4.1 Linearni stabilizatori napona Izvori jednosmernoggp...
Transcript of 4.1 Linearni stabilizatori napona Izvori jednosmernoggp...
Izvori jednosmernog naponaj g p- Stabilizatori - regulatori napona (nastavak)
1
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
2
4.2.3 Invertori
Da bi se od mrežnog napona dobio jednosmerninapon željene vrednosti, potrebno je 1. smanjiti njegovu vrednost2. usmeriti ga (napraviti jednosmerni napon)4. ukloniti naizmeničnu komponentu (“ispeglati”)4 stabilisati regulisati ga4. stabilisati – regulisati ga
(učiniti nezavisnim od promena uslova rada potrošača i/ili napona mreže)potrošača i/ili napona mreže)
310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Da se podsetimo Stabilizatori - regulatori napona
Napon na izlazu stabilizatora ne treba da zavisi odpromena:p
b) t ti t š č ( t j k t š č)
- a) ulaznog napona (napona na izlazu iz filtra)
- b) otpornosti potrošača (struje kroz potrošač)
- c) temperatureI =os Ip
c) temperature
Filter Stabilizator PotrošačUo UosV V
410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
St bili t j id l k j f kt t bili ij 0
Da se podsetimo Stabilizatori - regulatori napona
Stabilizator je idealan ako je faktor stabilizacije=0
Stabilizator je dobar ako je faktor stabilizacije maliStabilizator je dobar ako je faktor stabilizacije mali S=(ΔVos/ΔVo) < 0.1%
510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznog
Da se podsetimo Stabilizatori - regulatori napona
Kvalitet stabilizatora određuje osetljivost izlaznognapona na promene:
b) otpora potrošača (napona na izlazu iz filtra)- b) otpora potrošača (napona na izlazu iz filtra)
610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
St bili t j id l k j R 0
Da se podsetimo Stabilizatori - regulatori napona
Stabilizator je idealan ako je Ro=0
Stabilizator je dobar ako je R < 10ΩStabilizator je dobar ako je Ro < 10ΩI =Ios p I =Ios DDp
V’osVosRo VDDVos
Ro
Stabilizator Potrošač
os
Stabilizator Potrošač
os
oRIVVV ⋅−== osospos' oRIVV ⋅−= DDosDD
Stab ato ot ošač
710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Realizacija stabilizatora naponaStabilizatori - regulatori napona
Realizacija stabilizatora napona
U osnovi postoje dva tipa realizacije stabilizatorap j p j4.1. Linearni stabilizatori - regulatori napona
4 1 1 Sa Zener diodom4.1.1 Sa Zener diodom4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
4.2. Prekidački stabilizatori regulatori napona4.2.1 Spuštači napona4 2 2 Podizači napona4.2.2 Podizači napona4.2.3 Invertori
810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
K kt i tik t bili t Z di d
Da se podsetimo 1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodom
Karakteristike stabilizatora sa Zener diodom
za S < 0 1% potrebno je R=103r ≈X10kΩ-za S < 0.1% , potrebno je R=103rz≈X10kΩto znači da će za Ios=IP=10mA pad naponana R biti reda veličine X100V!!!na R biti reda veličine X100V!!!Za toliko treba da bude veći napon Vo odVVos.
Ako se ograniči vrednost R, povećaće se S!g , p
Kako dobiti bolji stabili ator?Kako dobiti bolji stabilizator?
910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
10
4.2.3 Invertori
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
Vos=Vo-RIo.os o o
Io=It+Ir +Ios.o t r os
Porast Vo za ΔVo teži da izazove porast ΔVos; o o p os;
osBE ΔVRR
RΔV21
1
+=tada raste VBE i to približno za
To izaziva porast struje kroz tranzistor It, što dovodi do povećanja I ,što dovodi do povećanja Io,
čime se napon V smanjuje (V V R I )
a time i do većeg pada napona na R (RIo),
1110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
čime se napon Vos smanjuje. (Vos = Vo -R Io)
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
Integrisani paralelni stabilizatori - regulatori napona
VosVo
Integrisani paralelni stabilizatori regulatori napona
Da bi se ostvarila bolja stabilizacija, potrebno je “ubrzati” reagovanje na promenu Vos.
Za dobru stabilizaciju napona potrebno je uvesti dodatnu negativnu povratnu spregu.
1210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
dodatnu negativnu povratnu spregu.
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori naponaVosVVo
• Q1 je kontrolišući element vezan paralelno sa potrošačem.D i l ć k d l ik R R• Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika R3, R4.
• Referentni napon dobijen preko D1.R l ij iž k l j k Q
1310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q1.
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
VVo
R ⎟⎞
⎜⎛
It
Voso
VZ
Z4
3os R
R1 VV ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≅
ćPreko Zener diode na invertujući ulaz dovodi se referentni napon.
Svaka promena izlaznog napona prenosi se preko R3 i R4 na neinvertujući ulaz operacionog pojačavača.
Razlikom ovih napona kontroliše se ‚VBE tranzistora, a time i struja kroz tranzistor It.
1410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
VVo
R ⎟⎞
⎜⎛
Voso
VZ
Zo VRRV ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≅
4
31
• R1 je redno vezan sa potrošačem i na njemu se “ublažavaju” sve promene napona ΔVo.
• R2 služi da definiše struju diode ID=(Vo-Vz)/R2
• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon Vz sa naponom iz razdelnika (R4 Vos)/(R3+R4).
1510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.2 Paralelni stabilizatori - regulatori napona
Porast V za ΔV teži da
IoVo Porast Vo za ΔVo teži da
izazove porast ΔVos; ItVo
Voso
tada raste V+ i to zaR
o
sVRR
RV oΔΔ43
4
+=+ ;
zato raste napon na izlazu OpAmp, a time i VBE;to izaziva porast struje kroz tranzistor Išto dovodi do povećanja Io, to izaziva porast struje kroz tranzistor It,
čime se napon V smanjuje: V = V – RI .a time i do većeg pada napona na R (RIo),
1610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
čime se napon Vos smanjuje: Vos Vo RIo.
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
17
4.2.3 Invertori
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Vos=Vo-VCE.
VBE=Vz-Vos
I =(V V )/RIz=(Vo-Vz)/R
Redni tranzistor koristi se kao izvor konstantne struje;
di k fi iji j d ičk b t k dradi u konfiguraciji sa zajedničkom bazom, tako da mu je izlazna otpornost mala.
Sve varijacije napona Vo, kompenzuju se preko VCE, pri konstantnoj struji baze.
1810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
j j
Vos=Vo-VCE.4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
os o CE
VBE=Vz-Vos
Io=It+Ir +Ios.
Porast V za ΔV teži da izazove porast V ;Porast Vo za ΔVo teži da izazove porast Vos; usled rasta Vo raste Iz, a IB i IC ostaju konstantne, tako da se sprečava promena Vos.
1910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Vos=Vo-UCE.
VBE=V -VVBE Vz Vos
Ukoliko postoji težnja da se V poveća usled promenaUkoliko postoji težnja da se Vos poveća usled promena u kolu potrošača (dok se Vo ne menja) to izaziva i smanjenje napona VBE,
što dovodi do pada I ,čime se napon Vos smanjuje. što dovodi do pada Ios,
2010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori naponaZnajući da je IB<<Iz
oz
zB VrR
rVrR
RV+
++
≈IB
oz
zB
zz
Vr
VV
rRrR
+≈
++Iz
BEBos
ozB
VVVR
−=
BEoz
zos Rr VVVV −+≈
Iako je izraz za S isti kao kod stabilizatora sa zener diodom, R ,R može da bude mnogo veće, jer Iz kontroliše samo baznu os rVS z∂ j zstruju, tako da se ostvaruje mnogo manji faktor stabilnosti
;o
os
RVS z≈
∂=
2110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
g j
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori naponaΔIosiB
ΔVos
Model za naizmenični signaliB
iB
os
oso ΔI
ΔVR =os
VVVi osososB −≈−≈−=
111111 hrhR||rh zzB ++
)ΔV)((h)i(hΔI os11 −+−=+−=
hΔV
)h
)((h)i(hΔI Bos11
2121 11 +=+=
121
11
+≈=
hh
ΔIΔVR
os
oso
2210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
VBE
Vos
BEoz
zos VVRr
VV −+≈R
TV
TV
TVS BEzos
T ∂∂
−∂∂
≈∂∂
=TTT ∂∂∂
2310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik d t bili t dKarakteristike rednog stabilizatora mogu da se poboljšaju ako se “ubrza” reagovanje rednog t i ttranzistora
V
V
VBE
VB
osB VRR
RAV21
2
+−=
⎞⎛21
osVRR
RAVVV ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
+−=−= 1
21
2osBBE
2410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
⎠⎝ 21
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
P ktič li ij di k t j t h i iPraktična realizacija u diskretnoj tehnici
VPromene za ΔVospojačavaju se
VBE1
pojačavaju se tranzistorom T2 i prenose na ΔVBE1;prenose na ΔVBE1;
zBE2 VVRR
RV os −+=
21
2
21
( ) ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≈⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++= 11 11
RRV
RRVVV zzBE2os
2510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
⎟⎠
⎜⎝
⎟⎠
⎜⎝ 22 RR
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
VBE1
i ćPorast Vos izazvaće porast VB2, odnosno VBE2; tada raste IC2 i smanjuje se VC2 ,
tako da se smanjuje napon VBE1, C2 j j C2
čime se napon Vos smanjuje. što dovodi do pada Ic , a time i Ip,
2610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
p os j j
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
VBE1
1RS ≈321 Rh
SE
1R2
1
21EhRRo ≈
⎞⎛⎞⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛∂∂
+∂
∂≈
2
12 1RR
TV
TVS zBE
T⎠⎝
2710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori naponaDomaći 13.1:Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti:a) Izlazni napon VOS) p OSb) Faktor stabilizacijec) Izlaznu otpornost RizPoznato je: R =200Ω; RP = 50Ω; VO = 10V. Parametri diode su: VZ
= 6,8V ; rZ = 10Ω. Parametri tranzistora su: VBE = 0,7V; h11E = 1kΩ; h 0 ; h β 100 ; h 01kΩ; h12E = 0 ; h21E = β = 100 ; h22E = 0..
VV VosVo
VZ, rZ
2810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori naponaDomaći 13.2:Za kolo rednog stabilizatora prikazanog na slici odrediti:a) Izlazni napon VOS) p OSb) Faktor stabilizacijec) Izlaznu otpornost RizPoznato je: R1 = R2 = 4kΩ; RP = 2Ω; R = 10kΩ , VO = 40V.
Parametri diode su: VZ = 10V ; rZ = 0Ω. Parametri tranzistora su: V 0 7V; h 1kΩ; h 0 ; h β 100 ; h 0VBE = 0,7V; h11E = 1kΩ; h12E = 0 ; h12E = β = 100 ; h22E = 0..
VV VosVo
VZ, rZ
2910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Integrisani redni stabilizatori - regulatori napona
Kontrolišući UVVelement
UosVosVo
Referentninapon
Detektorgreške
Kolo zauzorkovanje p
3010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Integrisani redni stabilizatori - regulatori napona4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Integrisani redni stabilizatori regulatori naponaVosVo Kontrolišući element
Zos VRRV ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≅ 21 Zos R ⎟
⎠⎜⎝ 3
(izvesti izraz)(izvesti izraz)
• Q1 je kontrolišući element vezan redno sa potrošačem.• Deo izlaznog napona vraća se preko razdelnika R2, R3g p p 2, 3.
• Referentni napon dobijen preko D1.• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q
3110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
• Regulacija se postiže kontrolom struje kroz Q1.
VosVIt
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
VRV ⎟⎞
⎜⎛ 21
osVo
Zos VR
V ⎟⎟⎠
⎜⎜⎝+≅
3
21
Preko Zener diode, na neinvertujući ulaz dovodi se referentni napon: Vz
Svaka promena izlaznog napona Vos prenosi se na invertujući ulaz operacionog pojačavača V =R3V /(R2+R3).invertujući ulaz operacionog pojačavača V- R3Vos/(R2+R3).
Razlikom ovih napona kontroliše se VBE tranzistora
3210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
VB=A(Vz-V-), a time i struja kroz tranzistor It.
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
VRV ⎟⎞
⎜⎛ 21 Zos V
RV ⎟⎟
⎠⎜⎜⎝+≅
3
21
• R1 služi da definiše struju diode ID=(Vo-Vz)/R1
• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni• Na operacionom pojačavaču poredi se referentni napon Vz sa naponom iz razdelnika:
osVRR
RV32
3
+=−
3310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
32
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Porast V za ΔV teži daPorast Vo za ΔVo teži da izazove porast ΔVos;
tada raste V- i to zaR
zato opada napon na izlazu OpAmp
sΔVRR
RV oΔ32
3
+=− ;
zato opada napon na izlazu OpAmp, a onda se smanjuje VBE;
što dovodi do smanjenja IP
to izaziva smanjenje struje kroz tranzistor It,što dovodi do smanjenja IP,
čime se napon Vos smanjuje: Vos = RPIP.
3410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Z štit d k tk j
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
IPZaštita od kratkog spoja IP
Tranzistor Q2 počinje VosQ p jda vodi tek kada jepad napona na R4
osVo
p pdovoljno veliki.Kada provede Q2,
IC2
M k i l d t
Kada provede Q2,proteče IC2 i smanjujese IB1, a tada se Maksimalna vrednost
struje potrošača ič j
se IB1, a tada sesmanjuje i struja IC1,a time i struja ograničena je na
IP(max) = 0.7V/R4
a time i strujapotrošača Ip
3510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori naponaDetektor greške
Električna šema Kontrolišući
g
Električna šema integrisanog rednog stabilizatora
Kontrolišućielement
Strujnastabilizatora
NIC 7800C
Strujna zaštita
Referentninapon
Kolo zauzorkovanjep uzorkovanje
3610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili t
• Jednostavna upotreba
Karakteristike integrisanih stabilizatora
• Jednostavna upotreba• Pakuju se u standardnim kućištima
TO 3 (20 W)• TO-3 (20 W)
3710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili t
• Pakuju se u standardnim kućištima
Karakteristike integrisanih stabilizatora
• Pakuju se u standardnim kućištima• TO-220 (15 W)
3810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili t
• Pakuju se u standardnim kućištima
Karakteristike integrisanih stabilizatora
• Pakuju se u standardnim kućištima• TO-92 (1 W)
• TO 263 (S)
http://malaysia.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=centre/eem_techref_semipack
3910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili t
• serije 78/79XX stabilizatora prave se obično za
Karakteristike integrisanih stabilizatora
• serije 78/79XX stabilizatora prave se obično za izlazne napone od 5, 6, 8, 12, 15, 18, ili 24 V
• Maksimalna struja 0 1A; 1A; 2A; 3A• Maksimalna struja 0,1A; 1A; 2A; 3A• Ugrađena zaštita od pregrevanja• Pad napona na stabilizatoru od 3V (prave se i za• Pad napona na stabilizatoru od 3V (prave se i za
manje napone – LDO Low DropOut < 1V)
• http://www.analog.com/en/power-management/linear-regulators/products/index.html?gclid=CK_GsZ7or6YCFQY03wod4SIDnw
4010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili tKarakteristike integrisanih stabilizatora
TO-3
4110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
K kt i tik i t i ih t bili tKarakteristike integrisanih stabilizatora
TO-3
4210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
C i C i i i• C1 i C2 su opcioni kondenzatori. • C1 služi da neutrališe parazitne induktivnosti• C2 smanjuje šum (filtrira).
4310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Realizacija simetričnog napajanja uz pomoć integrisanih stabilizatora
V+Vos
-Vosos
4410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Povećanje struje potrošača
Vo
Vos
Rext = 0.7 V/Imaxext 0 / a
4510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Povećanje struje potrošača
Vo
Vos
• U režimu malih struja kroz potrošač, Qext je zakočen
4610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Povećanje struje potrošača
V
Vo
Vos
Q či j d di k d j V 0 7 V• Qext počinje da vodi kada je VRext > 0.7 V.• vrednost Rext bira se tako da je IRext = Imax ≈ 0.1 A
(najveća struja kroz IC).• Disipacija na Qext je P = (Vo - Vos)Iext.
4710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
p j Qext j ( o os) ext
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
• Qlim služi za zaštitu od kratkog spoja.Qlim g p j
4810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
Vo
Vos
• Qlim počinje da vodi pri ‚VRlim > 0.7 V.Qlim p j p ‚ Rlim
4910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
• Cilj je da Qlim počne da vodi tek kada struja kroz Qext premaši maksimalnu dozvoljenu Qext p jvrednost.
• Tada se struja kroz Qe t smanjuje i usmerava50
10. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Tada se struja kroz Qext smanjuje i usmerava kroz stabilizator.
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
• Stabilizator ima internu zaštitu od pregrevanja• Maksimalni VCElim < 1.4 V.
5110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
5210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
5310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Zaštita od kratkog spoja
VVo
Vos
5410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Povećanje izlaznog napona na potrošaču
V ž d b d i• Vos može da bude i veći od nominalnog
t bili tnapona stabilizatora Vref.
VosVo
2Qref
refos RIR ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++=
VVV• R1 se bira tako da je
R1 ≈ 0.1 Vref/IQ, gde je
1R ⎠⎝odnosno
1 ref Q, g jIQ mirna strujastabilizatora ( ć )
1Qref
refos12 RI
)(RR+−
=V
VV
5510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković(neopterećenog).
Q
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
• Moguće je realizovati stabilizator promenljivog Stabilizatori - regulatori napona promenljivog napona
napona ako se R2 zameni potenciometrom. Međutim:– Minialni izlazni napon je Vref (a ne 0 V).
I je relativno veliko– IQ je relativno veliko.– Disipacija na R2 može da bude velika tako da
ht l t i tzahteva glomazan potenciometar.• Postoji više tipova IC stabilizatora namenjenih
za promenljive napone n.p.r. LM317 (za pozitivne) ili LM 337 (za negativne napone).
5610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
OUTIN OUTN
ADJ UosUoVref VosVo
Između OUT i ADJ pinova postoji referentni napon od V =1 25V (na R =100 240Ω)napon od Vref=1.25V (na R1=100-240Ω)
5710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Vref VosVo oso
Izborom R moguća regulacija u opsegu 1 25V 30VIzborom R2 moguća regulacija u opsegu 1.25V-30V
ref RI ⎟⎟⎞
⎜⎜⎛
++=VVV 2adj
1refos RI
R ⎟⎟⎠
⎜⎜⎝
++=VV
I dj=50μA
5810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Iadj 50μA
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
Vref VosVo
Kondenzator C2 smanjuje šumove (10μF)2 j j ( μ )
5910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.1.3 Redni stabilizatori - regulatori napona
D1 i D2 štite kolo od prenapona i ći t j i iu primenama sa većim strujama i naponima
6010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
61
4.2.3 Invertori
4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona4.2 Prekidački stabilizatori regulatori napona
Prekidački LC filt P t š čtranzistor LC filtar
i l
Potrošač
impulsno širinski
modulator
Referentninapon
Detektor greške
• Kontrolišući element (tranzistor) radi u ( )prekidačkom režimu tako da je disipacija na njemu mala
• Kada je tranzistor zakočen IC=0A, a kada vodi, onda radi u zasićenju sa VCE=VCES ≈ 0.2V).
6210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona
Prednosti
• Bar dva puta efikasniji od linearnih stepen
Prednosti
• Bar dva puta efikasniji od linearnih, stepen iskorišćenja 70%-90%.
• Idealni su za primene u kojima se traže velike struje (zbog male disipacije). j ( g p j )
• Izlazni napon može biti i veći od ulaznog
• Mogu da invertuju ulazni napon (Vos=-kVo)
• Realizacija ne zahteva glomazne komponente.
6310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona
NedostaciNedostaci
• Znatno su složeniji.
• Unose VF šum• Unose VF šum.
• Problemi sa EMC
• “Zagađuju” mrežni napon harmonicima
6410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona4.2. Prekidački stabilizatori regulatori napona
Prekidački LC filt P t š čtranzistor LC filtar
i l
Potrošač
impulsno širinski
modulator
Referentninapon
Detektor greške
• Mogu da se realizuju kaog j– spuštači napona Vos<Vo (Step-Down)
podizači napona V >V (Step Up boost)– podizači napona Vos>Vo (Step-Up, boost)– invertori napona Vos=-Vo (Inverter, fly-back;
di či/ š či)65
10. januar 2012. Prof. dr Predrag Petkovićpodizači/spuštači)
4.2. Prekidački stabilizatori - regulatori napona
V4 2 1 Spuštači napona
V
Vos4.2.1 Spuštači napona
Vo
O i i j č č di k k t• Operacioni pojačavač radi kao komparator.
• Referentni napon obezbeđuje Dz.Referentni napon obezbeđuje Dz.
• Razdelnik R2 i R3 definiše izlazni napon u odnosu na Vz.
6610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštači naponaVos
Vo
os
ž š• R1 služi da polariše Dz.
• L i C čine filtar.L i C čine filtar.
• D1 sprečava da napon na emitoru bude VE < 0.
6710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštači napona
V
Vo
Vos
• Kada je VR3<Vz, izlaz OP je u pozitivnom zasićenju (+V ) i tranzistor vodi a D1zasićenju (+VCC) i tranzistor vodi, a D1 zakočena.
6810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštači napona
V
Vo
Vos
•Kada je VR3>Vz, izlaz OP je u negativnom zasićenju ( V ) i tranzistor je zakočen kondenzator se(-VCC) i tranzistor je zakočen, kondenzator se prazni. Kada D1 provede, kroz kalem se dopunjuje Cdopunjuje C.
6910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
• Napon na emitoru biće V =V –V ≈V kada tranzistor radi u zasićenjuVE=Vo –VCES ≈Vo kada tranzistor radi u zasićenju
ili V =0 kada tranzistor ne vodi
7010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
VD1=0, kada tranzistor ne vodi.
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
• Struja kroz kalem linearnoStruja kroz kalem linearno raste sa naponom dok Q1 vodi:vodi:
tLVVdtVV
Li oso
osoL)()(1 −
=⋅−≈ ∫• Struja kroz kalem nastavlja da teče i kada
tranzistor prestane da vodi, jer D1 provede i
7110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
dopunjuje C.
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
• Napon na izlazu nalazi se u granicama Vref ± vu
7210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
7310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
7410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
7510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
Vos
Vo
7610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
7710. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.1 Spuštač napona
VVosVosVos
T
os
oo VVTtV on
os <=T
7810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
79
4.2.3 Invertori
4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona
4 2 2 Podizači napona4.2.2 Podizači napona+ VL -
Vo+Vos
o
• Napon na izlazu veći je od ulaznog napona za VL.
• Osnovna razlika odnosi se na funkciju Q i L80
10. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
• Osnovna razlika odnosi se na funkciju Q1 i L.
4.2.2 Podizači napona
+ VL - +V+ VL -Vo+Vos
• Kada Q vodi (u zasićenju) => D je zakočena• Kada Q1vodi (u zasićenju) => D1 je zakočena.
tVVdtVVidiLv CEsoCEsoL
LL
−=⋅−=⇒= ∫
)()(1
tVV
tL
dtVVL
idt
Lv
onL
CEsoLL
⋅≈
⇒ ∫ )(
8110. januar 2012. Prof. dr Predrag PetkovićTVV oL ⋅≈
4.2.2 Podizači napona
V+ VL - VL
VoVos
+ VL - L
• Kada je Q zakočen => D vodi• Kada je Q1 zakočen => D1 vodi,
energija se iz L prenosi u C.g j p• Napon na C veći je za VL od ulaznog napona.
8210. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.2 Podizači napona
- VL + V- VL +Vo
Vos
• Napon na C: V• Napon na C:o
o VtVV
onos >
−=
1T
1
8310. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
SadržajIzvori jednosmernog napajanja
Sadržaj1. Uvod2. Usmerači napona2. Usmerači napona
2.1 Jednostrano usmeravanje2.2 Dvostrano usmeravanje2 3 U ž ž či2.3 Umnožavažavači napona
4. Filtriranje usmerenog napona4. Stabilizatori – regulatori naponag p
4.1 Linearni stabilizatori napona4.1.1 Stabilizatori sa Zener diodom4 1 2 Paralelni stabili atori4.1.2 Paralelni stabilizatori4.1.3 Redni stabilizatori napona
4.2 Prekidački stabilizatori napona4.2.1 Spuštači napona4.2.2 Podizači napona4 2 3 Invertori
84
4.2.3 Invertori
4.2 Prekidački stabilizatori - regulatori napona
4 2 3 Invertori napona4.2.3 Invertori napona
+V-Vos+Vo
os
• Izlazni napon ima suprotan polaritet od ulaznog
8510. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.3 Invertori napona
+V-Vos+Vo
• Kada Q1 vodi,
• napon na kalemu jednak je ulaznom naponu • D1 je inverzno polarisana
(umanjenom za VCES), •napon na C zadržava vrednost (sporo se prazni kroz RL)
8610. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
4.2.3 Invertori napona
-Vos+VoVos
• Kada je Q1 zakočen, 1
• napon na L menja polaritet,
• D1 vodi,
• C se preko r puni na V = V87
10. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
• C se preko rd puni na VL=-Vos
4.2.3 Invertori napona
-Vos+VoVos
• Zavisno od odnosa vremena uključivanja tranzistora napon na izlazu može biti (po apsolutnoj vrednosti)napon na izlazu može biti (po apsolutnoj vrednosti)
• manji , (ton/T)<0.5V
Tt
Von ⎟
⎠⎞⎜
⎝⎛
• veći, (ton/T)>0.5 ili• jednak ulaznom naponu, (ton/T)=0.5
oV
Tt
Von
os
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛−
⎠⎝−=1
8810. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
j p , ( on ) ⎠⎝
Integrisani stabilizatori - regulatori napona naponaZaključakj
Stabilizatori - regulatori napona napona
•Obezbeđuju konstantni DC napon na izlazu, nezavisno od promena napona na ulazu inezavisno od promena napona na ulazu i struje kroz potrošač.
• Osnovni tipovi stabilizatora su linearni i prekidački
• Linearni se realizuju kao redni i paralelni• Linearni se realizuju kao redni i paralelni
• Prekidački mogu biti spuštači, podizači ili invertori napona
8910. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Integrisani stabilizatori - regulatori napona napona
ZaključakZaključak• Prekidački stabilizatori - regulatori napona
znatno su efikasniji od linearnih i pogodni za primene koje zahtevaju veće struje
• Prekidački i linearni stabilizatori-regulatori napona realizuju se u integrisanoj tehnicirealizuju se u integrisanoj tehnici
• Postoje integrisani stabilizatori – regulatori napona fik i lji i i ili iza fiksne i promenljive pozitivne ili negativne
napone
• Mogućnosti integrisanih stabilizatora mogu da se prošire ubacivanjem spoljašnjih tranzistora.
9010. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
se prošire ubacivanjem spoljašnjih tranzistora.
Pretvarači jednosmernog u jednosmerni naponPretvarači jednosmernog u jednosmerni napon(DC to DC converter) mogu se realizovati na istim principima kao prekidački stabilizatori -principima kao prekidački stabilizatori regulatori napona.
Alternativno rešenjeAlternativno rešenje
Više o ovoj temi na kursu “Energetska elektronika”
9110. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Šta smo naučili?
• Uporediti karakteristike linearnih i prekidačkih stabilizatora (regulatora) napona.prekidačkih stabilizatora (regulatora) napona.
• Skicirati el. šemu stabilizatora sa rednim tranzistorom i objasniti kako se ostvaruje stabilizacija (regulacija) napona..Skicirati osno n el šem stabili atora• Skicirati osnovnu el. šemu stabilizatora (regulatora) napona realizovanog sa integrisanim stabilizatorom 78XXstabilizatorom 78XX
• Osnovna blok šema i klasifikacija prekidačkihstabilizatora (regulatora) napona.
929210. januar 2012. Iyvori jednosmernog napajanja 2
Ispitna pitanja
1. Princip rada paralelnog stabilizatora (regulatora) napona.2. Princip rada i faktor stabilizacije rednog stabilizatora (regulatora)
napona.3. Blok šema i princip rada integrisanog rednog stabilizatora
(regulatora) napona(regulatora) napona.4. Princip povećanja struje potrošača kod integrisanog stabilizatora
(regulatora) napona.5. Princip zaštite integrisnih stabilizatora (regulatora) napona od
kratkog spoja.6. Električna šema realizacije simetričnog napajanja na osnovu6. Električna šema realizacije simetričnog napajanja na osnovu
integrisanih stabilizatora (regulatora) napona 78XX i 79XX.7. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora spuštača napona.8 P i i d kid čkih bili / l di č8. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora podizača napona.9. Princip rada prekidačkih stabilizatora/regulatora invertora napona.
9393Iyvori jednosmernog napajanja 210. januar 2012.
Sledi:-Šumovi-Rekapitulacija (pitanja/odgovori)
9410. januar 2012. Prof. dr Predrag Petković
Rešenje 12.1:Potrošač R=100Ω priključen je preko usmerača sa Grecovim spojem na
4. Filtriranje usmerenog napona
Potrošač R=100Ω priključen je preko usmerača sa Grecovim spojem na naizmenični napon frekvencije 50Hz i amplitude 12V. Ako je pad napona na diodama Vd=0.8V odrediti:
a) vrednost C kapacitivnog filtra priključenog paralelno potrošaču koja će obezbediti odstupanje napona ΔV< 1V;
) j š čb) vrednost jednosmernog napona na potrošaču;
c) vrednost jednosmerne struje kroz potrošač;
( )VVV
mFVRf
VVCRf
VVVa dmd
4102'
04,11100502
6,1122
2 C 2
2 ) =⋅⋅⋅
−=
Δ⋅⋅⋅−
=⇒⋅⋅⋅
−=Δ
o
mo
( )
mFHzfR
VV
R
VVb dm
04,110050214,10
212 ) =
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅Ω⋅⋅
+=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
−=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
= mo
1C
1Cωπ1
( ) VVVVV
f
d 4,916,1122
-2
,
=−−=Δ
−=
⎠⎝⎠⎝⎠⎝
omo
9510. januar 2012. Izvori jednosmernog napajanjamA
RVIc 94 ) == o
o
Rešenje 12.2:
Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti:4. Filtriranje usmerenog napona
p p g pa) ugao provođenja diode i iskazati ga u % u odnosu na periodu ulaznog
signala (50Hz);b) srednju struju kroz diodu;b) srednju struju kroz diodu;c) maksimalnu struju kroz diodu;d) maksimalni inverzni napon na diodi;e) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenue) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu
TVVVV
tVVωΔta2
'' ' ) ==Δ⇒≈ mm
m/2Δ/2Δ
/2Δω
( )VVVΔt d %9,510014,32
4,1011002
2T
2
=⋅⋅⋅
=⋅−
= m /2/2Δπ
πω
( ) mAmAΔV
VVπIΔV
VπIIb do
moD 4,67316,794
221
2'1 )
⎞⎛⎞⎛
=⋅=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≈ m
( ) AmAΔV
VVπIΔV
VπIIc do
moD 53,133,1594
2221
2'21 ) max =⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+≈ m
9610. januar 2012. Izvori jednosmernog napajanja
Rešenje 12.2:
Za usmerač sa kapacitivnim filtrom iz prethodnog primera odrediti:4. Filtriranje usmerenog napona
p p g pa) ugao provođenja diode i iskazati ga u % u odnosu na periodu ulaznog
signala (50Hz);b) srednju struju kroz diodu;b) srednju struju kroz diodu;c) maksimalnu struju kroz diodu;d) maksimalni inverzni napon na diodi;e) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenue) predložiti tip diode koji se može primeniti za ovu namenu
VVVVVVVVVVd dmdmmdm
d 122,112
222
)(2- ) max >=−=−
=−−−
=
mWmAVIVPe Ddd 7,5384,6738,0 ) =⋅==
Videti: pod Silicon Rectifier Diodes nahttp://www.fagorelectronica.com/semi/pdf/producto/1n4000.pdf1N4001 zadovoljava jer je j j jPeak recurrent reverse voltage (V) VRRM=30V > 12VForward current at T b = 75°C IF(AV)= 1A > 0,673A
9710. januar 2012. Izvori jednosmernog napajanja
Forward current at Tamb 75 C IF(AV) 1A > 0,673ARecurrent peak forward current IFRM =10A > 1,53A
Rešenje 12.3: 4.1.1 Stabilizatori - regulatori napona sa Zener diodomOdrediti R i C u stabilizatoru sa slike tako da jednosmerni napon na potrošaču
R = 200Ω bude 5V a ΔV =0 5V Upotrebiti zener diodu 1N5231B izRpmin= 200Ω bude 5V, a ΔVCmax=0.5V. Upotrebiti zener diodu 1N5231B iz Tabele 1. Usvojiti da je efektivna vrednost napona na izlazu transformatora2x12V i da je na diodama 1N4148 pad napona VD=0,7V kada vode.
1N5231B Rp=Ω===
0
00mAIr
mAIVV
Zz
ZZ
≈=Ω
=Δ
=Δ
=−=−=Δ
688,517
1,01,051,50
mAVrVI
VVVV
ZZ
osZZ
=−=Δ−=Ω
25514620min
17
0
mAVVI
mAIIIr
os
ZZZ
Z
VV Dm
:eusmeravanj Dvostrano−
−Δ−−=
−=
=Ω
==
)(
25200
min
minmax
VVVVVVR
mAR
I
osDmosC
p
osp
VRfVVC
fCRVVV
Dm
DmC
2
2 max
Δ⋅⋅−
=
=Δ
Ω≈Ω==+
−−−⋅=
++
28027639
77,102514
55,0)7,0122(
maxminmaxmin
mAV
mAmAR
IIII pZpZmFmFC
VRf
2,118,11380
27,165,0276502
7,0122
2
≈==⋅⋅⋅
−⋅=
Δ
9810. januar 2012. Izvori jednosmernog napajanja
+ 392514 mAmAmA