Izvori jednosmernog napona (nastavak) - Stabilizatori - regulatori napona 2. deo - redni regulatori

Transcript

1 Izvori jednmernog napona (nastavak) - Stabilizatori - regulatori napona. deo - redni regulatori Sadržaj Izvori jednmernog napajanja 1. Uvod. Usmerači napona.1 Jedntrano usmeravanje. Dvtrano usmeravanje.3 Umnožavažavači napona 4. Filtriranje usmerenog napona 4. Stabilizatori regulatori napona 4.1 Linearni stabilizatori napona Stabilizatori sa Zener diodom 4.1. Paralelni stabilizatori edni stabilizatori napona 4. Prekidački stabilizatori napona 4..1 Spuštači napona 4.. Podizači napona 4..3 Invertori 1 = - CE. BE = z - I =( - z )/ edni tranzistor koristi se kao izvor konstantne struje; radi u konfiguraciji sa zajedničkom bazom: ulaz pojačavača (emitor) je na izlazu stabilizatora, tako da je izlazna otpornt stabilizatora mala. Sve varijacije napona, kompenzuju se preko CE, pri konstantnoj struji baze. = - CE. BE = z - I o =I +I C I o =I z +I B +I C =I z +I E =I z +I Porast za teži da izazove porast ; usled rasta raste I z, a I B i I C taju konstantne, tako da se sprečava promena. 3 4

2 što dovodi do pada I, čime se napon smanjuje. = -U CE. BE = z - Ukoliko ptoji težnja da se poveća usled promena u kolu potrošača (dok se ne menja) to izaziva i smanjenje napona BE, S z rz o o I B I z BE rz ; Znajući da je I B <<I z rz B z r r B rz z o B z BE Iako je izraz za S isti kao kod stabilizatora sa zener diodom, može da bude mnogo veće, jer I z kontroliše samo baznu struju, tako da se tvaruje mnogo manji faktor stabilizacije z o 5 6 Model za naizmenični signal i B I o Δ ΔI i B BE i b ΔI h OS v OS 11 rz h11 rz h11 h11 i (h o v Δ ΔI OS OS v h11 h 1 1 Δ 1)iB (h1 )( h OS ) S OS T rz Z o BE OS Z T T T BE 7 8

3 Karakteristike rednog stabilizatora mogu da se poboljšaju ako se ubrza reagovanje rednog tranzistora A B 1 BE B BE A B Praktična realizacija u diskretnoj tehnici BE1 BE z BE z 1 z 1 Promene za pojačavaju se tranzistorom T i prene na BE1 ; Za one koji više 10 BE1 BE1 Porast izazvaće porast B, odnno BE ; tada raste I C i smanjuje se C, tako da se smanjuje napon BE1, što dovodi do pada I c1, a time i I p, čime se napon smanjuje. Za one koji više 1 S h o S T 1E 1 h 1E 3 BE z 1 1 T T Za one koji više 11 1

4 Domaći 13.1: Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti: a) Izlazni napon OS b) Faktor stabilizacije c) Izlaznu otpornt iz Poznato je: =00Ω; P = 50Ω; O = 10. Parametri diode su: Z = 6,8 ; r Z = 10Ω. Parametri tranzistora su: BE = 0,7; h 11E = 1kΩ; h 1E = 0 ; h 1E = β = 100 ; h E = 0.. Domaći 13.: Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti: a) Izlazni napon OS b) Faktor stabilizacije c) Izlaznu otpornt iz Poznato je: 1 = = 4kΩ; P = Ω; = 10kΩ, O = 40. Parametri diode su: Z = 10 ; r Z = 0Ω. Parametri tranzistora su: BE = 0,7; h 11E = 1kΩ; h 1E = 0 ; h 1E = β = 100 ; h E = 0.. Z, r Z Z, r Z Za one koji više Integrisani redni stabilizatori - regulatori napona eferentni napon Kontrolišući element Detektor greške Kolo za uzorkovanje U Integrisani redni stabilizatori - regulatori napona Kontrolišući element 1 Q 1 je kontrolišući element vezan redno sa potrošačem. 3 (izvesti izraz) 1 Z 3 15 Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika, 3. eferentni napon dobijen preko D 1. egulacija se ptiže kontrolom struje kroz Q 1. 16

5 I t 1 Z 3 1 Z 3 Preko Zener diode, na neinvertujući ulaz dovodi se referentni napon: z Svaka promena izlaznog napona preni se na invertujući ulaz operacionog pojačavača - = 3 /( + 3 ). azlikom ovih napona kontroliše se BE tranzistora { B =A( z - - )}, a time i struja kroz tranzistor I t služi da definiše struju diode I D =( - z )/ 1 Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon z sa naponom iz razdelnika: zato opada napon na izlazu OpAmp, a onda se smanjuje BE ; što dovodi do smanjenja I P, čime se napon smanjuje: = P I P. Porast za teži da izazove porast ; tada raste - i to za 3 Δ Δo s to izaziva smanjenje struje kroz tranzistor I t, ; 3 Zaštita od kratkog spoja Tranzistor Q počinje da vodi tek kada je pad napona na 4 dovoljno veliki. Kada provede Q, proteče I C i smanjuje se I B1, a tada se smanjuje i struja I C1, a time i struja potrošača I p I C I P Maksimalna vrednt struje potrošača ograničena je na I P(max) = 0.7/

6 Električna šema integrisanog rednog stabilizatora NIC 7800C eferentni napon Detektor greške Kontrolišući element Strujna zaštita Kolo za uzorkovanje Karakteristike integrisanih stabilizatora Jedntavna upotreba Pakuju se u standardnim kućištima TO-3 (0 W) 1 Karakteristike integrisanih stabilizatora Karakteristike integrisanih stabilizatora Pakuju se u standardnim kućištima TO-0 (15 W) Pakuju se u standardnim kućištima TO-9 (1 W) TO 63 (S) 3 4

7 Karakteristike integrisanih stabilizatora Karakteristike integrisanih stabilizatora serije 78/79XX stabilizatora prave se obično za izlazne napone od 5, 6, 8, 1, 15, 18, ili 4 Maksimalna struja 0,1A; 1A; A; 3A Ugrađena zaštita od pregrevanja Pad napona na stabilizatoru od 3 (prave se i za manje napone LDO Low DropOut < 1) TO Karakteristike integrisanih stabilizatora C 1 ic su opcioni kondenzatori. C 1 služi da neutrališe parazitne induktivnti C smanjuje šum (filtrira). TO-3 7 8

8 ealizacija simetričnog napajanja uz pomoć integrisanih stabilizatora Povećanje struje potrošača + - ext = 0.7 /Imax 9 30 Povećanje struje potrošača Povećanje struje potrošača Q ext počinje da vodi kada je ext >0.7. U režimu malih struja kroz potrošač, Q ext je zakočen vrednt ext bira se tako da je I ext = I max 0.1 A (najveća struja kroz IC). Disipacija na Q ext je P = ( - )I ext. 31 3

9 Zaštita od kratkog spoja Zaštita od kratkog spoja Q lim služi za zaštitu od kratkog spoja. Q lim počinje da vodi pri lim > Zaštita od kratkog spoja Zaštita od kratkog spoja Cilj je da Q lim počne da vodi tek kada struja kroz Q ext premaši maksimalnu dozvoljenu vrednt. Tada se struja kroz Q ext smanjuje i usmerava 13. kroz januar 015. stabilizator. Izvori jednmernog napajanja 35 Stabilizator ima internu zaštitu od pregorevanja Maksimalni CElim <

10 Zaštita od kratkog spoja Zaštita od kratkog spoja Zaštita od kratkog spoja Za one koji više Povećanje izlaznog napona na potrošaču može da bude i veći od nominalnog napona stabilizatora ref se bira tako da je ref /I Q, gde je I Q mirna struja stabilizatora (neopterećenog). ref ref IQ 1 odnno 1( ref ) I ref Q 1 40

11 Stabilizatori - regulatori napona promenljivog napona Moguće je realizovati stabilizator promenljivog napona ako se zameni potenciometrom. Međutim: Za one koji Minialni izlazni napon je ref (a ne 0 ). više I Q je relativno veliko. Disipacija na može da bude velika tako da zahteva glomazan potenciometar. Ptoji više tipova IC stabilizatora namenjenih za promenljive napone n.p.r. LM317 (za pozitivne) ili LM 337 (za negativne napone). Za one koji više IN OUT ADJ ref U o Između OUT i ADJ pinova ptoji referentni napon od ref =1.5 (na 1 =100-40) U 41 4 ref ref Izborom moguća regulacija u opsegu Za one koji ref ref Iadj 1 više I adj =50A Kondenzator C smanjuje šumove (10F) Za one koji više 43 44

12 D 1 i D štite kolo od prenapona u primenama sa većim strujama i naponima Za one koji više 45 Sadržaj Izvori jednmernog napajanja 1. Uvod. Usmerači napona.1 Jedntrano usmeravanje. Dvtrano usmeravanje.3 Umnožavažavači napona 4. Filtriranje usmerenog napona 4. Stabilizatori regulatori napona 4.1 Linearni stabilizatori napona Stabilizatori sa Zener diodom 4.1. Paralelni stabilizatori edni stabilizatori napona 4. Prekidački stabilizatori napona 4..1 Spuštači napona 4.. Podizači napona 4..3 Invertori Prekidački stabilizatori - regulatori napona Prednti 4.. Prekidački stabilizatori - regulatori napona Prekidački tranzistor LC filtar Potrošač Bar dva puta efikasniji od linearnih, stepen iskorišćenja 70%-90%. eferentni napon impulsno širinski modulator Detektor greške Idealni su za primene u kojima se traže velike struje (zbog male disipacije). Kontrolišući element (tranzistor) radi u prekidačkom režimu tako da je disipacija na njemu mala Kada je tranzistor zakočen I C =0A, a kada vodi, onda radi u zasićenju sa CE = CES 0.). Izlazni napon može biti i veći od ulaznog Mogu da invertuju ulazni napon ( =-k ) ealizacija ne zahteva glomazne komponente

13 Nedtaci 4.. Prekidački stabilizatori - regulatori napona 4.. Prekidački stabilizatori - regulatori napona Znatno su složeniji. Prekidački tranzistor LC filtar Potrošač Une F šum. Problemi sa EMC eferentni napon impulsno širinski modulator Detektor greške Zagađuju mrežni napon harmonicima Mogu da se realizuju kao spuštači napona < (Step-Down) podizači napona > (Step-Up, bot) 49 invertori napona =- (Inverter, fly-back; podizači/spuštači) Prekidački stabilizatori - regulatori napona 4..1 Spuštači napona 4..1 Spuštači napona Operacioni pojačavač radi kao komparator. eferentni napon obezbeđuje D z. azdelnik i 3 definiše izlazni napon u odnu na z. 1 služi da polariše D z. L i C čine filtar. D 1 sprečava da napon na emitoru bude E <

14 4..1 Spuštači napona 4..1 Spuštači napona Kada je 3 < z, izlaz OP je u pozitivnom zasićenju (+ CC ) i tranzistor vodi, a D1 zakočena. Kada je 3 > z, izlaz OP je u negativnom zasićenju (- CC ) i tranzistor je zakočen, kondenzator se prazni. Kada D1 provede, kroz kalem se dopunjuje C Spuštač napona 4..1 Spuštač napona Napon na emitoru biće E = CES kada tranzistor radi u zasićenju ili D1 0, kada tranzistor ne vodi. 55 Struja kroz kalem linearno raste sa naponom dok Q1 vodi: ( i dt o ) L 1 ( o ) t L L Struja kroz kalem nastavlja da teče i kada tranzistor prestane da vodi, jer D1 provede i dopunjuje C. 56

15 4..1 Spuštač napona 4..1 Spuštač napona Napon na izlazu nalazi se u granicama ref ±v u Spuštač napona 4..1 Spuštač napona T ton T 59 60

16 Sadržaj Izvori jednmernog napajanja 1. Uvod. Usmerači napona.1 Jedntrano usmeravanje. Dvtrano usmeravanje.3 Umnožavažavači napona 4. Filtriranje usmerenog napona 4. Stabilizatori regulatori napona 4.1 Linearni stabilizatori napona Stabilizatori sa Zener diodom 4.1. Paralelni stabilizatori edni stabilizatori napona 4. Prekidački stabilizatori napona 4..1 Spuštači napona 4.. Podizači napona 4..3 Invertori Prekidački stabilizatori - regulatori napona 4.. Podizači napona + L - Napon na izlazu veći je od ulaznog napona za L. Osnovna razlika odni se na funkciju Q 1 i L Podizači napona + L Podizači napona + L - L Kada Q 1 vodi (u zasićenju) => D 1 je zakočena. Kada je Q 1 zakočen => D 1 vodi, v L L di L L dt t o T on i L 1 L ( CEs ( ) dt o o L CEs ) t 63 energija se iz L preni u C. Napon na C veći je za L od ulaznog napona. 64

17 Napon na C: 4.. Podizači napona - L + o t 1 T on o Sadržaj Izvori jednmernog napajanja 1. Uvod. Usmerači napona.1 Jedntrano usmeravanje. Dvtrano usmeravanje.3 Umnožavažavači napona 4. Filtriranje usmerenog napona 4. Stabilizatori regulatori napona 4.1 Linearni stabilizatori napona Stabilizatori sa Zener diodom 4.1. Paralelni stabilizatori edni stabilizatori napona 4. Prekidački stabilizatori napona 4..1 Spuštači napona 4.. Podizači napona 4..3 Invertori Prekidački stabilizatori - regulatori napona 4..3 Invertori napona 4..3 Invertori napona Kada Q 1 vodi, Izlazni napon ima suprotan polaritet od ulaznog D1 je inverzno polarisana napon na kalemu jednak je ulaznom naponu (umanjenom za CES ), napon na C zadržava vrednt (sporo se prazni kroz L ) 67 68

18 4..3 Invertori napona 4..3 Invertori napona Kada je Q 1 zakočen, napon na L menja polaritet, D 1 vodi, C se preko r d puni na L =- Zavisno od odna vremena uključivanja tranzistora napon na izlazu može biti (po apsolutnoj vrednti) manji, (t on /T)<0.5 ton T veći, (t on /T)>0.5 ili t o 1 on jednak ulaznom naponu, (t on /T)=0.5 T Integrisani stabilizatori - regulatori napona napona Zaključak Zaključak Integrisani stabilizatori - regulatori napona napona Stabilizatori - regulatori napona napona Obezbeđuju konstantni DC napon na izlazu, nezavisno od promena napona na ulazu i struje kroz potrošač. Osnovni tipovi stabilizatora su linearni i prekidački Linearni se realizuju kao redni i paralelni Prekidački mogu biti spuštači, podizači ili invertori napona Prekidački stabilizatori - regulatori napona znatno su efikasniji od linearnih i pogodni za primene koje zahtevaju veće struje Prekidački i linearni stabilizatori-regulatori napona realizuju se u integrisanoj tehnici Ptoje integrisani stabilizatori regulatori napona za fiksne i promenljive pozitivne ili negativne napone Mogućnti integrisanih stabilizatora mogu da se prošire ubacivanjem spoljašnjih tranzistora. 71 7

19 Pretvarači jednmernog u jednmerni napon (DC to DC converter) mogu se realizovati na istim principima kao prekidački stabilizatori - regulatori napona. Za one koji Alternativno rešenje: više Sledi: -ekapitulacija (pitanja/odgovori) iše o ovoj temi na kursu Energetska elektronika Šta smo naučili? Uloga i novne karakteristike stabilizatora (regulatora) napona. Skicirati el. šemu rednog stabilizatora objasniti kako se tvaruje stabilizacija (regulacija) napona. Skicirati novnu el. šemu stabilizatora (regulatora) napona realizovanog sa integrisanim stabilizatorom 78XX Uporediti karakteristike linearnih i prekidačkih stabilizatora (regulatora) napona Ispitna pitanja 1. Princip rada i faktor stabilizacije rednog stabilizatora (regulatora) napona.. Blok šema i princip rada integrisanog rednog stabilizatora (regulatora) napona. 3. Princip povećanja struje potrošača kod integrisanog stabilizatora (regulatora) napona. 4. Princip zaštite integrisnih stabilizatora (regulatora) napona od kratkog spoja. 5. Električna šema realizacije simetričnog napajanja na novu integrisanih stabilizatora (regulatora) napona 78XX i 79XX. 6. Osnovna blok šema i klasifikacija prekidačkih stabilizatora (regulatora) napona. 7. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora spuštača napona. 8. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora podizača napona. 9. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora invertora napona. 13. januar 015. Izvori jednmernog napajanja 76 76

20 ešenje 1.1: 4. Filtriranje usmerenog napona Potrošač =100 priključen je preko usmerača sa Grecovim spojem na naizmenični napon frekvencije 50Hz i amplitude 1. Ako je pad napona na diodama d =0.8drediti: a) vrednt C kapacitivnog filtra priključenog paralelno potrošaču koja će obezbediti odstupanje napona < 1; b) vrednt jednmernog napona na potrošaču; ešenje 1.: 4. Filtriranje usmerenog napona Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti: a) ugao provođenja diode i iskazati ga u % u odnu na periodu ulaznog signala (50Hz); b) srednju struju kroz diodu; c) maksimalnu struju kroz diodu; d) maksimalni inverzni napon na diodi; e) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu c) vrednt jednmerne struje kroz potrošač; a d m d 11,6 ) m o C 1,04mF f C f o ' b m d 10,4 ) m o π ωc fc 50Hz100 1,04mF d - o o m 11,6 19,4 c) 30. Idecembar o o mA Izvori jednmernog napajanja 77 a) b) c) ωδt Δt T Δ/ m ' Δ/ m d t I I π m' D o1 Io 1 π Δ I I π m' Dmax o1 Io 1 π Δ 100 Δ/ m ' 30. decembar 014. Izvori jednmernog napajanja m d Δ Δ/ m ' T 1/ 10,4 1005,9% 3,14 94mA7,16 673,4 ma m d Δ 94mA15,331,53A 78 ešenje 1.: 4. Filtriranje usmerenog napona Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti: a) ugao provođenja diode i iskazati ga u % u odnu na periodu ulaznog signala (50Hz); b) srednju struju kroz diodu; c) maksimalnu struju kroz diodu; d) maksimalni inverzni napon na diodi; e) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu d) m d ( m) m - d d max m d 11, 1 e) Pd d ID 0,8 673,4 ma538,7 mw ideti: pod Silicon ectifier Diodes na 1N4001 zadovoljava jer je Peak recurrent reverse voltage () M =30 > 1 Forward current at T amb = 75 C I F(A) = 1A > 0,673A ešenje 1.3: Odrediti i C u stabilizatoru sa slike tako da jednmerni napon na potrošaču pmin = 00 bude 5, a Cmax =0.5. Upotrebiti zener diodu 1N531B iz Tabele 1. Usvojiti da je efektivna vrednt napona na izlazu transformatora x1 i da je na diodama 1N4148 pad napona D =0,7 kada vode. Z0 IZ0 0mA rz 17@ IZ0 0mA Z Z0 5,1 5 0,1 0,1 I Z Z 5,88 6mA rz 17 IZ min IZ0 I Z 06 14mA 5 I max p 5mA pmin 00 min ( ) C m D IZ min I pmax IZ min I pmax 10,7) 0,5 5 10, mA5mA 39mA ecurrent 30. decembar 014. peak forward Izvori current jednmernog napajanja I FM =10A > 1,53A 13. januar 015. Izvori jednmernog napajanja ( Dvtranousmeravanj e: m D C max fc m D C f 1N531B 10,7 16,7 C 1,18mF 1, mf , p

21 Domaći 13.1: Domaći 13.: Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti: a) Izlazni napon OS b) Faktor stabilizacije c) Izlaznu otpornt iz Poznato je: =00Ω; P = 50Ω; O = 10. Parametri diode su: Z = 6,8 ; r Z = 10Ω. Parametri tranzistora su: BE = 0,7; h 11E = 1kΩ; h 1E = 0 ; h 1E = β = 100 ; h E = 0.. Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti: a) Izlazni napon OS b) Faktor stabilizacije c) Izlaznu otpornt iz Poznato je: 1 = = 4kΩ; P = Ω; = 10kΩ, O = 40. Parametri diode su: Z = 10 ; r Z = 0Ω. Parametri tranzistora su: BE = 0,7; h 11E = 1kΩ; h 1E = 0 ; h 1E = β = 100 ; h E = 0.. ešenje 13.1: ideti: Zadatak 6.1 u ačunske vežbe II deo na onika.htm o ešenje 13.: Z, r Z ideti: Zadatak 6. u ačunske vežbe II deo na onika.htm 13. januar 015. Izvori jednmernog napajanja januar 015. Izvori jednmernog napajanja 8