izvori jednosmernog napona - …mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/analogna/files/izvori_t.pdfuvodi...

Glava 1

Izvori jednosmernog napona

Izvori jednosmernog napona predstavljaju neophodni deo svakog elek-tronskog uredaja Kvalitet jednosmernog napajanja je od suštinskog znaca-ja za pouzdan rad uredaja Zadatak izvora napajanja je da naizmenicni na-pon iz mreže pretvori u jednosmerni svodeci pri tome njegovu amplituduna željeni nivo kao i da takav jednosmerni napon ucini dovoljno stabilnimu smislu imunosti na varijacije mrežnog napona i šumove Pored toga sa-vremeni izvori napajanja omogucavaju i regulaciju izlaznog jednosmernognapona odnosno podešavanje njegove amplitude smanjenje osetljivosti napromenu temperature kao i dodatno filtriranje To znaci da se kao osnov-ni blokovi izvora napajanja mogu razlikovati ispravljac filtar i stabiliza-tor napona Takode izvor napajanja mora da obezbedi elektricnu izolacijuizmedu ulaza i izlaza kao i zaštitu od preopterecenja Blok šema izvoranapajanja prikazana je na sl 11

Slika 11 Blok šema izvora jednosmernog napona

Prema konstrukciji i nacinu rada izvori napajanja se mogu podeliti udve glavne grupe

1 linearni

2 prekidacki (engl switch )

Obe grupe izvora se danas mogu naci u širokoj komercijalnoj upotrebi ipripadaju klasi ACDC izvora Pored toga u izvore napajanja se svrstavai klasa DCAC pretvaraca ciji opis prevazilazi okvire ovog teksta [1]

1

2 GLAVA 1 IZVORI JEDNOSMERNOG NAPONA

11 Linearni izvori napajanja

Kod linearnih izvora napajanja se u opštem slucaju ulazni napon vred-nosti VIN transformiše u izlazni napon vrednosti VOUT na principu pro-menljive provodnosti komponente koja se nalazi izmedu ulaza i izlaza pricemu je VOUT lt VIN Ako je izlazna struja IOUT onda je snaga koja sedisipira na takvoj komponenti (VIN minus VOUT)IOUT Izvori napajanja koji senajcešce srecu u praksi transformišu naizmenicni napon iz gradske mrežeu stabilisani jednosmerni napon odredene vrednosti Osnovna karakteris-tika ovih izvora napajanja je prisustvo mrežnog transformatora u isprav-ljackom bloku kao što je ilustrovano na sl 12 Na ulaz se dovodi mrežni

Slika 12 Ispravljacki blok linearnog izvora napajanja

napon vin ucestanosti 50Hz i nominalne amplitude 230V (tako da je vrš-na vrednost u 325V) ciji je talasni oblik prikazan na sl 13 Mrežni tran-

Slika 13 Talasni oblik ulaznog mrežnog napona vin

11 LINEARNI IZVORI NAPAJANJA 3

sformator T1 je u ovom primeru izabran tako da ima odnos transformacijen = voutvin = 0 05 pa se na njegovom sekundaru pojavljuje naizmenicninapon vout vršne vrednosti u 16V ciji je talasni oblik prikazan na sl 14Pravilan izbor mrežnog transformatora veoma utice na karakteristike iz-

Slika 14 Talasni oblik napona na sekundaru vout

vora napajanja Proracun transformatora je složen postupak i detaljno jeopisan u [2] Ovde treba napomenuti da se na tržištu nalazi veliki broj ko-mercijalno raspoloživih mrežnih transformatora i da je pri izboru poredodnosa transformacije potrebno obratiti posebnu pažnju na maksimalnoopterecenje U kolu primara nalazi se osigurac F1 Osigurac se bira naosnovu izraza za struju u primaru Ipri = nIsec pri cemu je Isec struja u se-kundaru pri maksimalnom opterecenju

Transformisani napon vout se sa sekundara dovodi na integrisani is-pravljac U1 Ispravljanje naizmenicnog napona se može izvesti na više naci-na ali je u praksi najzastupljenije dvostrano ispravljanje pomocu Grecovogspoja1 Grecov spoj se može realizovati u diskretnoj tehnici pomocu cetiridiode ali se danas primenjuje integrisana varijanta u kojoj su sve diode najednom cipu tako da je i pakovanje pogodno za površinsku montažu naštampanu plocu [3] Talasni oblik ispravljenog naizmenicnog napona vDC

koji se pojavljuje na opterecenju koje predstavlja otpornik RL prikazan je

1U anglosaksonskoj literaturi se dvostrani ispravljac naziva full wave rectifier a Grecovspoj bridge rectifier


na sl 15 Amplituda napona vDC je umanjena za dvostruku vrednost pada

Slika 15 Talasni oblik ispravljenog naizmenicnog napona vDC

napona na diodama Grecovog spoja u odnosu na vršnu vrednost naponavout

Oblik napona vDC nije pogodan za prakticnu upotrebu pa se zbog togauvodi filtarski blok koji se u najprostijem slucaju sastoji od jednog elek-trolitskog kondenzatora C1 kao što je prikazano na sl 16 Kada se izvor

Slika 16 Filtriranje ispravljenog naizmenicnog napona

napajanja ukljuci i pojavi napon vDC na izlazu ispravljaca kondenzator sebrzo napuni preko relativno male otpornosti ispravljaca Punjenje konden-zatora traje sve dok napon vDC ne dostigne maksimalnu vrednost Kadanapon vDC pocne da opada kondenzator pocinje da se prazni preko re-


lativno velike otpornosti opterecenja Ako je kapacitivnost kondenzatoradovoljno velika proces pražnjenja ce biti prekinut u trenutku kada naponvDC ponovo bude poceo da raste Kondenzator ce se ponovo napuniti doknapon vDC raste a zatim poceti da prazni te se ovaj proces ciklicno ponav-lja Tipicna vrednost kapacitivnosti kondenzatora koja se koristi je 1000microFa mogu se upotrebiti i druge pri cemu treba obratiti pažnju da probojninapon kondenzatora mora biti veci od vršne vrednosti napona vDC

Idealizovani talasni oblik napona VC koji se pojavljuje na kondenzatoruC1 prikazan je na sl 17 Sa ove slike se može uociti da vrednost napona VC

Slika 17 Idealizovani talasni oblik napona na filtarskom kondenzatoru

periodicno varira što je posledica opisanog ciklicnog punjenja i pražnje-nja kondenzatora Amplituda varijacije je oznacena sa Vr i naziva se ripplevoltage Ova neželjena pojava se može ublažiti povecanjem vrednosti ka-pacitivnosti kondenzatora C1 ili vezivanjem više kondenzatora u paralelnuvezu Medutim to nije prakticno sa stanovišta dimenzija izvora jer kon-denzatori vecih kapacitivnosti imaju i vece gabarite

Znacajan nedostatak izvora napajanja sa sl 16 ogleda se u osetljivostina promene amplitude mrežnog napona vin Zbog linearnosti kola svakapromena amplitude napona vin proporcionalno ce se odraziti i na vrednostnapona VC Zbog toga se za dodatnu stabilizaciju jednosmernog naponakoriste linearni stabilizatori napona To su integrisana kola koja omogu-cavaju da vrednost izlaznog napona bude nezavisna od varijacija ulaznognapona opterecenja i temperature (videti npr [4] [5]) Tipicna konfigu-


racija stabilizatora2 sa fiksnim izlaznim naponom prikazana je na sl 18Kondenzator Ci predstavlja paralelnu vezu filtarskog kondenzatora i kon-

Slika 18 Konfiguracija linearnog stabilizatora napona

denzatora manje vrednosti (tipicno 1microF) cija je uloga da spreci eventualnupojavu oscilacija u kolu posebno ako filtarski kondenzator nije lociran bli-zu integrisanog kola stabilizatora Kondenzator Co ima ulogu dodatnogfiltriranja u smislu poboljšanja odziva stabilizatora u prelaznim režimimaa tipicne vrednosti su u opsegu (01ndash10)microF Izvor napajanja sa naponskimregulatorom U2 prikazan je na sl 19 Kvalitet stabilizacije izlaznog napona

Slika 19 Izvor napajanja sa stabilizatorom napona

se opisuje parametrom koji se naziva faktor stabilizacije napona (line regu-lation) Ovaj parametar opisuje koliko se menja izlazni napon VOUT equiv VDC

u odnosu na datu promenu ulaznog napona VIN equiv VC

faktor stabilizacije napona =

(

∆VOUT

∆VIN

)

middot 100 (11)

Kada je u pitanju osetljivost regulatora na promenu opterecenja razlikujuse dve granicne vrednosti izlaznog napona

bull kada regulator nije opterecen (no load ) VOUT equiv VNL

bull kada je regulator maksimalno opterecen (full load ) VOUT equiv VFL

Na osnovu ovoga se definiše parametar koji se naziva faktor regulacije op-terecenja (load regulation)

faktor regulacije opterecenja =

(

VNL minus VFL

VFL

)

middot 100 (12)

2U anglosaksonskoj literaturi se stabilizatori napona nazivaju voltage regulators


Stabilisani izlazni napon VDC u kolu sa sl 19 prikazan je na sl 110 Jasno

Slika 110 Stabilisani izlazni napon VDC u kolu sa sl 19

je da se upotrebom stabilizatora napona eliminiše i ripple efekat

Stabilizatori napona postoje i u varijantama koje omogucavaju pode-šavanje vrednosti izlaznog napona Takvi stabilizatori tipicno imaju jedandodatni izlaz ADJ (adjustable) preko koga se formira naponski razdelnikkao na sl 111 Stabilizator je projektovan tako tako da se izmedu izlaza

Slika 111 Stabilizator sa promenljivim izlaznim naponom

OUT i ADJ odnosno na otporniku R1 uvek pojavljuje referentni napon


VREF Izlazni napon je odreden relacijom

VOUT = VREF

(

1 +R2

R1

)

(13)

Tipicna vrednost napona VREF je 125V Pogodnim izborom vrednosti otpor-nika R1 i R2 mogu se dobiti razlicite vrednosti izlaznog napona OtpornikR2 može biti i promenljive otpornosti (potenciometar) tako da se dobijaizvor kod koga je vrednost izlaznog napona moguce menjati u odredenimgranicama

Treba napomenuti da postoje i stabilizatori koji daju negativan naponOsnovne karakteristike linearnih izvora napajanja date su u tab 11

Vreme održanja se definiše kao vreme za koje je izvor u mogucnosti da odr-

Parametar Vrednost Jedinicafaktor stabilizacije napona 002ndash005 faktor regulacije opterecenja 002ndash01 Ripple 05ndash2 mV RMSOpseg ulaznog napona plusmn10 Efikasnost 40ndash55 Vreme održanja 2 msVreme oporavka 50 micros

Tabela 11 Osnovne karakteristike linearnih izvora napajanja

žava izlazni napon po prekidu ulaznog napona Vreme oporavka predstav-lja vreme za koje izvor uspostavlja stabilan izlazni napon nakon skokovitepromene ulaznog napona ili struje opterecenja

12 Prekidacki izvori napajanja

Prekidacki izvori napajanja su prevashodno nastali iz potrebe da sesmanje gabariti izvora kod uredaja vece snage Osnovni princip rada ilus-trovan je na sl 112 U ovom kolu se prekidac otvara i zatvara tako da jeton vreme tokom koga je prekidac zatvoren a to f f = T minus ton vreme tokomkoga je prekidac otvoren Na otporniku RL koji predstavlja opterecenje sesve vreme pojavljuje srednja (average) vrednost napona

VOUT(avg) ton

TVIN (14)

Promenom vrednosti ton menja se i vrednost VOUT(avg) Ova tehnika se na-ziva modulacija širine impulsa PWM (Pulse Width Modulation)

12 PREKIDACKI IZVORI NAPAJANJA 9

Slika 112 Princip rada prekidackog izvora napajanja

121 Prekidacki spuštac napona

Da bi se princip sa sl 112 pretvorio u prakticnu realizaciju potrebno jeu kolo uvesti komponentu koja ce akumulirati energiju izvora VIN tokomperioda kada je prekidac zatvoren i prenositi je opterecenju tokom periodakada je prekidac otvoren Takva komponenta je ocigledno kalem3 pa seosnovna konstrukcija izvora napajanja može realizovati na nacin kao štoje prikazano na sl 113 Ova konfiguracija se naziva step-down ili buckkonvertor ili coper spuštac napona Kada je prekidac zatvoren kroz kalem

Slika 113 Prekidacki spuštac napona

protice struja koja se menja u vremenu

∆I

∆t=

VIN minus VOUT

L (15)

Struja kroz diodu D ne protice jer je ona inverzno polarisana Na krajevi-ma kalema se indukuje napon koji se suprotstavlja naponu VIN težeci dasmanji struju kroz kalem Kondenzator C ima filtarsku ulogu Kada se pre-kidac otvori na krajevima kalema se indukuje napon koji direktno polariše

3Odziv kalema na impulsnu pobudu opisan je u [6]


diodu tako da je promena struje u vremenu

∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)

pri cemu je VD pad napona na diodi Kalem se ponaša kao izvor a diodaobezbeduje zatvaranje provodnog puta pa protok struje kroz kolo postojii po prestanku dejstva ulaznog napona Treba napomenuti da je izlazninapon uvek manji od ulaznog pa otuda i potice naziv ovog konvertoraVrednost izlaznog napona odredena je relacijom (14) Na sl 114 prikazanisu idealizovani talasni oblici napona iz kola sa sl 113 pri cemu je VIN =20V L = 50microH C = 25microF i R = 5Ω

Slika 114 Idealizovani talasni oblici napona i struja kod prekidackog spu-štaca napona

Prekidacka ucestanost je tipicno reda velicine desetina ili stotina kHza može biti i nekoliko MHz Sa porastom ucestanosti moguce je izradi-ti izvore manjih gabarita što je pogodno sa stanovišta smanjenja ukupnihdimenzija uredaja Pored toga smanjuje se uticaj inercije prekidaca na br-zinu odziva kola Inercija prekidaca se odnosi na konacno vreme potrebnoza njegovo zatvaranje i otvaranje tokom koga u kolu može doci do neže-ljenih pojava kao što su naponsko premašenje ili oscilacije4 Zbog visokih

4Treba imati u vidu da je vreme odziva kod LC komponenata reda velicine ms


ucestanosti obavezna je upotreba brze prekidacke ili Šotkijeve diode Pro-racun potrebne vrednosti induktivnosti sažeto je opisan u [7] a najcešce sezbog vecih induktivnosti koriste kalemovi sa jezgrom [2] što važi za sveprekidacke izvore napajanja

122 Prekidacki podizac napona

Da bi se dobio izlazni napon koji je veci od ulaznog tj step-up ili boostkonvertor može se iskoristiti kolo sa sl 115 Rad ovog kola se zasniva

Slika 115 Prekidacki podizac napona

na istom principu kao i rad step-down konvertora odnosno na prenosuenergije akumulirane u kalemu na kondenzator Kada je prekidac zatvorenstruja kroz kalem je

∆I

∆t=

Vin

L(17)

Kada se prekidac otvori struja kroz kalem je

∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)

123 Prekidacki invertor napona

Dobijanje negativnih izlaznih napona moguce je pomocu kola sa sl 116koje se naziva impulsni invertor napona ili inverting regulator U ovomslucaju izlazni napon može biti i manji i veci od ulaznog (po apsolutnojvrenosti) što zavisi od odnosa tonT kao što je ilustrovano na sl 117 zaslucaj kada je VIN = 20V L = 50microH C = 47microF i R = 5Ω

124 Prekidacki blokirni pretvarac

Pretvaraci opisani u 121ndash123 su pogodni za regulaciju napona unutarkola kada vec postoji jednosmerni napon na ulazu celog uredaja (on-board


Slika 116 Prekidacki invertor napona

Slika 117 Idealizovani talasni oblik izlaznog napona na prekidackominvertoru napona


Slika 118 Principijelna šema prekidackog blokirnog pretvaraca

regulation) U tom slucaju nije potrebna elektricna izolacija izmedu ula-za i izlaza kola Kada je u pitanju naizmenicni napon umesto kalema sekoristi transformator Pošto transformator radi na visokim ucestanostimanjegove dimenzije mogu biti mnogo manje nego što je to slucaj sa tran-sformatorom kod linearnog izvora napajanja Principijelna šema ovakvogkola koje se naziva flyback konvertor prikazana je na sl 118 Na ulaz kolase dovodi mrežni napon vin koji se ispravlja korišcenjem Grecovog spoja5

U1 Transformator T1 se može posmatrati kao kalem koji ima dva namo-taja Primarni namotaj služi da akumulira energiju u jezgru a sekundarnida akumuliranu energiju prenese na izlazni filtarski kondenzator C Kadaje prekidac ukljucen struja tece kroz primarni namotaj U kolu sekundaranema struje jer je dioda D inverzno polarisana (treba obratiti pažnju nasmer namotaja primara i sekundara) Kada se prekidac iskljuci dioda D sedirektno polariše i struja iz sekundara puni kondenzator C Izlazni naponje odreden relacijom

VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)

pri cemu su N1 i N2 brojevi namotaja u primaru i sekundaru respektivnoKola kao što je ovo kod kojih se DC napon na prekidac dovodi direktno izmreže preko Grecovog spoja nazivaju se off-line prekidacki izvori napaja-nja

Postoji još nekoliko cesto korišcenih konfiguracija prekidackih izvoranapajanja sa transformatorom kao što su forward konvertor push-pullkonvertor half bridge i full bridge konvertori a principijelne šeme se moguvideti u npr [1][8]

125 Prekidac i povratna sprega

5Kod projektovanja flyback konvertora treba odabrati Grecov spoj koji je predviden zaispravljanje netransformisanog mrežnog napona


Kod svih opisanih konvertora se kao prekidac može upotrebiti tranzis-tor Q koji može biti bipolarni ili MOS Za upotrebu tranzistora je potrebnadodatna polarizacija što se mora obezbediti posebnim kolom Pored togasvi konvertori u elementarnoj realizaciji imaju jedan veliki nedostatak a toje da se izlazni napon menja sa promenom ulaznog napona opterecenja itemperature Zbog toga je potrebna regulacija izlaznog napona a to se pos-tiže pomocu kontrolnog kola koje se uvodi u povratnu spregu (feedback )konvertora kao što je ilustrovano na sl 119 Kontrolno kolo prati vrednost

Slika 119 Tranzistor kao prekidac i kontrolno kolo u povratnoj sprezi kodprekidackog spuštaca napona

izlaznog napona uporedujuci je sa internim referentnim naponom U slu-caju da dode do odstupanja vrši se korekcija tako što se menja odnos tonT itime kontroliše prekidacka funkcija tranzistora To znaci da kontrolno kolokoristi PWM tehniku (videti str 8)

Realizacija povratne sprege kod step-up konvertora prikazana je na sl 120a kod inverznog regulatora na sl 121

Slika 120 Tranzistor kao prekidac i kontrolno kolo u povratnoj sprezi kodprekidackog podizaca napona

Kod prekidackog blokirnog pretvaraca se koristi izolacija izmedu re-


Slika 121 Tranzistor kao prekidac i kontrolno kolo u povratnoj sprezi kodprekidackog invertora napona

gulisanog DC izlaza i neregulisanog DC ulaza Na taj nacin se izbegavaneželjeni uticaj jednog dela izvora na drugi U suštini kontrolno kolo jebdquopodeljenoldquo na dva bloka koja su medusobno izolovana Jedan blok pred-stavlja detektor promene izlaznog napona koji inicijalizuje povratnu spre-gu a drugi blok je PWM blok kao što je ilustrovano na sl 122 Za izolacijuse najcešce koristi optokapler

Slika 122 Tranzistor kao prekidac i povratna sprega kod prekidackog blo-kirnog pretvaraca

Treba istaci da su svi prekidacki izvori napajanja zbog ucestanosti nakojima rade potencijalni generatori elektromagnetne interferencije (EMI)Zbog toga mogu postati emitori radijacionih smetnji Pored toga mogu bitii osetljivi na ucestanosti koje emituju drugi uredaji u njihovoj blizini kaoi na konduktivne smetnje koje se šire preko elektricne mreže Zbog togase pri projektovanju posebna pažnja posvecuje elektromagnetnoj kompati-bilnosti (EMC) kako u oblasti konduktivnih tako i u oblasti radijacionihsmetnji


Osnovne karakteristike prekidackih izvora napajanja date su u Tab 12


Tabela 12 Osnovne karakteristike prekidackih izvora napajanja

126 Realizacija prekidackog izvora napajanja

Na sl 123 prikazan je realni prekidacki izvor napajanja u konfiguracijiflyback konvertora U principu kolo se može podeliti na tri stepena

1 ulazni stepen

2 centralni (prekidacki) stepen

3 izlazni stepen

U ulaznom stepenu se odmah iza prikljucka za dovodenje naizmenic-nog mrežnog napona J1 nalazi NTC termistor RT1 Termistor ima uloguda ogranici struju u kolu koja je najveca neposredno po ukljucenju ureda-ja Ova struja naziva se inrsuh current ili surge current6 U prvom tre-nutku je otpornost termistora najveca a smanjuje se sa njegovim zagre-vanjem koje je posledica protoka struje kroz kolo sve do uspostavljanjakvazi-stacionarnog stanja Kondenzatori C1 i C11 zajedno sa prigušnicomL1 cine ulazni linijski filtar Uloga filtra je minimizacija uticaja elektromag-netne (EMI) i radio (RFI) interferencije na rad kola Treba obratiti pažnju nato da su kondenzatori oznaceni kao bdquoX2ldquo što znaci da se radi o linijskimkondenzatorima koji se mogu prikljuciti na naizmenicni napon Prigušni-ca L1 pripada tipu koji se naziva choke i služi za prigušenje konduktivnihsmetnji Naizmenicni napon se ispravlja preko Grecovog spoja D2 i filtrirana kondenzatoru C2

Ispravljeni naizmenicni napon uvodi se u centralni stepen preko prima-ra transformatora T1 U kolu primara se takode nalazi prekidacka kompo-nenta U1 U ovom slucaju je to PWM prekidac TOP227 [10] Izmedu njego-vog izlaza koji je u stvari drejn MOS tranzistora snage i linije ispravljenog

6Detaljnije o definiciji i merenju ove struje može se naci npr u [9]

12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A

ulazni stepen centralni stepen izlazni stepen

Slika 123 Realni prekidacki izvor napajanja


naizmenicnog napona nalazi se kolo za odsecanje naponskih premašenjakoje cine diode D1 i D3 Kada se prekidac iskljuci na krajevima primarase indukuje napon koji može da ošteti TOP227 pa se odsecanje njegoveamplitude vrši pomocu Zener diode D1 prema kojoj provodni put otvaradirektno polarisana dioda D3 Ovo kolo se naziva (clamp) kolo a koristise u više varijanti kao što je ilustrovano na Sl 124 Kada se u kolu na-

ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP

Slika 124 Tehnike naponskog odsecanja [10]

laze pasivne komponente kolo se naziva snubber kolo Ilustracija efektanaponskog odsecanja prikazana je na sl 125

Izlazni napon flyback konvertora se dobija na sekundaru transformato-ra T1 uz pomoc diode D2 i kondenzatora C3 (videti sl 118) Linijska pri-gušnica L2 predstavlja EMI prigušivac [11] Na pomocnom (auxiliary) na-motaju transformatora nalazi se dioda D4 koja zajedno sa kondenzatoromC6 cini kolo za napajanje prekidaca U1 preko optokaplera U2 Povratnasprega se ostvaruje korišcenjem šant regulatora U3 Referentni napon ovogregulatora je 25V i odreden je naponskim razdelnikom koji cine otporniciR3 i R4 Struja kroz regulator ogranicena je otpornikom R5 KondenzatorC5 je tzv decoupling kondenzator koji odvaja DC delove kola Otpornik R2ogranicava struju kroz LED diodu optokaplera Promena izlaznog naponase detektuje na šant regulatoru i preko optokaplera prenosi na kontrolni pinprekidaca U1 koji sadrži kontrolno PWM kolo i izlazni prekidacki tranzis-tor Primenom PWM tehnike se vrši korekcija odnos tonT i izlazni naponvraca na nominalni Kondenzator C7 i otpornik R1 deo su referentnog dizaj-na koji preporucuje proizvodac prekidaca i služe kao filtar na kontrolnompinu odreduju ucestanost za auto-restart i kompenzuju kontrolnu petlju[10] Blok kondenzator C8 (safety capacitor) obezbeduje sigurnosnu zašti-tu od naponskih pikova na liniji zajednickog signala koji se mogu pojavitikao posledica tzv curece induktivnosti primara transformatora izazvaneradom prekidaca


SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme

Slika 125 Ilustracija efekta naponskog odsecanja [10]

Izlazni stepen sadrži filtarski kondenzator C4 kao i EMI filtar koji cinekondenzatori C9 C10 i prigušnica L3 Na kraju se nalazi osigurac F1

Treba napomenuti da je ovde predstavljeni dizajn samo jedna varijacijarealizacije off-line izvora napajanja u konfiguraciji flyback konvertora Pos-toji veliki broj integrisanih kola razlicitih proizvodaca koja obavljaju funk-cije prekidaca i PWM kontrole i za svako od njih postoji referentni dizajnkoji treba koristiti kao polaznu osnovu prilikom projektovanja izvora na-pajanja


Bibliografija

[1] ldquoIntroduction to power suppliesrdquo Application note NationalSemiconductor 2002 AN-556 [Online] Available wwwnationalcom

[2] S Ristic RLC Komponente Niš Prosveta 2005

[3] ldquoMB1S-MB8Srdquo Datasheet Fairchild Semiconductor 2001 [Online]Available wwwfairchildsemicom

[4] ldquoLM78XXLM78XXArdquo Datasheet Fairchild Semiconductor May2006 [Online] Available wwwfairchildsemicom

[5] ldquoLT1763 seriesrdquo Datasheet Linear technology 1999 [Online]Available wwwlinearcom

[6] Z Prijic ldquoNaizmenicni signalirdquo Predavanja [Online] Availablehttpmikroelektronikaelfakniacyu

[7] ldquoSwitching regulator inductor designrdquo Application note 406 CooperBaussmann 2006 [Online] Available httpwwwcooperetcomlibraryproductsInductors20App20Notespdf

[8] SWITCHMODE Power Supply Reference Manual ON SemiconductorApril 2000 rev 2 [Online] Available wwwonsemicom

[9] ldquoBasic facts about power suppliesrdquo Nemic Lambda Articles Index[Online] Available httpwwwnemiccoildocPS_3pdf

[10] ldquoTOPSwitch II familyrdquo Datasheet Power IntegrationsInc 2001 [Online] Available httpwwwpowerintcomPDFFilestop221-227pdf

[11] ldquoChip bead coresrdquo Datasheet Panasonic (Matsushita ElectricalIndustrial Co) [Online] Available httpindustrialpanasoniccom

21


Linearni izvori napajanja

Prekidački izvori napajanja

Prekidački spuštač napona

Prekidački podizač napona

Prekidački invertor napona

Prekidački blokirni pretvarač

Prekidač i povratna sprega

Realizacija prekidačkog izvora napajanja


11 Linearni izvori napajanja

Kod linearnih izvora napajanja se u opštem slucaju ulazni napon vred-nosti VIN transformiše u izlazni napon vrednosti VOUT na principu pro-menljive provodnosti komponente koja se nalazi izmedu ulaza i izlaza pricemu je VOUT lt VIN Ako je izlazna struja IOUT onda je snaga koja sedisipira na takvoj komponenti (VIN minus VOUT)IOUT Izvori napajanja koji senajcešce srecu u praksi transformišu naizmenicni napon iz gradske mrežeu stabilisani jednosmerni napon odredene vrednosti Osnovna karakteris-tika ovih izvora napajanja je prisustvo mrežnog transformatora u isprav-ljackom bloku kao što je ilustrovano na sl 12 Na ulaz se dovodi mrežni

Slika 12 Ispravljacki blok linearnog izvora napajanja

napon vin ucestanosti 50Hz i nominalne amplitude 230V (tako da je vrš-na vrednost u 325V) ciji je talasni oblik prikazan na sl 13 Mrežni tran-

Slika 13 Talasni oblik ulaznog mrežnog napona vin





























(

∆VOUT

∆VIN

)

middot 100 (11)






(

VNL minus VFL

VFL

)

middot 100 (12)











VOUT = VREF

(

1 +R2

R1

)

(13)









VOUT(avg) ton

TVIN (14)








∆I

∆t=

VIN minus VOUT

L (15)





∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)











∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21






































(

∆VOUT

∆VIN

)

middot 100 (11)






(

VNL minus VFL

VFL

)

middot 100 (12)











VOUT = VREF

(

1 +R2

R1

)

(13)









VOUT(avg) ton

TVIN (14)








∆I

∆t=

VIN minus VOUT

L (15)





∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)











∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21



















VOUT = VREF

(

1 +R2

R1

)

(13)









VOUT(avg) ton

TVIN (14)








∆I

∆t=

VIN minus VOUT

L (15)





∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)











∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21
















∆I

∆t=

VIN minus VOUT

L (15)





∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)











∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21












∆I

∆t=

VOUT + VD

L (16)











∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21
















∆I

∆t=

Vin

L(17)


∆I

∆t=

VOUT minus VIN

L(18)












VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21

















VOUT =ton

T minus tonVIN

N2

N1 (19)























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21




























1 ulazni stepen


3 izlazni stepen




12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21










12P

RE

KID

AC

KIIZ

VO

RIN

APA

JAN

JA17

1

2

J1

220 VAC

t

RT1

25

C1

100nF275V~X2L

1

CHOKE

+

C2

100uF

400

V

D1

P6K

E200A

D3

HER107

C1

S2

D3

U1

TOP227

R1

68R

+

C7

47uF

25V

6

11

4

9

2

5

T1

U6875-A

D4

1N

4148S

MD

C6

100nF

A1

K2

C4

E3

U2

LTV817S

D5

MBR1635

+

C3

1000uF

16V

C8

1nF16kVY1

R2

100R

U3

TL431B

R4

20k

R3

33k

C5

100nF

+

C4

1000uF

16V

F1

10A

AC

1

V+

2

AC

3

V-

4

D2

DB107 1

2

J2

7V

C10

1uF

C9

100nF

R5

200R

C11

100nF

275V

~X

2

L2

EXCML45A

L3

EXCML45A





ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21












ZENER

CLAMP

SOFT

CLAMP

SNUBBERSNUBBERSOFT

CLAMP

ZENER

CLAMP





SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21











SNUBBER

CLAMP

ORIGINAL

Napon

Vreme





Bibliografija












21











Bibliografija












21










izvori jednosmernog napona - …mikroelektronika.elfak.ni.ac.rs/analogna/files/izvori_t.pdfuvodi...

Documents