Impulzní zdroje a měni?e I. - P?ehled topologií impulzních zdroj? (s galvanickym oddělením)

    Zde popí?u 3 základní topologie spínanych zdroj?/měni??. Témě? ka?dy zdroj nebo měni?, se kterym se setkáte ve spot?ební elektronice, pat?í do jedné z těchto topologií. Budu popisovat hlavně vykonnou ?ást zdroj?, ?ídící elektroniku jen principielně. Vyhody impulzních zdroj? oproti klasickym jsou nesporné. ?ádné tě?ké trafo, malé rozměry, níkzá cena, malé tepelné ztráty, velky rozsah vstupního napětí, mo?nost nastavení vystupního napětí bez velkého sní?ení ú?innosti. Nevyhodou je elektromagnetické ru?ení, které se v?ak dá s pou?itím vhodnych filtr? omezit. Tranzistor v impulzním (=spínaném) zdroji neslou?í jako spojity regulátor, ale nachází se jen ve stavech sepnuto nebo rozepnuto. Regulace a stabilizace vystupního napětí impulzního zdroje probíhá regulací ?í?ky pulz? (poměr ?asu, kdy je spína? sepnut, a ?asu, kdy je rozepnut, tzv. PWM). Tuto regulaci zaji??uje ?ídící obvod, ktery ovládá bázi nebo gejt vykonného spína?e (tranzistoru). Impulzní zdroj se velmi podobá DC/DC měni?i, proto?e hned za odru?ovacím filtrem se sí?ové napětí usměrní a zdroj tedy v?bec nepracuje se sí?ovou frekvencí 50Hz. Filtra?ní kondenzátor (elektrolyt) musí mít dostate?nou kapacitu, aby udr?el napětí i v době, kdy sí? prochází nulou, na dostate?né hodnotě. Zjednodu?eně ?e?eno, impulzní zdroj nejprve sí?ové napětí usměrní, pak ho změní opět na st?ídavé napětí, ale o mnohem vy??í frekvenci, to se potom transformuje impulzním trafem, a nakonec opět usměrní. Na usměrnění vysokofrekven?ního napětí je pot?eba pou?ívat rychlé diody (s malou dobou reverzního zotavení). Vhledem k vysové frekvenci nemohou byt tlumivky a trafa ?elezné, ale jedině feritové nebo ?elezoprachové. Kv?li sní?ení rozptylu trafa se vět?inou vine nejprve polovina závit? primáru, pak sekundár(y) a nakonec druhá polovina primáru. Pracovní frekvence zdroj? se vět?inou volí 20kHz nebo více, tedy nad hranicí sly?itelnych kmito?t?, aby nebylo sly?et ze zdroje pískání. Zeleně jsou ve schématech ozna?eny ochranné prvky. Pro pochopení principu ?innosti si je m??ete odmyslet, ale v praxi se bez nich neobejdete (do?lo by ke zni?ení tranzistor?). Podrobněj?í informace o ochranně vykonnych tranzistor? ve spínané technice (nutnost!!!) najdete v tomto ?lánku.

Poznámka: Ve schématech jsou znázorněny MOSFETy, ale návrhy lze aplikovat i na IGBT a bipolární NPN tranzistory. Pouze u dvoj?innych zdroj? (III.) je nutno doplnit o antiparalelní diodu ty typy tranzistor?, které jí nemají zabudovanou.


    I. Blokující zdroj
Tento jednoduchy typ impulzního zdroje pou?ívá trafo SE VZDUCHOVOU MEZEROU a jeden spína? (vykonny tranzistor). Trafo se zde chová spí?e jako tlumivka s více vinutími. V jednom kroku se spínací prvek (tranzitor) sepne, proud te?e do primáru trafa a v jád?e trafa se hromadí energie (v tuto chvíli je dioda na sekundáru v závěrné polaritě a sekundárem nete?e proud). Ve druhém kroku se tranzitor rozepne, polarita napětí na vinutích se oto?í. Energie z jádra trafa se p?ená?í do sekundáru, usměrňuje diodou a putuje do zátě?e. Trafo energii nep?ená?í p?ímo, ale pumpuje. To je d?vodem, pro? se zdroj nehodí pro vět?í vykony - trafo by muselo p?i vy??ích vykonech byt neúnosně velké (i kdy? stále men?í, ne? ?elezné trafo v klasickém zdroji).

    Vyskyt:
Jedno?inny blokující zdroj najdete témě? ve v?em, co doma pou?íváte, od nabíje?ek, adaptér? a holících strojk? a? po v?echnu videotechniku (televizory CRT i LCD, videa, DVD, Satelity, DVB-T, ...), PC monitory, a napájecí zdroje pro notebooky ?i tiskárny. Nej?astěj?ím ?ídícím integrovanym obvodem je UC3842, UC3843, UC3844, UC3845.
    Vyhody:
Jedná se o nejjednodu??í topologii. Není nutná velká vystupní tlumivka ani dvoujcestné usměrnění, ?ádná rekuperace, velky rozsah vstupního napětí (zdroj pracuje bez p?epínání p?i v?ech sí?ovych napětích světa 100 - 240 V~). Lze postavit i samokmitající verzi bez ?ídícího IO, jen s 1 nebo více pomocnymi tranzistory. U verze do 10W m??e dokonce pracovat s jedinym vykonnym tranzistorem bez dal?ích aktivních sou?ástek. Blokující zdroj m??e slou?it i jako regulovany zdroj vysokého napětí.
    Nevyhody:
Nehodí se pro vět?í vykony. Nad cca 100 - 150 W ztrácí svoje vyhody. Pro vět?í vykony pot?ebuje velké feritové trafo (mnohem vět?í, ne? propustny ?i dvoj?inny zdroj stejného vykonu), proto?e trafo zde slou?í i jako zásobárna energie (trafo je zde vlastě tlumivka s více vinutími a slou?í zároveň jako transformátor i jako vystupní tlumivka). Tranzistor musí byt dimenzován na 150 - 200% vstupního napětí. V praxi se sítí 230V~, která po usměrnění vytvo?í napětí 325V=, musí byt spínací tranzistor dimenzován cca na 500 - 650 V.
Blokující impulzní zdroj
Blokující spínany zdroj.



    II. Propustny zdroj
Tento typ zdroje vyu?ívá trafo BEZ VZDUCHOVé MEZERY v propustné p?lperiodě a díky tomu se hodí pro zdroje nad 100W. Proud te?e do primáru trafa p?es sepnuty tranzistor a zároveň te?e proud ze sekundáru na vystup. Energie nahromaděná v jádru trafa během ?asu, kdy je tranzistor sepnut, je zde narozdíl od blokujícího zdroje nevyu?ita. Během ?asu, kdy je tranzistor rozepnut, je enegie z jádra trafa rekuperována (vrací se do kondenzátoru na primární straně). Proto?e trafo zde neslou?í jako zásobárna energie, je NUTNé pou?ít vystupní tlumivku. Horní dioda usměrňova?e slou?í k usměrnění propustné p?lperiody, dolní dioda p?ebírá proud vystupní tlumivky, kdy? je na sekundáru záporné napětí (tranzistor je rozepnut). St?ída spínání musí byt v?dy men?í ne? 50%. Proto se ?asto pou?ívají ?ídící obvody UC3844 ?i UC3845, které mají st?ídu vnit?ně omezenou pod 50%.

    Vyskyt:
Tento zdroj je nejméně roz?í?en. Pou?ívá se v některych PC zdrojích ATX, zvlá?tě v miniaturních verzích a ve zna?kovych zdrojích (verze A, B, C). S verzí D (nazyván propustny zdroj se dvěma spína?i, polo?ízeny m?stek ?i ?ikmy polom?stek) se m??ete setkat ve vykonněj?ích napájecích zdrojích. Najdeme ho i nap?. ve svá?ecích invertorech (zde pracuje s nepatrnou ?i ?ádnou vystupní filtra?ní kapacitou). Verze A, B, C jsou vhodné pro vykony cca 100 - 500W. Verze D je vhodná pro vykony cca 400 - 3000W.
    Vyhody:
Velky vykon p?i men?í slo?itosti ne? dvoj?inny zdroj. Je pot?eba jen jeden budící signál pro tranzistor(y) a jednodu??í ?ídící obvod, ne? má dvoj?inny zdroj. Verze A, B, C bez plovoucího buzení tranzistoru. Verze D má vyhodu v p?ímé rekuperaci bez pomocného vinutí ?i pomocné tlumivky, a dále také v tom, ?e na tranzistorech nikdy není vy??í napětí, ne? vstupní napětí.
    Nevyhody:
U verzí A, B, C musí byt tranzistor dimenzován na více ne? 200% vstupního napětí, v praxi se sítí 230V~ (325V= po usměrnění) je to nejméně 800V. MOSFETy na tak velké napětí vět?inou mají jen maly povoleny proud a velky odpor v sepnutém stavu, nebo jsou drahé, IGBT nad 600V jsou pomalé. U verze D je nutné budit plovoucí gejt horního tranzistoru. Propustny zdroj pot?ebuje rekuperaci (ob?as se to obchází RCD ?lánkem, kde se na odporu ztrácí dosti velky vykon). ?pi?kové napětí na sekundáru p?i propustné p?lperiodě musí byt mnohem vy??í, ne? vystupní usměrněné napětí (alespoň 4x, proto?e je nutno po?ítat nejen se stabiliza?ní rezervou, kv?li které se volí napětí alespoň 2x vy??í, ale také s omezením maximální délky propustného pulzu vět?inou do 50%). Z toho d?vodu se p?íli? nehodí pro velká vystupní napětí.
Jedno?inny propustny impulzní zdroj
Jedno?inny propustny zdroj. A,B jsou klasické zapojení. C pou?ívá rekuperaci pomocí samostatné tlumivky. D je propustny zdroj se dvěma spína?i.



    III. Dvoj?inny zdroj
Tento typ zdroje vyu?ívá trafo nejefektivněji - má nejvy??í poměr vykonu ku rozměr?m trafa. Proto se hodí pro velké vykony od 100W nahoru. Trafo má jádro bez vzduchové mezery. Spínací tranzistory st?ídavě p?ipojují vstupní napětí k primáru v obou polaritách. Na sekundáru jsou té? usměrněny obě p?lperiody (dvoucestny usměrňova?). Regulace je symetrická pulzně ?í?ková - reguluje se sou?asně ?í?ka pulz? v obou polaritách. Po usměrnění se frekvence pulz? zdvojuje a tím umo?ňuje pou?ití men?í filtra?ní induk?nosti a kapacity na vystupu. Pr?běhy napětí v obvodu znázorňují grafy.

    Vyskyt:
Tento zdroj je typicky pro vykony od 100W a? po nejvy??í vykony. Verze A (polom?stek) je typická pro zdroje v PC (AT, ATX). Verze B ("houpa?ka") je ?astá u za?ízení s men?ím napájecím napětím (bateriové), nap?. měni?e a UPS a jiná p?enosná za?ízení. Verze C (plny m?stek) se pou?ívá pro velmi vysoké vykony. Nej?astěj?í ?ídící IO dvoj?innych zdroj? byvá TL494 nebo ekvivalentní KA7500, někdy také SG3525.
    Vyhody:
Nejvy??í vykony. Nejlep?í vyu?ití trafa (nejlep?í poměr vykon/rozměry). Tranzistory u verzí A a C nikdy nevidí vy??í napětí, ne? je vstupní napětí. Díky dvěma st?ídavě spínajícím tranzistor?m se frekvence za usměrňova?em zdvojuje a díky tomu sta?í men?í tlumivka a kondenzátor na vystupu. St?ída za usměrňova?em m??e byt témě? 100% (50% ka?dy tranzistor). Verze B nevy?aduje plovoucí buzení tranzistor?.
    Nevyhody:
U verzí A a C nutnost plovoucího buzení nebo budícího trafa. Slo?ity ?ídící obvod a snímání proudu. Verze B pot?ebuje 2 primáry a nehodí se pro vy??í napětí, proto?e tranzistory jsou vystaveny 200% napájecího napětí. V?echny tranzistory (u verzí A, B i C) MUSí MíT ANTIPARALELNí DIODY. Pokud tranzistor nemá zabudovanou antiparalelní diodu, je nutno doplnit externí (MOSFETy jí mají zabudovanou v?dy, IGBT jen některé, bipolární NPN pouze vyjime?ně). Verze A (polom?stek) vy?aduje uměly st?ed vstupního napětí, vytvo?eny kondenzátorem v sérii s primárem (nebo děli?em se dvěma kondenzátory).
Dvoj?inny zdroj - polom?stek, m?stek
Dvoj?inny zdroj: A-polom?stek, B-paralelní dvoj?inny zdroj (houpa?ka), C-m?stek (plny m?stek).






zpět na úvodní stránku
手机捕鱼游戏