Budowa zasilacza

Wszystkie urządzenia elektroniczne, aby działały

potrzebują źródła zasilania. Nieraz może to być bateria lub

akumulator. Najczęściej jednak stosowane są zasilacze

sieciowe z, których można uzyskać większą moc i

odpowiednie napięcie wyjściowe dopasowane do wymagań

danego urządzenia. Każdy zasilacz sieciowy napięcia

stałego musi składać się z bloku obniżającego napięcie

sieci 230V, czyli po prostu transformatora i układu

zamieniającego obniżone napięcie przemienne na stałe,

czyli układu prostownika.

Napięcie wyjściowe takiego zasilacza powinno być o

małych tętnieniach, dlatego najczęściej wyposaża się go w

odpowiedni układ filtrujący, który nie pozwoli na zmianę

napięcia wyjściowego.

ZASILACZ SKŁADA SIĘ :



Z transformatora, który posiada jedno lub dwa uzwojenia wtórne.

Transformatory ze względu na swoją budowę występują w kilku odmianach: EI

( rzadko wykorzystywany w sprzęcie audio, najtańszy, kształtem przypomina

sześcian), TOROIDALNY (okrągły, najlepszy ze względu na zdolność oddawania

dużej mocy, oraz Z RDZENIEM Z BLACH ZWIJANYCH ) o dużej sprawności.



Transformator charakteryzuje się dwoma ważnymi parametrami:

•

Moc transformatora

Od niej zależą parametry dzięki, którym uzyskamy stabilne warunki pracy

transformatora.

•

Napięcie transformatora

Im większe napięcie zasilające, tym większą moc można uzyskać. Należy

tylko przestrzegać zaleceń producenta co do maksymalnych napięć

zasilających.



Następnym ważnym elementem zasilacza jest mostek prostowniczy ( Zamiast

niego można użyć 4 diód prostowniczych . Cechuje go ważny parametr: prąd

maksymalny, czyli taki, który może płynąć przez element bez obawy o jego

uszkodzenie. Większe mostki posiadają obudowę ułatwiającą zamocowanie na

radiatorze.

Zasilacze niesymetryczne stosowane są

zazwyczaj w urządzeniach mniejszej mocy .

Dostarczają one tylko jedno napięcie,

wykorzystując transformator z jednym

uzwojeniem wtórnym.

Zasilacz symetryczny są to dwa odpowiednio

połączone zasilacze niesymetryczne.

Dostarczają one dwóch napięć: dodatniego i

ujemnego (względem masy).

Najważniejszymi użytkowymi parametrami zasilaczy

elektronicznych są:

wartość skuteczna i częstotliwość napięcia

zasilającego, wartość średnia (składowa stała) napięcia

wyjściowego, prąd obciążenia maksymalny (lub moc

maksymalna), współczynnik tętnień (lub wartość napięcia tętnień

na wyjściu), współczynnik stabilizacji napięcia, impedancja

(rezystancja) wyjściowa, warunki eksploatacji (zwłaszcza zakres

temperatury pracy).

Istotne znaczenie ma również

charakterystyka wyjściowa (tzw. obciążeniowa) przedstawiająca

zależność napięcia wyjściowego od prądu wyjściowego zasilacza

przedstawiona na poniższym rysunku:

Oznaczenia cyfrowe oznaczają

charakterystyki wyjściowe
zasilacza:

gdy I0  I0max

w przypadku przeciążenia (np.
zwarcia) bez ograniczenia
prądowego

w przypadku przeciążenia z
ograniczeniem stałym

w przypadku przeciążenia z
ograniczeniem progresywnym

Zasilacze elektroniczne ze względu na zasadę działania związaną z

rodzajem zastosowanego stabilizatora dzieli się na dwie główne
grupy:

1. zasilacze ze stabilizatorem o działaniu ciągłym nazywane często po

prostu zasilaczami stabilizowanymi;

2. zasilacze ze stabilizatorem impulsowym nazywane krótko

zasilaczami impulsowymi.

Rys. schemat blokowo elektronicznego zasilacza

sieciowego ze stabilizatorem o działaniu ciągłym.

Stabilizatory

Parametry:



Znamionowe U wyjściowe

– U na

jakie został zaprojektowany

stabilizator;



Zakres regulacji U wyjściowego

;



Zakres zmian U wejściowego

–

odpowiadający poprawnej pracy

stabilizator;



Zakres zmian I wyjściowego

– zakres

I wyj. odpowiadający znamionowemu

napięciu wyj.;



Współczynnik stabilizacji S

– stosunek

zmian U wyj. do wywołującej ją

zmiany U wej. (stabilizacja jest tym

lepsza, im mniejszy jest współczynnik

stabilizacji);



Rezystancja wyjściowa

– stosunek

zmiany U wyj. do zmiany I wyj.;



Zakres stabilizacji

– zakres poprawnej

pracy układu, czyli zakres U wej. i

odpowiadający mu zakres zmian U

wyj.

Własności Stabilizatorów

Sprawność

Własności

Stabilizator liniowy

Stabilizator

impulsowy

25% ÷ 60%

75% ÷ 95%

Powierzchnia

radiatorów

100%

10% ÷ 20%

Stosunek mocy do

masy

20 W/kg

110 W/kg

Pojemność

kondensatora

wyjściowego

mała

bardzo duża

Parametry

stabilizacji

bardzo dobre

dobre

Odpowiedź

impulsowa

(czas odpowiedzi na

nagłe zmiany

obciążenia)

5 ÷ 50 µs

bardzo dobrze

100 ÷ 1000 µs

słabo

Tłumienie szumów i
tętnień

bardzo dobre

0,2 ÷ 2 mV

słabe

10 ÷ 60 mV

Zdolność utrzymania

napięcia przy

krótkotrwałym

zaniku napięcia

wejściowego (czas

podtrzymania tc)

słaba

1 ÷ 10 ms

bardzo dobra

20 ÷ 50 ms

(400 ms dla małych

Iwy)

Tłumienie zakłóceń

radioelektrycznych

bez problemu

(kondensatory przeciwzakłóceniowe)

konieczne dodatkowe

konstrukcje, środki

(ekranowanie, filtry)

Funkcja stabilizatora

napięcia

Podstawową funkcją stabilizatora jest zapewnienie

dostatecznie stabilnego napięcia. Stabilizacja napięcia
zależna jest od tolerancji i parametrów danego
układu. Często, choć nie zawsze, stabilizator jest
poprzedzony zasilaczem sieciowym (transformator,
prostownik i filtr). Stabilizator zintegrowany z częścią
sieciową może stanowić samodzielny zasilacz.

1.INPUT- wejście

2. OUTPUT- wyjście

3. ADJ- regulacja

(sterowanie)

Stabilizacja z dioda

Zenera

Budowa stabilizatora z diodą Zenera

jest bardzo prosta (rys. 1.): składa się z

opornik R1, który zasila diodę Zenera

DZ1. Zasadą stabilizacji jest

wykorzystanie faktu, iż DZ cechuje

zakres charakterystyki i w miarę stałe

napięcie przebicia. Oznaczone zwykle

UDZ (rys. 2.). Jeśli punkt pracy diody

zastanie ustalony w obszarze przebicia

(czyli w zakresie stabilizacji), to

panujące na diodzie napięcie jest

bliskie nominalnemu napięciu UDZ.

Warunki zewnętrzne oczywiście

wpływają na punkt pracy DZ. Dopóki

jednak punkt pracy DZ pozostaje na

przebiciowej części charakterystyki -

układ pełni

swoją funkcję,

czyli stabilizuje

napięcie

(z zastrzeżeniem, że napięcie

to zmienia się nieco wraz ze zmianami

punktu pracy, bo przebiciowa gałąź

charakterystyki nie jest ściśle pionowa).

Rys. 2

U P S – niezależne źródła

zasilania



UPS- urządzenie, które zapewnia bezprzerwowe

zasilanie w energię elektryczną w przypadku obniżenia

napięcia zasilającego poniżej ustalonego progu, jego

zaniku oraz innych zakłóceń powodujących anormalną

pracę odbiorników. W takich przypadkach energia do

zasilania odbiorników czerpana jest z zestawu baterii

będących na wyposażeniu zasilacza. Zasilanie

odbiorników jest realizowane przez czas określony

pojemnością baterii. Jest to ważne urządzenie systemu

komputerowego, ponieważ zabezpiecza użytkownika

przed nagłym brakiem prądu i natychmiastowym

wyłączeniem komputera co często wiąże się z utratą

niezapisanych danych. Urządzenie pozwala na

podtrzymanie działania komputera, zapisanie danych

przez użytkownika i bezpieczne zamknięcie systemu.

Schemat blokowy UPS- a

Parametry użytkowe UPS- a:



Moc znamionowa;



Wyjściowe napięcie znamionowe;



Tolerancja napięcia wyjściowego;



Częstotliwość napięcia wyjściowego;



Tolerancja częstotliwościowa napięcia wyjściowego;



Czas przełączenia;



Czas podtrzymania;



Spaśność;



Rodzaj portu komunikacyjnego.

Sieć

zasilając

Tłumik

przepięć

Filtr

Ładowarka
akumulatoro
wa

Zespół
akumulator
owy

~230 V
50Hz

UPS ma dwa tryby:

Tryb Stand- by;

Tryb aktywny On- line.

Do
komputera

Rys. tryb
Stand- by
(czuwania)

Rys. tryb On-
line
(aktywny)

Alternatywnym sposobem rozwiązania zasilania awaryjnego jest

zastosowanie tanich zasilaczy małej mocy do zabezpieczania

poszczególnych odbiorników w rozproszonym systemie zasilania.

UPS- y małej mocy wykonywane są z reguły w technologii line-

interactive. Oznacza to, że zabezpieczane urządzenia są

normalnie zasilane z sieci elektrycznej poprzez filtr

przeciwzakłóceniowy zawarty w zasilaczu, a dopiero awaria

zasilania powoduje uruchomienie wewnętrznego falownika UPS i

dostarczenie energii z wewnętrznych akumulatorów zasilacza.

Proces startu falownika i odłączenia zasilacza od wadliwego

źródła zasilania trwa na tyle krótko, że zabezpieczane urządzenia

nie dostrzegają przerwy w zasilaniu. Do zasilania komputerów i

innych urządzeń o nieliniowym poborze prądu często wystarcza

napięcie tzw. quasi-sinusoidalne. UPS- y z napięciem quasi-

sinusoidalnym na wyjściu podczas pracy awaryjnej charakteryzują

się dużą sprawnością. Dodatkową ich zaletą jest niska cena

jednostkowa za kVA gwarantowanej mocy. KVA mocy

gwarantowanej zasilacza line- interactive jest w przybliżeniu dwa

do trzech razy tańszy od kVA mocy zasilacza on- line.

Podwajacz



Jest to niezwykle prosta i tania przetwornica podwajająca napięcie zasilania,

co umożliwia osiąganie napięć wyjściowych max. 28...30V. Dużą zaletą tego

układu jest brak jakiejkolwiek indukcyjności - działa on w oparciu o zasadę

"pompy pojemnościowej".



Częstotliwość pracy przetwornicy określają wartości elementów R1, R2 i C1.

Dioda D1 powoduje poprawienie symetrii przebiegu wyjściowego, dzięki

czemu z pewnym przybliżeniem czas ładowania pojemności C2 jest równy

czasowi przekazywania ładunku do obciążenia. Rezystor R3 i kondensator

mają za zadanie ograniczenie zakłóceń generowanych przez przetwornicę do

sieci zasilającej.

Filtry napięć zasilających

W celu zmniejszenia tętnień napięcia, miedzy układem

prostownika, a obciążeniem wstawia się filtr

dolnoprzepustowy. Stosunek amplitudy składowej zmiennej

na wejściu filtru do amplitudy składowej zmiennej na

wyjściu nazywamy

współczynnikiem filtracji F

. Jego

wartość powinna być znacznie większa od jedności.

Rys. schemat układów do filtrowania napięć zasilających

Większość urządzeń elektronicznych wymaga jak

najmniejszych tętnień (mniejszych od 0,01%). Do

tłumienia tętnień służą obwody RC lub LC, zwane filtrami.

Filtry powinny przepuszczać na wyjście składową stałą, a

jednocześnie blokować składową zmienną, czyli tętnienia.

Ze względu na duże straty mocy w rezystorach, filtry RC

stosuje się wyłącznie w układach małej mocy.



Pompy ładunkowe stosowane są najczęściej w

urządzeniach przenośnych do podwyższania napięcia

baterii. Realizacja tego celu może nastąpić za pomocą:



1 – zastosowania większej liczby kluczy i kondensatorów;



2 – dodatkowych diod i kondensatorów;



3 – szeregowe połączenie kilku pomp.



Pompy wykorzystywane są też jako stabilizatory w

urządzeniach przenośnych.

PRZETWORNICE

DC/DC

Przetwornice

napięcia stałego

DC/DC

przetwarzają

napięcia stałe na jedno lub kilka napięć stałych o

wymaganych wartościach. Przetwarzane napięcie

stałe jest zamieniane na napięcie zmienne poprzez

kluczowanie, transformowane do pożądanej wartości i

prostowane, filtrowane i stabilizowane.



Pierwszy schemat przedstawia stabilizacja typu

forward

(naprzód), a drugi typu

feed- back

(ze sprzężeniem

zwrotnym).

Elementem kluczującym może być tranzystor:

Jest to przetwornica z generatorem Hartley'a. Elementy

obwodu rezonansowego są dobrane tak, aby

częstotliwość drgań wynosiła 40Hz, a napięcie 12-20V

w zalezności od obciążenia (kilka mA).

Przetwornice

DC/AC



Przetwornice napięcia przemiennego przetwarzają

napięcia stałe na zmienne. Służą do zasilania jedno- lub trój-

fazowych odbiorników prądu przemiennego np. Silników

indukcyjnych, świetlówek. Są również elementem UPS- ów.

Napięcie stałe Uz jest kluczowane z częstotliwością fk

przewyższającej częstotliwość przebiegu wyjściowego, tak

aby przebieg wyjściowy był kształtem zbliżony do sinusoidy.

Klucze mogą być tranzystorowe (w przetwornicach

małej i średniej mocy) i tyrystorowe 9w przetwornicach

dużej mocy). Częstotliwość, kluczowanie przyjmuje się

jako 100*fo.

Układ półmostkowy:

Klucz K1 włączany jest w dodatnich połówkach a K2 w

ujemnych. Diody zabezpieczają przed przepięciami przy

indukcyjnym obciążeniu

indukcyjnym obciążeniu.

Układ mostkowy:

Klucze są włączane parami: K1, K4 i K2, K3. Diody

zabezpieczają przed przepięciami przy obciążeniu

indukcyjnym.

Układy sterowania, mostki i półmostki tranzystorowe i

tyrystorowe są produkowane w postaci układów

scalonych.

Document Outline