Prekidački izvor napajanja — __________

Unutranjost jednog ATX prekidakogizvora napajanja:A - mostni ispravljaB - kondenzatori ulaznog filtraC - transformatorD - kalem izlaznog filtraE - kondenzatori izlaznog filtra

Prekidaki izvor napajanja ,

Prekidaki izvor napajanja je elektronski izvor napajanja ukojem tranzistori rade kao prekidai. Za razliku od linearnogizvora napajanja koji regulie napon tako to disipira viak snagena tranzistoru snage, prekidaki izvor velikom brzinom prebacujetranzistor izmeu stanja zasienja i zakoenja stvarajuipravougaoni napon ija je srednja vrijednost jednaka eljenomizlaznom naponu. Prolaskom ovakvog pravougaonog napona krozniskofrekventni filtar, sastavljen od kondenzatora i kalemova,dobija se eljeni jednosmjerni napon. Glavna prednost prekidakihizvora je njihov veliki koeficijent iskorienja snage (vei od80%), jer je snaga disipacije tranzistora u reimima zasienja izakoenja mnogo manja nego u aktivnom reimu. Druge prednostisu manje dimenzije i teina (jer nema potrebe za velikimtransformatorima), kao i manje stvaranje toplote zbog velikeefikasnosti. Nedostaci su poveana sloenost, visokofrekventnaenergija koja moe da izazove elektromagnetnu interferenciju, kaoi vei nivo smetnji na izlazu zbog prekidakog rada.

1 Princip rada1.1 Ulazni ispravljaki stepen1.2 Invertorski stepen1.3 Izlazni ispravljaki stepen1.4 Regulacija

2 Vrste2.1 Prekidaki sputa napona (buck konvertor)2.2 Prekidaki podiza napona (boost konvertor)2.3 Prekidaki obrta napona (inverter regulator iliBuck-boost konvertor)2.4 Flyback konvertor2.5 uk konvertor

3 Primjena4 Spoljanje veze

Princip rada

Prekidaki izvor napajanja http://sr.wikipedia.org/wiki/Prekidaki_izvor_napajanja

1 of 7 14.5.2013. 22:21

Blok dijagram prekidakog izvora napajanja sa regulacijom izlaznog napona

Ulazni ispravljaki stepenAko se prekidaki izvor napaja naizmjeninim naponom prvo ga treba pretvoriti u jednosmjerni. Ovo sezove ispravljanje. Ispravlja proizvodi pulsirajui jednosmjerni napon koji zatim prolazi kroz RC filtar kojipegla taj napon. Pulsirajui napon smanjuje faktor snage, pa kvalitetniji prekidaki izvori imaju i stepen zakorekciju faktora snage. Ulazni ispravljaki stepen esto posjeduje udvostruava napona da bi izvorpodjednako mogao da radi sa ulaznim naponima reda 120V kao i 240V. Obino se prekidaem moepodesiti u kojem opsegu e da radi izvor.Izvori koji se napajaju jednosmjernim naponom ne posjeduju ispravljaki stepen.

Invertorski stepen

Invertor pretvara jednosmjerni napon u naizmjenini velike uestanosti (reda desetina ili stotina kiloherca).Uestanost se najee bira da bude iznad 20 kHz da bi bila neujna za ljudsko uvo. Prekidanje se obinovri pomou MOSFET-ova jer imaju manju otpornost i podnose vee struje nego bipolarni tranzistori.

Izlazni ispravljaki stepenAko se zahtijeva da izlaz bude izolovan od ulaza, to je najee sluaj, invertovani napon se vodi naprimarni namotaj izlaznog visokofrekventnog transformatora. On poveava ili smanjuje napon na eljeninivo na sekundarnom namotaju. Napon sa transformatora se zatim ispravlja da bi se dobio jednosmjerninapon. Za izlazne napone vee od 10 volti koriste se obine silicijumske diode. Za nie napone koriste seotkijeve diode jer imaju manji pad napona kad provode. Za veoma male napone koriste se MOSFET-ovikao sinhroni ispravljai. Ispravljeni napon se pegla proputanjem kroz filtar sastavljen od kondenzatora ikalemova. to je vea uestanost prekidanja potrebne su manje kapacitivnosti i induktivnosti.Jednostavniji, neizolovani izvori sadre kalem umjesto transformatora. U ovu grupu spadaju prekidackisputa napona (buck) i podiza napona (boost). To su najjednostavniji prekidaki izvori koji sadre jedanaktivni prekida (MOSFET) i jedan induktivitet.

RegulacijaPovratna sprega uporeuje izlazni napon sa referentnim naponom, koji je runo ili elektronski postavljen naeljeni nivo. Ako postoji greka u veliini izlaznog napona, povratna sprega kompenzuje tako to podeavaperiod vremena u kojem su MOSFET-ovi ukljueni.

Vrste


2 of 7 14.5.2013. 22:21

Postoje razne vrste prekidakih izvora:Prekidaki sputa naponaPrekidaki podiza naponaPrekidaki obrta naponaFlyback konvertorForward konvertorPush-Pull konvertorPolumostni konvertorPunomostni konvertoruk konvertori dr.

Prekidaki sputa napona (buck konvertor)

ema prekidakog sputaa napona

Ovaj prekidaki izvor sadri dva prekidaka elementa (tranzistor i diodu) i dva reaktivna elementa (kalem ikondenzator). Najjednostavniji nain da se smanji napon je upotrebom naponskog razdjelnika, ali maneovog pristupa su velika disipacija energije i neregulisanost izlaznog napona. Sa druge strane, buck konvertormoe da bude veoma efikasan (stepen iskorienja ak do 95% za integrisana kola) i samoreguliui je.Zbog toga se esto upotrebljava u prenosnim raunarima za smanjenje napona baterije (tipino 12 do 24 V)na napon od nekoliko volti potreban za rad procesora.

Princip rada je veoma jednostavan:Kada je prekida na gornjoj emi (najee tranzistor) zatvoren, napon na kalemu e biti

. Struja kroz kalem e da raste gotovo linearno. Poto je dioda inverzno polarisanaizvorom Vi, kroz nju nee tei struja.Kada je prekida otvoren dioda je direktno polarisana. Ako se zanemari pad napona na diodi, naponna kalemu je . Struja kroz kalem opada.

Energija akumulisana u L je

Iz ovoga se moe vidjeti da se energija u kalemu poveava dok je prekida zatvoren, a smanjuje dok jeprekida otvoren. Kalem slui za prenoenje energije sa ulaza na izlaz konvertora. Promjena struje krozkalem se moe izraunati iz:


3 of 7 14.5.2013. 22:21

Vremenski dijagram napona i struja idealnog buck konvertora

Poveanje struje kroz kalem dok je prekida ukljuen je jednako:

Isto tako smanjenje struje kroz kalem dok jeprekida iskljuen je:

Ako se pretpostavi da kolo radi u ustaljenomreimu struja kroz kalem e da bude jednaka u t=0i t=T (vidi sliku desno). Tada je

, odnosno

Ako se uvede veliina D=ton

/T koja se zove faktorispune dobija se:

Iz ove jednaine se vidi da za odreeni ulazni napon izlazni napon linearno zavisi od faktora ispune, i danikada ne moe biti vei od ulaznog napona (jer je D1).

Prekidaki podiza napona (boost konvertor)

ema boost konvertora

Kao i buck konvertor i boost konvertor se sastoji od dva prekidaa (tranzistor i dioda) i dva reaktivnaelementa (kalem i kondenzator). Primjenjuje se tamo gdje dobijanje velikog napona nije izvodljivo pomourednog vezivanja vie baterija (npr. zbog nedostatka prostora).Princip rada:

Kada je prekida zatvoren, poveae se struja kroz kalem, odnosno akumulisae se energija u njemu.Kada je prekida otvoren, jedina putanja za struju kalema je kroz diodu, kondenzator C (koji imaulogu da odri izlazni napon konstantnim) i potroa R.

Slinom analizom kao kod sputaa napona, za ovo kolo moe se dobiti:


4 of 7 14.5.2013. 22:21

Iz ove jednaine se vidi da je izlazni napon uvijek vei od ulaznog i da se poveava sa poveanjem D,teoretski do beskonanosti ukoliko je D jednako 1.

Prekidaki obrta napona (inverter regulator ili Buck-boost konvertor)

ema prekidakog obrtaa napona

Za razliku od prethodna dva, ovaj konvertor moe da na izlazu daje napon koji je ili vei ili manji odulaznog, jedino to je suprotnog polariteta u odnosu na ulazni (ako je ulazni napon bio pozitivan, izlazni jenegativan i obrnuto).

Princip rada je slian kao kod prethodna dva:Kada je prekida zatvoren, dioda je inverzno polarisana, pa je ulazni naponski izvor direktno povezansa kalemom, to e proizvesti poveanje struje kroz kalem, odnosno akumulaciju energije u njemu.Kada je prekida otvoren, kalem e se prazniti kroz diodu (koja je sada direktno polarisana jer jenapon na kalemu promijenio polaritet u skladu sa Lencovim zakonom), kondenzator i potroa R. Ikod ovog kola kondenzator (velike kapacitivnosti) slui da odri izlazni napon konstantnim.

Jednostavnom analizom se moe doi do:

Odavde se zakljuuje da je izlazni napon uvijek negativan i da moe da bude manji ili vei od ulaznognapona u zavisnosti od faktora ispune D.

Flyback konvertor

ema flyback konvertora

Ovaj konvertor je identian buck-boost konvertoru samo to je kalem zamijenjen transformatorom radigalvanskog razdvajanja ulaza od izlaza. Princip rada je slian:


5 of 7 14.5.2013. 22:21

Kada je prekida zatvoren, primarni namotaj transformatora je direktno povezan sa izvorom. Poto jenapon u sekundaru negativan dioda je inverzno polarisana, pa e doi do poveanja magnetnog fluksau transformatoru.Kada je prekida otvoren, energija iz transformatora se predaje potroau (jer je dioda sada direktnopolarisana)

uk konvertor

ema uk konvertora

uk konvertor se sastoji od dva kalema, dva kondenzatora, prekidaa (tranzistora) i diode. Ovaj konvertorkoristi kondenztor za prebacivanje energije sa ulaza na izlaz, za razliku od veine prekidakih izvora koji zato koriste kalem. Kao i prekidaki obrta napona i ovaj konvertor moe da daje vei ili manji napon odulaznog, koji je suprotnog polariteta.Princip rada:

Kada je prekida zatvoren, dioda D je direktno polarisana. Zbog toga je kalem L1 povezan na red saizvorom Vi i kondenzatorom C, pa je (ako se zanemari pad napona na diodi).Kalem L2 je paralelno vezan sa kondenzatorom Co pa je .Kada je prekida otvoren, kalem L1 je direktno spojen na izvor Vi pa je . Kalem L2 jeredno vezan sa kondenzatorima C i C

o pa je .

Kondenztor C slui za prebacivanje energije sa ulaza na izlaz, dok se kalemovi L1 i L2 ponaaju kao strujniizvori koji ograniavaju struju punjenja kondenzatora C i C

o. Da bi ovo kolo radilo u ustaljenom reimu

struje kroz kalem moraju da budu iste na poetku i kraju komutacionog perioda, a poto je

zakljuuje se da srednje vrijednosti napona na kalemovima moraju da budu jednake nuli tokomkomutacionog perioda. Poto je prekida zatvoren u intervalu vremena od t=0 do t=D.T (D je faktor ispune),a otvoren od t=D.T do t=T (odnosno tokom intervala jednakog (1-D).T), srednje vrijednosti napona nakalemovima su:

Poto obe srednje vrijednosti moraju da budu jednake nuli dobija se iz poslednje jednaine:


6 of 7 14.5.2013. 22:21

Punja za mobilni telefon :Prekidaki izvor napajanja

i zamjenujuci to u izraz za srednju vrijednost napona na kalemu L1:

odnosno

Vidi se da je ovaj izraz isti kao kod prekidakog obrtaa napona.

PrimjenaPrekidaki izvori se koriste kao izvori napajanja u raunarima,televizorima i u mnogim drugim aparatima koji se koriste u domainstvu.Zbog malih dimenzija koriste se u punjaima mobilnih telefona kao idrugih prenosnih ureaja. Ovi izvori esto imaju irok opseg ulaznognapona (od 100 do 240V AC) da bi mogli da rade bilo gdje u svijetu.

Spoljanje veze

- http://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Prekidaki_izvor_napajanja&oldid=6860808:

23:11, 11. 2013. Creative Commons - 3.0Unported; . : .


7 of 7 14.5.2013. 22:21

Documents

Prekidački izvor napajanja — __________