background image

Rozdział IV    Uklady zasilania i stabilizacji
Chapter IV       Power supplies and stablizers

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

V

1

C2

E+De

I

o

220 V 

rms

+
-

V

2

n1  :   n2

C2

Stabilizator
Stabilizer
or DC/DC 
Concverter

Uo+Du

Prostownik dwu polowkowy

Full wave rectifier

Zasilanie , typowe rozwiazania

Power supply, typical solutions

Transformator

transformer

Masa potencial referencyjny « 0 » V 
« ground » Reference potential « 0 » V

Bezpiecznik

fuse

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

Transformator
Transformer 

V

2

Sprawność Power efficiency

h

V

1

I

2

I

1

R

2

R1

=

=n

= h 

= =n

R1=

=

/

=R

2

Przekładnia rapport n1  :   n2

n1 :  n2  = n

Transformator « transformuje » oporność n

2

razy   

Transformers « transforms » resistivity  n

2

times 

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

V

1

C2

I

L

220 V 

rms

+
-

V

2

n1  :   n2  = n

C2

Uo+Du

Prostownik dwu polowkowy

Full wave rectifier

Zasilanie , typowe rozwiazania

Power supply, typical solutions

Transformator

transformer

Bezpiecznik

fuse

-V

2

 

 

 

0

V

V

 

U

sin

V

sin

V

)

(

V

sin

V

)

(

V

1

2

0

1

2

2

1

1

L

m

m

m

m

m

I

if

n

t

n

t

t

t

t

t

Uo

Rectified DC ouput tension

Du

U≈(V

2m

)

V

1

C2

220 V 

rms

+
-

V

2

n1  :   n2

I

L

U+Du

Inne popularne rozwiazanie: Prostownik (mostek) Graetz’a
Another popular solution : Graetz rectifier (bridge)

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

Eo+De

i

L

Stabilizer

Uo+Du

E

U

=

,

∆ =

∆ +

∆ =

∆ −

I

L

=cons, =>Di

L

=0

Eo

U=const =>DU=0

i

L

K=

=

R

Perfect stabilizer

K=0,    Rs=0

h=1

Zone of stabilization

i

L

L

L

L

P

P

I

E

P

I

U

P

L

o

o

0

Sprawnosc Efficiency

small

Low?  

Eo

Stabilizator Stabilizer

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

E+De,   

U+Du

Rozwiazania stabilizatorow Solutions for stabilizers

U

z

R

L

U

Rs

I

L

Rs

Simplest, easy to realise, cheap 

But : high power dissipated on Rs

power efficency h=10% 

Used only for small I

L

( <100 ma)

E≈Uz

K=0,2

Rs=Rd

V

CE

V

BE

R

U

z

U+Du

R

L

I

L

E+De,

Medium power efficency h 20-30%

P

dissipated

=V

ce

x I

L

=(U-E) x I

L

Needs radiator I

L

E≈Uz+Ud

K=0,01

Rs ≈ 1  small

E+De

I

L

DC/DC   Converter
with stabilisation

U+Du

R

High power efficency 80-90%%

E≈U x d,   0< d, <1

K=0,01

Rs ≈ 1  small

Mostly used in recent solutions

background image

B.Piwakowski Analog electronics , Chapter  IV  Supply Systems

DC/ DC  Converter , 

∆ =

8

(1 − )

Output tension E may be controlled by d

Diodes and 

Transistor

operate in D class (swich on/off)

C an L  are nearly loss less !

Power efficiency  90%, 

100% if perfect diode and transistors

DE in not a function of I

L

and may be small as desired as 

a function of L and C

Drawback: E<U 

From Baranowski et al. 

E

If R

L

< R

Lmax

and f

R

<<F

o

dT

T

U

C

E+DE

U

1

K

I

L

I

0

Low pass
loss less filter
H(f)

R

L

load

T

dT

U

1

(t)

f

0  f

R

Fo       2Fo       3Fo

FFT [U

1

(t)]

E

U

f

FFT

E

F

f

if

f

FFT

U

dy

t

U

T

U

mean

o

R

T

<<

)

0

(

)

0

(

)

(

1

)

(

0

1

1

LC

f

f

f

f

H

R

R

1

]

/

[

1

1

)

(

2

F

o

=1/T

background image

B.Piwakowski Analog electronics , Chapter  IV  Supply Systems

DC/ DC  Converter with transformer  , 

dT

T

U

C

E+DE

U

1

K

I

L

I

0

Low pass
loss less filter

R

L

load

V

1

Advantages
• If  n <1  => E<U 
• If n>1  =>  E<U
• IF diodes are inverted, => E<0
• Separation of grounds

n1 :  n2  = n

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

Eo+DE

Uo≈max(V

1

)=

308V !

DC/DC converter
Using transformer

Uo+DU

V

1

C2

220 V 

rms

+
-

I

o

Rectifier without transformer => Simplest , chipest ,solution

0

Problems and solutions: 

« ground level » is connected wit the ground level of 220V supply

=>security problem
=>special construction (plastic housing and transformer) etc are  required

U=308 V is generally to high comparing with E ,

=>  Uo-Eo too high =>classic stabilizer efficiency is small
=> Use of  DC/DC converters 

background image

B.Piwakowski Analog electronics , Chapter  IV  Supply Systems

Uref=5V

T

d

U

d=f(Us)

E

G +

-

DC/DC

Car 12V => USB  (5V, max 500 mA

12V

5 V

DC/DC konwerter ze stabilizacją  DC/ DC    

Converter with stabilizer DC/DC

In car: => Same ground
DC/DC without transformer, =>simpler

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

http://www.maximintegrated.com/

DC/DC

d

E

U

T

dT

d

DC/DC konwerter jako regulator predkosci silnika
DC/DC converter used as the motor driver

I

0

R

L

Motor acts as low pass filter

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

V

1

220 V 

rms

Stabilizer or DC/DC

U1

Rectifier 1 

Rectifier 2 

-U1

U2

U3

-U3

U4

E1

E3

-E3

-E1

E2

E4

Stabilizer or DC/DC

Stabilizer or DC/DC

Stabilizer or DC/DC

Stabilizer or DC/DC

Stabilizer or DC/DC

Analog circuits

Digital « ground »

Analog

Digital  circuits

Uklady zasilania schemat ogolny
Power supply ,  general scheme

background image

B.Piwakowski Analog electronics , 

Chapter  IV  Supply Systems

Digital circuits

supply

Analog stabilized
Supply

Analog
pulsed circuits
supply

Digital 

circuits

Analog
pulsed mode
circuits

C

Eo

L

Eo1 +

De(t)

Eo1

0 « ground »

Eo2

0

Eo3

0

Eo

or simply  « blocking capacity”

C

Blocking low pass filters RLC

Supply block

V

1

220 V 

rms

card

card

Ogolne uwagi dotyczace konstrukcji systemow zasilania

General recommendation for supply circuits design

Jeden punkt polaczenia wszystkich mas

One jonction for all grounds

Oddzielne zasilanie dla rożnego typu obwodów

Separate supplies for different circuits 

especially for analog and digital

Filtry blokujące na wejściu każdej z kart

blocking filter at each card enter