Spínané zdroje

1. Spínané zdroje Jednočinné, dvojčinné, propustné, blokující

2. Jednočinné spínané zdroje s cívkami • kladné +/+ • záporné -/- • invertující +/- • invertující -/+ • zvyšující ↑ • snižující ↓ • invertující • s jedním pevným napětím • regulovatelné • nestabilizované • s více výstupními napětími • diskrétní • integrované • hybridní • proudové posílení • napěťové posílení • ochranné obvody • pojistky

3. Zvyšující (Step-Up, boost) jednočinný zdroj Během doby t1 (sepnutý spínač S) se výstupní kondenzátor vybíjí do zátěže a aby se nevybíjel i přes sepnutý spínač S, je oddělen diodou D, která je při sepnutém spínači S polarizována v závěr-ném směru a nevede. Ze zdroje stejnosměrného napětí UIN teče proud IIN přes cívku L a spínač S a energie se akumuluje v magnetickém poli cívky, proud IINcívkou narůstá až do okamžiku, kdy spínač S rozpíná. V tomto okamžiku cívka chce udržet směr a velikost proudu IIN a vzniká na ní indukované napětí: Uind = - L . dIIN / dt Toto napětí se sčítá ( v době t2 ) s napětím napájecího zdroje UIN a obě tato napětí v sérii prohánějí proud IOUT do kondenzátoru COUT a odporuRZ.

4. Vliv dob sepnutí (t1) a rozepnutí (t2) u tohoto zapojení není jednoznačný. S rostoucí dobou t1 sice roste velikost proudu IIN (a při dIIN/ dt = konst. roste i velikost napětí Uind), ale současně klesá i napětí Uout dlouhým vybíjením kondenzátoru C. Naopak s rostoucí dobou t2 je sice kondenzátor C déle dobíjen, ale pouze v tom případě, že velikost UIN + Uind je větší než Uout + UF, kde UF je napětí na diodě v propustném směru, je-li vodivá. Tato podmínka nemusí být vždy splněna. Je tedy patrné, že tento obvod nemůže být navržen tak, aby výstupní napětí bylo nižší, než napětí vstupní. Matematický popis činnosti je dán pro dobu t1 (sepnut S) vztahem: UIN . t1 / L = dIIN přírůstek proudu cívkou napětí na cívce indukčnost cívky doba přiložení napětí na cívku a po dobu t2: (UIN - Uout) . t2 / L = - dIOUT.

5. UOUT = 1,25 [V] . (1 + R1 / R2). Kondenzátor CC a odpor RC kompenzují fázovou charak-teristiku zpětnovazební smyčky tak, aby její přenos byl 180o, tj. aby zpětná vazba byla záporná a docházelo ke stabilizaci výstupního napětí a ne k rozkmitání zdroje. Průběh proudu CIN je stejný jako proud cívkou L1bez stejnosměrné složky aCINje důležitý pro vlastní funkci zdroje. Absorbuje změny proudu vznikající na vstupu zdroje. Bez vstupního kondezátoru mohou změny proudu při spínání IO společně s parazitní indukčností přívodů vést v konečném důsledku k chybné funkci zdroje. Průběh proudu COUT je stejný jako proud diodou bez stejnosměrné složky. Efektivní hodnota změn proudu COUT je rovna výstupnímu proudu, když je výstupní napětí dvojnásobkem vstupního. Tento proud roste, když se vstupní napětí snižuje.

6. Zdroj zvyšující záporné napětí • S výhodou napájíme obvod z výstupního napětí, • používají se zvláštní obvody pro záporná napětí, • společná svorka pro vstup a výstup je kladná, • všechny ostatní úvahy jsou shodné. - UOUT = - 2,21 [V] . (R1 / R2)

7. Snižující jednočinný spínaný zdroj Zdroj jen snižující kladné napětí (POSITIVE BUCK) 1) Při sepnutí spí-nače S teče proud z UIN přes S a cívku L do zátěže RZ. 2) Při rozepnutí spí-nače S teče proud z cívky L jako zdroje do zátěže RZ a vra-cí se přes D zpět. 3) Výstupní napětí tedy vždy je menší, než napětí vstupní.

8. Spojitý a nespojitý režim spínaného zdroje Tvar tohoto průběhu proudu cívkou rozhoduje. spojitý režim nespojitý režim

9. Spínač S (tranzistor NPN) je mezi svorkami SW a GND Výstupní napětí je dáno vztahemUOUT= 2,21 [V] . (1 +R1/ R2), kde 2,21 [V] je hodnota referenčního napětí a současně minimální hodnota UOUT. Vstup FBV (feedback voltage) je invertujícím vstupem vnitřního OZ a referenční napětí je připojeno na neinvertující vstup.

10. Invertující jednočinný spínaný zdroj Když spínač S sepne, je USWuzel připojen ke vstupnímu napětí UIN a proud IIN prochází přes spínač S do cívky L a zátěž je odpojena. Proud cívkou lineárně roste. Po rozepnutí spínače S proud cívkou L pokračuje stále ve stejném směru (dolů) do zátěže RZ a COUT a vrací se přes diodu D zpět do cívky. Na zátěži RZ se tedy oproti společnému vodiči objeví záporná polarita výstupního napětí UOUT.

11. Reálné zapojení invertujícího zdroje typu +/- (Positive to Negative Buck / Boost Converter) Obvod je napájen součtem vstupního a výstupního napětí!!! Hodnoty C1 a R3 nejsou kritické, pokud ve smyčce zpětné vazby není fázový posuv. Pro UIN < 10V je R5 = 0. Dioda D2 kompenzuje úbytek napětí na diodě D1 UOUT = - 1,24 . (47 + 10700 + 1240) / 1240 = - 11,987 V

12. Reálné zapojení invertujícího zdroje typu -/+ (Negative to Positive Buck / Boost Converter) Zpětnou vazbu je nutno vybavit inverzí = tranzistor. 1) Když vzroste výstupní napětí UOUT, pak proteče větší proud v obvodu R1 – přechod EB tranzis-toru T a tranzistor se více otevře. 2) Průtokem většího proudu IC tranzistoru T roste úbytek na odporu R2 a tedy i potenciál vstupu FBV do kladných hodnot. 3) Integrovaný obvod vyhodnotí vyšší napětí mezi FBV a GND jako vyšší zpětnovazební napětí, snižuje střídu spínání PWM a výstupní napětí klesá.

13. Snižující zdroj s odbočkou na cívce (pro větší snížení UOUT a zvýšení IOUT) • Záleží na polaritě diody D1, • snižující zdroj, kde cívka je autotrans-formátorem • bez odbočky snižování jen do poměru • UIN : UOUT = 3 : 1 • Při sepnutém S teče proud z UIN přes S, přes celou cívku L1 do zátěže RZ. • Při rozepnutém S teče proud jen z pravé části cívky přes RZ a vrací se přes D1. Levou částí cívky proud neteče.

14. Reálné schema zapojení zdroje s odbočkou na cívce Dvě antisériově zapojené Zenerovy diody D2 a D3 (transily) chrání integro-vaný obvod proti přepětí Výstupní napětí je dáno vztahem: UOUT = UREF . (1 + R1 / R2).

15. Spínané zdroje s transformátory Vstup a výstup galvanicky oddělen, vysoká pracovní frekvence, regulace téměř vždy v primáru. Rozdělení na: a) jednočinné – propustné a blokující (akumulační) b) dvojčinné – vždy propustné

17. Jednočinný propustný spínaný zdroj

18. Jednočinný blokující spínaný zdroj

20. Kombinované zapojení

21. Dvojčinné spínané zdroje

22. Polomost

24. Plný most

25. PWM

26. Způsoby zpětné vazby