ΣΟΜΔΑ ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΗΛΔΚΣΡΟΝΙΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ ΠΑΛΜΟΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΑ ΑΛΔΞΑΚΗ ΠΔΣΡΟ Α.Δ.Μ. 10766 Δπηβιέπσλ θαζεγεηήο: Θ. Λαφπνπινο Ινχληνο 2010
Σηον παηέρα μοσ Νίκο και ζηον Πάνο 2
Δσταριζηίες Θα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ θαζεγεηή θ. Λαφπνπιν γηα ηελ εκπηζηνζχλε ηνπ ζην πξφζσπφ κνπ, ηηο ρξήζηκεο θαη θαίξηεο παξαηεξήζεηο ηνπ, ηελ πνιχηηκε βνήζεηά ηνπ θαζψο θαη ηελ ππνκνλή ηνπ. Θα ήζεια αθφκε λα επραξηζηήζσ ηελ αξξαβσληαζηηθηά κνπ Έθε πνπ κνπ ζπκπαξαζηέθεηαη φια απηά ηα ρξφληα ρσξίο λα βαξπγθσκά θαη γηα ηελ απαξαίηεηε βνήζεηά ηεο γηα ηε δηφξζσζε ηεο δηπισκαηηθήο κνπ εξγαζίαο. Έλα κεγάιν επραξηζηψ νθείισ επίζεο ζηνλ θαζεγεηή ησλ ζρνιηθψλ κνπ ρξφλσλ Πάλν Γηαλλαξφπνπιν δηφηη είλαη ν άλζξσπνο πνπ κε έθαλε λα αγαπήζσ ηελ Φπζηθή φζν θακία άιιε επηζηήκε. Σέινο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ φιε κνπ ηελ νηθνγέλεηα, ηελ αδειθή κνπ Διεπζεξία θαη πεξηζζφηεξν απ φινπο ηελ κεηέξα κνπ Διέλε γηα ηελ ππνκνλή ηεο θαη ηελ επηκνλή ηεο ζε εκέλα δηφηη ρσξίο απηήλ δελ ζα ήκνπλ εδψ πνπ είκαη ζήκεξα. 3
ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ I. Δηζαγσγή..5 II. Γξακκηθά ηξνθνδνηηθά Παικνηξνθνδνηηθά: Παξνπζίαζε θαη ζχγθξηζή ηνπο..8 III. Κξίζηκεο παξάκεηξνη γηα ηελ νξζή ζρεδίαζε ελφο ηξνθνδνηηθνχ.14 IV. Βαζηθά είδε παικνηξνθνδνηηθψλ.17 V. Πεξηγξαθή νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ 29 VI. VII. Μειεηεζέληα θπθιψκαηα...37 Σειηθά πκπεξάζκαηα...45 Αλαθνξέο....46 4
ΔΙΑΓΩΓΗ Σα ηξνθνδνηηθά ζήκεξα ρξεζηκνπνηνχληαη ζε κηα πιεζψξα ζπζθεπψλ ιφγσ ηνπ φηη ε ηάζε ιεηηνπξγίαο ηνπο είλαη ρακειφηεξε απφ απηή ηνπ νηθηαθνχ δηθηχνπ παξνρήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ελψ πνιιέο θνξέο νη ζπζθεπέο δε ιεηηνπξγνχλ κε ελαιιαζζφκελε ηάζε νπφηε ην ηξνθνδνηηθφ κεηψλεη ηελ ηάζε θη φπνπ ρξεηάδεηαη ηε κεηαηξέπεη ζε ζπλερή. Παξαδείγκαηα ζπζθεπψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ηξνθνδνηηθά είλαη νη ηειενξάζεηο, νη ειεθηξνληθνί ππνινγηζηέο, νη θνξηηζηέο θνξεηψλ ζπζθεπψλ, ζπζηήκαηα νηθηαθήο ςπραγσγίαο θ.α. ηε ζεκεξηλή επνρή ε αλάγθε γηα δεκηνπξγία κε ελεξγνβφξσλ ζπζθεπψλ είλαη επηηαθηηθή κε απνηέιεζκα νη εηαηξείεο θαηαζθεπήο ειεθηξηθψλ θαη ειεθηξνληθψλ ζπζθεπψλ λα σζνχληαη πξνο ζπλερείο κεηψζεηο ηεο ηάζεο αιιά θαη ηνπ ξεχκαηνο. Δπηπιένλ ε αλάγθε ηνπ αλζξψπνπ γηα εχθνιε κεηαθνξά ή θνξεηφηεηα ησλ ειεθηξνληθψλ ζπζθεπψλ ζπλεπάγεηαη ηελ αλάγθε χπαξμεο κηαο αληίζηνηρεο κπαηαξίαο. Απηή ζα είλαη ηφζν κεγαιχηεξε φζν κεγαιχηεξε είλαη ε ηάζε ηελ νπνία ρξεηάδεηαη ε ζπζθεπή, κε απνηέιεζκα ην κεγαιχηεξν βάξνο θαη φγθν ηεο κπαηαξίαο. Υαξαθηεξηζηηθά αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη ην ζχλεζεο βάξνο ηεο κπαηαξηάο ελφο θηλεηνχ ηειέθσλνπ είλαη ην 20-30% ηνπ νιηθνχ βάξνπο ηνπ. Γίλεηαη έηζη ζαθήο ε αλάγθε γηα αμηφπηζηα θη απνδνηηθά ηξνθνδνηηθά, ηα νπνία ζα είλαη κηθξά ζε βάξνο θη φγθν. Υαξαθηεξηζηηθά είδε ηξνθνδνηηθψλ είλαη ηα γξακκηθά, ηα παικν-ηξνθνδνηηθά, ηα πξνγξακκαηηδφκελα ηξνθνδνηηθά φπσο απηά πνπ ρξεζηκνπνηνχκε γηα εξγαζηεξηαθνχο ζθνπνχο θαη ηα ηξνθνδνηηθά αδηάιεηπηεο παξνρήο ελέξγεηαο (UPS). ηελ εηθφλα πνπ αθνινπζεί (Δηθφλα 1) παξαηίζεληαη θσηνγξαθίεο νξηζκέλσλ εθ ησλ πξναλαθεξζέλησλ ηξνθνδνηηθψλ. 5
Γραμμικό ηροθοδοηικό Παλμο-ηροθοδοηικό Προγραμμαηιζόμενο ηροθοδοηικό Σροθοδοηικό αδιάλειπηης παροτής ενέργειας Δικόνα 1. Υαξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα ηξνθνδνηηθψλ ηελ παξνχζα εξγαζία ζα εζηηάζνπκε ην ελδηαθέξνλ καο ζηα παικν-ηξνθνδνηηθά θαη ηηο δηαθνξέο ηνπο κε ηα γξακκηθά θπθιψκαηα παξνρήο ηζρχνο. ηηο εηθφλεο 2 θαη 3 δίλνληαη ηα ειεθηξνληθά ζρέδηα ελφο παικν-ηξνθνδνηηθνχ θη ελφο γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ. 6
Δικόνα 2. Ηιεθηξνληθφ ζρέδην παικνηξνθνδνηηθνχ Δικόνα 3. Ηιεθηξνληθφ ζρέδην γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ 7
ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΑ - ΠΑΛΜΟΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΑ: ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΚΑΙ ΤΓΚΡΙΗ ΣΟΤ Όπσο είπακε ηα δχν βαζηθά ηξνθνδνηηθά κε ηα νπνία ζα αζρνιεζνχκε ζηε ζπγθεθξηκέλε εξγαζία είλαη ηα γξακκηθά θαη ηα παικνηξνθνδνηηθά. Σα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά απνηεινχληαη απφ δχν βαζηθά θπθιψκαηα, ην πξσηεχνλ θαη ην δεπηεξεχνλ θχθισκα. Σν πξσηεχνλ ζπλδέεηαη κε ηελ πεγή ελέξγεηαο ελψ ην δεπηεξεχνλ ζπλδέεηαη κε ην θνξηίν. Η ζχλδεζε κεηαμχ απηψλ ησλ δχν θπθισκάησλ είλαη ε θαξδηά ηνπ ηξνθνδνηηθνχ, ν κεηαζρεκαηηζηήο. Ο κεηαζρεκαηηζηήο κεηαηξέπεη ηε δηαζέζηκε ηάζε απφ ην πξσηεχνλ θχθισκα ζηελ επηζπκεηή ηάζε ζην δεπηεξεχνλ θχθισκα. Η κεηαθνξά ελέξγεηαο απφ ην βαζηθφ ζην δεπηεξεχνλ επηηπγράλεηαη κε ηε ζπλερή απμνκείσζε ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ κεηαμχ ηνπο. Σν καγλεηηθφ πεδίν δεκηνπξγείηαη επεηδή ζηελ πξσηεχνπζα πεξηέιημε εθαξκφδνπκε κηα ελαιιαζζφκελε ηάζε. Η ειεθηξνκαγλεηηθή ελέξγεηα ζπιιακβάλεηαη απφ ηε δεπηεξεχνπζα πεξηέιημε έηζη ψζηε λα έρνπκε ηελ επηζπκεηή ηάζε εμφδνπ. Η ηάζε εμφδνπ πνπ ζα πάξνπκε είλαη αλάινγε ηνπ αξηζκνχ ησλ πεξηειίμεσλ ηνπ δεπηεξεχνληνο πελίνπ. Ο κεηαζρεκαηηζηήο είλαη θαηαζθεπαζκέλνο ζπλήζσο απφ ράιθηλν θαιψδην, ην νπνίν βξίζθεηαη ζε ζπείξεο γχξσ απφ έλα ζηδεξνκαγλεηηθφ ππξήλα. Σα παικνηξνθνδνηηθά ρσξίδνληαη ζε δχν κεγάιεο θαηεγνξίεο: ηα DC/DC θαη ηα DC/AC. ην παξαθάησ ζρήκα παξνπζηάδνληαη ηα block diagrams απηψλ ησλ δχν. Δικόνα 4. Block diagram DC/DC παικνηξνθνδνηηθνχ 8
Δικόνα 5. Block diagram DC/AC παικνηξνθνδνηηθνχ Όινη νη DC/DC κεηαηξνπείο έρνπλ DC/AC αλαζηξνθείο, νη έμνδνη ησλ νπνίσλ είλαη αλνξζσκέλεο θαη ξπζκηζκέλεο λα δίλνπλ ηελ απαηηνχκελε ζπλερή έμνδν. Αληηζέησο νη DC/AC κεηαηξνπείο δελ πεξηέρνπλ DC/DC αλαζηξνθείο. Σα δχν είδε παξνπζηάδνπλ θνηλά βαζηθά δνκηθά ζηνηρεία, φπσο ηξαλδίζηνξ ηζρχνο, εληζρπηέο, ξπζκηζηέο, ηαιαλησηέο, θη αληηκεησπίδνπλ ηα ίδηα πξνβιήκαηα πεξηβάιινληνο, π.ρ. ζέκαηα εμάιεηςεο ζνξχβνπ, απφθξηζεο, αμηνπηζηίαο, ζεξκηθήο απαγσγήο θ.α. Λφγσ ηεο επξείαο ρξήζεο ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο, ππάξρνπλ δπν βαζηθά είδε DC/AC ηξνθνδνηηθψλ πνπ καο δίλνπλ ηελ απαξαίηεηε γηα ηε ιεηηνπξγία ησλ ζπζθεπψλ ζπλερή ηάζε. Απηά είλαη ηα απνθαινχκελα series regulated θαη ηα δηαθνπηφκελα. Σα DC/AC ηξνθνδνηηθά παίξλνπλ έλα ελαιιαζζφκελν ξεχκα θαη ην κεηαηξέπνπλ ζε ειαθξά κεηαβαιιφκελν ζπλερέο, ην νπνίν αθνχ πεξάζεη απφ ζπγθεθξηκέλα θίιηξα κεηαηξέπεηαη ζην επηζπκεηφ ζπλερέο. Σα επξχηεξα ρξεζηκνπνηνχκελα ηξνθνδνηηθά είλαη ηα series regulated γξακκηθά θπθιψκαηα παξνρήο ηζρχνο, ηα νπνία κπνξνχλ λα πξνζθέξνπλ εμαηξεηηθή ξχζκηζε ηεο ηάζεο θαη δελ επεξεάδνληαη απφ κεηαβνιέο ζηε ζπρλφηεηα ηνπ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο. Πξφθεηηαη γηα κέζνπ θφζηνπο θπθιψκαηα αιιά εμαηηίαο ηεο ρακειήο απφδνζήο ηνπο είλαη ζρεηηθά αθξηβά ζηελ ιεηηνπξγία ηνπο. Απηνχ ηνπ είδνπο ηα ηξνθνδνηηθά ρξεζηκνπνηνχληαη ζε ηειενξάζεηο, ερεηηθνχο εληζρπηέο θαη ζηεξενθσληθά ζπζηήκαηα. Μηα ππνθαηεγνξία ησλ series regulated είλαη ηα ζηδεξνζπληνληδφκελα. Σα ζηδεξνζπληνληδφκελα είλαη πην απνδνηηθά θη είλαη ηθαλά λα καο δψζνπλ ζηαζεξφ ζπλερέο ξεχκα κε ζρεηηθά ρακειφ θφζηνο ελψ είλαη επίζεο ηα πην απιά θαη πην αμηφπηζηα ηξνθνδνηηθά. ηα κεηνλεθηήκαηα ηνπο ζπγθαηαιέγεηαη ε αλάγθε 9
ηξνθνδνζίαο απφ πνιχ ζηαζεξφ ελαιιαζζφκελν ξεχκα γηαηί πξέπεη λα ξπζκηζηνχλ ζε ζπγθεθξηκέλε ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο. Η απφδνζε ηνπο εμαξηάηαη απφ ην πφζν θαιά έρνπλ ξπζκηζηεί ζηε ζπρλφηεηα ηνπ ελαιιαζζνκέλνπ ξεχκαηνο. Η απφδνζε ηνπο αγγίδεη ην 80% αιιά ηέηνηνη κεηαηξνπείο είλαη πνιχ κεγάινη ζε φγθν θαη βάξνο θαη παξάγνπλ έλα ραξαθηεξηζηηθφ ζφξπβν θαηά ηελ ιεηηνπξγία ηνπο. Σα παικν-ηξνθνδνηηθά είλαη ιηγφηεξν ελεξγνβφξα απφ ηα γξακκηθά δηφηη ηα ηξαλδίζηνξ ηνπο δελ ηξνθνδνηνχληαη ζπλερψο κε ξεχκα. Λεηηνπξγνχλ ζε δπν θαηαζηάζεηο είηε full-on είηε full-off, κε απνηέιεζκα ηελ εμάιεηςε ηεο άζθνπεο θαηαλάισζεο ελέξγεηαο. Λεηηνπξγνχλ ζε ζπρλφηεηεο απφ 60 Hz έσο 200 khz κεηαβάιινληαο ηελ έμνδν αλάινγα κε ην θνξηίν θη έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα θαζπζηεξνχλ ην θιείζηκφ ηνπο ζε πεξίπησζε δηαθνπήο ξεχκαηνο. Γηα ζπρλφηεηεο ρακειφηεξεο ησλ 20 khz παξάγνπλ έλαλ ραξαθηεξηζηηθφ ζφξπβν ελψ γηα ζπρλφηεηεο κεγαιχηεξεο ησλ 40 khz δεκηνπξγνχληαη πην πνιχπινθα πξνβιήκαηα ζπρλνηήησλ. Η ρξήζε γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ ή παικν-ηξνθνδνηηθνχ πξνζδηνξίδεηαη απφ ηηο αλάγθεο ηεο εθάζηνηε εθαξκνγήο, ιακβάλνληαο ππφςε ην θφζηνο αιιά θαη ηηο απαηηήζεηο ηνπ ηειηθνχ πξντφληνο ζε ειεθηξηθφ ξεχκα. Δηδηθφηεξα ηα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά πξνζθέξνπλ ζην ζρεδηαζηή ηξία ζεκαληηθά πιενλεθηήκαηα: α) Απλόηηηα Με ηελ αγνξά ελφο γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ θαη ηελ πξνζζήθε δχν ππθλσηψλ επηηπγράλεηαη απνζήθεπζε ελέξγεηαο κε απιφ ηξφπν θαη δηαζθαιίδνληαη ζπλζήθεο ζηαζεξήο ηάζεο θαη ξεχκαηνο. Αθφκα θη αλ πξνθχςεη αλάγθε ζρεδίαζεο ελφο γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ απφ ηελ αξρή, ε παξνχζα ηερλνινγία επηηξέπεη ηελ απιή αλαπαξαγσγή ελφο ζρεδίνπ απφ θάπνην βηβιίν κε πνιχ ιίγε πξνζπάζεηα. β) Αθόρσβη λειηοσργία και δσναηόηηηα διατείριζης διαθορεηικών θορηίων Σα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά παξάγνπλ ειάρηζην ή θαη κεδεληθφ ειεθηξηθφ ζφξπβν ζηελ έμνδφ ηνπο θαη ν δπλακηθφο ρξφλνο απφθξηζεο θνξηίσλ, δειαδή ν ρξφλνο πνπ ρξεηάδεηαη γηα λα αληαπνθξηζεί ζηηο αιιαγέο ηνπ ξεχκαηνο, είλαη πνιχ κηθξφο. γ) Κόζηος Γηα ηηκέο ηζρχνο κηθξφηεξεο ησλ 10 W, ην θφζηνο ησλ εμαξηεκάησλ θαη ηεο παξαγσγήο ελ γέλεη είλαη κηθξφηεξν ησλ αληηζηνίρσλ παικν-ηξνθνδνηηθψλ. 10
Παξφια απηά ην εχξνο ησλ εθαξκνγψλ ησλ γξακκηθψλ ηξνθνδνηηθψλ πεξηνξίδεηαη ζεκαληηθά ιφγσ ζπγθεθξηκέλσλ κεηνλεθηεκάησλ ηνπο, ηα νπνία ν ζρεδηαζηήο δελ κπνξεί εμαιείςεη. Τπάξρεη φκσο ε δπλαηφηεηα ειαρηζηνπνίεζεο ησλ απνηειεζκάησλ ηνπο. Καη' αξράο δε κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο ξπζκηζηήο ζε θπθιψκαηα φπνπ απαηηείηαη κείσζε ηεο ηάζεο. Απηφ ζπλεπάγεηαη φηη ν ζρεδηαζηήο ζα πξέπεη λα δεκηνπξγήζεη κηα ηάζε εηζφδνπ ηνπιάρηζηνλ 2-3 V πςειφηεξε απφ ηελ απαξαίηεηε ηάζε εμφδνπ. Δπνκέλσο ζε εθαξκνγέο φπνπ δελ έρεη ηνπνζεηεζεί θάπνην θνξηίν, ζα πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζεί έλαο κεηαζρεκαηηζηήο 50-60 Hz κε δπλαηφηεηα δηφξζσζεο θαη θηιηξαξίζκαηνο πξηλ απφ ην γξακκηθφ ηξνθνδνηηθφ, απμάλνληαο ην θφζηνο ηνπ ζπζηήκαηνο. Γεχηεξνλ, θάζε γξακκηθφ ηξνθνδνηηθφ κπνξεί λα έρεη κφλν κία έμνδν. Έηζη γηα θάζε έμνδν ρξεηάδεηαη ε πξνζζήθε ελφο δηαθνξεηηθνχ γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ πνπ ζπλεπάγεηαη πεξεηαίξσ αχμεζε ηνπ θφζηνπο. εκαληηθφ κεηνλέθηεκα είλαη επίζεο ε απνδνηηθφηεηα ηνπ γξακκηθνχ ηξνθνδνηηθνχ. ε ζπλήζεηο εθαξκνγέο ηα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά παξνπζηάδνπλ κηα απφδνζε ηεο ηάμεο ηνπ 30-60 %, νπφηε γηα θάζε Watt πνπ θαηαλαιψλεηαη ζην θνξηίν, πεξηζζφηεξα ηνπο ελφο Watt θαηαλαιίζθνληαη απφ ην ίδην ην θχθισκα. Απηή ε απψιεηα, ε ιεγφκελε απψιεηα headroom, εκθαλίδεηαη ζην ηξαλδίζηνξ εηζφδνπ ηνπ θπθιψκαηνο. Οη αλσηέξσ απψιεηεο είλαη αθφκε ζεκαληηθφηεξεο φηαλ ε ηάζε εηζφδνπ πξέπεη λα κεηαβεί απφ ηηο πςειφηεξεο ζηηο ρακειφηεξεο ηηκέο ηεο, νπφηε θαη θαζίζηαηαη απαξαίηεηε ε ρξήζε ζπζηεκάησλ απαγσγήο ζεξκφηεηαο (ςήθηξεο) ζην ηξαλδίζηνξ εηζφδνπ. Σηο πεξηζζφηεξεο θνξέο ην θχθισκα δελ ζα ιεηηνχξγεη ππφ απηέο ηηο ζπλζήθεο φπνηε νη ςήθηξεο ζα είλαη κεγαιχηεξεο απφ ηηο πξαγκαηηθέο αλάγθεο ηνπ θπθιψκαηνο κε ζπλέπεηα ηελ πεξαηηέξσ αχμεζε ηνπ θφζηνπο απηνχ. Γηα ηηκέο ηζρχνο κεγαιχηεξεο ησλ 10W, ην θφζηνο ησλ ςεθηξψλ αξρίδεη πιένλ λα θαζηζηά απαγνξεπηηθή ηε ρξήζε ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ θπθιψκαηνο. Η αλάγθε ρξήζεο παικν-ηξνθνδνηηθνχ γίλεηαη επηηαθηηθή φηαλ επηιέγνπκε θπθιψκαηα γηα ηελ παξάγσγε κεγαιχηεξεο ηζρχνο νπφηε ηα ηειεπηαία ππεξηεξνχλ ζεκαληηθά έλαληη ησλ γξακκηθψλ ηξνθνδνηηθψλ. Σα παικν-ηξνθνδνηηθά αληηζηαζκίδνπλ φια ηα κεηνλεθηήκαηα ησλ γξακκηθψλ. Πξψηνλ ε απφδνζή ηνπο θπκαίλεηαη κεηαμχ 68 θαη 90% αλεμαξηήησο ηεο ηάζεο εηζφδνπ κε απνηέιεζκα ηε δξαζηηθή κείσζε ηνπ κεγέζνπο ηνπ απαγσγνχ ζεξκφηεηαο θαη θαη επέθηαζε ηνπ θφζηνπο ηνπ θπθιψκαηνο. Σα ηξαλδίζηνξ ηζρχνο ζε ηέηνηα θπθιψκαηα ιεηηνπξγνχλ ζηηο πην απνδνηηθέο (απφ άπνςε ελέξγεηαο) πεξηνρέο ηνπο 11
δειαδή ζηνλ θφξν θαη ζηελ απνθνπή. Αθφκε αθνχ ρξεζηκνπνηνχκε κφλν ηελ AC ζπληζηψζα ηεο ηάζεο εηζφδνπ θαη ηελ πεξλάκε απφ έλα καγλεηηθφ ζηνηρείν, κπνξνχκε λα πξνζζέζνπκε επηπιένλ πελία ψζηε λα έρνπκε πνιιαπιέο ηάζεηο εμφδνπ. Σν επηπιένλ θφζηνο γηα θάζε ηάζε εμφδνπ είλαη πνιχ κηθξφ ζπγθξηλφκελν κε ην θφζηνο νιφθιεξνπ ηνπ θπθιψκαηνο. Δπηπιένλ ην γεγνλφο φηη νη ηάζεηο εμφδνπ είλαη αλεμάξηεηεο ηεο ηάζεο εηζφδνπ, επηηξέπεη ζηελ ηειεπηαία λα είλαη κεγαιχηεξε ή κηθξφηεξε ηεο ηάζεο εμφδνπ ρσξίο λα επεξεάδεηαη θαζφινπ ε ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο. Σν ηειεπηαίν κεγάιν πιενλέθηεκα είλαη ην ρακειφ θφζηνο ησλ παικνηξνθνδνηηθψλ γηα εθαξκνγέο πςειήο ηζρχνο. Καζψο ε ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπο είλαη κεγαιχηεξε απφ 50-60 Hz, ηα καγλεηηθά θαη ρσξεηηθά ζηνηρεία ηνπ θπθιψκαηνο πνπ ρξεζηκνπνηνχκε γηα ηελ απνζήθεπζε ελέξγεηαο είλαη πνιχ κηθξά. πλαθφινπζα ην θφζηνο θαηαζθεπήο ηνπ θπθιψκαηνο είλαη ζεκαληηθά κηθξφηεξν ησλ γξακκηθψλ γηα πςειέο αλάγθεο ηζρχνο. Απηφ θαζηζηά ηα παικν-ηξνθνδνηηθά πην εχρξεζηα θαη κε κεγαιχηεξν εχξνο εθαξκνγψλ απφ ηα αληίζηνηρα γξακκηθά ηξνθνδνηηθά. Σα κεηνλεθηήκαηα ησλ παικν-ηξνθνδνηηθψλ είλαη πνιχ ιίγα θαη κπνξνχλ εμαιεηθζνχλ απφ ην ζρεδηαζηή. Πξψηνλ ε ζρεδίαζε ελφο παικν-ηξνθνδνηηθνχ είλαη πνιχ πην δχζθνιε απφ απηή ελφο γξακκηθνχ. Αλ έλα θχθισκα δελ κπνξεί λα βξεζεί απηνχζην ζηελ αγνξά ζα πξέπεη λα ζρεδηαζηεί. Η ζρεδίαζε ελφο ηέηνηνπ θπθιψκαηνο κπνξεί λα είλαη απνδεηρζεί αξθεηά ρξνλνβφξα θαη πνιπέμνδε. Γεχηεξνλ ν παξαγφκελνο ζφξπβνο απφ έλα ηέηνην θχθισκα, απφ ηηο εμφδνπο αιιά θαη ηηο εηζφδνπο ηνπ, είλαη ζεκαληηθφο θη εθπέκπεηαη ζην πεξηβάιινλ. Κάηη ηέηνην κπνξεί λα είλαη δχζθνιν λα αληηκεησπηζηεί θη απαηηείηαη ε γλψζε ηεο ειεθηξνκαγλεηηθήο ζεσξίαο γηα ηνλ πεξηνξηζκφ ηνπ ζνξχβνπ. πλήζσο ρξεζηκνπνηνχκε θίιηξα θαη ειεθηξνκαγλεηηθή ζσξάθηζε γηα ηνλ πεξηνξηζκφ απηψλ ησλ θαηλνκέλσλ ζην θνξηίν θαη ζην πεξηβάιινλ, ηα νπνία απμάλνπλ ην θφζηνο ηεο θαηαζθεπήο. Σξίηνλ αθνχ ην δηαθνπηφκελν θχθισκα παξνρήο ηζρχνο «θφβεη» ηελ ηάζε εηζφδνπ ζε ρξνλνεμαξηψκελνπο ελεξγεηαθνχο παικνχο, ν ρξφλνο πνπ ρξεηάδεηαη ην θχθισκα λα αληαπνθξηζεί ζηηο αιιαγέο ηνπ θνξηίνπ αιιά θαη ηεο εηζφδνπ είλαη κεγαιχηεξνο απφ απηφλ ηνπ γξακκηθνχ θπθιψκαηνο ηζρχνο. Απηφ νλνκάδεηαη παξνδηθφο ρξφλνο απφθξηζεο. Γηα λα αληηζηαζκίζνπκε απηφ ην κεηνλέθηεκα ζπλήζσο απμάλνπκε ην κέγεζνο ησλ ππθλσηψλ ζην θίιηξν εμφδνπ ψζηε λα απνζεθεχνπλ 12
πεξηζζφηεξε ελέξγεηα ηελ νπνία κπνξεί λα ρξεηαζηεί ην θνξηίν κέρξηο φηνπ λα κπνξέζεη λα αληαπνθξηζεί ην θχθισκα. Έλα αθφκε κεηνλέθηεκα είλαη ν ζχγρξνλνο ηξφπνο ζρεδίαζεο ησλ ειεθηξνληθψλ θπθισκάησλ. Σα θχξηα ζπζηαηηθά ηνπ θπθιψκαηνο είλαη απηά ηα νπνία ζρεδηάδνληαη πξψηα φπνηε ν θαηαζθεπαζηήο ελφο θπθιψκαηνο παξνρήο ηζρχνο είλαη ππνρξεσκέλνο λα ηθαλνπνηήζεη ζπγθεθξηκέλεο αλάγθεο ηζρχνο θαη κάιηζηα ζε ζπγθεθξηκέλν ρψξν. ε απηφ ζα πξέπεη λα ζπκπεξηιάβνπκε ηελ ειιεηπή πιεξνθφξεζε ζρεηηθά κε ηα θνξηία πνπ ζα πξέπεη λα ηξνθνδνηνχληαη θαζψο θαη ηνπο ρξφλνπο απφθξηζεο ηνπ θπθιψκαηνο. Πξέπεη αθφκε λα θάλεη ιάβεη ππφςε ηνπ παξακέηξνπο φπσο ε θπκάησζε έλαληη ηνπ ρξφλνπ ή ε ηζρχο έλαληη ηνπ φγθνπ θαη ηνπ βάξνπο θαζψο θαη ηα πηζαλψο επηβιαβή απνηειέζκαηα άιισλ πεξηθεξεηαθψλ ζπζθεπψλ. Γεληθά ζηε βηνκεραλία ηα πεδία εθαξκνγψλ ησλ γξακκηθψλ ηξνθνδνηηθψλ θαη ησλ παικν-ηξνθνδνηηθψλ είλαη θαιψο δηαρσξηζκέλα. Οη γξακκηθέο παξνρέο ηζρχνο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ρακειήο ηζρχνο δηαηάμεηο φπνπ νη αλάγθεο ηνπ θνξηίνπ γηα ηάζε είλαη πεξηνξηζκέλεο. Αθφκε ρξεζηκνπνηνχληαη ζε δηαηάμεηο φπνπ νη αλάγθεο γηα ρακειφ ζφξπβν είλαη επηβεβιεκέλεο φπσο αλαινγηθά θπθιψκαηα ή θπθιψκαηα ήρνπ. Σέινο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε θπθιψκαηα φπνπ ην θφζηνο παίδεη πξσηαξρηθφ ξνιφ θαη ε παξαγσγή ζεξκφηεηαο είλαη ειάζζνλνο ζεκαζίαο. Σα δηαθνπηφκελα θπθιψκαηα παξνρήο ελέξγεηαο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πεξηπηψζεηο φπνπ έρνπκε αλάγθε κεγάιεο παξνρήο ηζρχνο, βέιηηζηε απφδνζε ηνπ θπθιψκαηνο θαη ε πςειή ζεξκνθξαζία απνηειεί πξφβιεκα. Σέηνηνπ είδνπο ζπζθεπέο είλαη απηέο πνπ ρξεζηκνπνηνχλ κπαηαξηέο. Η δηάξθεηα ηεο κπαηαξίαο θαζψο θη ε εμσηεξηθή θη εζσηεξηθή ζεξκνθξαζία ηεο ζπζθεπήο είλαη παξάγνληεο πνπ πξέπεη λα ιεθζνχλ ζνβαξά ππφςε. Δλ πεξηιήςεη ιφγσ ηεο πνιιαπιήο ρξεζηκφηεηαο, ηεο απφδνζεο, ηνπ κεγέζνπο αιιά θαη ηνπ θφζηνπο ηνπο νη δηαθνπηφκελεο παξνρέο ελέξγεηαο είλαη πξνηηκεηέεο ζηηο πεξηζζφηεξεο εθαξκνγέο. 13
ΚΡΙΙΜΔ ΠΑΡΑΜΔΣΡΟΙ ΓΙΑ ΣΗΝ ΟΡΘΗ ΚΑΣΑΚΔΤΗ ΔΝΟ ΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΟΤ Α. ΥΔΓΙΑΗ ήκεξα ηα ηξνθνδνηηθά είλαη ηδηαηηέξσο πεξίπινθα ιφγσ ησλ πνιχ ζπγθεθξηκέλσλ πξνδηαγξαθψλ πνπ απαηηείηαη λα ηθαλνπνηήζεη ν βαζηθφο ζρεδηαζηήο ηνπ θπθιψκαηνο. Γηα λα κπνξέζεη λα ηθαλνπνηήζεη ηηο απμνκεηψζεηο ζηελ ηάζε θαη ηε ζπρλφηεηα θαη ζπγρξφλσο ηελ απαίηεζε γηα πςειή απφδνζε, ν ζρεδηαζηήο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ είλαη ππνρξεσκέλνο λα ζπλδπάζεη πνιιά μερσξηζηά θπθιψκαηα ζην ζρέδην ηνπ, ηα νπνία κπνξεί λα κελ είλαη αλαγθαία αλ αθνινπζεζεί κηα πην ξεαιηζηηθή πξνζέγγηζε κε ζπγθεθξηκέλεο απαηηήζεηο ζηελ απφδνζε. ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο ε έιιεηςε πιεξνθνξηψλ γηα ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ θνξηίνπ κπνξεί λα θαηαζηήζεη ηε ζρεδίαζε ηνπ ηξνθνδνηηθνχ αθφκε πην πεξίπινθε. Β. ΤΚΔΤΑΙΑ Η ζρεδίαζε ηνπ ηξνθνδνηηθνχ είλαη ην ηειεπηαίν θνκκάηη ζηε ζρεδίαζε κηαο ζπζθεπήο. Δπνκέλσο ην ηξνθνδνηηθφ πεξηνξίδεηαη ρσξηθά, ζην ρψξν πνπ ζα πεξηζζέςεη απφ ηα ππφινηπα εμαξηήκαηα ηνπ θπθιψκαηνο. Απηφ ζεκαίλεη φηη αθφκε θαη δχν ηξνθνδνηηθά κε παξφκνηα ραξαθηεξηζηηθά δελ ζα είλαη ζρεδφλ πνηέ ίδηα. Οη ζρεδηαζηέο πξέπεη θάζε θνξά λα επαλαζρεδηάδνπλ ην ηξνθνδνηηθφ θαη δηαθνξεηηθά ζηνηρεία πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ. Σν ίδην ηζρχεη θαη γηα ηνπο απαγσγνχο ζεξκφηεηαο έρνληαο βέβαηα πάληα ππφςε ηηο απαηηήζεηο ηνπ θπθιψκαηνο. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο ν ζρεδηαζηήο πξέπεη λα κνξθνπνηήζεη πεξηνρέο κε ηδηαίηεξν ζρήκα έηζη ψζηε λα ηνπνζεηήζεη ην θχθισκα ηξνθνδνζίαο θαζψο άρξεζηεο πεξηνρέο ζε έλα ζρέδην ζεσξνχληαη πνιπηέιεηεο πνπ δελ κπνξνχλ λα γίλνπλ απνδεθηέο. Δπνκέλσο ηα ηξνθνδνηηθά έρνπλ ζπλήζσο πεξίεξγν ζρήκα κε απνηέιεζκα λα απμάλεηαη ην θφζηνο ηφζν ηεο ζρεδίαζεο φζν θαη ηεο θαηαζθεπήο ηνπο. Γ. ΚΑΘΟΡΙΜΟ ΣΩΝ ΠΡΟΓΙΑΓΡΑΦΩΝ Όπσο αλαθέξζεθε θαη πξνεγνπκέλσο ηα ηξνθνδνηηθά κπνξνχλ λα γίλνπλ ιηγφηεξν πνιχπινθα, πην αμηφπηζηα θαη πην θζελά αλ ν ζρεδηαζηήο θαζνξίζεη επαθξηβψο ηηο απαηηήζεηο απφδνζεο πνπ πξέπεη λα έρεη ην θχθισκα. Αθφκε φζν πεξηζζφηεξεο πιεξνθνξίεο έρεη γηα ην θνξηίν, ην νπνίν ζα ζπλδεζεί ζην θχθισκα, 14
ηφζν πην απιφ θαη πην νηθνλνκηθφ ζα γίλεη. Γηα παξάδεηγκα ζα αλαθέξνπκε ηελ θπκάησζε πνπ απαηηείηαη λα έρεη ην θχθισκα ζηελ έμνδφ ηνπ. Αλ θαζνξηζηνχλ ηα επίπεδα θπκάησζεο ηνπ θπθιψκαηνο, ν ζρεδηαζηήο κπνξεί λα απνθχγεη εμαξηήκαηα ηα νπνία αιιηψο ζα ρξεζηκνπνηνχζε γηα λα ηθαλνπνηήζεη πην επξείεο αλάγθεο ηνπ θπθιψκαηνο. Αθφκε πξέπεη λα ιεθζνχλ ππφςε παξάκεηξνη αζθαιείαο, φπσο ην θνξηίν ην νπνίν ζα ρξεζηκνπνηεζεί. Διιείςεη ηέηνησλ πιεξνθνξηψλ ηα ηξνθνδνηηθά απμάλνπλ ζε φγθν, βάξνο θαη θφζηνο. Δπηζπκεηή είλαη επίζεο ε ρακειή αληίζηαζε εμφδνπ θαζψο έρεη παξαηεξεζεί φηη ε απμάλεηαη έσο θαη ηξείο θνξέο φηαλ ηνπνζεηεζεί ην θνξηίν ζην θχθισκα. Βεβαίσο ππάξρνπλ θαη ζπζηήκαηα ηα νπνία δελ επεξεάδνληαη θαζφινπ απφ ηελ αληίζηαζε εμφδνπ. ηα αξρηθά ζηάδηα ηεο ζρεδίαζεο πξέπεη λα ζπλππνινγηζηνχλ θαη νη πηζαλνί ηξφπνη ςχμεο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ, κε αλεκηζηήξεο ή heat pipes, αθνχ φζν απμάλνληαη νη απαηηήζεηο έλαληη ηνπ ηξνθνδνηηθνχ ηφζν κεγαιψλνπλ θη νη απαηηήζεηο ηνπ θπθιψκαηνο γηα απαγσγή ζεξκφηεηαο. Γ. ΚΑΘΟΡΙΜΟ ΣΩΝ ΔΞΑΡΣΗΜΑΣΩΝ Αλάινγα κε ηηο πξνδηαγξαθέο πνπ έρεη ν ζρεδηαζηήο κπνξεί λα θαζνξίζεη ηα εμαξηήκαηα ηα νπνία κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ ηξνθνδνηηθνχ. Αο αλαθεξζνχκε ζηελ θπκαηνκνξθή εμφδνπ. Γλσξίδνπκε φηη ε απφδνζε ησλ ηξαλδίζηνξ είλαη κεγαιχηεξε φηαλ εθαξκνζηεί ζε απηά έλα ζπκκεηξηθφ ηεηξαγσληθφ ζήκα. Καη ζηηο δχν θαηαζηάζεηο ζηηο νπνίεο κπνξεί λα βξεζεί ην ηξαλδίζηνξ, είηε αλνηρηφ είηε θιεηζηφ, ε εζσηεξηθή ηνπ αληίζηαζε είλαη κηθξφηεξε αλ εθαξκφδεηαη ζε απηφ έλα ηεηξαγσληθφ ζήκα. Γη απηφ ην ιφγν ζε ζπζηήκαηα πςειήο ηζρχνο ρξεζηκνπνηνχκε ηεηξαγσληθνχο παικνχο. Τπάξρνπλ φκσο θαη πεξηπηψζεηο φπνπ ε αλάγθε γηα ηζρχ είλαη κηθξφηεξε θη άξα δελ είλαη απαξαίηεηε ε ρξήζε ηέηνησλ θπκαηνκνξθψλ. Άιιε κηα πνιχ ζεκαληηθή παξάκεηξνο γηα ηνλ θαζνξηζκφ ησλ εζσηεξηθψλ εμαξηεκάησλ ηνπ θπθιψκαηνο είλαη ε ηάζε εηζφδνπ. Η ζεξκνθξαζία παίδεη επίζεο θπξίαξρν ξφιν. Σα ηξαλδίζηνξ είλαη ζπζθεπέο νη νπνίεο επεξεάδνληαη εχθνια απφ ηε ζεξκνθξαζία, άξα ν ζρεδηαζηήο πξέπεη λα ιάβεη ππφςε ηνπ ηηο ζεξκνθξαζίεο ζηηο νπνίεο ζα βξίζθεηαη ην θχθισκα. ηα αξρηθά ζηάδηα ηεο ζρεδίαζεο πξέπεη λα ιάβνπκε ππφςε ηε ζεξκνθξαζία πνπ δεκηνπξγεί ην ηξαλδίζηνξ ιφγσ ηεο εζσηεξηθήο ηνπ αληίζηαζεο έηζη ψζηε λα κελ ππεξβνχκε ηηο πξνδηαγξαθέο πνπ ζέηεη ν 15
θαηαζθεπαζηήο. Γηα θιεηζηά εμαξηήκαηα, ζεξκνθξαζίεο ηεο ηάμεο ησλ 45 50 o C θαη κεηαβνιέο ηεο ηάμεο ηνπ 33% ζεσξνχληαη θπζηνινγηθέο. Ο ζρεδηαζηήο φκσο πξέπεη λα ζπλππνινγίζεη θαη ηελ αληίζεηε πεξίπησζε. Γηα ζεξκνθξαζίεο ιεηηνπξγίαο θάησ ησλ 25 o C πνιινί θαηαζθεπαζηέο ιέλε φηη κπνξεί λα κελ πάξνπκε ηελ επηζπκεηή ελίζρπζε, λα ζηακαηήζεη ν ηαιαλησηήο θη ίζσο αθφκε λα κελ κπνξεί λα μεθηλήζεη ην θχθισκα. Δ. ΑΠΟΓΟΗ Ο θχξηνο ιφγνο γηα ηε κείσζε ηεο απφδνζεο ελφο ηξνθνδνηηθνχ είλαη ηα ηξαλδίζηνξ θη νη απψιεηεο πνπ πξνέξρνληαη απφ ην δηακνξθσηή. Οη απψιεηεο απηέο είλαη ζρεηηθά ζηαζεξέο θαη ζπκβαίλνπλ ζε έλα κεγάιν εχξνο ζπρλνηήησλ. Αληίζεηα νη απψιεηεο απφ ηα ηξαλδίζηνξ θαη ηηο δηφδνπο επεξεάδνληαη ζεκαληηθά απφ ηε ζπρλφηεηα. Οη απψιεηεο ησλ ηξαλδίζηνξ είλαη ζρεηηθά ρακειέο επεηδή θαηά ηελ απνθνπή δελ έρνπκε πςειά ξεχκαηα απσιεηψλ. Δηδηθφηεξα γηα ηα ηξαλδίζηνξ πνπ ρξεζηκνπνηνχκε ζηε ζρεδίαζε ηξνθνδνηηθψλ νη κεγαιχηεξεο απψιεηεο νθείινληαη ζηα πςειά ξεχκαηα πνπ εκθαλίδνληαη ζηελ αληίζηαζε θφξνπ φηαλ ην ηξαλδίζηνξ είλαη αλνηρηφ. εκαληηθέο απψιεηεο έρνπκε αθφκε φηαλ ην ηξαλδίζηνξ αλνίγεη ή θιείλεη, εηδηθά φηαλ ε ζπρλφηεηα ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθιψκαηνο είλαη ζπγθξίζηκε κε ηε ζπρλφηεηα πνπ ρξεηάδεηαη ην ηξαλδίζηνξ ψζηε λα κεηαβεί απφ ηε κηα θαηάζηαζε ζηελ άιιε. Έλα θαιφ ηξαλδίζηνξ έρεη ρακειά ξεχκαηα απσιεηψλ θαη γεληθά νη απψιεηεο φηαλ είλαη θιεηζηφ δελ είλαη ζεκαληηθέο. Γηα λα δψζνπκε κηα ηάμε κεγέζνπο, φηαλ έρνπκε έλα κεηαηξνπέα ν νπνίνο δνπιεχεη ζην κέγηζην ησλ δπλαηνηήησλ ηνπ, γηα ηξαλδίζηνξ απνδνηηθφηεηαο ηεο ηάμεο ηνπ 92 % ε νιηθή απφδνζε ηνπ θπθιψκαηφο καο ζα είλαη πεξίπνπ ζηα 75 %, κε ηελ πξνυπφζεζε φηη νη ζεξκνθξαζίεο κεηαμχ ησλ επαθψλ είλαη ζρεηηθά ρακειέο. Σ. ΘΟΡΤΒΟ ηηο πξνδηαγξαθέο πνπ καο δίλνληαη γηα έλα ζπγθεθξηκέλν ηξνθνδνηηθφ ζπλήζσο ν ζφξπβνο δελ απνηειεί πξψηηζην κέιεκα. Γελ κπνξνχκε φκσο λα κελ ην ιάβνπκε ππφςε καο γηα παξάδεηγκα ζε ζπζηήκαηα ππνινγηζηψλ πνιχ κεγάινπ κεγέζνπο. Ο ζφξπβνο, ν νπνίνο εκθαλίδεηαη θαη ζηελ είζνδν θαη ζηελ έμνδν, νθείιεηαη ζε παξαζηηηθέο ρσξεηηθφηεηεο εληφο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ θαη είλαη πνιχ δχζθνιν λα εμαιεηθζεί. Πνιινί θαηαζθεπαζηέο πξνζπαζνχλ λα εμαιείςνπλ ην ζφξπβν ρξεζηκνπνηψληαο ππθλσηέο κεηαμχ ηεο εμφδνπ, ησλ εζσηεξηθψλ γξακκψλ θαη ηεο 16
ζπζθεπαζίαο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ. Πνιιέο θνξέο φκσο απηφ έρεη ζαλ απνηέιεζκα λα είλαη δχζθνιε ε γείσζε ηνπ θπθιψκαηνο θαη λα εκθαλίδνληαη πξνβιήκαηα ζηελ έμνδν. ηελ εηθφλα πνπ αθνινπζεί (Δηθφλα 6) παξνπζηάδνληαη κέξε ηνπ θπθιψκαηνο ηα νπνία κπνξεί λα εκθαλίζνπλ ζφξπβν θαζψο θαη ηξφπνη εμάιεηςήο ηνπο ρξεζηκνπνηψληαο ππθλσηέο. Δικόνα 6. Μέξε θπθιψκαηνο πνπ παξάγνπλ ζφξπβν ΒΑΙΚΑ ΔΙΓΗ ΠΑΛΜΟΣΡΟΦΟΓΟΣΙΚΩΝ Ο ιφγνο γηα ηνλ νπνίν ε κεηαηξνπή ηεο ηάζεο είλαη απνδνηηθή θαη ην ηξνθνδνηηθφ κηθξφ εληνπίδεηαη ζην φηη πεξηέρεη έλα πςειήο ζπρλφηεηαο ηκήκα ηζρχνο ην νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλν απφ έλαλ ή πεξηζζφηεξνπο δηαθφπηεο. Οη ηειεπηαίνη είλαη θαηαζθεπαζκέλνη απφ εκηαγσγνχο πνπ ιεηηνπξγνχλ θπθιηθά θαη ηα ηξαλδίζηνξ ιεηηνπξγνχλ είηε ζηνλ θφξν είηε ζηελ απνθνπή κε απνηέιεζκα λα ζηέιλνπλ πςεινχο παικνχο ηάζεο ζην δηακνξθσηή. Πνιιαπιέο κνλάδεο θηιηξάξνπλ ηελ έμνδν κεηαβάιινληαο ηε δηάξθεηα ησλ παικψλ θαζψο κεηαβάιιεηαη ην θνξηίν ηνπ θπθιψκαηνο. Ο βαζηθφο δηαρσξηζκφο ησλ παικν-ηξνθνδνηηθψλ ζε θαηεγνξίεο γίλεηαη ζχκθσλα κε ην είδνο ηνπ ζηαδίνπ ηζρχνο. Σν ζηάδην ηζρχνο παίξλεη ηξεηο κνξθέο: full bridge, half bridge θαη flyback. Απηέο ζπλνδεχνληαη απφ κία απφ ηηο παξαθάησ κεζφδνπο δηακφξθσζεο: δηακφξθσζε πιάηνπο ηνπ παικνχ, δηάξθεηαο ηνπ παικνχ, ζπρλφηεηαο ηνπ παικνχ θαη ζπρλφηεηαο ηνπ θπθιψκαηνο. Σν πνηφ ζηάδην ηζρχνο ζα εθαξκφζνπκε εμαξηάηαη απφ ηελ εθαξκνγή δειαδή ηελ ηάζε εμφδνπ, ηελ ηζρχ πνπ ρξεηάδεηαη ην θχθισκα, ην εχξνο ηάζεο πνπ έρνπκε ζηελ είζνδν, ηελ απνδνηηθφηεηα, ην βάξνο θαη γεληθφηεξα ην κέγεζνο. 17
Η βαζηθή αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ ηξνθνδνηηθνχ είλαη απιή. Μηα ρακειή DC ηάζε εθαξκφδεηαη ζε έλαλ ηαιαλησηή, απφ ηελ έμνδν ηνπ νπνίνπ παίξλνπκε κηα ρακειή AC ηάζε. Απηή εθαξκφδεηαη ζε έλαλ δηακνξθσηή πνπ καο δίλεη ηελ επηζπκεηή πςειή ελαιιαζζφκελε ηάζε. ε πεξίπησζε πνπ ζέινπκε ζπλερή ηάζε αλνξζψλνπκε ηελ ηάζε πνπ πήξακε απφ ηνλ δηακνξθσηή. Οη DC/DC κεηαηξνπείο κπνξνχλ λα ρσξηζηνχλ ζε ηξεηο βαζηθέο θαηεγνξίεο βάζεη καγλεηηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ: a) flyback b) forward c) push-pull Σφζν νη flyback φζν θαη νη forward απνζεθεχνπλ ελέξγεηα ζε έλα επαγσγηθφ ζηνηρείν αιιά κφλν φηαλ νη δηαθφπηεο ηνπο είλαη θιεηζηνί. Η δηαθνξά ηνπο έγθεηηαη ζην φηη νη flyback είλαη ζπλδεδεκέλνη παξάιιεια κε ην πελίν νπφηε ε απνζεθεπκέλε ελέξγεηα πεγαίλεη ζην θνξηίν φηαλ ν κεηαηξνπέαο δελ άγεη. Αληίζεηα νη forward κεηαηξνπείο είλαη ζπλδεδεκέλνη κε ην πελίν θαη ην θνξηίν νπφηε ε ελέξγεηά ηνπο πεγαίλεη ζπγρξφλσο θαη ζην θνξηίν θαη ζην πελίν είηε ν κεηαηξνπέαο άγεη είηε φρη. Ο κεηαηξνπέαο push-pull κεηψλεη ηνλ θπκαηηζκφ θαηά ηελ παξαγσγή ηάζεο κε ην δηπιαζηαζκφ ηεο ζπρλφηεηαο ζην θίιηξν εμφδνπ. Δπηπιένλ ρξεζηκνπνηεί κηθξνχο ππξήλεο ζηνπο κεηαζρεκαηηζηέο επεηδή αληίζεηα απφ ηνπο forward θαη flyback κεηαηξνπείο δηεγείξεη ηνλ ππξήλα ησλ κεηαζρεκαηηζηψλ δηαδνρηθά θαη ζηηο δχν θαηεπζχλζεηο. Οη push-pull κεηαζρεκαηηζηέο ππφθεηληαη ζε DC αζηάζεηα πνπ κπνξεί λα νδεγήζεη ζηνλ θνξεζκφ ησλ ππξήλσλ. Flyback Ο κεηαηξνπέαο flyback αλήθεη ζηελ νηθνγέλεηα ησλ βαζηθψλ παικνηξνθνδνηηθψλ πνπ ζεκαίλεη φηη ε είζνδνο θαη ε έμνδνο ηνπ είλαη απνθνκκέλεο. Υξεζηκνπνηείηαη ζρεδφλ ζε φιεο ηηο κνληέξλεο ειεθηξνληθέο ζπζθεπέο, νη νπνίεο έρνπλ ρακειέο απαηηήζεηο ζε θαηαλάισζε, πεξίπνπ κέρξη ηα 300 watt. Σέηνηα παξαδείγκαηα είλαη νη ηειενξάζεηο, νη πξνζσπηθνί ππνινγηζηέο, νη εθηππσηέο θη άιια. Υαξαθηεξηζηηθφ απηνχ ηνπ ηχπνπ ησλ παικν-ηξνθνδνηηθψλ είλαη ν ζεκαληηθά ρακειφο αξηζκφο εμαξηεκάησλ πνπ ηα απνηεινχλ. Αθφκε νη πνιιαπιέο ηάζεηο 18
εμφδνπ πνπ κπνξνχλ λα πξνζθέξνπλ, κπνξνχλ λα ειεγρζνχλ απφ έλα κφλν θχθισκα. ηελ εηθφλα 7 θαίλεηαη ην βαζηθφ θχθισκα ελφο κεηαηξνπέα flyback. Δικόνα 7. Flyback κεηαηξνπέαο Σν ηξαλδίζηνξ ιεηηνχξγεη ζαλ δηαθφπηεο, Η ηάζε Vcont πνπ εθαξκφδεηαη ζηελ πχιε ηνπ ηξαλδίζηνξ ιεηηνπξγεί ζαλ ηάζε ειέγρνπ ηνπ δηαθφπηε. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη ε θχξηα ηάζε απφ ην κεηαζρεκαηηζηή V1 είλαη ίζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ Vin ε νπνία έρεη σο απνηέιεζκα ην ξεχκα I1 λα απμάλεηαη γξακκηθά.. ε απηή ηε θάζε ε ελέξγεηα απνζεθεχεηαη ζηνλ ππξήλα ηνπ κεηαηξνπέα θαη ην δεπηεξεχνλ ξεχκα είλαη κεδέλ, επεηδή ε δίνδνο ην κπινθάξεη. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ είλαη ζηελ απνθνπή ην πξσηεχνλ ξεχκα δηαθφπηεηαη θαη νη ηάζεηο ζην κεηαζρεκαηηζηή αληηζηξέθνληαη, ιφγσ ηνπ λφκνπ ηνπ Φάξαληετ, ε δίνδνο άγεη θαη ε ελέξγεηα κεηαθέξεηαη απφ ην κεηαζρεκαηηζηή κέζσ ηεο δηφδνπ ζηνλ ππθλσηή εμφδνπ Cout. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη ε ηάζε κεηαμχ drain θαη source είλαη ίζε κε κεδέλ. Όηαλ είλαη ζηελ απνθνπή ε ηάζε εμφδνπ ζα κεηαζρεκαηηζηεί ζην θχξην πελίν θαη ε ηάζε κεηαμχ drain θαη source ζα αλέβεη. Ο κεηαζρεκαηηζηήο δηαθνξνπνηείηαη απφ ηνπο ζπλήζεηο γηαηί απνζεθεχεη ελέξγεηα φηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη θαη κεηά ηελ απνδίδεη κέζσ ηεο δηφδνπ ζηνλ ππθλσηή. Μπνξεί λα ραξαθηεξηζηεί σο έλα πελίν «απνζήθεπζεο» κε κηα πξσηεχνπζα θαη κηα δεπηεξεχνπζα πεξηέιημε. ηελ εηθφλα 8 παξνπζηάδνληαη ηα δηαγξάκκαηα ηάζεο θαη ξεχκαηνο ζε έλαλ κεηαηξνπέα flyback. 19
Δικόνα 8. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην flyback Forward Τπάξρνπλ δπν βαζηθά είδε forward κεηαηξνπέσλ: νη κνλνχ θαη δηπινχ ηξαλδίζηνξ. Καη ζηνπο δπν έρνπκε απνκφλσζε ηεο εηζφδνπ κε ηελ έμνδν νπφηε κπνξνχλ λα δψζνπλ ηζρχ ζηελ έμνδν κέρξη θαη 1kW. ην ζρήκα 9 παξνπζηάδνπκε ηνλ κεηαηξνπέα κνλνχ ηξαλδίζηνξ. Δικόνα 9. Forward converter κνλνχ ηξαλδίζηνξ 20
Ο κεηαηξνπέαο κεηαθέξεη ελέξγεηα φηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη θαη ε ηάζε V1 γίλεηαη ίζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ. Η θαηεχζπλζε ηεο πεξηέιημεο Ν2 είλαη ίδηα κε ηεο Ν1. Η ηάζε V2 δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε. Η ηαζε V2 δεκηνπξγεί έλα ξεχκα Ι2 ην νπνίν είλαη ίζν κε ην ξεχκα Ι3 θαη κέζσ ηνπ πελίνπ L θνξηίδεη ηνπο νπιηζκνχο ηνπ ππθλσηή Cout. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ δελ άγεη ηφηε ηα πελία Ν1 θαη Ν2 δελ δηαξξένληαη απφ ξεχκα. Σν πελίν L ηξαβάεη ην ξεχκα ηνπ κέζσ ηεο δηφδνπ D3. Σν πελίν Ν1 πξέπεη λα απνκαγλεηηζηεί θαη ην θάλεη κε ηελ βνήζεηα ηνπ πελίνπ Ν1 θαη ηεο δηφδνπ D1. Σα πελία Ν1 θαη Ν1 είλαη ίδηα άξα θαη ρξφλνο πνπ άγεη ην ηξαλδίζηνξ πξέπεη λα είλαη ίδηνο κε ηνλ ρξφλν πνπ δελ άγεη. Άξα ε ηάζε ζην πελίν Ν1 ζα κεηαθεξζεί ζην Ν1 θαη άξα ην V1=-Vin νπφηε ε ηάζε κεηαμχ drain θαη source ηνπ ηξαλδίζηνξ είλαη V DS 2Vin φηαλ δελ άγεη ην ηξαλδίζηνξ. ε ζχγθξηζε κε ηνλ κεηαηξνπέα flyback ε δνπιεηά ηνπ είλαη λα κεηαθέξεη ελέξγεηα θαη φρη λα ηελ απνζεθεχεη. ηελ εηθφλα 10 παξνπζηάδνληαη ηα δηαγξάκκαηα γηα ηελ ηάζε θαη ην ξεχκα ζε έλα κεηαηξνπέα forward. Δικόνα 10. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην forward Push-pull 21
Ο κεηαηξνπέαο push-pull είλαη θαη απηφο έλα θχθισκα ην νπνίν κπνξεί λα πξνζθέξεη ζηελ έμνδν πςειή ηζρχ. ηελ είζνδν ηνπ θπθιψκαηνο βάδνπκε κηα AC είζνδν θαη βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ είλαη ε ηθαλφηεηά ηνπ λα εθκεηαιιεχεηαη θαη ηελ ζεηηθή θαη ηελ αξλεηηθή ηάζε πνπ καο δίλεη ε είζνδνο νπφηε έρνπκε κεγίζηε εθκεηάιιεπζε ηεο εηζφδνπ. ηελ εηθφλα 11 παξνπζηάδεηαη έλα θχθισκα push-pull. Δικόνα 11. Push-pull Η ηάζε V1 κπνξεί λα είλαη +Vin, -Vin ή κεδέλ αλάινγα κε πνηφ δεπγάξη ηξαλδίζηνξ άγεη (ην Σ1,Σ4 ή Σ2,Σ3). ην δεπηεξεχνλ ηκήκα ηνπ θπθιψκαηνο ε ηάζε αλνξζψλεηαη θαη εμνκαιχλεηαη απφ ην L θαη ην Cout. Η ηάζε εμφδνπ δίλεηαη απφ ηε ζρέζε:. ηελ εηθφλα 12 παξνπζηάδνληαη ηα δηαγξάκκαηα γηα ηελ ηάζε θαη ην ξεχκα ζε έλα κεηαηξνπέα push-pull. 22
Δικόνα 12. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην push-pull Μηα παξαιιαγή ηνπ παξαπάλσ θπθιψκαηνο ψζηε λα πάξνπκε ηελ κηζή ηάζε είλαη ην half bridge push pull converter ην νπνίν παξνπζηάδεηαη ζηελ εηθφλα 13. Οη ππθλσηέο C1 θαη C2 ρσξίδνπλ ηελ ηάζε εηζφδνπ ζηε κέζε. Γηα απηφ ην πιάηνο ζην πξσηεχνλ θχθισκα είλαη ±Vin/2. Δικόνα 13. Half bridge push pull converter 23
ηνλ παξαθάησ πηλάθα εκθαλίδνληαη ζπλνπηηθά ηα ππέξ θαη ηα θαηά ησλ ηξηψλ παξαπάλσ εηδψλ DC/DC κεηαηξνπέσλ: flyback,forward θαη push-pull. Σύπος Πλεονεκηήμαηα Μειονεκηήμαηα Flyback Απνκφλσζε ηεο γξακκήο απφ ηελ παξνρή Μεγάιε θπκάησζε ζηελ έμνδν Η έμνδνο δε ρξεηάδεηαη λα θηιηξαξηζηεί Υξεηάδεηαη πελία κεγάινπ ππξήλα Απιφ θχθισκα Υακειή ηζρχο ζηελ έμνδν Μηθξφο αξηζκφο εμαξηεκάησλ Γπλαηφηεηα πνιιαπιψλ εμφδσλ Γελ ρξεηάδνληαη κεηαηξνπείο εμφδνπ Υξήζηκν γηα εθαξκνγέο πςειήο ηάζεο φπνπ απαηηνχληαη πνιιαπιέο έμνδνη Απιφ θχθισκα βάζεο κε ηξαλδίζηνξ ηζρχνο Forward Push-pull Υακειή θπκάησζε ηάζεο ζηελ έμνδν Γπλαηφηεηα πνιιαπιψλ εμφδσλ Υξεηάδνληαη κνλνχ δηαθφπηε ηξαλδίζηνξ Απιφ θχθισκα βάζεο κε ηξαλδίζηνξ ηζρχνο Υξήζηκν γηα εθαξκνγέο ρακειήο ηζρχνο Υακειή θπκάησζε ηάζεο εμφδνπ Καιή ξχζκηζε Υξεζηκνπνηεί κηθξνχο ππξήλεο ζηνπο κεηαηξνπείο Παξέρεη απνκφλσζε απφ ηελ γξακκή Ιθαλφηεηα παξνρήο πςειήο ηζρχνο ζηελ έμνδν Υξήζηκν γηα εθαξκνγέο κνλήο εμφδνπ θη πςειήο ηζρχνο Υξεηάδεηαη ηελ ηνπνζέηεζε κεηαηξνπέα γηα ηελ απνκφλσζε ηεο γξακκήο Υξεηάδεηαη επηπιένλ θαισδίσζε θη εμαξηήκαηα γηα πνιιαπιέο εμφδνπο Μεγάινο αξηζκφο εμαξηεκάησλ Πνιχπινθν θχθισκα Πνιχπινθν θχθισκα βάζεο κε ηξαλδίζηνξ ηζρχνο Δπεξεάδεηαη εχθνια απφ DC κεηαβνιέο Υξεηάδεηαη επηπιένλ θαισδίσζε θη εμαξηήκαηα γηα πνιιαπιέο εμφδνπο 24
Παξαθάησ ζα παξνπζηάζνπκε θάπνηνπο άιινπο κεηαηξνπείο, νη νπνίνη νλνκάδνληαη δεπηεξεχνληεο κεηαηξνπείο. Η βαζηθή ηνπο δηαθνξά είλαη φηη δελ πξνζθέξνπλ απνκφλσζε κεηαμχ εηζφδνπ θαη εμφδνπ ζε ζχγθξηζε κε ηνπο πξσηεχνληεο πνπ παξνπζηάζακε παξαπάλσ. Ο ιφγνο πνπ ηνπο ρξεζηκνπνηνχκε είλαη επεηδή ε απνκφλσζε εηζφδνπ-εμφδνπ ήδε ππάξρεη ή επεηδή δελ είλαη απαξαίηεηε φπσο γηα παξάδεηγκα ζε ζπζθεπέο νη νπνίεο ηξνθνδνηνχληαη απφ κπαηαξίεο. Σα ηξία βαζηθά εηδή είλαη: a) Buck Converter (Step Down Converter) b) Boost Converter (Step Up Converter) c) Buck-Boost Converter (Inverting Converter) Θα δψζνπκε κηα ζχληνκε πεξηγξαθή ησλ ηξηψλ εηδψλ θαζψο θαη ηα βαζηθά ηνπο δηαγξάκκαηα. Buck Converter (Step Down Converter) Ο buck κεηαηξνπέαο παίξλεη κηα ηάζε εμφδνπ θαη ηελ κεηαηξέπεη ζε κηα έμνδν ρακειφηεξεο ηάζεο. ηελ εηθφλα 14 βιέπνπκε ην θχθισκα ελφο ηέηνηνπ κεηαηξνπέα. Δικόνα 14. Buck converter Σν ηξαλδίζηνξ Σ ιεηηνχξγεη ζαλ δηαθφπηεο ν νπνίνο ειέγρεηαη απφ κηα ηεηξαγσληθή ηάζε V PWM κεηαβιεηνχ πιάηνπο ζρεηηθά πςειήο ζπρλφηεηαο. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη ε ηάζε V1 είλαη ίζε κε ηελ ηάζε Vin. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ είλαη ζηελ απνθνπή ην πελίν L θαη ν ππθλσηήο C out πνπ βξίζθνληαη παξάιιεια ζπλδεδεκέλνη θαη κέζσ ηεο δηφδνπ ζπλερίδνπλ λα δίλνπλ ξεχκα ζην θνξηίν κέρξη ε ηάζε V1 λα γίλεη κεδέλ. Η ηάζε V1 ζα παξακείλεη κεδέλ κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ην ξεχκα Ι L δελ ζα γίλεη κεδέλ. Αλ κεδεληζηεί ε ηάζε V1 ην πελίν αληηζηξέθεη ηελ πνιηθφηεηα ηνπ θαη καο δίλεη ηάζε Vout. Η ηάζε εμφδνπ ζα είλαη. 25
Δικόνα 15. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην buck converter Όηαλ ην ξεχκα ζηελ έμνδν γίλεη ην ξεχκα ζην πελίν γίλεηαη κεδέλ θαη ην παξαπάλσ δηάγξακκα δελ ηζρχεη. Boost converter (Step Up Converter) Ο boost converter κεηαηξέπεη ηελ ηάζε εηζφδνπ ζε κηα πςειφηεξε ηάζε εμφδνπ. πλήζσο ρξεζηκνπνηείηαη ζε ζπζθεπέο πνπ ιεηηνπξγνχλ κε κπαηαξίεο. ηελ εηθφλα 16 παξνπζηάδεηαη ην θχθισκα ελφο ηέηνηνπ κεηαηξνπέα. Δικόνα 16. Boost converter ηελ εηθφλα 17 παξνπζηάδνληαη ηα δηαγξάκκαηα γηα ηελ ηάζε θαη ην ξεχκα ζε έλα boost converter. 26
Δικόνα 17. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην boost converter Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ πελίνπ είλαη ίζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ Vin θαη ην ξεχκα I L απμάλεηαη γξακκηθά. Όηαλ δελ άγεη ην ηξαλδηζηνξ, ην πελην πξνζπαζεί λα αληηζηαζκίζεη απηή ηελ κεηαβνιή νπφηε πξνζθέξεη ξεχκα ζην θχθισκα θαη κέζσ ηεο δηφδνπ θνξηίδεη ηνλ ππθλσηή Cout. Η ιεηηνπξγία ηνπ κπνξεί λα εμεγεζεί θαη κε ελεξγεηαθνχο φξνπο. Όηαλ άγεη ην πελίν καδεχεη ελέξγεηα θαη φηαλ είλαη ζηελ απνθνπή, ην πελίν κεηαθέξεη ηελ ελέξγεηα ζηνλ ππθλσηή εμφδνπ. Buck-boost converter (Inverting Converter) O buck-boost converter είλαη έλαο κεηαηξνπέαο, ν νπνίνο είλαη ζηελ νπζία ν ζπλδπαζκφο ησλ δπν πξνεγνπκέλσλ. Παίξλεη κηα ζεηηθή ηάζε θαη ηελ κεηαηξέπεη ζε αξλεηηθή. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ άγεη, ε ηάζε ηνπ πελίνπ V L απμάλεηαη κέρξη λα γίλεη Vin. Όηαλ ην ηξαλδίζηνξ δελ άγεη ηφηε ην πελίν αιιάδεη πνιηθφηεηα Vout θαη θνξηίδεη ηνλ ππθλσηή Cout κέζσ ηεο δηφδνπ. ηελ εηθφλα 18 παξνπζηάδεηαη ην θχθισκα ελφο ηέηνηνπ κεηαηξνπέα θαη ζηελ εηθφλα 19 νη ηάζεηο θαη ηα ξεχκαηα ζηα εμαξηήκαηα ηνπ θπθιψκαηνο. 27
Δικόνα 18. Buck-boost converter Δικόνα 19. Σάζεηο θαη ξεχκαηα ζην buck-boost converter 28
ΠΔΡΙΓΡΑΦΗ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΔΝΩΝ ΚΤΚΛΩΜΑΣΩΝ Maxim MAX 680 Σν MAX 680 είλαη έλαο κνλνιηζηθφο, CMOS, dual-charge pump voltage κεηαηξνπέαο ν νπνίνο κπνξεί λα καο δψζεη κηα ηάζε εμφδνπ ±10 Volt απφ κηα ηάζε εηζφδνπ 5 Volt. Σν νινθιεξσκέλν έρεη δπν charge-pumps, κηα γηα λα δίλεη ηελ ζεηηθή έμνδν θαη κηα αληεζηξακκέλε charge-pump γηα λα καο δίλεη ηελ αξλεηηθή έμνδν. Αθφκε έρεη έλαλ εζσηεξηθφ ηαιαλησηή πνπ ιεηηνχξγεη ζηα 8kHz. Σα κφλα εμσηεξηθά εμαξηήκαηα πνπ ρξεηάδεηαη ην MAX 680 είλαη ηέζζεξηο ππθλσηέο. Σν νινθιεξσκέλν κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε εθαξκνγέο φπνπ είλαη απαξαίηεηε ε αχμεζε ηεο ηάζεο αιιά ζπγρξφλσο έρνπκε ηελ αλάγθε θαη γηα ζεηηθή θαη γηα αξλεηηθή ηάζε. Σππηθέο εθαξκνγέο είλαη ε παξαγσγή ηάζεο απφ κηα πεγή 3V ζε ±6V ή απφ κηα «ινγηθή» είζνδν ησλ 5V ζε ±10V γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί ζε έλα αλαινγηθφ θχθισκα. Σέηνηεο εθαξκνγέο κπνξεί λα είλαη θνξεηέο ζπζθεπέο πνπ ιεηηνπξγνχλ κε κηα κπαηαξία ηφλησλ ιηζίνπ ησλ 3V, ζε ζπζηήκαηα απφθηεζεο δεδνκέλσλ, ζε ζπζθεπέο κεηξήζεσλ, ελδηάκεζα ζηάδηα ελφο εληζρπηή θ.α. ηελ εηθφλα 20 παξνπζηάδεηαη ε θάηνςε ηνπ MAX 680 θαη νη αθξνδέθηεο παξνπζηάδνληαη αλαιπηηθά ζηνλ πίλαθα πνπ αθνινπζεί. Δικόνα 20. Κάηνςε MAX 680 29
Αθξνδεθηεο ζχκβνιν Υξήζε 1 C1- Σνπνζέηεζε ππθλσηή ζε ζεηξά κε ην C1+ 2 C2+ Σνπνζέηεζε ππθλσηή ζε ζεηξά κε ην C2-3 C2- Σνπνζέηεζε ππθλσηή ζε ζεηξά κε ην C2+ 4 V- Αξλεηηθή ηάζε εμφδνπ 5 GND Γείσζε 6 Vcc Σάζε εηζφδνπ 7 C1+ Σνπνζέηεζε ππθλσηή ζε ζεηξά κε ην C1-8 V+ Θεηηθή ηάζε εμφδνπ Οη ππθλσηέο πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζην θχθισκά καο κπνξνχλ λα είλαη απινί ειεθηξνιπηηθνί ππθλσηέο απφ 1κF έσο 100κF. ηελ εηθφλα 21 παξνπζηάδεηαη ν ζεσξεηηθφο ηξφπνο ιεηηνπξγίαο ηνπ νινθιεξσκέλνπ. Δικόνα 21. Θεσξεηηθφ MAX 680 30
Σν κπινθ a είλαη γηα ηελ παξαγσγή ηεο ζεηηθεο ηάζεο ελψ ην κπινθ b γηα ηελ παξαγσγή ηεο αξλεηηθήο. Ο ηαιαλησηήο ηνπ θπθιψκαηνο παξάγεη έλαλ θχθιν ιεηηνπξγίαο, ζχκθσλα κε ηνλ νπνίν αλνηγνθιείλνπλ νη δηαθφπηεο ηνπ θπθιψκαηνο. Καηά ην πξψην κηζφ νη δηαθφπηεο S1 θαη S3 είλαη θιεηζηνί θαη νη δηαθφπηεο S2 θαη S4 είλαη αλνηρηνί. Έηζη ν ππθλσηήο C1 θνξηίδεηαη κέρξη ηελ ηάζε Vcc. Καηά ηνλ δεχηεξν κηζφ θχθιν νη δηαθφπηεο S1 θαη S3 είλαη αλνηρηνί ελψ νη δηαθφπηεο S2 θαη S4 θιεηζηνί. Η ηάζε ηνπ C1 κεηαθέξεηαη ζην C3 θαη κε ηελ πξνυπφζεζε φηη νη δηαθφπηεο είλαη ηδαληθνί θαη δελ ππάξρεη θνξηίν ζε απηφλ, ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ απμάλεηαη κέρξη ηελ ηάζε 2Vcc. Έηζη απφ ηα άθξα ηνπ C3 παίξλνπκε ηε ζεηηθή ηάζε εμφδνπ. Οη δηαθφπηεο ηνπ αξλεηηθνχ κεηαηξνπέα είλαη εθηφο θάζεο ζε ζρέζε κε ηνπ ζεηηθνχ. Καηά ηνλ δεχηεξν θχθιν νη δηαθφπηεο S5 θαη S7 είλαη θιεηζηνί ελψ νη S6 θαη S8 είλαη αλνηρηνί. Έηζη ν ππθλσηήο C2 θνξηίδεηαη απφ ηνλ C3 (2Vcc). 31
Καηά ηνλ πξψην θχθιν νη δηαθφπηεο S5 θαη S7 είλαη αλνηρηνί ελψ νη S6 θαη S8 είλαη θιεηζηνί. Η ηάζε απφ ηνλ C3 κεηαθέξεηαη ζηνλ C4 θαη έηζη πεξλνχκε ηελ αξλεηηθή ηάζε εμφδνπ. Η απφδνζε ηνπ MAX 680 κπνξεί λα θηάζεη ζεσξεηηθά ην 100% κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ηθαλνπνηνχληαη νη παξαθάησ ζπλζήθεο: Πξψηνλ νη δηαθφπηεο δελ έρνπλ θακία θαζπζηέξεζε ζηελ κεηάβαζε απφ ηελ κηα θαηάζηαζε ζηελ άιιε. Αθφκε εκθαλίδνπλ παξά πνιχ κηθξή αληίζηαζε. Γεχηεξνλ ηα θπθιψκαηα πνπ νδεγνχλ ην νινθιεξσκέλν θαηαλαιψλνπλ φζν ην δπλαηφ ιηγφηεξε ελέξγεηα θαη ηξίηνλ ε ζχλζεηε αληίζηαζε φισλ ησλ ππθλσηψλ ηνπ θπθιψκαηνο είλαη ακειεηέα. Η απψιεηα ελέξγεηαο δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε: Θα ππάξρεη κεγάιε δηαθνξά ησλ V+ θαη V- απφ ηελ Vcc αλ νη ππθλσηέο ηνπ θπθιψκαηνο έρνπλ ζπγθξίζηκε αληίζηαζε ζε ζρέζε κε ηελ αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ. Μεγαιχηεξνη ππθλσηέο κεηψλνπλ ηηο δηαθπκάλζεηο ζηελ ηάζε εμφδνπ θαη γεληθφηεξα απμάλνπλ ηελ απφδνζε. ην παξαθάησ δηάγξακκα παξνπζηάδεηαη ε αληίζηαζε εμφδνπ πνπ εκθαλίδεη ην νινθιεξσκέλν ζπλαξηήζεη ηεο ηάζεο εηζφδνπ θαη γηα ηελ ζεηηθή αιιά θαη γηα ηελ αξλεηηθή έμνδν (κε ππθλσηέο ζηα 10κF). 32
Γιάγραμμα 1. Αληίζηαζε εμφδνπ-ηάζε εηζφδνπ γηα ην νινθιεξσκέλν MAX 680 Maxim ICL 7662 Σν ICL 7662 είναι έλαο κνλνιηζηθφο, dual-charge pump voltage αληηζηξνθέαο,, ν νπνίνο κεηαηξέπεη κηα ηάζε ηεο ηάμεο ησλ 4,5V έσο 20V ζηελ αληίζηνηρε αξλεηηθή ηεο. Σν νινθιεξσκέλν πξνζθέξεη πςειή απφδνζε δηφηη έρεη πνιχ ρακειά ξεχκαηα εξεκίαο. Σν νινθιεξσκέλν απνηειείηαη απφ έλα DC ξπζκηζηή ηάζεο, έλαλ ηαιαλησηή ν νπνίνο ιεηηνπξγεί ζηα 10 khz, έλαλ κεηαθξαζηή ζηάζκεο ηεο ηάζεο, ηέζζεξηο δηαθφπηεο ηζρχνο MOS ζηελ έμνδν θαη έλα ινγηθφ θχθισκα πνπ αλαγλσξίδεη ηελ πην αξλεηηθή ηάζε θαη δηαζθαιίδεη φηη ε επαθή κεηαμχ πεγήο-ππνζηξψκαηνο ηνπ δηαθφπηε Ν θαλαιηνχ ζηελ έμνδν δελ είλαη νξζά πνισκέλε. Απηφ εμαζθαιίδεη φηη νη δηαθφπηεο ιεηηνπξγνχλ ρσξίο latchup. Latchup είλαη έλα ζπγθεθξηκέλν είδνο βξαρπθπθιψκαηνο πνπ κπνξεί λα ζπκβεί ζε έλα αθαηάιιεια ζρεδηαζκέλν θχθισκα. Δίλαη ε αθνχζηα δεκηνπξγία ελφο κνλνπαηηνχ ρακειήο αληίζηαζεο κεηαμχ ησλ γξακκψλ ηξνθνδνζίαο ελφο θπθιψκαηνο MOSFET, πξνθαιψληαο κηα παξαζηηηθή ηάζε ε νπνία δηαηαξάζζεη ηελ νξζή ιεηηνπξγία ηνπ θπθιψκαηνο θαη ελδερνκέλσο αθφκε θαη λα νδεγεί ζηελ θαηαζηξνθή ηνπ ιφγσ ππεξέληαζεο. Σν κφλν πνπ ρξεηάδεηαη λα πξνζζέζνπκε εκείο είλαη δπν ππθλσηέο. Σν κφλν πνπ ρξεηάδεηαη λα 33
πξνζζέζνπκε εκείο είλαη δπν ππθλσηέο. Οη εθαξκνγέο ζηηο νπνίεο κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί είλαη γηα ρακεινχ θφζηνπο αξλεηηθέο ηξνθνδνζίεο, ζπζηήκαηα αλάθηεζεο πιεξνθνξηψλ, γηα εληζρπηέο θαη άιια γξακκηθά θπθιψκαηα θαζψο θαη ζε RS-232 ηξνθνδνηηθά. ηελ εηθφλα 22 παξνπζηάδεηαη ε θάηνςε ηνπ ICL 7662 θαη νη αθξνδέθηεο αλαιχνληαη ζηνλ πίλαθα πνπ αθνινπζεί. Δικόνα 22. Κάηνςε ICL 7662 Αθξνδέθηεο ζχκβνιν Υξήζε 1 TEST Αθξνδέθηεο γηα ηνλ έιεγρν θαιήο ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθιψκαηνο 2 CAP+ Σνπνζέηεζε ππθλσηή 3 GROUND Γείσζε 4 CAP- Σνπνζέηεζε ππθλσηή 5 Vout Σάζε εμφδνπ 6 LV Reset ηαιαλησηή 7 OSC Δμσηεξηθφο ηαιαλησηήο 8 V+ Σάζε εηζφδνπ Οη ππθλσηέο πνπ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ είλαη απινί ειεθηξνιπηηθνί ππθλσηέο ησλ 10κF. ηελ εηθφλα 23 παξνπζηάδεηαη ην block diagramm ηνπ ICL 7662. 34
Δικόνα 23. Block diagram ICL 7662 Με ηελ ρξήζε ηνπ παξαθάησ απινχ θπθιψκαηνο ζα πξνζπαζήζνπκε λα εμεγήζνπκε ηελ αξρή ιεηηνπξγίαο ηνπ νινθιεξσκέλνπ. Δικόνα 24. Αξρή ιεηηνπξγίαο ICL 7662 Ο ηαιαλησηήο ηνπ θπθιψκαηνο παξάγεη έλαλ θχθιν ιεηηνπξγίαο ζχκθσλα κε ηνλ νπνίν αλνηγνθιείλνπλ νη δηαθφπηεο ηνπ θπθιψκαηνο. Καηά ην πξψην κηζφ ηνπ θχθινπ νη δηαθφπηεο S2 θαη S4 είλαη αλνηρηνί θαη νη δηαθφπηεο S1 θαη S3 είλαη θιεηζηνί. Έηζη 35
θνξηίδεηαη ν ππθλσηήο C1 κέρξη ηελ ηάζε Vin. Καηά ην δεχηεξν κηζφ θχθιν νη δηαθφπηεο S2 θαη S4 είλαη θιεηζηνί θαη νη δηαθφπηεο S1 θαη S3 είλαη αλνηρηνί. Έηζη ν ππθλσηήο C1 πθίζηαηαη κηα αιιαγή ζε αξλεηηθή ηάζε. Με ηελ πξνυπφζεζε φηη νη δηαθφπηεο είλαη ηδεαηνί θαη δελ ππάξρεη θνξηίν ζηνλ C2, ην θνξηίν κεηαθέξεηαη απφ ηνλ C1 ζηνλ C2 κέρξη ε ηάζε ζηα άθξα ηνπ λα γίλεη Vin. Οη δηαθφπηεο S2, S3 θαη S4 είλαη Ν θαλαιηνχ ελψ ν δηαθφπηεο S1 είλαη Ρ θαλαιηνχ. Η απφδνζε ηνπ νινθιεξσκέλνπ κπνξεί λα θηάζεη ζεσξεηηθά ην 100% κε ηελ πξνυπφζεζε λα ηθαλνπνηνχληαη θάπνηνη φξνη: a) Οη ρσξεηηθφηεηεο ησλ ππθλσηψλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηήζνπκε λα είλαη ζρεηηθά κεγάιεο. b) Οη δηαθφπηεο λα έρνπλ πνιχ κηθξφ ρξφλν κεηάβαζεο απφ ηελ κηα θαηάζηαζε ζηελ άιιε θαη φηαλ είλαη θιεηζηνί λα εκθαλίδνπλ παξά πνιχ κηθξή αληίζηαζε. c) Σν θχθισκα νδήγεζεο λα θαηαλαιψλεη πνιχ κηθξή ελέξγεηα. d) Η ζχλζεηε αληίζηαζε ησλ ππθλσηψλ λα είλαη κηθξή. Η απψιεηα ελέξγεηαο δίλεηαη απφ ηελ ζρέζε. Θα ππάξρεη κεγάιε δηαθνξά κεηαμχ ηεο ηάζε εηζφδνπ θαη εμφδνπ ηνπ θπθιψκαηνο αλ νη ζχλζεηεο αληηζηάζεηο ησλ ππθλσηψλ είλαη ζπγθξίζηκεο κε ηελ αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ πνπ ζα ζπλδέζνπκε ζην θχθισκα. ην δηάγξακκα 2 παξνπζηάδεηαη ε αληίζηαζε εμφδνπ πνπ εκθαλίδεη ην νινθιεξσκέλν ζπλαξηήζεη ηεο ηάζεο εηζφδνπ. 36
Γιάγραμμα 2. Αληίζηαζε εμφδνπ-ηάζε εηζφδνπ ΜΔΛΔΣΗΘΔΝΣΑ ΚΤΚΛΩΜΑΣΑ Καηά ηελ πεηξακαηηθή δηαδηθαζία κειεηήζακε ηππηθέο εθαξκνγέο ησλ νινθιεξσκέλσλ πνπ βξήθακε ζηα datasheet ηνπο. Οη κεηξήζεηο πνπ θάλακε είραλ ζθνπφ λα δείμνπλ ηελ επίδξαζε ηνπ θνξηίνπ, πνπ ηνπνζεηείηαη ζηελ έμνδν ηνπ θπθιψκαηνο, ζηε ζσζηή ιεηηνπξγία ηνπ νινθιεξσκέλνπ. Παξαθάησ παξνπζηάδνπκε ηα θπθιψκαηα πνπ κειεηήζακε γηα ην θάζε νινθιεξσκέλν. Maxim MAX 680 Γηα ην ΜΑΥ 680 θηηάμακε έλαλ ζεηηθφ - αξλεηηθφ κεηαηξνπέα ηάζεο (positive and negative converter). Δίλαη ε πην ζπλεζηζκέλε εθαξκνγή γηα έλα MAX 680. Μαο δίλεη ηε δηπιαζία αξλεηηθή θαη ζεηηθή ηάζε ζε ζρέζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ. Δίλαη πνιχ ρξήζηκε γηα εθαξκνγέο φπνπ ν ρψξνο είλαη πεξηνξηζκέλνο, φπσο ζηελ motherboard ελφο ππνινγηζηή. ηελ εηθφλα 25 παξνπζηάδεηαη ην ελ ιφγσ θχθισκα. Δικόνα 25. Positive and negative converter Σν θχθισκα ην ηξνθνδνηήζακε κε ηάζε 4V θαη φινη ππθλσηέο ήηαλ 22κF. Η ζεσξεηηθά αλακελφκελε ηάζε ζηελ έμνδν είλαη ±8V. ηνπο παξαθάησ πηλάθεο παξνπζηάδνληαη νη κεηξήζεηο πνπ θάλακε. πγθεθξηκέλα ζηνλ Πίλαθα 1 δίλνληαη νη κεηξήζεηο γηα ζεηηθή ηάζε εμφδνπ θαη ζηνλ Πίλαθα 2 γηα αξλεηηθή. ηελ δεχηεξε 37
ζηήιε ησλ πηλάθσλ δίλεηαη ην θνξηίν πνπ ρξεζηκνπνηήζακε, ζηελ ηξίηε ε DC ηάζε εμφδνπ, ζηελ ηέηαξηε ε AC ηάζε εμφδνπ θαη ζηελ πέκπηε ε εηθφλα πνπ καο έδσζε ν παικνγξάθνο. Οη κεηξήζεηο ηεο ηάζεο ζπλαξηήζεη ηνπ θνξηίνπ δίλνληαη θαη ζε κνξθή δηαγξάκκαηνο (Γηάγξακκα 3) γηα επνπηηθνχο ιφγνπο. Πινάκας 1. +Vout positive and negative converter α/α load VoutDC (V) VoutAC (mvp-p) image 1 7,97 0 IMAG0022 2 1ΜΩ 7,97 0 IMAG0023 3 100ΚΩ 7,94 20 IMAG0026 4 27ΚΩ 7,95 20 IMAG0028 5 10ΚΩ 7,86 25 IMAG0030 6 1ΚΩ 7,35 70 IMAG0033 7 470Ω 6,75 170 IMAG0035 IMAG0022 IMAG0023 IMAG0026 IMAG0028 IMAG0030 IMAG0033 IMAG0035 Πινάκας 2 -Vout positive and negative converter α/α load VoutDC (V) VoutAC (mvp-p) image 1-7,96 0 IMAG0021 2 1ΜΩ -7,95 0 IMAG0024 3 100ΚΩ -7,95 0 IMAG0027 4 27ΚΩ -7,88 0 IMAG0029 5 10ΚΩ -7,74 3 IMAG0032 6 1ΚΩ -6,67 60 IMAG0034 38
7 470Ω -5,78 80 IMAG0036 IMAG0021 IMAG0024 IMAG0027 IMAG0029 IMAG0032 IMAG0034 IMAG0036 Όπσο ήηαλ αλακελφκελν ε κεηάβαζε ηεο ηάζεο εηζφδνπ απφ ζεηηθή ζε αξλεηηθή ηηκή νδεγεί ζηελ εκθάληζε spikes. Η εκθάληζε ηνπ ηεηξαγσληθνχ παικνχ ζηελ ηειεπηαία εηθφλα είλαη απνηέιεζκα ηεο κε ζσζηήο ιεηηνπξγηάο ηνπ θπθιψκαηνο Γιάγραμμα 3. Φνξηίν-ηάζε εμφδνπ 39
Παξαηεξνχκε φηη φζν κηθξαίλεη ε αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ, ε ζεσξεηηθά αλακελφκελε ηηκή ηεο ηάζεο εμφδνπ γίλεηαη φιν θαη κηθξφηεξε. Αθφκε απφ ηηο θσηνγξαθίεο ηνπ παικνγξάθνπ παξαηεξνχκε φηη φζν κεηψλεηαη ε αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ παξνπζηάδνληαη θαηλφκελα δηαθχκαλζεο, έλα απνηέιεζκα ην νπνίν είλαη αλεπηζχκεην. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ε αληίζηαζε ηνπ θνξηίνπ γίλεηαη ζπγθξίζηκε κε ηε ζχλζεηε αληίζηαζε ηνπ ππθλσηή C3 θαη C4 φπνηε ν ππθλσηήο εθθνξηίδεηαη πξηλ πξνιάβεη λα θηάζεη ηε ζεσξεηηθά αλακελφκελε ηάζε ζηελ έμνδν. Maxim ICL 7662 Γηα ην ICL 7662 θηηάμακε δπν θπθιψκαηα: έλα ζεηηθφ δηπιαζηαζηή ηάζεο (positive voltage doubler) θαη έλα κεηαηξνπέα αξλεηηθήο ηάζεο (negative voltage converter). 1. Positive voltage doubler Σν ζπγθεθξηκέλν θχθισκα, φπσο ιέεη θαη ην φλνκά ηνπ, δηπιαζηάδεη ηελ ηάζε εηζφδνπ. ηελ εηθφλα 26 παξνπζηάδεηαη ην θχθισκα ηνπ positive voltage doubler. Δικόνα 26. Positive voltage doubler ην θχθισκα ρξεζηκνπνηήζακε ππθλσηέο 100 κf θαη ηάζε εηζφδνπ 6V. ηνλ παξαθάησ πηλάθα παξνπζηάδνληαη νη κεηξήζεηο πνπ θάλακε. ηελ δεχηεξε ζηήιε δίλεηαη ην θνξηίν πνπ ρξεζηκνπνηήζακε, ζηελ ηξίηε ε DC ηάζε εμφδνπ, ζηελ ηέηαξηε ε AC ηάζε εμφδνπ, ζηελ πέκπηε ε εηθφλα πνπ καο έδσζε ν παικνγξάθνο θαη ζηελ έθηε ην time/div πνπ είρακε ξπζκίζεη ηνλ παικνγξάθν. 40
Πινάκας 2. Vout Positive voltage doubler α/α load VoutDC (V) VoutAC (mvp-p) image time (μs) 1 9,08 40 IMAG0008 50 2 1ΜΩ 9,08 40 IMAG0009 50 3 100ΚΩ 9,09 40 IMAG0010 50 4 27ΚΩ 9,08 40 IMAG0011 50 5 10ΚΩ 9,06 40 IMAG0012 50 6 1ΚΩ 8,8 44 IMAG0013 50 7 470Ω 8,36 54 IMAG0014 50 IMAG0008 IMAG0009 IMAG0010 IMAG0011 IMAG0012 IMAG0013 IMAG0014 Η αδπλακία ηνπ παικνγξάθνπ λα ζπγρξνλίζεη κε ην θχθισκά καο έρεη σο απνηέιεζκα νη εηθφλεο πνπ παίξλνπκε λα κελ είλαη νη θαιχηεξεο δπλαηέο νπφηε δελ κπνξνχκε λα έρνπκε κηα επνπηηθή εηθφλα ηεο ζσζηήο ή κε ιεηηνπξγίαο ηνπ θπθιψκαηνο. Η ζεσξεηηθά αλακελφκελε ηηκή γηα ηελ ηάζε εμφδνπ είλαη 12V. Παξαηεξνχκε φκσο φηη ε ηάζε καο είλαη ζεκαληηθά κηθξφηεξε. Απηφ δελ ζπκβαίλεη ιφγσ θαθήο ιεηηνπξγίαο ηνπ νινθιεξσκέλνπ αιιά ιφγσ ηεο πηψζεο ηάζεο ζηα άθξα ησλ δηφδσλ. H κεηξνχκελε πηψζε ηάζεο ήηαλ γηα ηελ D1: 1.49V θαη γηα ηελ D2: 1.57V δειαδή ε ππνιεηπφκελε ηάζε απφ ηελ ζεσξεηηθά αλακελφκελε ησλ 12V. ην δηάγξακκα 4 δίλεηαη ζρεκαηηθά ε ζρέζε θνξηίνπ ηάζεο εμφδνπ βάζεη ησλ κεηξήζεψλ καο. 41
Γιάγραμμα 4. Φνξηίν-ηάζε εμφδνπ Όηαλ ην θνξηίν καο άξρηζε λα κηθξαίλεη παξαηεξήζακε πάιη κηα δηαθχκαλζε ζηελ ηάζε εμφδνπ θαη κηα αθφκε κεγαιχηεξε απνκάθξπλζε απφ ηε ζεσξεηηθά αλακελνκέλε ηηκή. Απηφ νθείιεηαη ζην φηη ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο έγηλε ζπγθξίζηκε κε ηελ ζχλζεηε αληίζηαζε ηνπ ππθλσηή ζηελ έμνδν φπνηε ν ππθλσηήο C2 δελ πξνιάβαηλε λα θηάζεη ηελ αλακελφκελε ηηκή ησλ πεξίπνπ 9V. 2. Negative voltage converter Δίλαη έλα θχθισκα πνπ κεηαηξέπεη ηελ ηάζε εηζφδνπ ζηελ αληίζηνηρε αξλεηηθή. ηελ εηθφλα 27 βιέπνπκε ην δηάγξακκα απηνχ ηνπ θπθιψκαηνο. Δικόνα 27. Negative voltage converter 42
ην θχθισκα ρξεζηκνπνηήζακε ππθλσηέο ησλ 10κF θαη ε ηάζε εηζφδνπ ήηαλ 6V. ηνλ παξαθάησ πηλάθα παξνπζηάδνληαη νη κεηξήζεηο πνπ θάλακε. ηελ δεχηεξε ζηήιε ζεκεηψλεηαη ην θνξηίν πνπ ρξεζηκνπνηήζακε, ζηελ ηξίηε ε DC ηάζε εμφδνπ, ζηελ ηέηαξηε ε AC ηάζε εμφδνπ, ζηελ πέκπηε ε εηθφλα πνπ καο έδσζε ν παικνγξάθνο θαη ζηελ έθηε ην time/div πνπ είρακε ξπζκίζεη ηνλ παικνγξάθν. Πινάκας 3. Vout Negative voltage converter α/α load VoutDC (V) VoutAC (mvp-p) image 1-5,998 0 - - 2 1ΜΩ -5,997 0 - - time (μs) 3 100ΚΩ -5,992 0 - - 4 27ΚΩ -5,975 6 IMAG0015 0,2 5 10ΚΩ -5,936 13,5 IMAG0016 0,5 6 1ΚΩ -5,416 100 IMAG0017 0,5 7 470Ω -4,862 210 IMAG0018 0,5 IMAG0015 55 IMAG0016 IMAG0017 IMAG0011 Ο ιφγνο γηα ηνλ νπνίν δελ έρνπκε εηθφλεο γηα ηηο ηξείο πξψηεο κεηξήζεηο είλαη ε κε αληρλεχζηκε AC ηάζε εμφδνπ ζην θχθισκα. Οη εηθφλεο γηα ηελ DC ηάζε εμφδνπ είλαη παξφκεηεο κε ηνπ Positive voltage doubler. ην δηάγξακκα 5 δίλεηαη ζρεκαηηθά ε εμάξηεζε ηεο ηάζεο εμφδνπ απφ ην θνξηίν βάζεη ησλ ιεθζέλησλ κεηξήζεσλ. 43
Γιάγραμμα 5. Φνξηίν-ηάζε εμφδνπ Παξαηεξήζακε κηα δηαθχκαλζε ζηελ ηάζε εμφδνπ φηαλ ην θνξηίν καο άξρηζε λα κηθξαίλεη θαη κηα απφθιηζε απφ ηε ζεσξεηηθά αλακελφκελε ηηκή. Απηφ νθείιεηαη ζην φηη ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο έγηλε ζπγθξίζηκε κε ηελ ζχλζεηε αληίζηαζε ηνπ ππθλσηή ζηελ έμνδν φπνηε ν ππθλσηήο δελ πξνιάβαηλε λα θηάζεη ηελ αλακελφκελε ηηκή ησλ πεξίπνπ -6V. Δπίζεο ε αληηθαηάζηαζε ησλ ππθλσηψλ κε άιινπο κεγαιχηεξεο ή κηθξφηεξεο ρσξεηηθφηεηαο δελ είρε νπζηαζηηθή δηαθνξά ζηα κεηξνχκελα κεγέζε (νη ελ ιφγσ ππθλσηέο ήηαλ θαη απηνί ηεο ηάμεο ησλ κf). 44
ΣΔΛΙΚΑ ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ηελ εξγαζία απηή επηρεηξήζακε κηα νινθιεξσκέλε παξνπζίαζε ησλ παικνηξνθνδνηηθψλ. Παξνπζηάζακε ηηο δηαθνξέο κεηαμχ ησλ γξακκηθψλ ηξνθνδνηηθψλ θαη ησλ παικν-ηξνθνδνηηθσλ. Αλαδείμακε φια ηα δεδνκέλα πνπ πξέπεη λα ιάβεη ππφςε ηνπ έλαο ζρεδηαζηήο γηα ηελ επηινγή αιιά θαη θαηαζθεπή ελφο ηξνθνδνηηθνχ. Παξαζέζακε ηα βαζηθά εηδή παικν-ηξνθνδνηηθψλ θαζψο θαη ηα πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα ηνπ θαζελφο. Σν πεηξακαηηθφ καο θνκκάηη πεξηειάκβαλε ηελ κειέηε δπν νινθιεξσκέλσλ, ησλ MAX 680 θαη ICL 7662. Σα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ νινθιεξσκέλσλ αλαιχζεθαλ θαη θαηφπηλ δφζεθαλ ιεπηνκεξψο νη πεηξαηηθέο κεηξήζεηο ηηο νπνίεο θάλακε. Παξαηεξήζακε φηη γηα φια ηα πξαγκαηνπνηεζέληα θπθιψκαηα, είρακε κηα έληνλε κείσζε ηεο ζεσξεηηθά αλακελφκελεο ηηκήο ηεο ηάζεο εμφδνπ φηαλ ην θνξηίν έθηαλε ζε ρακειέο ηηκέο. Θεσξεηηθά ην θαηλφκελν απηφ εξκελεχεηαη κε ην φηη ε αληίζηαζε πνπ παξνπζηάδεη ην θνξηίν είλαη ζπγθξίζηκε κε ηε ζχλζεηε αληίζηαζε ησλ ππθλσηψλ ζηελ έμνδν ( ). Η παξαηήξεζε απηή έρεη κεγάιε ζεκαζία γηα ηελ αμηνπνίεζε ησλ ζπγθεθξηκέλσλ νινθιεξσκέλσλ θπθισκάησλ. Γελ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζε εθαξκνγέο πνπ απαηηνχλ ηε ρξήζε πνιιαπιψλ θνξηίσλ, ηα φπνηα κάιηζηα παίξλνπλ ηηκέο θάησ απφ 8 κε 10 kω. Γηα θφξηηα κεγαιχηεξα απηψλ ησλ ηηκψλ ηα θπθιψκαηα καο ιεηηνπξγνχλ ηθαλνπνηεηηθά. Γηα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ κε ρακειφηεξα θφξηηα ζα πξέπεη είηε λα βάινπκε έλα ξπζκηζηή ηάζεο είηε λα απμήζνπκε ηελ αληίζηαζε ζηελ έμνδν ησλ νινθιεξσκέλσλ. Όκσο απηφ ζα έρεη αξλεηηθφ αληίθηππν ζηελ θαηαλάισζε ηνπ θπθιψκαηφο καο θαη είλαη ην ηίκεκα πνπ πξέπεη λα πιεξψζνπκε γηα ηελ ρξήζε απηψλ ησλ θπθισκάησλ. 45
Αναθορές 1. Design of Solid-State Power Supplies, Eugene R. Hnatek, ISBN: 9780442207687, Springer Verlag, New York (1989) 2. Power Electronics and Its Applications, Alok Jain, ISBN: 8187972130, Penram International Publishing, India 3. Practical switching power supply design, Marty Brown, ISBN: 0121370305 academic press Inc, San Diego (1990) 4. Fundamentals of Power Electronics, Erickson, Robert W. Maksimovic, Dragan, ISBN 0792372700, Springer (2001) 5. The art of electronics, Paul Horowitz, Windfield Hill, Cambridge university press, ISBN:0521370957, Australia(1989) 6. DC power supply handbook, Application Note 90B, Agilent technologies 7. Γεληθή Ηιεθηξνληθή (Σφκνο Α ), Κ.Α. Καξχκπαθαο, Θεζζαινλίθε (2001) Datasheet 1. Maxim CMOS voltage converters ICL7662/Si7661 2. Maxim +5V to ±10V Voltage Converters MAX 680/MAX681 3. Harris semiconductors CMOS voltage converters ICL7662 Υρήζιμοι ιζόηοποι 1. http://schmidt-walter.eit.h-da.de/snt/snt_eng/snte_pdf.html 2. http://www.smpstech.com/tutorial/t00con.htm 46