Izvori jednosmjernog napona

Извори једносмјерног напона

У основи извор једносмјерног напона чини:

Улазни трансформатор, исправљач и претварач једносмјерног напона.

Исправљачи претварају наизмјенични напон у једносмјерни и разликују се према начину кориштења енергије из примарног извора и степену управљивости, тако да имамо полуталасно, односно пуноталасно исправљање улазног напона, а са становишта управљивости неуправљиве и управљиве исправљаче.

Филтри могу бити пасивни (капацитивни и/или индуктивни) и активни, обично транзисторски.

Претварачи једносмјерног напона обично се реализују као линеарни, самоосцилујући, прекидачки (користи се техника импулсно-ширинске модулације) и резонантни.


У новијим реализацијам претварача изоставља се улазни трансформатор, а на улаз се ставља коло за корекцију фактора снаге (PFC).

Transformator Ispravljač Filtar

DC/DCRegulator

V V

PrimarniAC izvor

Upravlja kičsklop

AC/DC PRETVARAČ


Полуталасни исправљачи

Полуталасни исправљачи ријетко се користе (“+” полупериоду улазног напона пропуштају ,а “-” одсјецају). Једносмјерна компонента излазног напона је мала, ефикасност кориштења енергије из извора за напајање, такође, а средња вриједност струје из извора није једнака 0. То су разлози због чега се у пракси много више користе пуноталасни исправљачи.

V

V 0.45V»

V

VV = 2VÖ

0

sr ef

S

0

SM ef

t

a) b)

V V VS 0

D

RL


Фреквенција излазног напона 2 пута је већа од фреквенције улазног, а средња вриједност излазног напона једнака је:

D D

D D

4 2

2 4D , uklj. D , uklj.

D , isklj. D , isklj.1 3

3 1

VS V0

D D4 2

D D1 3

RL

V0

t

V 0.9V»

V = 2VÖ0M 0ef

0sr 0ef

a) b)

c)

VS

RL

D

D

D

D

1

3

4

2

i

i

i

i

+

-

-

+

V

.. sefSMosr V90V2

V

Iosr=Vosr/R –средња вриједност струје оптерећења


Капацитивни филтар

Већином је оптерећење које треба напајати отпорно. Капацитивни филтар садржи само један кондензатор велике капацитивности који се спаја паралелно с оптерећењем . Он придржава излазни напон на оптерећењу и обезбјеђује му струју при мањим вриједностима исправљеног секундарног напона. На овај начин добија се и већа средња вриједност излазног напона.

V

V

M

m

V0sr

VS

w t

w t

D

i

a a + b + b 32 2

idI0

b)

V0

VV

0

0

a)

V VSV0

D D4 2

D D1 3

RLC

I

i

0

d

A

B


Линерани DC/DC претварачи и стабилизатори претварају и стабилишу исправљени мрежни напон, или напон акумулатора, на одговарајући напон оптерећења који би требао да је независан од улазног напона и струје оптерећења. Назив линеарни потиче отуда што регулишући (стабилишући) транзистор ради у линеарном (активном) режиму. У суштини, читав преварач је линеарно коло с негативном повратном спрегом којом се обезбјеђује константан излазни напон при промјенама

Основни функционални елементи и блокови су:• серијски регулишући транзистор TS,• струјни извор IBQ за претполаризацију транзистора TS,• коло повратне спреге и• извор референтног напона VREF.

+

Poja avagre ke

č čš

Kolo povratnesprege

Izvor re ferentnog

napona

Serijskitranzistor

T S

R

R

V

V

1

R L

2

2

R EF

V0

I

I

V

BQ

0

I

+

EA


Транзистор TS спојен je у сeриju с оптерeћeњeм RL. Он преузима промјене улазног напона и обезбјеђује потребну струју оптерећења. За његову претполаризацију користи се струјни генератор IBQ који обезбјеђује почетну струју базе по укључењу транзистора. У функцији овог струјног генератора може да буде и отпорник.

Коло повратне спреге састоји се од отпорног дјелитеља R1-R2 с кога се узима узорак излазног напона и пореди с референтним напоном VREF . У статичким условима:

.VV

RR

RV oREF 2

21

2


Ако се промјени VO, доћи ће до промјене напона V2. Разлику VREF-V2 појачава појачавач грешке смањујући, или повећавајући побуду серијског транзистора TS. Уколико је, на примјер, дошло да смањења струје IO, смањиће се побуда VO . Позитивна разлика VREF-V2 појачава се и преко појачавача грешке повећава побуду транзистора TS, што доводи до повећања његове струје емитора, а тиме и излазне струје IO и напона VO . Дакле, посљедица потискује узрок. На тај начин остварује се стабилизација излазног напона.

DZ

T

T

S

1

R

R

V

1

R

R

L

B

2

R2 2

V0

IV

0

I

IC Примјер реализације линеарног стабилизатора напона у дискретној техници.


Најједноставнији линеарни регулатор, какав се некада користио у дискретној техници има Зенер диоду DZ у функцији извора референтног напона, а транзистор Т1 у функцији појачавача грешке. Преко отпорника RZ обезбјеђује се претполаризација Зенер диоде, а преко RB побуђује се регулишући транзистор TS. Транзистор TS пореди референтни напон VZ са дијелом излазног напона узетог преко раздјелника R1-R2. Његова струја колектора је функција напона VBE1=V2-VZ.

Умјесто отпорника RB користе се извори константне струје као предрегулатори који обезбјеђују побуду независну од улазног напона. У функцији предрегулатора често се користи и JFET с кратко спојеним сорсом и гејтом као струјни извор.


Интегрисани стабилизатори напона

У изради висококвалитетних стабилизатора напона данас се користе интегрисани стабилизатори. Могућности које пружа интегрисана техника довеле су до израде веома стабилних и поузданих стабилизатора напона у једном кућишту. Глобално се могу подијелити у 3 групе:• интегрисани стабилизатори опште намјене, или подешљиви стабилизатори с могућношћу подешавања излазног напона (engl. adjustаblе),• интегрисани стабилизатори с три извода (eng. Three-terminal) код којих је излазни напон фиксан (eng. fix-voltage) и• двојни пратећи (eng. dual-tracking) интегрисани стабилизатори.

Интегрисани стабилизатори опште намјене имају већи број вањских извода (8 до 10). Захваљујући томе, комбинујући с вањским компонентама, с овим интегрисаним стабилизаторима могуће је конструисати најразноврсније стабилисане изворе. Улазни и излазни напон могу се мијењати у широким границама.


Блок шема интегрисаног стабилизатора напона

V0

+

V

RSC

R L

R

R

T1

T2

REF

V0

I

+V

0

I

EA

TT2

NI INV COMP.

CL

CS

T

T

T

T

T1

S1

CL

S2

D ZT

Strujnoograni -

čenje

Osnovni dioregulatora

Termi ka čzaštita

I Z


Струјно ограничење

Струјним ограничењем штити се стабилизатор од претјеране дисипације која би могла да доведе до прегријавања кола, па и до катастрофалног отказа. Највећа дисипација је на серијском транзистору, јер кроз њега протиче скоро сва струја оптерећења која је много већа од струја напајања осталог дијела стабилизатора. Дисипација на серијском транзистору је PD=(VI-VO)IO , гдје је VI улазни нерегулисани напон. Она је највећа када је излаз кратко спојен, тј. при VO=0. Тада је PD=VIIO . Овај износ мора да буде мањи од максимално дозвољене дисипације PDM коју произвођач даје као карактеристичан податак сваког стабилизатора. Заштита од прегријавања, при датом улазном напону, врши се ограничењем излазне струје. Из услова PD VIIO произлази да је струја ограничења:

.I

DMOCL V

PI


Најједноставније коло ограничења излазне струје састоји се од транзистора TCL и отпорника RSC који се прикључује између базе и емитора TCL редно с оптерећењем RL. Све док је RSCIO<VBEt »0.6V, гдје је VBEt напон прага вођења транзистора TCL, транзистор TCL је искључен и заштитно коло нема никакво дејство. У овом дијелу карактеристике VO-IО излазни напон стабилизатора је константан и не зависи од IO. Каже се да излаз ради у режиму константног излазног напона. Повећањем оптерећења (смањење отпорности RL) повећава се струја IO . При RSCIO=VBEt , транзистор TCL почиње да води. Његова струја колектора смањује побудну струју серијског транзистора. То доводи до повећања напона колектор-емитор серијског транзистора и до смањења излазног напона. Карактеристика VO-IО у овом дијелу је веома стрма. Практично излазна струја не зависи од излазног напона који опада од регулисане вриједности VOR до нуле, када је на излазу кратак спој, тј. RL=0. Зато се каже да у овом опсегу оптерећења (0RLRL2) стабилизатор ради у режиму струјног генератора на излазу. С обзиром на то да је ограничење наступило при RSCIO=VBEt , онда је излазна струја ограничења: .

6.0

SCSC

BEtOCL R

V

R

VI »


R

R

R

L 1L 2

L 3

V

V = 1 5 V

V

0

0R

0

I

I

II0

0

0SC0C L

RL3< RL2< RL1

Термичка заштита

Код снажних интегрисаних кола, као што су напонски стабилизатори и појачавачи снаге, због велике струје транзистора долази до загријавања силицијума. Познато је да је максимална температура силицијумског pn споја 175. Да не би дошло до прегријавања преко ове темпертуре, снажна интегрисана кола имају уграђену унутрашњу термичку заштиту. Елементи заштитног кола су смјештени близу елемента који трпи највећу дисипацију снаге (серијски транзистор) тако да су им температуре приближно једнаке

Коло термичке заштите интегрисаних стабилизатора


RL

+V I

T5

EAR

R

5

6

T T2

T T1

D ZT

I Z

I I

I

CT2 QA

BS

Term

i kasp

rega

I 0

c


Елементи термичке зашите су: Зенер диода DZT, транзистори ТТ1 и ТТ2, отпорници R5 и R6 и струјни генератор за претполаризацију (напајање) Зенер диоде и транзистора ТТ2. Нормално је пад напона на R6 мањи од напона прага транзистора ТТ2 тако да је он искључен, па је ICT2=0. Порастом температуре струја кроз отпорнике R5 и R6 расте, јер напон на њима VZ-VBE1 има позитиван температурски коефицјент, будући да напон Зенер диоде има позитиван, а диоде негативан температурни коефицијент

),()()( 00 TTdT

dVTVTV Z

ZZ

),()()( 00 TTdT

dVTVTV BE

BEBE

Т0 – је собна температура

Истовремено напон прага база-емитор транзистора ТТ2 опада. Пошто напон на R6 расте, а напон прага VBEt2 опада с порастом температуре, очигледно је да ће при одређеној температури доћи до укључивања ТТ2.


Његова струја ICT2 смањује побудну струју IBS транзистора TS, а тиме и излазну струју која је узрок прегријавања. У крајњем случају при максималној температури ТјМ=175, транзистор ТТ2 треба употпуности да преузме струју појачавача грешке, тј. ICT2(175)=IQA. Пошто је IQA=ICT2+IBS , то значи да је серијски транзистор остао без побуде, односно да је искључено напајање оптерећења (IO =0).

Documents

Izvori jednosmjernog napona