VÝUKOVÝ MATERIÁL Identifikační údaje školy Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony Autor Tematická oblast Číslo a název materiálu Anotace Vyšší odborná škola a Střední škola, Varnsdorf, příspěvková organizace Bratislavská 2166, 407 47 Varnsdorf, IČO: 18383874 CZ.1.07/1.5.00/34.1076 Pro vzdělanější Šluknovsko 32 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT 0210 Bc. David Pietschmann. Elektronika napájecí zdroje VY_32_INOVACE_0210_0116 Principy používané ve spínaných zdrojích 1 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 I 1 kondenzátor C 1 přes indukčnost L 1 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L 1 snaží udržet svůj proud I 1, jenž je nyní odebírán z C 1 jako I 2 přes D 1
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 I 1 indukčnost L1, kondenzátor C 1 vybíjíme do zátěže, diodou D 1 odděleno od spínače 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L 1 snaží udržet svůj proud I 1, vzniká na ní indukované napětí, které se přičítá k napětí napájecího zdroje; C 1 je nabíjen proudem I 2 přes D 1 (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 I 1 indukčnost L 1 2)po rozepnutí spínače se indukčnost L 1 snaží udržet svůj proud I 1, jenž je nyní odebírán z C 1 jako I 2 přes D 1 Vlastnosti: výstupní napětí může být větší nebo menší, než vstupní
Konstrukce (všechny) Důležitým krokem je určení hodnoty indukčnosti cívky, odvíjí se z: Spínané zdroje 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 = t 1 + t 2 přenášený výkon P = A T výstupní výkon indukčnost P = L I2 2 T = L I2 f 2 L = P = U 2 out R Z 2 U out 2 R Z I 2 f
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 U gs zotavení pod 100 ns; na sepnutém T1 do 0,2V; na rozepnutém kolem 30V výkonové vinutí N3 Spínané zdroje
Řízení spínání Spínané zdroje 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 d.pietschmann@vosassvdf.cz 412 315 047
Zdroje (1) Krejčiřík, A.: Napájecí zdroje I. Základní zapojení analogových a spínaných napájecích zdrojů, BEN technická literatura, Praha 1997, ISBN 80-86056- 02-3
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