Kapcsolóüzem stabilizátor mérése



Hasonló dokumentumok
5./A. Mérés Soros disszipatív szabályozó analízise

5./A. Mérés. Soros disszipatív szabályozó analízise

EGYENÁRAMÚ TÁPEGYSÉGEK

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Lineáris és kapcsoló üzemű feszültség növelő és csökkentő áramkörök

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

DR. KOVÁCS ERNŐ MŰVELETI ERŐSÍTŐK MÉRÉSE

Tápegység tervezése. A felkészüléshez szükséges irodalom Alkalmazandó műszerek

Példaképpen állítsuk be az alábbi értékek eléréséhez szükséges alkatrészértékeket. =40 és =2

DIÓDÁS ÉS TIRISZTOROS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE

M ű veleti erő sítő k I.

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

<mérésvezető neve> 8 C s z. 7 U ki TL082 4 R. 1. Neminvertáló alapkapcsolás mérési feladatai

1. Visszacsatolás nélküli kapcsolások

* Egyes méréstartományon belül, a megengedett maximális érték túllépését a műszer a 3 legkisebb helyi értékű számjegy eltűnésével jelzi a kijelzőn.

Műveleti erősítők. Előzetes kérdések: Milyen tápfeszültség szükséges a műveleti erősítő működtetéséhez?

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Alapvető információk a vezetékezéssel kapcsolatban

Elektronika II. 5. mérés

ALAPFOGALMIKÉRDÉSEK VILLAMOSSÁGTANBÓL 1. EGYENÁRAM

sz. mérés (négypólus)

ELKON S-304 autó villamossági mőszer áramköri leírása

DC-DC BUCK ÁTALAKÍTÓ STATIKUS ÉS DINAMIKUS TERHELÉSSEL

MŰVELETI ERŐSÍTŐK MÉRÉSE

5. MÉRÉS LC OSZCILLÁTOROK VIZSGÁLATA

A/D és D/A konverterek vezérlése számítógéppel

Milyen elvi mérési és számítási módszerrel lehet a Thevenin helyettesítő kép elemeit meghatározni?

D/A konverter statikus hibáinak mérése

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

A LED, mint villamos alkatrész

Mûveleti erõsítõk I.

MŰVELETI ERŐSÍTŐS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE (DR. Kovács Ernő jegyzete alapján)

Az ideális feszültségerősítő ELEKTRONIKA_2

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

RC tag mérési jegyz könyv

Számítási feladatok a 6. fejezethez

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba 7. mérés RC tag Bartha András, Dobránszky Márk

MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR

MŰVELETI ERŐSÍTŐS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE (DR. Kovács Ernő jegyzete alapján)

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

Mérési utasítás. P2 150ohm. 22Kohm

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsoló-üzemű tápegységek

Billenő áramkörök Jelterjedés hatása az átvitt jelre

Hobbi Elektronika. Bevezetés az elektronikába: Tápegységek, feszültségstabilizátorok

4. Mérés. Tápegységek, lineáris szabályozók

1. ábra A PWM-áramkör mérőpanel kapcsolási rajza

BMF, Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar, Híradástechnika Intézet. Aktív Szűrő Mérése - Mérési Útmutató

Elektronika I. Gyakorló feladatok

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

4. Mérés. Tápegységek, lineáris szabályozók

Ellenállásmérés Ohm törvénye alapján

Versenyző kódja: 28 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

XI. DIGITÁLIS RENDSZEREK FIZIKAI MEGVALÓSÍTÁSÁNAK KÉRDÉSEI Ebben a fejezetben a digitális rendszerek analóg viselkedésével kapcsolatos témákat

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. Felhasznált eszközök. Mérési feladatok

Elektronika laboratóriumi mérőpanel elab panel NEM VÉGLEGES VÁLTOZAT! Óbudai Egyetem

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

UNIPOLÁRIS TRANZISZTOR

Versenyző kódja: 7 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

(Az 1. példa adatai Uray-Szabó: Elektrotechnika c. (Nemzeti Tankönyvkiadó) könyvéből vannak.)

X. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Név: Logikai kapuk. Előzetes kérdések: Mik a digitális áramkörök jellemzői az analóg áramkörökhöz képest?

A kísérlet, mérés megnevezése célkitűzései: Váltakozó áramú körök vizsgálata, induktív ellenállás mérése, induktivitás értelmezése.

Iványi László ARM programozás. Szabó Béla 6. Óra ADC és DAC elmélete és használata

A stabil üzemű berendezések tápfeszültségét a hálózati feszültségből a hálózati tápegység állítja elő (1.ábra).

Következõ: Lineáris rendszerek jellemzõi és vizsgálatuk. Jelfeldolgozás. Lineáris rendszerek jellemzõi és vizsgálatuk

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők felépítése, ideális és valós jellemzői

Tranzisztoros erősítő vizsgálata. Előzetes kérdések: Mire szolgál a bázisosztó az erősítőkapcsolásban? Mire szolgál az emitter ellenállás?

MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

Kapcsolóüzemű tápegységek és visszahatásaik a hálózatra

EGYENÁRAMÚ GÉP VIZSGÁLATA Laboratóriumi mérési útmutató

MŰVELETI ERŐSÍTŐS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE (DR. Kovács Ernő jegyzete alapján)

2.3. Soros adatkommunikációs rendszerek CAN (Harmadik rész alapfogalmak II.)

1. ábra A Wien-hidas mérőpanel kapcsolási rajza

Analóg-digitál átalakítók (A/D konverterek)

Villamos jelek mintavételezése, feldolgozása. LabVIEW 7.1

Elektronika Előadás. Modulátorok, demodulátorok, lock-in erősítők

0 Általános műszer- és eszközismertető

12.A 12.A. A belsı ellenállás, kapocsfeszültség, forrásfeszültség fogalmának értelmezése. Feszültséggenerátorok

Elektronika Előadás. Műveleti erősítők táplálása, alkalmazása, alapkapcsolások

Wien-hidas oszcillátor mérése (I. szint)

Digitális multiméterek

Teljesítmény-erősítők. Elektronika 2.

Bevezetés az elektronikába

Univerzális szekrénybe szerelhet eszközök

DR. KOVÁCS ERNŐ TRANZISZTOROS KAPCSOLÁSOK MÉRÉSE

3 Tápegységek. 3.1 Lineáris tápegységek Felépítés

TARTALOMJEGYZÉK. Előszó 9

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III. 28.) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Minden mérésre vonatkozó minimumkérdések

Elektronika Előadás. Digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók

11.2. A FESZÜLTSÉGLOGIKA

1. Mérés - Agilent Gyakorló Mérés

Fizika A2E, 8. feladatsor

DIGITÁLIS KOMMUNIKÁCIÓ Oktató áramkörök

Átírás:

Kapcsolóüzem stabilizátor mérése Mihalik Gáspár - Szabó Tamás 2009. október 14. 1. Bevezetés Az elektronikus áramkörök m ködtetéséhez 5-10% pontossággal el állított egyenfeszültség kell, ami a küls körülmények megváltozása ellenére is csak kis mértékben ingadozik. További követelmény, hogy a hálózati búgófeszültség mértéke csupán néhány mv lehet. Ezen kívánalmak teljesítésére külön stabilizátor áramkörök használatosak. Két tipikus m ködési elv szerint m köd áramköröket készítenek ma, ami alapján vannak lineáris és kapcsolóüzem feszültségszabályozók. 2. Kapcsolóüzem tápegységek A lineáris szabályozású stabilizátorok vesztesége jelent s. Ennek oka, hogy az éppen nem szükséges feszültség az átereszt tranzisztoron esik, melynek a terhel árammal vett szorzata nagy (nagy disszipációs teljesítmény). Ezzel a környezetet melegíti, ami további problémákat és gazdaságtalan m ködést jelent. Mindezekb l az is következik, hogy a kimeneti és a bemeneti feszültségek különbségét növelve, a lineáris stabilizátorok hatásfoka romlik ugyanis az átereszt tranzisztoron es feszültség ekkor n, így tehát a disszipált teljesítény is n. A disszipálódó teljesítmény gyakorlatilag úgy csökkenthet, ha az átereszt tranzisztor kapcsolóüzemben m ködik. Ekkor a teljesítmény szorzat áram-, vagy annak feszültség kompnense kis érték (elméletben zérus). Ehhez egy jól kitalált vezérlési eljárás szükséges, ami a kapcsolót m ködteti. Ezeket az áramköröket kapcsolóüzem stabilizátoroknak (angolul DC-DC converter-eknek) nevezik. Lényegük, hogy két DC rendszer között teremtenek kapcsolatot. A bementi és a kimeneti feszültség vagy áram aránya folyamatosan szabályozható, értéke lehet kisebb vagy nagyobb, mint 1 (!). Ezek a kapcsolások alapvet en három elemb l állnak: K teljesítménykapcsolóból, L energiatároló tekercsb l és C simítókondenzátorból. Az alapvet áramkörök több szempont 1

1. ábra. Feszültségcsökkent kapcsolás szerint is csoportosíthatók: a kimeneti és a bemeneti feszültség aránya, az átalakítás módja, az energiaáramlás irányai szerint. Ebben a leírásban csak az egyiányú, kimeneti feszültségtáplálású, közvetlen átalakítók szerepelnek. 2.1. Feszültségcsökkent átalakító A step-down vagy buck átalakító kapcsolási rajza látható az 1. ábrán. Amíg a kapcsoló zárt, addig U 1 = U 1 be. Ha a kapcsoló kinyit, akkor a tekercs árama megtartja eredeti irányát, és U 1 addig csökken, amíg a dióda vezet. Az események id tartományban való leírásához a következ összefüggés szolgáltatja a kiindulást: U L = L di L (1) dt A t be bekapcsolási id alatt a tekercsen U L = U be U ki feszültség van. t ki kikapcsolási id alatt pedig U L = U ki feszültség jelenik meg 2. Az el z egyenletb l az áramváltozás: I L = 1 L (U be U ki )t be = 1 L U kit ki (2) Ebb l a kimeneti feszültség: U ki = t be t be + t ki U be = t be T U be = pu be (3) A p a kitöltési tényez. A kapcsolás abban az esetben m ködik így, ha I ki > I ki min. Ezért fontos ennek meghatározása: I ki min = 1 2 I L = T ( 2L U ki 1 U ) ki (4) U be Abban az esetben, ha az el z feltétel nem teljesül, a kapcsolás nem folytonos üzemben m ködik. Ilyenkor az el z ekben leírt összefüggések nem, vagy csak némi módosítással igazak. Ennek az állapotnak az a legf bb tulajdonsága, hogy 1 U 1 a dióda katódján mérhet feszültség. 2 Tehát tbe a kapcsolótranzisztor bekapcsolt állapotának, t ki pedig kikapcsolt állapotának ideje. 2

2. ábra. Feszültségnövel kapcsolás a tekercs árama nulláig csökken, és bizonyos ideig ott is marad, majd onnan növekedni kezd ellentétben a folyamatos üzemmel, ahol a tekercs árama egy bizonyos nullánál nagyobb érték körül ingadozik anélkül, hogy a nullát bármikor elérné. 2.2. Feszültségnövel átalakító A step-up vagy boost átalakító kapcsolási rajza látható a 2. ábrán. Amíg a kapcsoló nyitott állásban van, U ki = U be U D. Ha a kapcsoló zár, a tekercsben energia halmozódik fel, ami a kapcsoló újbóli nyitásakor a kimenetre jut, ezzel növelve a bemeneti feszültséget: U ki = U be + U L U D. Az el z pontban leírt összefüggések itt a következ módon számolhatók: 2.3. Kapcsolójel el állítása U ki = T t ki U be (5) I ki min = (U ki U be ) U 2 be T U 2 ki 2L (6) A kapcsolóüzem áramköröknél alapvet en fontos a kapcsolótranzisztorok vezérlése. A kapcsolójelnek olyannak kell lennie, hogy a bemeneti feszültségt l függetlenül a kimeneti jelnek állandó értéken kell maradnia. Egy ilyen kapcsolás két blokkból épül fel (ld. 3. ábra): a kimeneti feszültséget és a referenciafeszültséget összehasonlító áramkörb l más néven hibaer sít b l, és az er sített hibajelet egy nagy frekvenciás f részjellel összehasonlító er sít b l. A kimeneti jelet visszacsatolva, az egy m veleti er sít re jut, amelynek másik bemenetére a referenciafeszültséget vezetik. A különbségi jelet feler sítve viszik tovább a második blokkra, amelynek másik bemenetén a f részgenerátor található. Ennek frekvenciája jellemz en n 10 khz, de kaphatók néhány 100 khz-en m köd típusok is 3. A két blokk csatlakozására kötnek még egy alulátereszt sz r t. Ezzel csökkenthet k a kiemeten jelentkez hirtelen változások keltette nem kívánt vezérl jel ingadozások. Ezzel a megoldással gyakorlatilag 3 A laborban mért áramkör m ködési frekvenciája 52 khz. 3

3. ábra. Az LM2574 blokkdiagramja egy PI típusú szabályozóer sít valósítható meg. A második blokk a komparátor kimenetén a tranzisztort vezérl jel változó kitöltési tényez j négyszögjel, amely addig van magas szinten, amíg a a hibaer sít által létrehozott hibafeszültség értéke nagyobb, mint a f részgenerátor pillanatnyi feszültsége. Ha a hibajel értéke alacsonyabb a f részgenerátor értékénél, a kapcsolójel is alacsony állapotú. 2.4. Visszahatás a tápláló áramkörre A kapcsolóüzem áramkörök nagy hátránya, hogy a nagy frekvenciás kapcsolgatások miatt nem lineáris módon terhelik a tápláló áramkört, így arra jelent s mértékben visszahatnak. Ezt a visszahatást a λ (Power Factor) értékkel jellemzik. Ennek értéke ideális esetben egységnyi, de jellemz en ennél kisebb. F leg nagyobb teljesítményeknél fontos a teljesítmény-tényez korrekciója (PFC - Power Factor Correction). Ennek két módja lehetséges: a passzív és az aktív PFC. A passzív PFC egy megfelel en tervezett sz r, ami a zavaró jelek táphálózatra való visszajutását akadályozza. Ezzel a megoldással 70% feletti PF érhet el. A másik megoldás az aktív PFC használata. Ez tulajdonképpen az egyenirányító és a bemeneti puerkondenzátor közé kapcsolt boost DC-DC átalakító, amely speciális vezérlést kap, gyelembe véve a bemeneti feszültség- és áram értékeket, ill. a kimeneti szabályozott feszültséget. Ezzel a megoldással 98-99%- os PF is elérhet. Tekintve, hogy alkatrészigénye jelent s, a gyártók szívesen spórolják ki gyártmányaikból. Ez a tendencia azért veszélyes, mert különösen a régebbi táphálózatok null-vezet inek méretezésekor ezt nem vették nem ve- 4

4. ábra. Mérési összeállítás hették gyelembe. A nagy mennyiség felharmonikus miatt a nullvezet n folyó áram túllépheti a kisebb ráhagyással tervezett vezetékek áramterhelhet ségét, ami súlyos következményekkel járhat. 3. A méréshez szükséges eszközök super-strip panel stabilizált tápegység oszcilloszkóp multiméter (2 db) 4. Mérési feladatok 4.1. Áramkör összeállítása Állítsa össze a 4. ábrán látható kapcsolást super strip panel segítségével! Az 50 Ω-os potenciométert állítsa be 30 Ω érték re, és kapcsolja terhelésként az áramkör kimenetére! Ügyeljen arra, hogy lehet ség szerint a küls tápegység föld pontját csak az áramkör 4-es lábához kösse be, és minden további föld potenciál csatlakozást a 4-es lábhoz kössön (így minimalizálhatók a zavaró jelenségek)! 4.2. Feszültség jelalakok vizsgálata Állítsa be a bemeneti feszültséget 7 V-ra, és mérje meg oszcilloszkóppal az áramkör 7-es lábán, majd az áramkör kimenetén a jelet! A jegyz könyvben dokumentálja ezeket, és magyarázza meg a látottakat! 5

5. ábra. A tekercs áramának mérése 4.3. A tekercs áramának vizsgálata Módosítsa a kapcsolást az 5. ábrán látható módon, a terhelést pedig hagyja változatlanul! Az oszcilloszkópot di. módban használja! A mért jelalakból, és a mér ellenállás értéke alapján számolja ki az áram nagyságát, majd a jelalakot és a számítás eredményét rögzítse a jegyz könyvben! Ehhez mérje meg az ellenállás pontos értékét, majd a mért jelalak maximális és minimális értékéb l, ill. az ellenállás értékéb l számítással határozza meg az áram maximális és minimális értékét. Mivel az ellenállás lineáris elem, az áram jelalakja megegyezik a feszültség jelalkjával. A bemeneti feszültséget kezdje el növelni, és nézze meg a tekercs áramjelalakjának változását! Ezt is rögzítse a jegyz könyvben - így számszerint ebben a pontban három jelalakot rögzít (p>0,5; p=0,5; p<0,5 - ahol p a kitöltési tényez )! 4.4. Kitöltési tényez Az áramméréshez használt mér ellenállást távolítsa el a kapcsolásból! Az oszcilloszkópot kösse ismét a 7-es lábra! Állítsa be a bemeneti feszültséget 7, 10, 15, 20, 25 és 30 V-ra, és jegyezze le a kitöltési tényez ket! Az eredményeket grakusan is ábrázolja! 4.5. Hatásfok mérése A bemenet és a kimenet áramait és feszültségeit is mérnie kell ennél a feladatnál. Ennek megfelel en kösse be a m szereket! A bementi feszültséget 7 V-ra állítsa, és jegyezze le a bementi és kimeneti teljesítmények számításához szükséges adatokat! Növelje meg a bemeneti feszültséget 10, 15, 20, 25 és 30 V-ra, és jegyezze le az adatokat! A teljesítményekb l kiszámolható a hatásfok, amit ábrázoljon grakusan a bementi feszültség függvényében! 6

6. ábra. Változtatható feszültség stabilizátor 4.6. Változtatható feszültség stabilizátor A x feszültség stabilzátor átalakítható változtatható feszültség vé. Ehhez csak egy potenciométerre van szükség, amit megfelel en kell csatlakoztatni az áramkörhöz. Lényege, hogy a kimeneti feszültséget leosztva vezeti a visszacsatolási pontra. Mivel az áramkör úgy szabályoz, hogy a visszacsatolt feszültség 5 V legyen, az osztásarány változtatásával tetsz legesen növelhet a kimeneti feszültség. Alakítsa át a kapcsolást az 5 kω-os potméter segítségével változtatható feszültség re: a potméter egyik végét a kimenetre, a másikat a földre, a csuszkáját pedig a visszacsatolási pontra kösse (ld. a 6. ábra)! Terhelésként az 50 Ω-os potenciométert tegye az áramkörbe oly módon, hogy a két végét csatlakoztassa a kiement és a föld közé - ezzel a teljes 50 Ω kerül a kimenetre. 15 V-os bemeneti feszültség mellett állítson be 8, 10 és 14 V-os kimeneti feszültséget, miközben a 7-es ponton mérje folyamatosan a jelalakot! Az eredményeket jegyezze le a jegyz könyvbe! Hivatkozások [1] U. Tietze, Ch. Schenk (1990) Analóg és digitális áramkörök. Budapest, M - szaki Könyvkiadó ISBN 963 10 8209 1 [2] Dr. Megyeri János (2008) Analóg elektronika. Budapest, Tankönyvkiadó [3] Dr. Zsigmond Gyula (2006) Fejezetek az elektrotechnikából. Budapest, E+S Biztonságtechnikai és Elektrotechnikai Kft. [4] Az LM2574 adatlapja 7