Stručný návod pro návrh přístrojového napájecího zdroje



Podobné dokumenty
VÝUKOVÝ MATERIÁL. Pro vzdělanější Šluknovsko. 32 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Bc. David Pietschmann.

ÚVOD. Výhoda spínaného stabilizátoru oproti lineárnímu

Stabilizátory napětí a proudu

Stabilizovaný zdroj s L 200T

Základy elektrotechniky

VÝUKOVÝ MATERIÁL. Pro vzdělanější Šluknovsko. 32 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Bc. David Pietschmann.

VÝVOJOVÁ DESKA PRO JEDNOČIPOVÝ MIKROPOČÍTAČ PIC 16F88 A. ZADÁNÍ FUNKCE A ELEKTRICKÉ PARAMETRY: vstupní napětí: U IN AC = 12 V (např.

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Ukázka práce na nepájivém poli pro 2. ročník SE. Práce č. 1 - Stabilizovaný zdroj ZD + tranzistor

Prvky a obvody elektronických přístrojů II

Napájení mikroprocesorů. ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer. studenty zapsané v předmětu: A4B38NVS

Zdroje napětí - usměrňovače

STABILIZACE PROUDU A NAPĚTÍ

Obr. 2 Blokové schéma zdroje

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Na trh byl uveden v roce 1971 firmou Signetics. Uvádí se, že označení 555 je odvozeno od tří rezistorů s hodnotou 5 kω.

Výpočet základních analogových obvodů a návrh realizačních schémat

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Digitální učební materiál

Univerzální napájecí moduly

Řídící a regulační obvody fázové řízení tyristorů a triaků

Dioda jako usměrňovač

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl Tematická oblast ELEKTRONIKA

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

PŘELAĎOVÁNÍ AKTIVNÍCH FILTRŮ POMOCÍ NAPĚŤOVĚ ŘÍZENÝCH ZESILOVAČŮ

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Měření vlastností lineárních stabilizátorů. Návod k přípravku pro laboratorní cvičení v předmětu EOS.

GFK-2004-CZ Listopad Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

GFK-1904-CZ Duben Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C. Provozní vlhkost. Skladovací vlhkost

GFK-1913-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Skladovací teplota -25 C až +85 C.

Impulsní regulátor ze změnou střídy ( 100 W, 0,6 99,2 % )

Technická dokumentace. === Plošný spoj ===

Polovodičové usměrňovače a zdroje

Laboratorní zdroj - 3. část

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

GFK-2005-CZ Prosinec Rozměry pouzdra (šířka x výška x hloubka) Připojení. Provozní teplota -25 C až +55 C. Skladovací teplota -25 C až +85 C

Operační zesilovač. Úloha A2: Úkoly: Nutné vstupní znalosti: Diagnostika a testování elektronických systémů

Zpětná vazba a linearita zesílení

Zdroj předpětí (triode board OK1GTH) Ing. Tomáš Kavalír, OK1GTH

Vzdálené ovládání po rozvodné síti 230V

NÁVOD K MONTÁŽI A OBSLUZE

FEL ČVUT Praha. Semestrální projekt předmětu X31SCS Struktury číslicových systémů. Jan Kubín

Stabiliz atory napˇet ı v nap ajec ıch zdroj ıch - mˇeˇren ı z akladn ıch parametr u Ondˇrej ˇ Sika

Neřízené diodové usměrňovače

Kategorie M. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení! 1 Sběrnice RS-485 se používá pro:

Návrh a realizace regulace otáček jednofázového motoru

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-5

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření. Měření parametrů operačních zesilovačů, část 3-7-4

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů operačních zesilovačů část Teoretický rozbor

Diplomové a ročníkové práce ve spolupráci se společností ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm

Modul výkonových spínačů s tranzistory N-FET

zařízení prof.ing. Petr Chlebiš, CSc. Fakulta elektrotechniky a informatiky

ZDROJ 230V AC/DC DVPWR1

Zadání projektu č.2. Digitální binární hodiny

Laboratorní regulovatelný proudový zdroj Univerzální (určený k napájení LED)

TGZ. 2-osé digitální servozesilovače

ELEKTRICKÉ ZDROJE. Elektrické zdroje a soklové zásuvky

Jan Humlhans NÁBOJOVÉ PUMPY funkce, pøehled a použití Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmno

KZPE semestrální projekt Zadání č. 1

BKD/ BKF 7000 tyristorové DC měniče od 5 do 1100 kw

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

NAPÁJECÍ MODUL MN1 ZDROJ MN

TECHNICKÁ DOKUMENTACE

ODHALOVÁNÍ PADĚLKŮ SOUČÁSTEK PARAMETRICKÝM MĚŘENÍM

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

Popis obvodu U2403B. Funkce integrovaného obvodu U2403B

Oddělovací moduly VariTrans

SEZNAM TÉMAT K PRAKTICKÉ PROFILOVÉ ZKOUŠCE Z ODBORNÉHO VÝCVIKU

- Stabilizátory se Zenerovou diodou - Integrované stabilizátory

Stolní laboratorní zdroje řady 325x

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

Řídicí obvody (budiče) MOSFET a IGBT. Rozdíly v buzení bipolárních a unipolárních součástek

Stejnosměrné měniče. přednášky výkonová elektronika

Hlídač světel automobilu

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Regulace. Katalog výrobků Ing. Zbyněk Pazour

než je cca 5 [cm] od obvodu LT1070, doporučuje se blokovat napětí U IN

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hustopeče, Masarykovo nám. 1

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_11_ZT_E

TECOMAT TC700 ZÁKLADNÍ DOKUMENTACE K MODULU UC vydání - červen 2004

Osvětlení modelového kolejiště Analog

Návod k obsluze výukové desky CPLD

Česká zemědělská universita v Praze. LED svítilna s 1W LED LuxeonStar/O

Návrh a analýza jednostupňového zesilovače

Ochranné prvky pro výkonovou elektroniku

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů logického obvodu část Teoretický rozbor

Příloha č.1 Technická dokumentace Zálohovaného napájecího zdroje pro lékařský přístroj s managementem po I2C-hardwarová část

Fyzika I. Obvody. Petr Sadovský. ÚFYZ FEKT VUT v Brně. Fyzika I. p. 1/36

Petr Myška Datum úlohy: Ročník: první Datum protokolu:

Napájení mikroprocesorů

Metody řízení moderních soustav s

Zdroj předpětí pro tetrodu (Tetrode board by OK1GTH) Ing.Tomáš Kavalír, OK1GTH,

Bezkontaktní spínací moduly typu CTU Úvod: spínací rychlost až 50x za sekundu nedochází k rušení ostatních elektronických zařízení

Simulátor čidla průtoku pro indukční průtokoměry

Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol CZ.1.07/1.5.00/

Transkript:

Stručný návod pro návrh přístrojového napájecího zdroje Michal Kubíček Ústav radioelektroniky FEKT VUT v Brně

Poznámka Návod je koncipován jako stručný úvod pro začátečníky v oblasti návrhu neizolovaných napájecích zdrojů malého výkonu (přibližně do 50W). Materiál vznikl za podpory grantu FRVŠ F1/a č. 1456 (rok 2011): Inovace laboratorní výuky předmětu Napájení elektronických zařízení strana 2

Požadavky Je třeba definovat požadavky: Rozsah vstupního napětí U IN_MIN, U IN_MAX Požadované výstupní napětí U OUT Maximální výstupní proud I OUT_MAX Kvalita (zvlnění) výstupního napětí určuje vlastnosti výstupního filtru a volbu použití lineárního / spínaného regulátoru Celková účinnost strana 3

Možná realizace Tři základní možnosti realizace lineární stabilizátor U IN spínaný stabilizátor U OUT spínaný stabilizátor lineární stabilizátor strana 4

Vlastnosti realizací Lineární stabilizátor + Velmi jednoduché zapojení + Rychlá odezva na změnu zátěže + Nízký šum na výstupu stabilizátoru (malé zvlnění) Vstupní napětí musí být vždy větší, než výstupní napětí musí být zajištěn minimální úbytek napětí U DROP_MIN. Ten bývá cca 2 až 2,5V u běžných stabilizátorů, u tzv LDO stabilizátorů bývá i méně něž 100 mv U IN = 8-20V 7805 U OUT = 5V Při velkém rozdílu napětí nízká účinnost, závislá na rozdílu vstupního a výstupního napětí strana 5

Vlastnosti realizací Spínaný stabilizátor + Velmi vysoká účinnost (jen málo závislá na napájecím napětí) + Snadno lze realizovat zdroje schopné dodat i desítky ampér + Vstupní napětí může být větší i menší, než požadované výstupní napětí Složité zapojení, více součástek, zpravidla dražší Zdroj EM rušení Výstupní napětí je zvlněné, nevhodné pro citlivé analogové obvody (nutná dodatečná filtrace) + Menší rozměry a hmotnost strana 6

Vlastnosti realizací Spínaný stabilizátor + LDO + Velmi vysoká účinnost (jen málo závislá na napájecím napětí) + Snadno lze realizovat zdroje schopné dodat i desítky ampér Složité zapojení, více součástek, zpravidla dražší Zdroj EM rušení + Vstupní napětí může být větší i menší, než požadované výstupní napětí + Menší rozměry a hmotnost + Výstupní napětí je bez zvlnění strana 7

Příklad použití: Lineární stabilizátor strana 8

Lineární stabilizátor Přístroj je napájen síťového adaptéru, na jehož výstupu je napětí 5V. Většina obvodů v přístroji pracuje na napětí 5V, část obvodů ale potřebuje napájecí napětí 3,3V, přičemž jejich celkový proudový odběr je do 80 ma. Lineární stabilizátor zde patrně vyhoví, výkonová ztráta je: P Z = U DROP I OUT_MAX = (5V 3,3V) 0,08A = 0,136W Poznámka: při použití spínaného stabilizátoru ve stejné aplikaci lze očekávat účinnost při plné zátěži cca 85%, ztrátový výkon je pak přibližně: P Z = (1/ƞ 1) U OUT I OUT_MAX = (1/0,85 1) 3,3V 0,08A = 0,047W Rozdíl příkonu 90 mw je při síťovém napájení zpravidla zanedbatelný (vzhledem k celkovému odběru zařízení) strana 9

Lineární stabilizátor Nyní je třeba vybrat obvod, který má při daném proudu (0,08A) maximální dovolený úbytek napětí (U DROP_MAX ) menší, než je hodnota U DROP_MAX U DROP = U IN U OUT = 5V 3,3V = 1,7V Tomuto požadavky nevyhoví klasické stabilizátory řady 78xx Je třeba vybrat z tzv. LDO regulátorů, vyhoví například typ LM1117, který je k dostání jak v provedení na 3,3V, tak v provedení nastavitelném výstupní napětí lze regulovat pomocí odporového děliče v rozsahu U REF až (U IN U DROP ) tedy 1,25V až 3,7V strana 10

Lineární stabilizátor Verze s pevným výstupním napětím (LM1117-3.3) Verze s nastavitelným výstupním napětím (LM1117-ADJ) Při výběru velikosti a typu kondenzátoru (keramický, tantalový, elektrolytický) je vždy nutné postupovat dle katalogového listu obvodu!!! Obrázky převzaty z katalogového listu obvodu LM1117: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm1117-n.pdf strana 11

Lineární stabilizátor Vhodný integrovaný stabilizátor lze snadno najít a vybrat pomocí webových nástrojů, které jsou k dispozici na stránkách výrobců těchto obvodů. Příklad: Texas Instruments Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 12

Lineární stabilizátor Vhodný integrovaný stabilizátor lze snadno najít a vybrat pomocí webových nástrojů, které jsou k dispozici na stránkách výrobců těchto obvodů. Nalezeno celkem 112 vhodných integrovaných obvodů!!! Příklad: Texas Instruments Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 13

Příklad použití: Spínaný stabilizátor strana 14

Spínaný stabilizátor Přístroj je napájen z baterie o nominálním napětí 12V. Většina obvodů v přístroji ale pracuje na napětí 3,3V, přičemž jejich celkový proudový odběr je až 5A (příkon 16,5W). Ideální aplikace pro spínaný stabilizátor (účinnost odhadneme na 85%): P Z = (1/ƞ 1) U OUT I OUT_MAX = (1/0,85 1) 3,3V 5A = 2,9W Poznámka: při použití lineárního stabilizátoru ve stejné aplikaci by byl ztrátový výkon příliš velký. Zařízení by muselo být chlazeno velkým chladičem a bylo by tak velmi těžké, velké a drahé: P Z = (U IN U OUT ) I OUT_MAX = (12V 3,3V) 5A = 43,5W strana 15

Spínaný stabilizátor Výrobci spínaných stabilizátorů dnes nabízejí tři typy realizace, přičemž každá má své výhody a nevýhody a ne pro každé parametry lze najít všechny tři realizace: Spínaný stabilizátor (s integrovanými tranzistory) Spínaný regulátor (s externími tranzistory) Modul regulátoru strana 16

Spínaný stabilizátor Spínaný stabilizátor (s integrovanými tranzistory) + Jednoduché zapojení + Nízká cena + Malá plocha na plošném spoji Menší účinnost Menší variabilita návrhu Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 17

Spínaný stabilizátor Spínaný regulátor (s externími tranzistory) + Vysoká účinnost + Velká variabilita + Pro větší výkony Složité zapojení Dražší Větší plocha na plošném spoji Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 18

Spínaný stabilizátor Modul regulátoru + Dobrá účinnost + Spíše pro větší výkony + Ihned k použití, ověřená funkčnost + Velmi jednoduché zapojení Málo flexibilní Drahé Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 19

Spínaný stabilizátor Pro každou aplikaci je nutné zvážit pro a proti konkrétních řešení. Stránky výrobců jsou opět výborným vodítkem při tomto rozhodování: Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 20

Spínaný stabilizátor Některé realizace jsou podporovány výrobcem (zdarma) poskytovaným návrhovým softwarem, který umožňuje velmi jednoduchý návrh spínaného zdroje Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 21

Spínaný stabilizátor Ukázka výstupu návrhového SW Hotové zapojení měniče s vybraným řídicím integrovaným obvodem, potřebnými externími součástkami a s jejich konkrétními hodnotami (typy) K dispozici jsou také obvodové analýzy, BOM (materiálová rozpiska), doporučené rozložení součástek na plošném spoji, atd. Hodnoty součástek lze do značné míry měnit a sledovat tak vliv na parametry stabilizátoru Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 22

Spínaný stabilizátor Ukázka výstupu návrhového SW Hotové zapojení měniče s vybraným řídicím integrovaným obvodem, potřebnými externími součástkami a s jejich konkrétními hodnotami (typy) K dispozici jsou také obvodové analýzy, BOM (materiálová rozpiska), doporučené rozložení součástek na plošném spoji, atd. Hodnoty součástek lze do značné míry měnit a sledovat tak vliv na parametry stabilizátoru Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 23

Spínaný stabilizátor Ukázka výstupu návrhového SW Hotové zapojení měniče s vybraným řídicím integrovaným obvodem, potřebnými externími součástkami a s jejich konkrétními hodnotami (typy) K dispozici jsou také obvodové analýzy, BOM (materiálová rozpiska), doporučené rozložení součástek na plošném spoji, atd. Hodnoty součástek lze do značné míry měnit a sledovat tak vliv na parametry stabilizátoru Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 24

Spínaný stabilizátor Ukázka výstupu návrhového SW Hotové zapojení měniče s vybraným řídicím integrovaným obvodem, potřebnými externími součástkami a s jejich konkrétními hodnotami (typy) K dispozici jsou také obvodové analýzy, BOM (materiálová rozpiska), doporučené rozložení součástek na plošném spoji, atd. Hodnoty součástek lze do značné míry měnit a sledovat tak vliv na parametry stabilizátoru Obrázky převzaty ze stránek firmy Texas Instruments (www.ti.com) strana 25

Příklad použití: Spínaný stabilizátor + LDO strana 26

Spínaný stabilizátor + LDO Přístroj je napájen z baterie o nominálním napětí 12V. Napájené zařízení má následující požadavky na napájecí větve: 5V / 5A silová část 3,3V / 0,2A digitální řízení 2,5V / 1A citlivé analogové obvody nelze přímo připojit na výstup spínaného stabilizátoru, nutné použít lineární stabilizátor Zde je vhodné použít kombinaci spínaných a lineárních stabilizátorů. strana 27

Spínaný stabilizátor + LDO strana 28 2,8W 12V/5V spínaný 0,07W 12V/3,3V spínaný 9,5W 12V/2,5V lineární Nevhodné řešení Očekávaná účinnost spínaných zdrojů je 90% 5,0A 0,2A 1,0A silová část digitální řízení citlivé analogové obvody

Spínaný stabilizátor + LDO 2,8W 12V/5V spínaný 0,44W 12V/3,3V spínaný 5,0A 0,2A silová část digitální řízení Varianta 1 Očekávaná účinnost spínaných zdrojů je 90% strana 29 0,7W 3,3V/2,5V lineární 1,0A citlivé analogové obvody

Spínaný stabilizátor + LDO 3,3W 12V/5V spínaný 0,44W 5V/3,3V spínaný 5,0A 0,2A silová část digitální řízení Varianta 2 Očekávaná účinnost spínaných zdrojů je 90% strana 30 0,7W 3,3V/2,5V lineární 1,0A citlivé analogové obvody

Spínaný stabilizátor + LDO 2,8W 12V/5V spínaný 5,0A silová část 0,07W 12V/3,3V spínaný 0,2A digitální řízení 0,3W 0,2W 12V/2,7V spínaný 2,7V/2,5V lineární 1,0A citlivé analogové obvody Varianta 3 Očekávaná účinnost spínaných zdrojů je 90% strana 31

Spínaný stabilizátor + LDO Mezi jednotlivými variantami je třeba vybrat podle konkrétních požadavků na složitost (spolehlivost) systému, cenu, velikost zdroje a celkovou účinnost. Návrh spínaných zdrojů i lineárního stabilizátoru odpovídá postupu popsanému dříve v této prezentaci. Pozor! U varianty 1 a 2 je třeba výstup spínaného stabilizátoru 3,3V dimenzovat na proud, který je roven součtu výstupního proudu větvě 3,3V a proudu větve 2,5V, tedy celkem 1,2A! strana 32

www Někteří výrobci integrovaných stabilizátorů ON Semicondutcor Texas Instruments Fairchild Linear Technology National Semicondutcor Analog Devices Maxim ST Microelectronics Taiwan Semiconductor NXP ROHM Diodes Inc. Freescale... http://www.onsemi.com/ http://www.ti.com/ http://www.fairchildsemi.com/ http://www.linear.com/ http://www.national.com/ http://www.analog.com/ http://www.maxim-ic.com/ http://www.st.com/ http://www.ts.com.tw/ http://www.nxp.com/ http://www.rohm.com/ http://www.diodes.com/ http://www.freescale.com/ strana 33