodu D1 na amplitudu vstupního napětí • D1 se uzavře • kladné napětí dole společně s Uc1 nabíjí přes D2 kapacitu C2 na dvojnásobek amplitudy vstup. napětí
Násobič • třístupňový • výstupní napětí odpovídá trojnásobku amplitudy vstup. napětí • kondenzátory všech dalších stupňů se nabíjejí na dvojnásobek amplitudy vstupního napětí
Násobič • čtyřstupňový • výstup. napětí odpovídá čtyřnásobku amplitudy vstup. napětí • kondenzátory všech dalších stupňů se nabíjejí na dvojnásobek vstupního napětí
Násobič • shrnutí: • • •
•
v uzlech mezi kondenzátory v dolní řadě snímáme liché násobky amplitudy vstupního napětí v uzlech mezi kondenzátory v horní řadě snímáme sudé násobky amplitudy vstupního napětí diody dimenzujeme pro dvojnásobek amplitudy vstupního napětí, protéká jimi proud odpovídající střední hodnotě proudu zátěže hodnotu kapacity kondenzátorů ovlivňuje: • • •
počet stupňů střední hodnota proudu, střední hodnota napětí prvního stupně kmitočet vstupního napětí
𝐶𝑁 >
2∗𝑛∗ 𝑛+2 ∗𝐼 (F, −, A, V, Hz) 𝑈𝑜 ∗ 𝑓
Násobič • kaskádní • vazební kondenzátory musí mít velkou kapacitu, musí být bipolární (nelze užít elektrolytické, jež jsou typicky unipolární
Násobič • kaskádní • bipolární kondenzátory s velkou kapacitou jsou dražší, než obvodová náhrada:
Násobič • kaskádní (pro transformátor s vyvedeným středem
sekundárního vinutí) •
předchozí a níže uvedené zapojení je schopno dát dvojnásobný proud ve srovnání s jednocestnými násobiči
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 (2) Cetl, T.: Aplikace elektrochemických zdrojů, Vydavatelství ČVUT, Praha 2004, ISBN 80-01-028593
Metodika • V úvodu hodiny • opakování (ústní, případně písemné) • Bloková schémata • Lineární zdroje • Vstupní filtr • Transformátor • Usměrňovače (+ filtrační kapacity)
• motivace
• • • •
Výklad doprovázený prezentací Provedení zápisu Závěrečné opakování V další výuce: simulace funkce násobičů
