Zasilacze i Prostowniki

Prezentacja na temat: "Zasilacze i Prostowniki"— Zapis prezentacji:

1 Zasilacze i Prostowniki
Przygotował : Piotr Gorczyca 4t2

2 Prostowniki Prostownikiem nazywamy urządzenia, które prostuje prąd przemienny, tzn. zmienia go na prąd jednokierunkowy. Prostowniki zawierają takie elementy prostownicze, jak : diody i tyrystory Parametry prostowników : Sprawność napięciowa – stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego prostownika Sprawność energetyczna – stosunek mocy wydzielanej w obciążeniu do mocy źródła Współczynnik tętnień – stosunek wartości skutecznej składowej zmiennej napięcia wyjściowego do wartości składowej stałej napięcia na wyjściu prostownika Rezystancja wyjściowa Współczynnik kształtu – k1 - stosunek wartości składowej stałej napięcia wyjściowego do jego wartości szczytowej , k2 - stosunek wartości skutecznej napięcia wyjściowego do jego wartości szczytowej Maksymalne napięcie wsteczne

3 Prostowniki Jednopołówkowe
Najprostszy jest prostownik jednopołówkoty . Dioda d przewodzi tylko dodatnie połówki napięcia przemiennego u . Wadą takiego prostownika jest to, że przez uzwojenie wtórne transformatora płynie prąd jednokierunkowy oraz że tętnienia napięcia są bardzo duże. Prostowniki takie znajdują zastosowanie tylko w układach małej mocy.

4 Prostownik dwupołówkowy
Prostownik dwupołówkowy z dwiema diodami wymaga zastosowania transformatora z dzielonym uzwojeniem wtórnym (uzwojenie z wyprowadzonym środkiem). Dioda D1 przewodzi w pierwszej połowie okresu napięcia u, a dioda D2 w drugiej (itd.. Na przemian). W układzie tym wprawdzie rdzeń nie jest podmagnesowywany prądem stałym, ponieważ prądy płynące przez diody mają zwroty przeciwne, ale uzwojenie wtórne nie jest w pełni wykorzystane.

5 Mostek Graetza Prostownikiem dwupołówkowym jest również prostownik mostkowy, zwany układem Graetza. Uzwojenie wtórne transformatora sieciowego jest tu w pełni wykorzystywane, ponieważ płynie przez nie prąd w ciągu całego okresu napięcia sieciowego.

6 Prostowniki Sterowane
Prostowniki sterowane budowane są w ten sam sposób co nie sterowane tyle że zamiast diod prostowniczych stosuje się tyrystory. Prostowniki tyrystorowe są stosowane w układach zasilających wielkiej mocy, w których zmniejszenie napięcia wyjściowego odbywa się bez strat na elementach rezystancyjnych. Układ jest zasilany napięciem sinusoidalnie zmiennym

7 Zasilacze Zasilacz jest urządzeniem dostarczającym energii elektrycznej układowi elektronicznemu. Energia ta powinna mieć określone parametry, tzn. określone napięcie, moc i częstotliwość. Klasyfikacja urządzeń zasilających :

8 Zasilacze symetryczne

9 Powielacze Napięcia Odmianą prostowników są powielacze napięcia. Stosujemy je przy małych prądach obciążenia (0,1-0,2 A), gdy chcemy uzyskać wysokie napięcie stałe prze prostowanie kilkakrotne niższego napięcia przemiennego. Źródłem napięcia przemiennego u1, może być sieć energetyczna, uzwojenie wtórne transformatora sieciowego, lub generator kluczowany. W powielaczach napięcia stosuje się kondensatory o jednakowych pojemnościach.

10 Podwajacz Napięcia Po włączeniu podwajacza napięcia do sieci w czasie trwania ujemnej połówki napięcia u1, płynie prąd i1 w obwodzie złożonym z diody D1, kondensatora C1 i źródła napięcia u1. Prąd ten ładuje kondensator C1 do napięcia Um1, równego maksymalnej (szczytowej) wartości napięcia zasilającego (przy 220V napięcia skutecznego, wartość szczytowa wynosi 311V). W dodatnim okresie napięcia u1, przez kondensator C1, diodę D2, i kondensator C2 płynie prąd i2. Prąd ten ładuje kondensator C2 do napięcia 2*Um1 (dwa razy wyższego od wartości maksymalnej Um1 napięcia zasilającego ). Przepływ prądu i2 jest wymuszony przez sumę napięcia u1 oraz napięcia z kondensatora C1.

11 Potrajacz Napięcia Potrajacz napięcia działa w podobny sposób. Składa się on z podwajacza, do którego dołączono dodatkową sekcję powielacza napięcia złożoną z elementów C3 i D3. Napięcia wyjściowe jest sumą napięć zbieranych z kondensatorów C1 i C3, połączonych szeregowo. Diody ładujące kondensatory są włączone, że napięcia kondensatorów się dodają.

12 Filtry Tętnień Napięcia Zasilającego
Układy prostownicze wytwarzają napięcia stałe z nałożonymi na nie tętnieniami. Amplituda tętnień zależy od sposobu prostowania, np. w prostowniku dwupołówkowym jednofazowym jest duża i wynosi 67% składowej stałej. Do tłumienia tętnień napięcia wyprostowanego służą obwody RC lub LC zwane filtrami pasywnymi i wzmacniacze selektywne RC zwane filtrami aktywnymi. Filtry powinny przepuszczać na wyjście składową stałą, a jednocześnie blokować składową zmienną, czyli tętnienia. Wymagania te spełniają filtry dolnoprzepustowe.

13 Stabilizatory Ciągłe W stabilizatorach ciągłych wykorzystuje się charakterystyki nieliniowych elementów biernych, takich jak: diody Zenera, lampy jarzeniowe, i warystory, albo zasadę ujemnego sprzężenia zwrotnego w układach z elementami czynnymi (wzmacniaczami), takimi jak: tranzystory lub tyrystory. Stabilizatory ciągłe są ogranicznikami wartości napięcia stałego. Ich napięcie stabilizowane (wyjściowe) musi być mniejsze od najmniejszego napięcia wyjściowego, które wystąpi przy najniższym napięciu sieci i największym obciążeniu zasilacza. W stabilizatorze szeregowym zawór Z (tranzystor), regulujący przepływ prądu Io, jest włączonym szeregowo z obciążeniem Ro. Natomiast w stabilizatorze równoległym zawór Z bocznikuje obciążenie Ro i steruje zmianą prądu Iż. Zawory mogą być tranzystorami lub innymi elementami wzmacniającymi. Stabilizator w układzie szeregowym Stabilizator w układzie równoległym

14 Stany przejściowe wywołane gwałtownymi zmianami napięcia U1 lub prądu Io.

15 Stabilizatory Trójnóżkowe
Stabilizatory trójnóżkowe są stabilizatorami szeregowymi wysokiej klasy. Produkuje się je jako kompletne układy scalone wymagające dołączenia z zewnątrz jedynie kondensatorów blokujących. Składają się z kilkudziesięciu tranzystorów, rezystorów i diod. Wszystkie elementy są wykonane na płytce krzemowej układu scalonego zamkniętego w obudowie przypominającej wyglądem zewnętrznym wzmacniacz scalony lub tranzystor mocy. Włącza się je między zasilacz a odbiornik, dodając na wyjściu jedynie kondensator blokujący. Napięcia stabilizacji tworzą typoszereg, np.: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24 V; podobnie prądy dopuszczalne, np.: 0,1; 0,5; 1; 2; 3; 5; A, a nawet 7,7A. Stabilizatory trójnóżkowe produkuje się na napięcia dodatnie (np. seria 78xx) i ujemne (np. seria 79xx)

16 Zasilacz ze stabilizacja napięcia +-15V/1A

17 zabezpieczeń Prądowych
Rola i Działanie zabezpieczeń Prądowych Zabezpieczenia prądowe stabilizatorów dzielą się na dwa typy Standardową Z podcięciem Zabezpieczenia mają na celu uchronić układy odbiorcze przed przepaleniem spowodowanym zbyt dużym prądem. <= 1 2 =>

18 Parametry Stabilizatorów
Zmienione napięcie wyjściowe – napięcie, na jakie został zaprojektowany stabilizator Zakres regulacji napięcia wyjściowego Zakres zmian napięcia wejściowego – odpowiadający poprawnej pracy stabilizatora Zakres zmian prądu wyjściowego – zakres prądu wyjściowego odpowiadający znamionowemu napięci wyjściowemu Współczynnik stabilizacji S – stosunek zmiany napięcia wyjściowego do wywołującej ją zmiany napięcia wejściowego (stabilizacja jest tym lepsza, im mniejszy jest współczynnik stabilizacji Rezystancja wyjściowa – stosunek zmiany napięcia wyjściowego do zmiany prądu wyjściowego Zakres stabilizacji – zakres poprawnej pracy układu, czyli zakres zmian napięcia wejściowego i odpowiadający mu zakres zmian napięcia wyjściowego

19 Stabilizatory Impulsowe
Stabilizatory impulsowe napięcia stałego działają na zasadzie kluczowanego przełączania przepływu energii ze źródła do odbiornika. Składają się one z impulsowej przetwornicy napięcia stałego, sterowanej w układzie ujemnego sprzężenia zwrotnego. Pośrednikiem w przepływie energii kluczowanej (w przetwornicy napięcia) jest cewka lub kondensator. Elementem kluczowanym jest tranzystor mocy. Duża sprawność stabilizatorów impulsowych wynika z kluczowania. Tranzystor regulujący pracuje dwustanowo, tzn. albo jest zatkany, albo odetkany. Dzięki temu straty mocy powstają w nim tylko w chwilach przełączeń i są znacznie mniejsze niż przy pracy ciągłej.

20 Podstawowy przebieg w układzie

21 Pompy Ładunkowe Pompa taka jest przetwornicą napięcia stałego. Jej zasadnicze elementy to: klucz elektroniczny K przełączający z częstotliwością f, kondensator pośredniczący Cp i kondensator magazynujący Co. W położeniu 1 klucza K, kondensator jest ładowany prądem I1 do napięcia wejściowego Uin, a w położeniu 0 – oddaje część ładunki na wyjście.

22 Przetwornice DC/DC Przetwornice napięcia stałego DC/DC przetwarzają napięcie stałe na jedno lub kilka napięć stałych o wymaganych wartościach. Przetwarzane napięcie stałe (DC) jest najpierw zamienione na zmienne (w układzie DC/AC), np. przez kluczowanie, potem transformowane przez transformator (Tr) i prostowane w prostowniku (Pr). Transformator umożliwia odizolowania wejścia od wyjścia, co jest wymagane w wielu zastosowania zasilacza.

23 Najprostsza przetwornica napięcia 1,5 V/12 V z generatorem Hartleya 4 kHz

24 Przetwornice DC/AC Przetwornice napięcia przemiennego przetwarzają napięcie stałe na napięcie przemienne. Służą do zasilania jednofazowych lub trójfazowych odbiorników prądu przemiennego, np. silników indukcyjnych lamp oświetleniowych wyładowawczych (świetlówek). Są również elementem niezbędnym zasilaczy awaryjnych (UPS).

25 Przebiegi (wzorcowy, kluczujący i wyjściowy)

26

27 Bibliografia : Urządzenia Elektroniczne – Andrzej J. Marusak Podstawy Elektroniki – Barbara i Marek Pióro Pracownia Elektroniczna – Leszek Grabowski