POWER SUPPLY SYSTEM

ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ - ΘΑΝΑΤΗΦΟΡΑ Παροχή δικτύου Συνήθως, η είσοδος είναι 220V rms @ 50Hz. ΑΡΑ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΗ - ΘΑΝΑΤΗΦΟΡΑ ΝΑ λαμβάνετε επιπλέον μέτρα προστασίας, όταν δουλεύετε με τροφοδοτικές διατάξεις που έχουν παροχή δικτύου ΔΕΗ ΕΠΙΠΛΕΟΝ σιγουρευτείτε ότι όλα τα μέρη που βρίσκονται υπό δυναμικό Υ.Τ. είναι επαρκώς μονωμένα

Τυπική διάταξη εισόδου τροφοδοτικού Παροχή δικτύου Τυπική διάταξη εισόδου τροφοδοτικού ΝΑ χρησιμοποιείτε ΜΟΝΟ μία ασφάλεια και αυτή να είναι στη ΦΑΣΗ (καμένη ασφάλεια στον ουδέτερο αφήνει το υπόλοιπο κύκλωμα σε δυναμικό φάσης) ΠΑΝΤΑ να χρησιμοποιείτε διπολικό διακόπτη (ΔΙΟΤΙ ΔΕΝ γνωρίζουμε εκ των προτέρων ποια είναι η φάση και ποιος ο ουδέτερος).

Εναλλακτικά Χρήση πυκνωτή μη πολικου (10nF/630V) για αποφυγή σπινθηρισμών (τόξο) στο διακόπτη Χρήση θερμίστορ ως ασφάλεια βραδείας τήξης, (αυτοεπανερχόμενη)

Παροχή δικτύου – φίλτρο IEC connector Πολύ χρήσιμο για ηλεκτρονικές συσκευές που είναι ευάλωτες στον θόρυβο RF. ΠΡΟΣΟΧΗ σε συσκευές RF που χρησιμοποιούν μεγάλης χωρητικότητας πυκνωτή μεταξύ Φασης και ουδετέρου-σασσι. Το ρεύμα που ρέει από τον πυκνωτή Φάσης προς σασσι είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα Ουδέτερου-σασσι. Πιθανότητας βίαιης εκφόρτισης σε επαφή με το χρήστη.

Μετασχηματιστής M/T κατηγοριοποιούνται σε VA – Volt Amps σε αναλογία με την έξοδο τους Μ/Τ 20VA στα 10V σημαίνει ότι θα παρέχει 2A (10V x 2A = 20VA) Μ/Τ 45VA στα 15V σημαίνει ότι θα παρέχει 3A (15V x 3A = 45VA) Μ/Τ 60VA με 2Χ20V θα παρέχει 1.5A σε κάθε τύλιγμα του δευτερεύοντος (20V x 1.5A x 2 = 60VA) Συντελεστής απόδοσης (Τάση ανευ φορτίου/Ταση υπο φορτίο) ~0.9 (<20VA) έως 0.95 (>20VA)

ac Ανόρθωση Προτεινόμενη η Πλήρης ανόρθωση (λιγότερο κυμάτωση, λιγότερή παραμένουσα μαγνητική επαγωγή στον πυρήνα) Στην Πλήρη ανόρθωση χρειαζόμαστε ένα τύλιγμα δευτερεύοντος ΑΛΛΑ έχουμε πτώση τάσης επί 2 διόδων ΠΡΕΠΕΙ να βεβαιωνόμαστε ότι η γέφυρα ανόρθωσης «αντέχει» τουλάχιστον 2Χ φορες το ρεύμα φορτίου και 4Χ φορές την rms τάση. Οι πυκνωτές (~1nF έκαστος) παράλληλα στη κάθε δίοδο είναι για την εξάλειψη θορύβου υψηλής συχνότητας

ac Ανόρθωση (Μ/Τ με μεσαία λήψη) Στην περίπτωση Μ/Τ με μεσαία λήψη έχουμε 2 διόδους συνολικα άρα η συνολική τπώση τάσης λόγω διόδων ανα ημιπερίοδο μειώνεται στο μισό. Είναι πιο αποτελεσματική τοπολογία για χαμηλές τάσεις εξόδου. Π.χ. 1.4V πτώση τάσης (2 diodes) @ 10V είναι 14% απώλεια, ενώ 0.7V πτώση τάσης (1 diode) @ 10V είναι 7% απώλεια

Πυκνωτής εξομάλυνσης Από την γέφυρα ανόρθωσης (η τις διόδους) λαμβάνουμε ανορθωμένη την κυματομορφή του ημιτόνου Σκοπός μας είναι να λάβουμε μία όσο το δυνατόν σταθερή & συνεχή τάση Ο πυκνωτής εξομάλυνσης «γεμίζει» τα κενά των χαμηλών τάσεων, διατηρώντας στην έξοδο του μια κυματοειδή τάση με υψηλή DC συνιστώσα Οσιο μεγαλύτερος ο πυκνωτής (για δεδομένο φορτίο) τόσο μικρότερη θα είναι η κυμάτωση της τάσης στην έξοδο του ΑΛΛΑ θα είναι και μεγαλύτερο το ρεύμα κορυφής στις διόδους ανόρθωσης

Πυκνωτής Εξομάλυνσης C x E = I x t where C is the capacitance in uF ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ C x E = I x t where C is the capacitance in uF E is the peak to peak ripple in Volts I is the full load current in mA t is the diode conduction time in ms, ~ 9ms@50Hz Π.χ. αν επιθυμούμε έξοδο 13.8V, 2A output power supply (με ανορθωτή γέφυρας), ΜΕ έξοδο 20Vrms από τον Μ/Τ, η μέγιστη τάση θα είναι περίπου (20V x 1.414) μείον την πτώση τάσης 2 διόδων, = 28.28V – 1.4V = 26.88V. Η ελάχιστη τιμή εξόδου (υπό πλήρες φορτίο) θα είναι (26.88V x 0.9) = 24.2V Με πυκνωτή 4700uF η κυμάτωση peak to peak θα είναι (I x t)/C = (2000mA x 9ms)/4700uF = 3.83V. ΑΡΑ σε πλήρες φορτίο ή ελάχιστη τάση θα είναι 24.2V – 3.83V ~ 20.4V

Πυκνωτής εξομάλυνσης (συν) Συνεχίζοντας τους υπολογισμούς μας, Η μέγιστη τάση στον πυκνωτή (χωρίς φορτίο) είναι 26.88V, οπότε ο πυκνωτής πρέπει να είναι ονομαστικής τάσης >>27V, ΕΠΙΛΕΞΤΕ 40V. Για ένα τροφοδοτικό με ονομαστική έξοδο 13.8V και ελάχιστη τάση εξόδου μετά τον πυκνωτή (υπό πλήρες φορτίο), η μονάδα σταθεροποίησης τάσης εξόδου έχει περιθώριο (διαφορά μεταξύ εξόδου – εισόδου) 20.4V – 13.8V = 6.6V. 3.83V peak to peak κυμάτωση στα 24.2V αντιπροσωπεύει περίπου το 16%. ΠΡΑΚΤΙΚΟΣ ΚΑΝΟΝΑΣ. ΜΕ έξοδο δευτερεύοντος περίπου στα 20V@50Ηz, χρησιμοποιώντας χωρητικότητα 2000uF ανα Amp στο φορτίο, θα έχετε κυμάτωση περίπου 20%.

ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗ: η βασική διάταξη Κάθε τοπολογία σταθεροποίησης απαιτεί μία τάση αναφοράς η οποία συγκρίνεται με την τάση εξόδου και παράγεται ένα σήμα διαφοράς. Το σήμα αυτό χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να μεταβάλλει την έξοδο του κυκλωματος σταθεροποίησης προκειμένου να μηδενιστεί το σήμα σήμα διαφοράς. Η απλούστερη τάση αναφοράς δημιουργείται από μία δίοδο zener H zener διατηρεί την τάση στα άκρα της σταθερή μεταβάλλοντας το ρεύμα που τη διαρρέει (για μεταβολές της τάσης τροφοδοσίας). Οσο μικρότερης ονομαστικής τάσης είναι οι zener τόσο μικρότερη θερμοκρασιακό συντελεστή έχουν Αν υπάρχει μεγάλη διακύμανση στην τάση τροφοδοσίας, είναι προτιμότερη η χρήση πηγής ρεύματος αντί αντίστασης R ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ. Αν Vz=6.2V ,R =1k, τότε για Vs=12V θα έχω Iz=5.8mA και Vο=6.2V. Στην περίπτωση αυτή η zener καταναλώνει (6.2V x 5.8mA) = 36mW και η αντίσταση (5.8mA x 5.8mA x1k) = 34mW Αν γίνει η Vs=18V, τότε η Zener διαρρεεται από ρεύμα 11.8mA για να μείνει Vο=6.2V. Στην περίπτωση αυτή η zener καταναλώνει (6.2V x 11.8mA) = 73mW και η αντίσταση (11.8mA x 11.8mA x 1k) = 140mW

EXAMPLE OF ZENER DIODE VOLTAGE RANGE

Σταθεροποιητής με Zener για μεγάλα ρεύματα Για τροφοδοσία με ρεύματα μεγαλύτερα του 1A Η zener παράγει την τάση αναφοράς ενώ το transistor παρέχει το ρεύμα στο φορτίο Η έξοδος του κυκλώματος είναι ιση με Vo~Vz=0.7V

Σταθεροποιητής με Zener για μεγάλα ρεύματα (βελτίωση) Με την προσθήκη του Q1 μειώνονται οι απαιτήσεις ρεύματος του transistor ισχύος (άρα μικρότερη ψήκτρα) και επιτρέπει την επιλογή μεγαλύτερης τιμής αντίστασης για την R

Σταθεροποιητές τάσης με αναφορά από δίoδο zener Εισοδος κυκλώματος : από έξοδο πυκνωτή εξομάλυνσης Vout = [(12k + 10k) / 10k] x 6.2V = 13.64V Το δικτύωμα ανάδρασης (12K and 10k) μπορεί να περιλαμβάνει και ποτενσιόμετρο Η αντίσταση 3.3κ καθορίζει το ρεύμα ηρεμίας της zener

Ολοκ/να κυκλώματα σταθεροποιητών σειράς σταθερής τάσης εξόδου POSITIVE fixed regulator ΔΙΟΔΟΙ: προστασια από ανάστροφες τάσεις ΠΥΚΝΩΤΕΣ: αποζευξη RF NEGATIVE fixed regulator

Ολοκ/να κυκλώματα σταθεροποιητών σειράς σταθερής τάσης εξόδου – αύξηση ονομαστικής τάσης εξόδου Π.χ Vo8V με 7805 regulator. Zener3.3V και να διαρρέεται από ρεύμα περίπου 5mA διαμέσου της R (ο regulator χρειάζεται περίπου 0.5mA) Ετσι έχουμε R=5V/5.5mA=909Ω Επιλέγοντας μια 1k αντίσταση έχουμε 4.5mA διαμέσου της zener (αγει). Εναλλακτικά : Με διαιρέτη τάσης. Vo=Vreg + R2* [( Vreg / R1 )+ Iq )] Iq ~ 2.5mA

Σταθεροποιητής σειράς για μεγάλα ρεύματα φορτίου Οι σταθεροποιητές σειρά με περίβλημα TO220 μπορουν να διαχειριστούν ρεύμα εξόδου (με ψήκτρα) εως 1.5Α . Το παραπάνω κύκλωμα επιτρέπει τη σταθεροποίηση σε υψηλότερες τιμές ρεύματος. TR1  small signal PNP transistor (BCY 70). TR2 PNP power transistor. R1~0.9 / Ireg (οπου Ιreg η τιμή του σταθεροποιημένου ρεύματος εξόδου). Η R2 (ισχύος) καθορίζει το μέγιστο ρεύμα διαμέσου του TR2 και «απαιτεί» μία πτώση τάσης περίπου 0.8V για το μέγιστο (ρεύμα βραχυκύκλωσης) ρεύμα εξόδου Π.χ. αν θέλουμε 2A, R2  0.8V/2A = 0.4W. Επίσης, παρέχεται και προστασία από βραχυκύκλωμα ή απαίτηση ρεύματος μεγαλύτερου από του υπολογισμένου. Στην περίπτωση αυτή, η πτώση τάσης στην αντίσταση R2 αυξάνεται με αποτέλεσμα το TR1 να γίνει αγώγιμο και να αποκόψει το TR2

Ρυθμιζόμενοι σταθεροποιητές σειράς NEGATIVE variable regulator POSITIVE variable regulator Οι σταθεροποιητές αυτοί λειτουργούν αν έχει εξασφαλιστεί μια διαφορά 1.25V μεταξύ των ακροδεκτών OUT and ADJ και χαμηλό ρεύμα ADJGND. Με χρήση διαιρέτη τάσης (R1/R2), που υπολογίζεται ώστε το ρεύμα OUT GND να είναι πολύ μεγαλύτερο από το ρεύμα ADJGND, ισχύει ότι οι αντιστάσεις του διαιρέτη τάσης ορίζουν και την τιμή της σταθεροποιημένης τάσης εξόδου Η συνιστώμενη μέγιστη τιμή αντίστασης R1 είναι 240Ω (για θετική έκδοση) και 120Ω (για αρνητική έκδοση). Μέγιστη επιτρεπτή διαφορά εισόδου-εξόδου : 40V Υπολογισμός τάσης εξόδου Vo=1.25*[1+(R2/R1)]

Σταθεροποιητές σειράς για σταθερό ρεύμα εξόδου (φορτιστές) Τα κυκλώματα σταθερής τιμής ρεύματος εξόδου χρησιμοποιούνται κατά κόρον ως φορτιστές μπαταριών Γνωρίζοντας ότι για το LM317 εξασφαλίζοντας 1.25V μεταξύ των ακροδεκτών OUT - ADJ, αν επιλέξουμε τιμή αντίστασης που προκαλεί αυτή την πτώση τάσης, τότε το ρεύμα εξόδου θα παραμένει σταθερό. Π.χ αν θέλουμε 100mA  R = 1.25V/0.1A = 12.5W