Захранването (F.A) има функцията да доставя адекватното и стабилно напрежение и ток към всеки блок на електронна система (компютър, телевизия, алармена система и др.).
За да започнем темата, ще предложим анализ на верига, че с прост транзистор и ценер ще имаме стабилно напрежение на изхода
Преминаваме през ценеровия диод и решаваме проблема
Ценеров диод.
Диодите се произвеждат за специфични напрежения, така че 5.1-волтовият диод, поляризиран в обратна посока, прави напрежението между анода и катода да остане на това напрежение, въпреки че протичащият през него ток варира.
Упражнение 1. В следната схема изчислете:
- Изходно напрежение и ток
- Токът през ценера
- Мощността, която консумира транзисторът (дадена от Vce * Ie). Помислете, че усилването β е 100, а напрежението Vbe е 0,7 волта.
- Мощността, доставена на товара (Rl)
- Ефективността на системата, дадена от връзката между доставената мощност и общата консумирана мощност от системата
- Ако товарът е бил крушка, направете верига с делител на напрежението, така че напрежението в крушката да е същото
- Да предположим, че в двете вериги, които имаме (източника и разделителя), увеличаваме напрежението от 9 на 12 волта. Какво напрежение ще има сега крушката и в двата случая?.
- Съберете крокодилската верига и резултатите от контраста
Транзисторни източници с променлива мощност
Шрифтовете също могат да бъдат проектирани да работят в определен диапазон.
В случая на фигурата имаме източник, който можем да регулираме между диапазон от 0 до 12 волта, в зависимост от стойността на съпротивлението, което е паралелно на 12-волтовия ценер.
Всъщност източникът няма да достигне 12 волта, тъй като трябва да извадим напрежението от кръстовището база-емитер.
Източниците могат да бъдат изяснени в два вида
1-ви линеен източник.
Те са конвенционалните източници, съставени от модулите на:
Трансформатор (който намалява напрежението от 220 волта до напрежение по-близко до това на употреба)
Изправител (получава положителните цикли на вълната на един терминал)
Филтрираща система (елиминира високите честоти, пиковете на напрежението и т.н.)
Къдрав редуктор (намалява вариациите на опън). Кондензаторът е поставен на изхода на диодите
Регулатор (стабилизира изходното напрежение).
Показваме обща схема за него:
Тези източници използват трансформатори, работещи на честотата на мрежата (50 Hz) с големи недостатъци, тъй като тези компоненти обикновено са скъпи, с голям обем и тегло. Те също така генерират загуби в желязо и мед, което води до глобални загуби в производителността на f.a.
Развитието на интегрираната електроника доведе до това схемите, които преди това заемаха значително пространство, да бъдат интегрирани в схеми със съответните щифтове, за да дадат решения във f.a. Известен случай е семейството 78XX, което с три терминала (вход, изход и управление) предлага стабилни различни изходни напрежения. Стойността на изхода зависи от прекратяването на номерирането му, така че 7805 има 5 волта изход или 7812 има 12 волта изход. Всеки от тях има диапазон от стойности на входното напрежение, който в случая на 7805 е минимум 7 волта и максимум 25 волта. На следващото изображение имаме схема, която свързва общия терминал към делител на напрежение, може да предложи различно изходно напрежение.
Упражнение 2. Извършете подходящия анализ, за да получите стойността на изходното напрежение. Типичният ток през общия терминал е 80 mA. Вземете под внимание, че регулаторът lm 7805 има напрежение между изхода и референтната стойност от 5 волта. Тъй като имаме свързан потенциометър 1 K, изчислете максималното и минималното напрежение, което имаме на изхода.
Друг важен блок е, че всички източници са системите за защита от скокове на напрежението.
Мрежата обикновено носи серия от пикове на напрежение от различни източници, стартиране на двигателя, превключване и т.н. Тези високи напрежения с кратка продължителност могат да причинят повреда на системата. Типична конфигурация на тези блокове е показана на следващото изображение.
Импулсно захранване
В този случай имаме компонент (транзистор), който се превключва на високи честоти, за да получи високочестотни квадратни сигнали, които ще бъдат коригирани и филтрирани.
В резултат на ниската ефективност, дадена от линейните системи (виж упражнение 1), тези системи ни позволяват да подобрим този фактор, тъй като транзисторите не работят постоянно, както при предишните.
В този случай устройството ще работи в режим на превключване (преминавайки от изрязване към насищане и обратно).
През 70-те години този тип източник имаше важно развитие, работеше на страната с високо напрежение, с високи добиви (Над 80%), с ниска цена и обем.
Ефективност:
Ще видим, че в конвенционален регулатор, чието изходно напрежение е 5 V и изход 1 A, ако входното напрежение е 30 волта, спадът на напрежението е 25V, че при преминаване през управляващия транзистор мощността се разсейва (25 V * 1 A) = 25 W, които се губят като топлина. В този случай имаме, че за доставка от 5 вата, имаме обща консумация от 30 W (5 доставени и 25 консумирани). Ефективността е:
Ние имаме само ефективност от 16,6%
В случай на комутирани, имаме възвращаемост от 80%.
При импулсни захранвания тези, които отговарят за контрола на мощността, също са транзистори, но когато работим в режим на намаляване на проводимостта, продуктът на Vce * Ie (в случай на биполярно) винаги ще имаме продукт с висока стойност от ниска стойност, следователно мощността, консумирана от транзистора, е ниска.
Честотата на превключване (пъти, когато транзисторът преминава от прекъсване към насищане) обикновено е ограничена при биполярни транзистори до около 40 KHz. трансформатори. На следващото изображение показваме основна диаграма на f.a. превключен
Най-общо казано, управляващият блок (този, който показва 30 Khz) кара транзистора да премине от прекъсване към насищане и обратно, контролирайки времето, през което полупроводникът е активен и, следователно, енергията, която се предава на първичната част на трансформатор, който се събира от вторичния и се коригира на втори етап.
Има няколко начина за управление на устройството за контрол на текущия поток. Ще видим един от тях, наречен Step-Down (Buck Converter).
В тази конфигурация регулирането е подобно на това на понижаващ трансформатор, с изходно напрежение по-ниско от напрежението на подаване. Показваме схемата на тази схема (подобно на обяснението на реалната)
Ако разгледаме предишната фигура, когато транзисторът (представен от превключвателя S) се затвори, имаме състояние Ton, момент, в който ток преминава през индуктор L. От целия преминаващ ток част е посветена на натоварване и друг се използва за зареждане на кондензатор C. По това време D е обратно пристрастен и не провежда.
Ако ключът се отвори, имаме новото състояние Toff.
Индуктор се противопоставя на внезапните промени в тока и следователно ще промени напрежението на своите клеми, за да накара токът да продължи да тече в същата посока.
В тази нова ситуация диодът се поляризира директно и се установява кръгов ток, който започва от десния ръб на бобината, преминава през товара и се връща през анода на диода към левия извод на бобината. В този интервал от време токът, достигащ товара, се подава от L и от C.
Как регулираме изходното напрежение ?
Както казахме по-рано, регулирането на напрежението на изхода се постига чрез модифициране на тоновото време на транзистора и един от начините за постигането му е чрез ШИМ (Pulse Wide Modulation или Pulse Width Modulation).
Показваме обща схема за постигане на тази цел. В схемата на предишната фигура Vo (изходно напрежение) има делител на напрежението, образуван от R1 и R2. Напрежението в тази точка се сравнява с напрежението, което искаме да получим и което обикновено идва от потенциометър.
А1 сравнява тези две стойности и генерира диференциално напрежение на изхода си. Да предположим, че напрежението Vo се увеличава и следователно напрежението, което влиза в компаратора. Изходът на А1 вече е по-висок. Това увеличава времето, необходимо за достигане на новата стойност и следователно оставащият импулс е по-малък, с тон по-малко време.
Това намалява индуктивния ток L и съответно количеството прехвърлена енергия, за което Vo ще стане по-малко.
Ако по някаква причина се получи обратното, при по-нисък Vo, процесът е същият:
V0 ↓ >> Диференциално напрежение в A1 ↓ >> Време за достигане на стойността на задействането триъгълният сигнал ↓ >> A2 генерира импулс преди >> Твърде ↑ >> Увеличава тока на намотка L >> Напрежението V0 ↑
Типичен източник за домашна употреба е представен по-долу.
Упражнение3: На следващото изображение напишете на какво съответства всяка номерация и обяснете функцията, която има.
Показване/скриване на решение
Упражнение 4. Възможно ли е превключващият източник да генерира изходно напрежение, по-високо от входното напрежение? Обяснете обосновано как можете, ако е възможно.