Kapcsolóüzemű tápegység

Innen: HamWiki
A lap korábbi változatát látod, amilyen HG2ECZ (vitalap | közreműködések) 2011. szeptember 24., 23:08-kor történt szerkesztése után volt. (alap + kategória)
(eltér) ← Régebbi változat | Aktuális változat (eltér) | Újabb változat→ (eltér)
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez

Alapok

A hagyományos 50 Hz-es transzformátorral dolgozó tápegységek mellett egyre nagyobb teret hódítanak a kapcsolóüzemű tápegységek. Jellemzői:

  • 50 Hz helyett tipikusan 20 kHz és 100 kHz közötti frekvenciatartományban szaggatják az áramot.
  • a gyors szaggatás miatt a hagyományos 50 Hz-es transzformátorhoz képest sokkal kisebb induktivitás elegendő.
  • a szaggatás következtében egyenáramú forrásról is üzemeltethető a tápegység.
  • a szaggatás jellegének módosításával a kimenetre jutó töltés mennyisége szabályozható
  • a lineáris tápegységekkel ellentétben a szabályozás itt nem egy főáramkörbe tett soros változtatható ellenállásként viselkedő alkatrésszel valósul meg, ezáltal nincs melegedő alkatrész, jó lesz a hatásfoka.
  • egy komoly hátrányuk, hogy nagyfrekvenciás elektromos zajt termelnek, amely megfelelő mértékű elnyomásáról szűrők beépítésével kell gondoskodni.

Alapkapcsolások

Feszültségcsökkentő kapcsolás

Angolul buck converter illetve step-down converter a neve.

Feszültségcsökkentő alapkapcsolás
Működési elve dióhéjban
  • amikor a kapcsolóelemet bekapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{be}-U_{ki}}{L} \cdot t_{bekapcs}[/math] mértékben növekszik.
  • amikor a kapcsolóelemet kikapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{ki}}{L} \cdot t_{kikapcs}[/math] mértékben csökken.

Ha négyszögjeles vezérlésben gondolkozunk, a kitöltési tényező [math]k = \frac{t_{bekapcs}}{t_{bekapcs} + t_{kikapcs}}[/math]

Érdekességképp megemlítendő, hogy ha az így létrejövő áramhullámosság kisebb, mint a terhelőáram, akkor a tekercsben folyamatos folyik az áram. Ekkor elmondható, hogy Uki = Ube * kapcsolójel_kitöltési_tényezője. Azaz például ha 12 volt a bemenpfeszültség és 1/3 ideig van bekapcsolva a kapcsoló, 2/3 ideig kikapcsolva, akkor (a dióda nyitófeszültségét és ohmos veszteségeket nem számolva) 4 V lesz a kimenőfeszültség függetlenül a terhelőáram mértékétől.

Ha a tekercsben az áramhullámosság meghaladja a terhelőáramot és a tekercsben ezáltal a folyamatos áramfolyás megszakad, akkor elmodható, hogy minél kisebb a terhelőáram, annál jobban fogja közelíteni a kimenőfeszültég a bemenőfeszültség értékét. Ez ellen kétféle megoldással lehet védekezni:

  1. szabályozó elektronikával a kitöltési tényezőt csökkenteni,
  2. vagy egy beépített terhelőellenállással biztosítani a minimális terhelőáramot.

Ha a tekercsben a folyamatos áramfolyás fennáll, akkor [math]U_{ki} = U_{be} \cdot k[/math]

Feszültségnövelő kapcsolás

Angolul boost converter illetve step-up converter a neve.

Feszültségnövelő alapkapcsolás
Működési elve dióhéjban
  • amikor a kapcsolóelemet bekapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{be}}{L} \cdot t_{bekapcs}[/math] mértékben növekszik.
  • amikor a kapcsolóelemet kikapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{ki}-U_{be}}{L} \cdot t_{kikapcs}[/math] mértékben csökken.

Ha a tekercsben a folyamatos áramfolyás fennáll, akkor [math]U_{ki} = U_{be} \cdot \big(1 + \frac{1}{1-k}\big)[/math]

Invertáló kapcsolás

Angolul buck-boost converter a neve.

Invertáló alapkapcsolás
Működési elve dióhéjban
  • amikor a kapcsolóelemet bekapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{be}}{L} \cdot t_{bekapcs}[/math] mértékben növekszik.
  • amikor a kapcsolóelemet kikapcsoljuk, az áramerősség [math]dI = \frac{U_{ki}}{L} \cdot t_{kikapcs}[/math] mértékben csökken.

A kimenőfeszülség negatív lesz. Itt is elmodható, hogy amíg a tekercsben a folyamatos áramfolyás fennáll, addig a kimenőfeszültség a kitöltési tényezőtől függ csak, a terhelőáramtól az ohmos veszteségeket leszámítva nem. Ekkor [math]U_{ki} = - \frac{U_{be}}{1-k}[/math]