Flyback converter (Blokující měnič)



Podobné dokumenty
LC oscilátory s transformátorovou vazbou

LC oscilátory s transformátorovou vazbou II

8. ZÁKLADNÍ ZAPOJENÍ SPÍNANÝCH ZDROJŮ

Zdroje napětí - usměrňovače

Stejnosměrné měniče. přednášky výkonová elektronika

Zvyšující DC-DC měnič

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

Elektromechanický oscilátor

V následujícím obvodě určete metodou postupného zjednodušování hodnoty zadaných proudů, napětí a výkonů. Zadáno: U Z = 30 V R 6 = 30 Ω R 3 = 40 Ω R 3

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

LABORATORNÍ PROTOKOL Z PŘEDMĚTU SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA

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

Určeno pro posluchače všech bakalářských studijních programů FS

Návrh toroidního generátoru

Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering. Fakulta elektrotechnická. České vysoké učení technické v Praze

Základy elektrotechniky

LC oscilátory s nesymetrickým můstkem II

Základní pojmy z oboru výkonová elektronika

Bezpohybový elektrický generátor s mezerou uprostřed

Czech Audio společnost pro rozvoj technických znalostí v oblasti audiotechniky IČ :

PŘECHODOVÝ JEV V RC OBVODU

Zapojení horního spína e pro dlouhé doby sepnutí

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

Obvodové prvky a jejich

Rezonanční řízení s regulací proudu

VÝKONOVÉ TRANZISTORY MOS

Příklady: 28. Obvody. 16. prosince 2008 FI FSI VUT v Brn 1

Určeno pro posluchače bakalářských studijních programů FS

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jiří Kozlík dne:

200W ATX PC POWER SUPPLY

MODELY SPÍNANÝCH ZDROJŮ V PROGRAMU MATLAB-SIMULINK

R 4 U 3 R 6 R 20 R 3 I I 2

Přechodné děje 1. řádu aplikační příklady

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Zvyšování kvality výuky technických oborů

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, měření elektrického napětí

3. Změřte závislost proudu a výkonu na velikosti kapacity zařazené do sériového RLC obvodu.

Obr. 2 Blokové schéma zdroje

FAKULTA INFORMAČNÍCH TECHNOLOGIÍ

5. POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

Základy elektrotechniky 2 (21ZEL2) Přednáška 1

ZADÁNÍ: ÚVOD: SCHÉMA: POPIS MĚŘENÍ:

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, měření elektrického proudu

Rezonanční elektromotor II

[Otázky Autoelektrikář + Mechanik elektronických zařízení 1.část] Na rezistoru je napětí 25 V a teče jím proud 50 ma. Rezistor má hodnotu.

1.1. Základní pojmy 1.2. Jednoduché obvody se střídavým proudem

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Unipolární tranzistor aplikace

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

Zadané hodnoty: R L L = 0,1 H. U = 24 V f = 50 Hz


ŘÍZENÝ ZDROJ NAPĚTÍ. Michael Pokorný. Střední průmyslová škola technická. Belgická 4852, Jablonec nad Nisou

6 Měření transformátoru naprázdno

Zdroje napětí /Vlček/

Napájení mikroprocesorů

Interakce ve výuce základů elektrotechniky

Napájení krokových motorů

9 V1 SINE( ) Rser=1.tran 1

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

MĚŘENÍ JALOVÉHO VÝKONU

2. STŘÍDAVÉ JEDNOFÁZOVÉ OBVODY

Tel-30 Nabíjení kapacitoru konstantním proudem [V(C1), I(C1)] Start: Transient Tranzientní analýza ukazuje, jaké napětí vytvoří proud 5mA za 4ms na ka

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Rezonanční elektromotor

Usměrňovače, filtrace zvlněného napětí, zdvojovač a násobič napětí

Digitální učební materiál

Jednofázové a třífázové polovodičové spínací přístroje

MS - polovodičové měniče POLOVODIČOVÉ MĚNIČE

Mechatronické systémy se spínanými reluktančními motory

Přehled veličin elektrických obvodů

Tématické okruhy teoretických zkoušek Part 66 1 Modul 3 Základy elektrotechniky

PŘEDNÁŠKA 1 - OBSAH. Přednáška 1 - Obsah

A1M14 SP2 Min. NULOVÉ SPÍNAČE

Identifikátor materiálu: VY_32_INOVACE_356

Statické měniče v elektrických pohonech Pulsní měniče Jsou to stejnosměrné měniče, mění stejnosměrné napětí. Účel: změna velikosti střední hodnoty

A8B32IES Úvod do elektronických systémů

II. Nakreslete zapojení a popište funkci a význam součástí následujícího obvodu: Integrátor s OZ

Fyzikální praktikum...

Nelineární obvody. V nelineárních obvodech však platí Kirchhoffovy zákony.

+ U CC R C R B I C U BC I B U CE U BE I E R E I B + R B1 U C I - I B I U RB2 R B2

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_02_Jednofázové, třífázové a řízené usměrňovače Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

Dioda jako usměrňovač

1. Navrhněte a prakticky realizujte pomocí odporových a kapacitních dekáda derivační obvod se zadanou časovou konstantu: τ 2 = 320µs

Integrovaná střední škola, Sokolnice 496

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ

MĚŘENÍ Laboratorní cvičení z měření Měření parametrů tyristoru část Teoretický rozbor

Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka Elektronika - Zdroje SPÍNANÉ ZDROJE

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.5 Název: Měření osciloskopem. Pracoval: Lukáš Ledvina

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný osciloskopem. Jaké je efektivní napětí signálu?

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

1 Jednoduchý reflexní přijímač pro střední vlny

1 U Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose v uvedeném grafu.

Řízení spínaných zdrojů

MĚŘENÍ NA INTEGROVANÉM ČASOVAČI Navrhněte časovač s periodou T = 2 s.

ÚVOD. Výhoda spínaného stabilizátoru oproti lineárnímu

Kompenzovaný vstupní dělič Analogový nízkofrekvenční milivoltmetr

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

2. Pomocí Theveninova teorému zjednodušte zapojení na obrázku, vypočtěte hodnoty jeho prvků. U 1 =10 V, R 1 =1 kω, R 2 =2,2 kω.

NÁVRH TRANSFORMÁTORU. Postup školního výpočtu distribučního transformátoru

Transkript:

Flyback converter (Blokující měnič) 1 Blokující měnič patří do rodiny měničů se spínaným primárním vinutím, což znamená, že výstup je od vstupu galvanicky oddělen. Blokující měniče se používají pro napájení téměř všech elektronických přístrojů s nízkou spotřebou energie, přibližně do 300W. Příklady jsou televize, osobní počítače, tiskárny, atd. Blokující měniče mají pozoruhodně nízký počet součástek v porovnání s jinými spínanými napájecími zdroji (SMPS, switched-mode power supply). Také mají výhodu, že jedním řídicím obvodem lze regulovat několik výstupních napětí. Obr. 1: Blokující měnič Obr. 1 ukazuje základní zapojení blokujícího měniče. Tranzistor pracuje jako spínač, který je řízen šířkově modulovaným napětím V cont. Během doby T on (tranzistor sepnut) je napětí primárního vinutí transformátoru V 1 rovno vstupnímu napětí V in, což se projeví lineárním růstem proudu I 1. Během této fáze (T on ) je sekundární proud roven nule, protože je blokován diodou. Když je tranzistor vypnut, primární proud I 1 je přerušen, napětí vlivem Faradayova zákona (u = L*di/dt) změní polaritu, dioda vede a energie se z jádra transformátoru přes diodu přesune do výstupního kondenzátoru C out. Během doby T on (tranzistor sepnut) je na tranzistoru napětí drain-source V DS rovno nule. Během doby T off (tranzistor rozepnut) je výstupní napětí V out transformováno zpátky na primární stranu a napětí drain-source teoreticky stoupne na V DS = V in + V out *N 1 /N 2. Pokud je použito síťové napětí 230V/50Hz, V DS stoupne přibližně na hodnotu 700V. V praxi bude toto napětí ještě vyšší díky rozptylové indukci transformátoru. Proto použijeme tranzistor s průrazným napětím drain-source 800V. Transformátor není běžný transformátor, protože jeho funkcí je ukládat energii během doby T on a tuto energii během doby T off dodávat přes diodu do výstupního kondenzátoru. Ve skutečnosti je transformátor vlastně akumulační tlumivka s primárním a sekundárním vinutím. Pro uložení energie v jádře transformátoru je potřeba vzduchová mezera (běžné transformátory vzduchovou mezeru nemají). Důležitým požadavkem na tento transformátor je, aby primární a sekundární vinutí bylo vzájemně pevně svázáno pro dosažení co nejmenší rozptylové indukčnosti. Energie rozptylové indukčnosti se nepřenese na sekundár, ale je přeměněna na teplo na primární straně.

2 Obr. 2: Napětí a proudy blokujícího měniče Návrh blokujícího měniče: V ustálených podmínkách musí být střední hodnota primárního napětí V1 rovna nule (kdyby tomu tak nebylo, proud by nekonečně rostl). To vede k rovnici: z níž dostaneme: Pokud bude střída ovládacího napětí V cont spínacího tranzistoru 50%, tj. t 1 = T t 1 = T/2, předchozí vztah se nám zjednoduší na:

3 Průrazné napětí tranzistoru a závěrné napětí diody v tomto případě musí být: Předepsané průrazné napětí tranzistoru musí být zvoleno o dost vyšší, protože při vypnutí na něj působí energie rozptylové indukčnosti L s, která se nepřenese na sekundární stranu. Aby toto přepětí bylo v přijatelných mezích, je vyžadován tlumicí člen (viz obr. 3). V okamžiku vypnutí tranzistoru se proud způsobený rozptylovou indukčností L s odvede přes diodu D a nabije kondenzátor C. Výkon se rozptýlí v rezistoru R. Pokud je vyžadováno, aby R a C pracovaly při napětí 230VAC, hodnota R se určí experimentálně tak, aby se zajistilo, že stejnosměrné napětí na C bude v rozsahu 350V až 400V. Obr. 3: Tlumicí člen pro omezení napěťových špiček na tranzistoru. Při návrhu transformátoru musí být nejdříve vypočítána indukčnost L 1. Úkolem L 1 je ukládat energii během fáze T on tranzistoru, což je energie požadovaná na výstupu. Tato energie je dána vztahem W = P out *T, kde T je periodaspínací frekvence a P out je jmenovitý výkon. Tato energie je uložena v primární indukčnosti během první části periody a je přenesena do výstupního kondenzátoru během druhé části periody spínání. Pro naše výpočty budeme uvažovat, že obě části periody jsou stejně velké, tj. T/2. Během doby T on tranzistoru je napětí na primární cívce rovno V in a proud I 1 lineárně roste. V každém cyklu vstupní energie dosáhne hodnoty: Tato energie je uložena do L1 a můžeme ji vypočítat jako:

4 Ze dvou posledních vztahů dojdeme úpravami ke vzorci pro velikost primární indukčnosti: Poznámka překladatele: Když oba výše uvedené vztahy pro W spojíme do jedné rovnice, jednoduchou úpravou dostaneme: L 1 = V in /I 1max *T/2 = V in /(2I 1max *f) (1) Protože předpokládáme nulové ztráty, rovná se výstupní výkon P out příkonu. Musíme proto najít vztah pro střední hodnotu příkonu během jedné periody T. Energie dodaná do měniče během jedné periody je dána integrálem T Q = ui dt (2) 0 Vstupní napětí je konstantní: u(t) = V in, zatímco proud lineárně roste po dobu T/2: i(t) = 2I max *t/t. Můžeme tedy integrál (2) napsat následovně: T/2 T/2 Q = 2V in *I max /T t dt = 2V in *I max /T [ t 2 /2 ] = 2V in *I max /T *( T/2 ) 2 /2 = V in *I max *T/4 0 0 Q = V in *I max *T/4 (3) Když energii Q vydělíme dobou periody T, dostaneme střední hodnotu příkonu Nyní (4) upravíme: I max = 4P 1 /V in a dosadíme do (2) : P 1 = V in *I max /4 (4) L 1 = V in /(2I 1max *f) = V in /(8P 1 /V in* f) = V in2 /(8P out *f) (inspirace viz http://fyzikalniulohy.cz/uloha.php?uloha=233 ) Výše uvedený výpočet předpokládá účinnost 100%. Pokud budeme uvažovat, že účinnost η < 1, znamená to, že musíme uložit víc energie do L1, takže tuto indukčnost vypočítáme následovně: Účinnost η musíme odhadnout, protože její hodnotu v době návrhu neznáme. (η 0,75 je běžně dobrý odhad.)

5 Obr. 4: Tvar vstupního proudu. Špičková hodnota proudu I 1 je: Efektivní hodnota proudu I 1 je: Jádro transformátoru a jeho vinutí nyní vypočítáme s pomocí článku Výpočet tlumivky a vysokofrekvenčního transformátoru. Výstupní kondenzátor C out je nabíjen impulzy (viz obr. 2). Zvlnění výstupního napětí V out je způsobeno pulzujícím proudem I 2 a je hlavně určeno impedancí kondenzátoru Z max. Impedanci Z max často označujeme jako ESR (equivalent serial resistance) a můžeme ji nalézt v datasheetu příslušného kondenzátoru. Velikost zvlnění napětí je dáno následovně: Kapacitu vstupního kondenzátoru C in pro síťové napětí 230V/50Hz vypočítáme následovně: Poznámka překladatele: Tj. příkon P in vynásobíme konstantou 1µF/W, takže např. pro P in = 10W dostaneme C in 10 µf. Zvláštním rysem blokujícího měniče je možnost řídit několik izolovaných výstupních napětí jediným řidicím obvodem (obr. 5).

6 Obr. 5: Blokující měnič pro několik výstupních napětí. Jedno výstupní napětí je řízeno (na obr. 5 V out3 ). Napětí V out2 je spřaženo s V out3 převodním poměrem Energie, jež je uložena v L 1 během doby T on se během doby T off přesouvá na výstupy. Výstupní napětí udržují své hodnoty v závislosti na převodním poměru. Tato výstupní napětí se s ohledem na převodní poměry z primární strany jeví jako paralelní. Tudíž energie z primární strany se přesouvá na výstup, kde se vyskytuje nejnižší napětí. Zdroj: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/ Překlad: Ladislav Kopecký