Kapcsolóüzemű tápegység - Laptörténet

HG2ECZ: /* CUK kapcsolás */

2011-09-26T20:51:19Z

CUK kapcsolás

HG2ECZ: /* Invertáló kapcsolás */

2011-09-26T20:49:13Z

Invertáló kapcsolás

HG2ECZ: Split-Pi

2011-09-26T20:45:03Z

Split-Pi

HG2ECZ: További trükkök

2011-09-26T20:14:28Z

További trükkök

HG2ECZ: /* Az induktivitás méretezéséről */

2011-09-26T19:48:48Z

Az induktivitás méretezéséről

HG2ECZ: CUK kapcsolás

2011-09-26T19:32:40Z

CUK kapcsolás

HG2ECZ: záróüzemű tápegység

2011-09-26T19:14:54Z

záróüzemű tápegység

HG2ECZ: +nyitóüzemű

2011-09-26T19:04:52Z

+nyitóüzemű

HG2ECZ: induktivitás méretezése

2011-09-24T22:22:08Z

induktivitás méretezése

HG2ECZ: alap + kategória

2011-09-24T22:08:06Z

alap + kategória

Új lap

== 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.

[[Fájl:Feszultsegcsokkento_kapcs.png|frame|center|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 ''U<sub>ki</sub> = U<sub>be</sub> * 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:

# szabályozó elektronikával a kitöltési tényezőt csökkenteni,
# 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.

[[Fájl:Feszultsegnovelo_kapcs.png|frame|center|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.

[[Fájl:Invertalo_kapcs.png|frame|center|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>

[[Kategória: Konstruktőri ismeretek]]

@@ 71. sor: / 71. sor: @@
 [[Fájl:cuk_kapcs.gif|frame|center|CUK alapkapcsolás]]
-A kapcsolóüzemű tápegységek egy érdekes változata a CUK kapcsolás, amely az L<sub>1</sub> tekercsben tárolt energiát a C<sub>1</sub> kondenzátoron keresztül juttatja át. A kapcsolóelem nyitásakor az energia feszültségnövekedés formájában a kondenzátor túloldalára jut, ahol a diódán, mint párhuzamos egyenirányító elemen keresztül a föld felé távozik az energia. A kapcsolóelem zárásakor a kondenzátor bal oldalán leeső feszültség a jobb oldalról is energiát von el, amely a simítótekercsen és a kimeneti szűrőkondenzátor által simítva negatív egyenfeszültséget eredményez.
+A kapcsolóüzemű tápegységek egy érdekes változata a CUK kapcsolás, amely az L<sub>1</sub> tekercsben tárolt energiát a C<sub>1</sub> kondenzátoron keresztül juttatja át. A kapcsolóelem nyitásakor az energia feszültségnövekedés formájában a kondenzátorra jut, amely túloldalán a töltések a diódán, mint párhuzamos egyenirányító elemen keresztül a föld felé távoznak. A kapcsolóelem zárásakor a kondenzátor bal oldalán leeső feszültség a jobb oldalról is töltést von el, amely a simítótekercsen és a kimeneti szűrőkondenzátor által simítva negatív egyenfeszültséget eredményez.
 === Split-Pi kapcsolás ===

@@ 59. sor: / 59. sor: @@
 * amikor a kapcsolóelemet kikapcsoljuk, az áramerősség <math>dI = \frac{U_{ki}}{L} \cdot t_{kikapcs}</math> mértékben csökken.
-[[Fájl:Zarouzemu_kapcs.gif|frame|right|Záróüzemű kapcsolóüzemű tápegység, amely valójában egy transzformátorral kiegészített invertáló alapkapcsolás. Angolul <i>flyback converter</i>]]
+[[Fájl:Zarouzemu_kapcs.gif|frame|right|Záróüzemű kapcsolóüzemű tápegység, amely valójában egy galvanikusan elválasztott invertáló alapkapcsolás. Angolul <i>flyback converter</i>]]
 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>

← Régebbi változat		A lap 2011. szeptember 26., 20:45-kori változata
72. sor:		72. sor:

	A kapcsolóüzemű tápegységek egy érdekes változata a CUK kapcsolás, amely az L<sub>1</sub> tekercsben tárolt energiát a C<sub>1</sub> kondenzátoron keresztül juttatja át. A kapcsolóelem nyitásakor az energia feszültségnövekedés formájában a kondenzátor túloldalára jut, ahol a diódán, mint párhuzamos egyenirányító elemen keresztül a föld felé távozik az energia. A kapcsolóelem zárásakor a kondenzátor bal oldalán leeső feszültség a jobb oldalról is energiát von el, amely a simítótekercsen és a kimeneti szűrőkondenzátor által simítva negatív egyenfeszültséget eredményez.		A kapcsolóüzemű tápegységek egy érdekes változata a CUK kapcsolás, amely az L<sub>1</sub> tekercsben tárolt energiát a C<sub>1</sub> kondenzátoron keresztül juttatja át. A kapcsolóelem nyitásakor az energia feszültségnövekedés formájában a kondenzátor túloldalára jut, ahol a diódán, mint párhuzamos egyenirányító elemen keresztül a föld felé távozik az energia. A kapcsolóelem zárásakor a kondenzátor bal oldalán leeső feszültség a jobb oldalról is energiát von el, amely a simítótekercsen és a kimeneti szűrőkondenzátor által simítva negatív egyenfeszültséget eredményez.
		+
		+	=== Split-Pi kapcsolás ===
		+
		+	[[Fájl:Split-pi kapcs.gif\|frame\|center\|Split-Pi kapcsolás]]
		+
		+	Az ábrán látható elrendezés egy olyan megoldás, amely mindkét feléről nézve '''feszültségnövelő alapkapcsolás'''sal indít, majd '''feszültségcsökkentő alapkapcsolás'''sal folytat.
		+
		+	A kapcsolás feladatát, azaz hogy a bal oldalról táplál energiát a jobb oldalra, vagy fordítva, azt kizárólag a kapcsolóelemek vezérlése dönti el. A kapcsolás legnagyobb feszültségű eleme a C<sub>3</sub> kondenzátor.

	== Az induktivitás méretezéséről ==		== Az induktivitás méretezéséről ==

@@ 102. sor: / 102. sor: @@
 # primer oldalon marad a vezérlőkör, szekunder oldal feszültsége vagy szaggatott jellel vezérelt induktív csatolással vagy optocsatolós leválasztással kerül visszajelzésre.
 # Többkimenetű nyitóüzemű tápegységeknél (pl. PC táp) a transzformátor menetszám áttétele van jól kiszámolva és csak az egyik feszültségre ''(tipikusan +5V-ra)'' van a szabályozás megvalósítva. A csapolások diódás egyenirányítása után a fojtó tekercsek vasmagja közös.
 [[Kategória: Konstruktőri ismeretek]]

@@ 85. sor: / 85. sor: @@
 * nagyobb kondenzátor kell, hogy ugyanakkora maradjon a kimenőfeszültség hullámossága,
 * ha nem szabályozott tápegységről ''(vagy közös szabályozóval rendelkező több kimenetes tápegységről)'' beszélünk, akkor a minimum áramterhelést nagyobbra kell venni, hogy a kimenőfeszültség a fogyasztó levételekor ne szaladjon meg.
 [[Kategória: Konstruktőri ismeretek]]

← Régebbi változat		A lap 2011. szeptember 26., 19:32-kori változata
66. sor:		66. sor:

	A menetszám áttétel záróüzemű tápegységeknél csak azt határozza meg, hogy a kapcsolóelem zárásakor a diódán mekkora záróirányú feszültségterhelés jelenik meg illetve a kapcsolóelem nyitásakor a primer tápfeszültséghez hozzáadódva mekkora feszültségterhelés éri a kapcsolóelemet.		A menetszám áttétel záróüzemű tápegységeknél csak azt határozza meg, hogy a kapcsolóelem zárásakor a diódán mekkora záróirányú feszültségterhelés jelenik meg illetve a kapcsolóelem nyitásakor a primer tápfeszültséghez hozzáadódva mekkora feszültségterhelés éri a kapcsolóelemet.
		+
		+	=== CUK kapcsolás ===
		+
		+	[[Fájl:cuk_kapcs.gif\|frame\|center\|CUK alapkapcsolás]]
		+
		+	A kapcsolóüzemű tápegységek egy érdekes változata a CUK kapcsolás, amely az L<sub>1</sub> tekercsben tárolt energiát a C<sub>1</sub> kondenzátoron keresztül juttatja át. A kapcsolóelem nyitásakor az energia feszültségnövekedés formájában a kondenzátor túloldalára jut, ahol a diódán, mint párhuzamos egyenirányító elemen keresztül a föld felé távozik az energia. A kapcsolóelem zárásakor a kondenzátor bal oldalán leeső feszültség a jobb oldalról is energiát von el, amely a simítótekercsen és a kimeneti szűrőkondenzátor által simítva negatív egyenfeszültséget eredményez.

	== Az induktivitás méretezéséről ==		== Az induktivitás méretezéséről ==

@@ 58. sor: / 58. sor: @@
 * 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>
 == Az induktivitás méretezéséről ==

@@ 16. sor: / 16. sor: @@
 Angolul ''buck converter'' illetve ''step-down converter'' a neve.
-[[Fájl:Feszultsegcsokkento_kapcs.png|frame|center|Feszültségcsökkentő alapkapcsolás]]
+[[Fájl:Feszultsegcsokkento_kapcs.png|frame|center|Feszültségcsökkentő alapkapcsolás,<br> Angolul 'buck converter' vagy 'step-down converter']]
 ;Működési elve dióhéjban:
@@ 23. sor: / 23. sor: @@
 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 ''U<sub>ki</sub> = U<sub>be</sub> * 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.
@@ 32. sor: / 34. sor: @@
 Ha a tekercsben a folyamatos áramfolyás fennáll, akkor <math>U_{ki} = U_{be} \cdot k</math>
 === Feszültségnövelő kapcsolás ===

← Régebbi változat		A lap 2011. szeptember 24., 22:22-kori változata
56. sor:		56. sor:

	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>		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>
		+
		+	== Az induktivitás méretezéséről ==
		+
		+	Minél nagyobb az [[induktivitás]], annál kisebb az áramhullámosság ugyanazzal a kapcsolójellel. A nagy induktivitás kivitelezése ellen azonban több tényező szól:
		+
		+	* a vasmagra ha több menetet tekercselünk, akkor kisebb áram hatására fog telítésbe menni, így nagyobb vasmag kell.
		+	* a sokmenetes tekercsben a rézveszteség is jelentősebb lesz.
		+	* nagy induktivitás következménye a nagy és nehéz tekercs.
		+
		+	Ha pedig túl kicsi az induktivitás, akkor nagy lesz az áramhullámosság. Ez két dolgot von maga után:
		+
		+	* nagyobb kondenzátor kell, hogy ugyanakkora maradjon a kimenőfeszültség hullámossága,
		+	* ha nem szabályozott tápegységről ''(vagy közös szabályozóval rendelkező több kimenetes tápegységről)'' beszélünk, akkor a minimum áramterhelést nagyobbra kell venni, hogy a kimenőfeszültség a fogyasztó levételekor ne szaladjon meg.

	[[Kategória: Konstruktőri ismeretek]]		[[Kategória: Konstruktőri ismeretek]]