www.amapro.cz & David Bazala [AmaPro]

Otevře webové stránky AmaPro


Otevře hlavní stránku společnosti AmaPro
Internetové stránky určené pro studenty středních a vysokých odborných škol.


amapro.cz/odkazy Projekt eliminuje vyhledávání klíčových slov na komerčních stránkách a v e-schopech.



Nový projekt AmaPro

Zdroj

Důležitou součástí elektronických zařízení je problematika napájení elektrickou energií. Obsahem tohoto článku bude přiblížit si nejpoužívanější formu zdroje napětí získanou z 220V/50Hz rozvodné sítě. Většina elektronických zařízení vyžaduje nižší a stejnosměrné napětí. Výstupní napětí je definováno svou jmenovitou hodnotou a maximálním výstupním proudem. Na výstupní napětí jsou kladeny určité požadavky - jako je stabilita a zvlnění. My si celý zdroj rozdělíme na několik funkčních bloků, vysvětlíme si princip a definující parametry jednotlivých funkčních bloků. Základní dělení zdroje by vypadalo takto:

Obr. 1 Blokové schéma zdroje

Jednotlivé funkce bloků jsou odvozeny od požadavků na zdroj, které jsme si již uváděli. Snížení síťového napětí provádí transformátor. Usměrňovací diody převedou střídavý průběh na stejnosměrný s určitým zvlněním, které odstraní filtrační článek. Stabilizační člen zajistí, aby při kterémkoli odebíraném proudu (do max.) byla jmenovitá hodnota výstupního napětí. Proudová ochrana registruje překročení maximálního povoleného odebíraného proudu do zátěže. V případě překročení přeruší elektrický proud do zátěže. Nastavitelné proudové ochrany se používá pro ochranu zátěže.


Transformátor

Je klasický transformátor s upraveným primárním vinutím na síťové napětí 220V. Tato hodnota definuje i nutné protiprůrazové parametry konstrukce vinutí. Proudově je primární vinutí namáháno v závislosti na odběru sekundárního . Největší proud prochází, je-li sekundár nakrátko (ve zkratu). Značně citlivěji na proud reaguje sekundární vinutí. Proud v sekundárním vinutí je podmíněn uzavřením elektrického obvodu. Je-li sekundární vinutí naprázdno (bez zátěže), protéká primárním vinutím klidový proud. Jeho velikost udává tzv. "ztrátový výkon v nečinnosti" (nejedná se o teplo).

Usměrňovací diody

Pro usměrnění střídavého napětí se používají diody. Konstrukce a parametry diody jsou určeny svým typem a nazývají se usměrňovací. Definujícími parametry usměrňovacích diod jsou: pracovní závěrné napětí, přípustný pracovní proud v propustném směru. Oba tyto parametry doporučuje výrobce. V katalogu se můžeme setkat i s maximálními hodnotami pro stejnosměrné a špičkové napětí a proudy. Pro usměrnění se diody zapojují jako jednocestné, dvojcestné a můstkové usměrňovače. Nejkvalitnější usměrnění se provádí můstkovým zapojením diod (obr. 2), zvaným jako Greatzův můstek.

Obr 2: Zapojení diod do Greatzova můstku a průběhy U a I

Základním efektem můstku je převrácení záporné půlvlny do kladné poloosy. Tím je vyplněna vzniklá mezera, která je důsledkem jednosměrného usměrnění. Je zvětšena efektivní hodnota vzniklého půlzního napětí. Vzniklé půlzní napětí má dvojnásobnou frekvenci (100Hz). Diody v můstku jsou proudově namáhány v propustném směru proudem, jehož velikost je dána činným odporem uzavírající obvod výstupu. Proud prochází vždy sériovým obvodem dvojicí diod. Druhá dvojice je namáhána v závěrném směru napětím. Protože se jedná o výstup z transformátoru a o půlzní napětí, je nutno brát na zřetel při návrhu diod maximální špičkové hodnoty napětí a proudu.

Filtrační článek

Obr. 2 Vstupní a výstupní průběhy filtračního článku

Důsledkem usměrnění střídavých složek pomocí usměrňovacích diod je vznik pily, která je superponovaná na hodnotu usměrněného napětí. To si označíme U1. Dle použité formy usměrnění má pila i svůj kmitočet. Při jednocestném usměrnění je frekvence pily nezměněna, je tedy dána síťovou 50Hz frekvencí. U Greatzova můstku dochází k překlápění záporné půlvlny, která způsobí zdvojnásobení frekvence pily. Bohužel 100 Hz již mnohem lehce projde do ostatních obvodů a projeví se třeba bručením v reproduktoru zesilovače. Další nevýhodou pily je to, že mění svůj tvar a velikost se zvětšujícím se odběrem proudu. Parazitní vliv pily definuje především její diference, nebo-li rozdílnost extrémních bodů. Diferenci si značíme D. Úkolem filtračního článku je to, aby bylo výstupní D co nejmenší.

Obr. 3 Filtrační článek "pí"

Základní obvodové zapojení filtračního článku je na obr. 3. Jedná se o filtrační článek tytu P. Článek se skládá z dvou vyhlazovacích kondenzátorů a sériově zapojeného odporu. Protože je odpor zapojený sériově, spadá na něm napětí, které je závislé na odebíraném proudu. Zpravidla se jedná o malý odpor (1-10 Ohm), takže je odpor proudově namáhán. Jeho velikost nesmí příliš omezit hodnotu výstupního proudu. Obecně platí: čím je hodnota odporu větší, tím účinnější je efekt filtrace.

Definujícím parametrem filtračního článku je činitel filtrace. Jedná se o poměr vstupního D ku výstupnímu. Udává nám, kolikrát byla snížena diference výstupní pily ku vstupní.

činitel filtrace= delta U1/ delta U2

Je-li činitel filtrace roven 1, nedošlo k žádné filtraci. Čím vyšší bude činitel filtrace, tím lépe byla pila vyfiltrovaná. Je nutno uvážit i výstupní napětí U2, které zpravidla bývá (díky odporu) nižší. Potom je výhodnější uvést činitel filtrace v poměru ku vstupnímu a výstupnímu napětí. Činitel filtrace se uvádí při zatíženém U2. Na výstup U2 se připojí Rz, který imituje předpokládaný odběr ostatních obvodů a zátěže. Kondenzátory C1 a C2 bývají stejné hodnoty. Vzhledem k velikosti síťové frekvence 50 Hz (resp. 100 Hz) se jejich hodnota pohybuje v stovkách mF. Tyto kondenzátory způsobují tzv. pomalé zhasínání zdroje. Po vypnutí síťového napájení jsou schopny ještě chvíli dodávat elektrickou energii (do svého vybití).

Stabilizační člen

Nedílnou součástí zdroje stabilního napětí je stabilizační člen. Jeho úkolem je zajistit stabilní jmenovité napětí U2 pro všechny hodnoty výstupního proudu I2 (resp. Iz) až po maximální dovolený (dimenzovaný) proud Izmax.

Stabilizační člen si je možno představit jako funkční blok dle obr. 4, který má vstup a výstup.

Obr. 4 Napěťová stabilita
a) pokles vstupního napětí
b) pokles výstupního napětí

Definujícími parametry stabilizačního členu jsou činitel stabilizace a ztrátový výkon. Ztrátovým výkonem je míněn jednak příčný proud interních obvodů a také pokles výstupního napětí U2 díky úbytkům v interních obvodech.

Pzt=P1-P2, kde P1=U1.I1 a P2=U2.I2

Činitel stabilizace je hodnota, která nám určuje chování výstupního napětí U2 při zvyšujícím se odběru proudu do zátěže. Ačkoliv je podstatná stabilita výstupního napětí, určuje se činitel stabilizace. Ten specifikuje kvalitu stabilizačního členu, nikoliv stabilitu výstupního napětí. Předpokládá se, že do stabilizačního členu je připojeno vstupní U1, které má určitý výkon. Výkon je dán součinem napětí a proudu. Vstupní elektrický obvod má tendenci s rostoucím proudem snižovat U1, tak aby byl zachován výkon P=U.I. Z toho analogicky plyne první podmínka, a to napěťová. Ta nám říká, že vstupní napětí musí být vždy větší než výstupní, nebo-li U1 větší než U2. Probereme-li si proudový okruh, je nutno počítat s příčným proudem, který nemůžeme zanedbat. Z požadavků výstupního proudu Iz se po připočítaní příčných proudů dimenzuje výkon transformátoru. Často se stává, že na nezatíženém výstupu procházejí spínacím členem velké příčné proudy, které mohou způsobovat dražší provoz než při připojené zátěži. Jedná se o výk

Obecný popis stabilizačního členu se zenerovou diodou

Obr. 5 Zenerova dioda jako stabilizační člen

Na obr. 5 je základní funkční zapojení stabilizačního členu se zenerovou diodou. Zenerova dioda je zapojena paralelně na výstupní svorky U2, takže výstupní napětí bude mít maximální hodnotu U2 rovno zenerovému napětí diody. Sériový odpor R1 omezuje svou hodnotou příčný proud diodou. Odpor přirozeně omezuje i výstupní proud do zátěže. Protože se jedná o 10-ky ohmů, je rezistor výkonově namáhán. Z důvodů sériového odporu R1 musí platit podmínka U1 větší než U2, nebo-li přesně U1=UR1+U2. Celkový odebíraný proud je roven součtu výstupního Iz proudu a příčného proudu diodou Io. Io je nežádoucí proud, který je tím větší, čím menší je R1. Je-li U1 mnohokrát větší než U2 a R1 malé (z důvodu většího proudu do zátěže), je zenerova dioda při nezatíženém výstupu proudově namáhána. Zenerova dioda drží napětí U2 (resp. Uz) na úkor velkého příčného proudu Io. Zenerova dioda stabilizuje U2 na své zenerovo napětí při všech hodnotách U1, kde U1větší než U2. Pro hodnotu odporu R1 musí platit: R1=(U1-U2)/Izmax R1 nesmí proudově omezit maximální výstupní proud

Popis obecné funkce stabilizačního členu s výkonovým tranzistorem

Obr. 6 Zjednodušený stabilizátor s výkonovým tranzistorem

Na obr. 6 je principiálně zjednodušené schéma elektrického obvodu stabilizačního členu. Skládá se z výkonového tranzistoru T1, řídícího tranzistoru T2 a děliče napětí s regulačním trimrem. Výkonový tranzistor T1 je buzen proudem přes rezistor Rb. řídící tranzistor T2 je buzen proudem z napěťového děliče. Rezistor Rb a přechod CE tranzistoru T2 tvoří napěťový dělič pro výkonový T1 tranzistor. Rz (zátěž) je pro T1 tranzistor jako emitorový odpor.

Zvýšení Iz způsobí tendenci poklesu potenciálu výstupního napětí U2. Paralelně připojený napěťový dělič zareaguje tak, že klesne i potenciál v bodě A. Tím se sníží budící proud do řídícího tranzistoru T2, který se začne zavírat. Důsledkem jeho zavření vzroste kladný potenciál v bodě B, který je řídící pro bázi T1. Bází T1 díky kladnějšímu potenciálu začne protékat větší bázový proud, který zvětší i kolektorový proud Ic. Ic proud je vlastně Iz a jeho zvětšení způsobí i větší úbytek napětí na Rz. Právě tento vzniklý úbytek napětí dorovná tendenční pokles U2.

V klidovém stavu (bez vyššího proudového odběru) je v bodě B nastaven takový potenciál, aby protékal malý příčný proud trimrovým děličem, který na něm způsobí úbytek jmenovitého napětí zdroje U2. Důsledkem tohoto stavu musí být i potenciál v bodě A takový, aby otevíral T2 tranzistor tak, aby vytvořil v bodě B definovaný potenciál. Trimr slouží právě k nastavení této situace.

Princip proudové ochrany

Obr. 7 LED dioda využívající úbytku napětí na filtračním článku

Na obr. 7 je filtrační článek, který obsahuje rezistor R. Rezistor svou hodnotou omezuje maximální proud do zátěže. Průtok výstupního proudu způsobí úbytek napětí na odporu R. Úbytek napětí je tím větší, čím větší bude výstupní proud. Analogický způsob měření proudu pomocí úbytku napětí. Důležitá je polarita vzniklého úbytku napětí. Kladnější potenciál je na vstupních svorkách U1 a je v obrázku označeno ++. Kdyby došlo ke zkratu na výstupu (U2=0V), spadlo by celé napětí na odporu R. V tomto případě by byl rozdíl potenciálů tak velký, že by rozsvítil LED diodu. LED by svým svitem signalizovala zkrat. Tento jednoduchý způsob je základem i pro proudové omezení a proudovou ochranu. Úbytek napětí na odporu R se pomocí tranzistoru (zapojeného jako impedanční převodník) svede na napětí proti zemi Ud. Toto napětí se dá zpracovávat různými způsoby. Například při určité hodnotě napětí Ud, které prezentuje odebíraný proud, diferenční obvod uzná proud příliš velký, překlopí logický stav a zablokuje výkonový tranzistor.

Otevře stránky Fulltextové vyhledávání na celém serveru
Digitalizované odborné knihy
Velká encyklopedie pojmů a zkratek
Česko - anglicko - německý technický slovník
Klasický katalog firem, služeb a stránek
OnLine překladač  vět a textů (nepoužívá Google)
Stránky pro chvíle oddechu od studia, relaxace
Katalog českých firem dle technologií
Internetový odkazník




 Wikipedie   Seznam stránek   Kapitoly témat   Významné servery   Klíčová slova 








Otevře hlavní stranu společnosti AmaPro

Všechna práva vyhrazena. Určeno jen pro osobní využití. Bez předchozího písemného souhlasu správce www.amapro.cz je zakázána jakákoli další publikace, přetištění nebo distribuce jakéhokoli materiálu nebo části materiálu zveřejněného na www.amapro.cz a to včetně šíření prostřednictvím elektronické pošty. Články, jejichž přímým autorem není amapro.cz lze publikovat pouze se souhlasem jejich majitelů či administrátoru příslušného webu.