Totul despre...SURSE(teorie,scheme,aplicatii)

[Vizitator smilex]

Ma vad nevoit sa deschid acest subiect aici, deoarece am intalnit opinii absurde si doresc ca lucrurile sa poata fi clarificate printr-o trimitere ulteriora, nu prin explicatii repetate.

Este vorba de semnificatia factorului de umplere asupra variatiei tensiunii redresate a secundarului unui transformator. Pentru a evidentia fenomenele ce se petrec, incep cu o sursa a carei tensiune de iesire este stabilizata. Este varianta mai dificil de inteles, mai ales pentru cei care nu au o baza teoretica solida, dar hai sa luam taurul de coarne.

Stabilizarea tensiunii se face printr-o inductanta (L) aflata intre puntea redresoare si condensatorul de filtraj. Aceasta inductanta, pe care o voi numi inductanta serie, nu are rolul de a reduce riplul sau alt rol aiuristic din cele ce am citit pe aici, ci acela de a inmagazina energie. Pentru a intelege, si imi cer scuze fata de cei plictisiti de banalitatea explicatiilor mele, nu ma adresez lor, trebuie sa subliniez urmatorul fenomen: intr-o bobina, odata alimentata cu tensiune, are loc o crestere a curentului (a intensitatii, corect spus) de la zero la o valoare determinata de timpul cat este ea alimentata. Sigur, valoarea acestui curent depinde si de tensiunea de alimentare, ca si de valoarea inductantei dar acestea sunt aproximativ constante, singura variabila intr-o sursa este timpul de alimentare a inductantei, pe care il voi numi ton. Valoarea maxima la care ajunge curentul este I=U•ton/L. La aceasta formula, se pot exprima (datorita raportului) ton si L in microsecunde si microhenry. Energia se inmagazineaza in miez si are valoarea W=L•I²/2. Asadar pe durata ton bobina inmagazineaza energie. Cand tensiunea de alimentare dispare, aceasta pauza o voi numi toff, datorita fenomenului de autoinductie, energia inmagazinata in prealabil genereaza tensiune la bornele bobinei insa de sens invers fata de cea anterioara (de alimentare). Aparitia acestei tensiuni nu are loc instantaneu, depinde de capacitatile parazite cu care inductanta formeaza un circuit oscilant si determina astfel o frecventa si un timp. Daca capacitatea parazita, sau o alta in paralel cu inductanta, are o valoare anume C, atunci intreaga energie inmagazinata in bobina este evacuata sub forma tensiunii pe aceasta capacitate. Astfel, energia inmagazinata se va regasi in tensiune (inversa) pe condensator conform figurii de mai jos. Energia transferata condensatorului are valoarea W=C•U²/2. Daca neglijam pierderile, din egalitatea celor doua energii (cea inmagazinata in bobina si cea evacuata pe cond) obtinem relatia L•I²=C•U². Deci la anumite valori cunoscute ale inductantei, capacitatii si curentului prin bobina, putem afla care este saltul pe care il face tensiunea la autoinductie. Tensiunea de pe condensator ajunge la un maxim, atunci cand toata energia din bobina este evacuata, dupa care se descarca pe bobina iar bobina alimentata (invers de data asta) reia ciclul obtinandu-se astfel oscilatii amortizate datorita pierderilor, cu frecventa determinata de valorile LC. Daca insa se inseriaza corespunzator cu condensatorul o dioda, energia evacuata sub forma de tensiune ramane pastrata pe armaturile condensatorului, iar ciclul se poate relua la o noua alimentare a bobinei. Daca nu exista consumator al energiei inmagazinate in condensator, tensiunea pe el poate creste mult (teoretic la infinit) dupa cateva astfel de impulsuri. Cei dornici de experimente pot incerca practic acest lucru cu un voltmetru pe un cond de 10uF/400V. Un consumator rezistiv pe condensator va descarca condensatorul cu o variatie a tensiunii ΔU=I•toff/C, unde I este aici curentul consumat de rezistor. Legea de variatie nu este liniara ci logaritmica deoarece odata cu scaderea tensiunii scade si curentul consumat. Daca curentul extras este constant, variatia tensiunii pe condensator este liniara.

Dr.L edit: atasament functional!

[Vizitator smilex]

Precizarile anterioare trebuiau facute pentru ca astfel sa poata fi explicata functionarea sursei stabilizate. Conform schemei de mai jos, redresarea cu mediana sau punte ofera acelasi lucru: impulsuri cu o anumita durata (ton) si pauzele dintre ele (toff). Cu o astfel de forma de unda este atacata inductanta serie intr-o sursa. Pe durata ton inductanta L inmagazineaza energie, pe durata toff aceasta energie este evacuata condensatorului C. L se alege astfel incat variatia de curent sa fia una anume fata de curentul maxim consumat (viewtopic.php?f=41&t=8637&start=30). Din L nu este extrasa toata energia, toff nu e suficient, iar reincarcarea cu energie reporneste la fiecare impuls de acolo de unde a ramas cu evacuarea. Descarcarea energiei din bobina L are loc prin diode si secundar catre condensatorul C. Tensiunea cu care este alimentata inductanta serie este data de diferenta dintre valoarea impulsului generat de traf si tensiunea stabilizata. Concret, daca tensiunea stabilizata este de 12V iar impulsurile de dupa redresare au valoarea de 20V, pe durata ton bobina este alimentata cu 8V. Pe durata toff, tensiunea aparuta la autoinductie este de 12V. Evident, daca ton creste, energia inmagazinata creste si ea, iar curentul on si off cresc. Pentru un consumator care insa nu consuma mai mult, asta inseamna o crestere a tensiunii de iesire. Daca valoarea consumului ar scadea, iar a ton ar creste la maxim, tensiune de iesire ar ajunge la valoarea impulsului de intrare, 20V. Inductanta serie n-ar mai putea genera nimic deoarece alimentarea data de diferenta aceea ar fi 0V. Similar, daca consumul ar creste, sau chiar daca ar fi constant, iar valoarea ton ar scadea, asta ar insemna o inmagazinare mica si deci o scadere a tensiunii.Factorul de umplere este dat de raportul ton/(ton+toff) si arata procentual sau unitar cat din timpul unui ciclu este rezervat duratei ton. Prin variatia lui se obtine in final stabilirea unui echilibru intre tensiunea de iesire si consumator. Variatia consumatorului duce la variatia factorului de umplere, pana la stabilizarea echilibrului. Echilibrul astfel stabilit va depinde de tensiunea impulsului sau altfel spus, de alimentarea sursei. Daca consumatorul variaza continuu, factorul de umplere variaza la fel, integratul de comanda incearca sa pastreze valoarea tensiunii la iesire, iar sursa trebuie sa raspunda in timp util si corespunzator prin variatia factorului de umplere. Pentru consideratii privind stabilitatea surselor fac o trimitere aici la paginile anterioare.Promit sa revin cu un punct de vedere asupra surselor care nu au la iesire o inductanta, neputand astfel stabiliza tensiunea la iesire.

[gica70]

E f. instructiv (pt. mine, desigur). Multumesc pt. lectie; astept pe celelalte.

[Vizitator smilex]

Nu e o lectie, iar eu nu sunt profesor in domeniul asta, este doar o incercare de a lamuri false opinii care tind sa devina reguli de aplicare. Sper sa foloseasca. Citeste tot topicul.

[Vizitator]

printre picaturi mai pun niste oscilogrameam adunat toate rezistentele de putere si am reusit 20A pe 5V si 11,5A pe 12Vpe 3,3V cel mult 3Asursa are pe eticheta 500w(!?)sper ca sonda de curent sa fie in regulacurentul prin primarul trafo ajunge la 4,5Abaza de timp este pe 10micros/diviziunerevin,cred ca s-a inteles ca pe vert avem 2A/div

[ala micu]

ceva util, selectii din cartea Circuite cu tranzistori in industrie

scuze ,nu stiu de ce nu pot s-a pun link.

mai insist fisierul e prea mare sa il pun aici. http://www.zshare.net/download/910937627c10b923

cum se pun linkuri?

cu copy si paste apare ce se vede mai sus.

 

Dr.L: a fost doar o eroare a copy-paste,mai exact pe panga linkul util erau multe alte chestii gresite

[florincccc]

In primul rand ii multumesc lui smilex pentru explicatii. Pentru unu ca mine pentru care electronica e doar un hobby inseamna foarte mult.

Dar tot am ramas cu ceva nelamuriri.

 

Si ca sa incerc sa le mai elimin am incercat un mic experiment: am luat o sursa in comutatie si am testat-o cu si fara bobina de care vorbim, am intervenit in raportul rezistentelor care stabilesc tensiunea de iesire, i-am pus rezistente de sarcina diferite si am alimentat-o la diferite tensiuni sa vad cum se comporta.

In poza lab se vede montajul.

 

Sursa am cumparat-o mai demult din talcioc cu 3 lei, cred ca e o sursa de DVD, are aproximativ schema din poza schema1. Am lasat pe secundarul trafului doar partea de 5v (o dioda, doi condensatori de cate 470uF si bobina care s-ar parea ca are 4,7uH) plus 431 care cu rezistentele din zona dau prin optocuplor reactia negativa ce stabilizeaza tensiunea de iesire.

 

Am alimentat sursa printr-un traf separator care are un raport de transformare de aproximativ 1,17/1 obtinand astfel la intrarea sursei 260V cu traful intr-un sens si 195V cu traful pus invers. Asta pentru a vedea ce face tensiunea la iesire atunci cand U intrare variaza. ar fi trebuit sa mai masor si la 230V cel putin, sau din 10 in 10V dar timpul nu mi-a permis mai mult.

La iesire am pus rezistenta de sarcina de 16, 8 si 4 ohmi sa vad cum se prezinta U iesire la diferite consumuri.

Am masurat si cu reteaua rezistiva originala, sursa scotand 5,1V, si cu reteaua rezistiva modificata: o rezistenta in serie cu R203 astfel incat sursa sa scoata 6,3V(de fapt pentru asta cumparasem sursa initial, s-o modific pentru a alimenta filamentul unor lampi)

Am masurat cu si fara bobina(fara bobina insemnand un strap) adica redresare monoalternanta si filtraj cu 2x470uF in paralel.

 

Pe rezistenta de sarcina am masurat cu osciloscopul tensiunea si riplul.

 

Am obtitut urmatorul tabel, n-am avut timp sa-l fac in excel dar cred ca e OK. De comparat cifrele de pe coloana 1 cu cele dincoloana 2 si cifrele din coloana 3 cu cele din coloana 4.

 

Tensiunea de iesire are o variatie nesemnificativa chiar daca tensiunea de la intrare variaza semnificativ si curentul prin sarcina variaza si el semnificativ.

Chiar si fara inductanta cifrele comparate arata ca tensiunea la iesire ramane stabila chiar daca tensiunea de intrare si sarcina variaza semnificativ si mai ales se poate modifica tensiunea la iesira fara a modifica traful (raportul spirelor primar /secundar), doar prin modificari in bucla de reactie negativa.

De asemenea se observa ca fara bobina riplul pe U iesire creste foarte mult ( de la 10-40mV la 100-180mV fara inductanta)

 

As mai adauga ca nici daca as fuma toata iarba din Bucuresti n-as face o sursa fara inductanta de care vorbim, totul e mai costisitor fara ea.

[Th3_uN1Qu3]

De asemenea se observa ca fara bobina riplul pe U iesire creste foarte mult ( de la 10-40mV la 100-180mV fara inductanta)

Riplul ca riplul... daca incerci pe o sursa de tensiune si putere mai mari, una la care bobina era de cateva sute de uH, o sa observi ca se intampla si alte minuni.

[Vizitator smilex]

^ Aceea este o sursa flyback, sunt de acord, inductantele suprima riplul. Atentie! Faceam referire la surse forward, care transfera energie direct, adica atunci cand tranzistorul de putere este deschis (conduce) se tranfera energie in condensatorul de la iesire. Sursele flyback se bazeaza pe inmagazinarea energiei in traf la deschiderea tranzistorului, si eliberarea ei in pauza dintre impulsuri. Acolo e normal ca tensiunea sa depinda de divizorul rezistiv respectiv.Am sa-mi fac odata timp si de flyback, sunt mult mai simple, dar imi par mai "naravase".Exista o mare asemanare intre inductanta serie dintr-un forward si transformatorul flyback. Amandoua sunt atacate cu impulsuri si se bazeaza pe inmagazinarea energiei si autoinductie. Intr-un flyback, impulsurile sunt asigurate de tranzistorul de putere pe cand intr-un forward impulsurile sunt formate de intregul ansamblu tranzistoare + traf + diode redresoare.

[gica70]

Am avut ocazia sa "bag" curent dintr-un acumulator intr-un traf baban (eram ucenic la PRAM!, cred ca era de 500 kVA, trifazic) si dura secunde bune pana se stabilea un curent prin acea bobina..nu mai spun ca, daca nu aveam grija, ne scutura ca lumea autoinductia..

[Vizitator]

curentul in baza tranz din oscilograma anterioarape verticala: 0,5A/diviziune

[Vizitator]

@smilex spune:Pe durata ton inductanta L inmagazineaza energie, pe durata toff aceasta energie este evacuata condensatorului C. L se alege astfel incat variatia de curent sa fia una anume fata de curentul maxim Intrebare:pe durata ton cine da energie sarcinii?

[Vizitator smilex]

(Eu nu vreau sa demonstrez nimanui nimic, mi se rupe de asa ceva. As dori sa pot explica niste chestiuni pe care le vad gresit abordate, si in felul asta sa pot eventual ajuta. Sunt subiectiv in explicatiile ce le dau, daca ceva nu e suficient de clar sau simplu, trageti-ma de urechi. Cat pot, dau raspunsuri, nu sunt un geniu.)

^In principal, consumatorul extrage din condensator in permanenta. Daca pe durata ton curentul livrat condului creste, consumatorul va extrage si din impulsul livrat inductantei serie de redresor. Deci acel curent care trece prin inductanta trebuie sa aiba o asemenea valoare incat sa reancarce condul si sa si livreze consumatorului. Daca se alege o variatie de curent (ΔI) de exemplu 2A, la un curent consumat de 8A, la echilibru, curentul livrat de redresor va avea o variatie de la 7A la 9A pe durata ton. Inductanta va livra de la 9A la 7A pe durata toff. Toate catre condensator. Iar din cond, consumatorul extrage 8A constant (neglijand riplul).

Ar fi mai simplu daca am privi sursa (toate tipurile) ca un intermediar. Exista doua condensatoare: cel de la intrare pe alimentare si cel de la iesire. Energia acumulata in primul trebuie sa treaca in al doilea. Sursa initiala (retea, acumulator, etc) introduce enegie in primul cond, iar consumatorul o scoate din al doilea cond. Intre cele doua condensatoare exista sursa, care face posibil transferul de energie. O sursa cu transfer direct (forward) introduce energie in condul de la iesire chiar in momentul in care o extrage din condul de la intrare, iar o sursa cu transfer indirect (flyback) introduce energie in condul de la iesire atunci cand nu extrage din cel de la intrare (inmagazineaza in traf).

Am sa revin la sursa forward, dar as dori sa subliniez utilizarea autoinductiei in surse. Asadar revin la inmagazinarea energiei (+ autoinductie) conform figurii de mai jos. Comutatorul (tranzistor) determina timpul ton si toff, iar tensiunea determina cresterea curentului conform unei legi (formula) anterior specificata. Dupa cum se vede, tensiunea obtinuta e inversa. Structura e utilizata in inversoarele de tensiune, am mai intalnit sub numele de generator de tensiune negativa. Sau buck-boost converter. La echilibru variatiile de curent ΔIon si ΔIoff sunt egale. Din factorul de umplere (ton/(ton+toff)) circuitul de comanda regleaza energia livrata inductantei si implicit cea necesara consumatorului pentru echilibru. E o sursa cu transfer indirect. Atunci cand comutatorul este inchis (conduce), nu se livreaza energie condului. Cum spuneam anterior, energia inmagazinata in bobina poate genera un impuls foarte mare ca tensiune (depinde de capacitatea parazita intre spire, straturi). Condensatorul preia insa energia, acumuland-o intre armaturi sub forma de tensiune. Se livreaza apoi consumatorului.

Alte surse care folosesc acumularea in inductanta: boost (ridicator), buck (coborator), flayback, forward.

Dr.L edit: atasament functional!

[Vizitator smilex]

Ca mai jos, aceeasi acumulare in inductanta utilizata in boost - A (step up) si buck - B (step down).

In boost (A), tensiunea de autoinductie la bornele bobinei se adauga alimentarii si se obtine o tensiune mai mare. De obicei, asta e configuratia. Transfer indirect.

La buck (B), energia inmagazinata (in bobina) in momentul on, se descarca in cond la off. Transfer direct, pentru ca in momentul on se livreaza energie in condensatorul C. Este izbitoare (de fapt identica) asemanarea cu inductanta serie a unui forward. Ca si tranzistorul de aici, ansamblul tranzistoare+traf+redresor dintr-un forward, dau acele impulsuri pentru inmagazinarea energiei in bobina.

Dr.L edit: atasament functional!

[Vizitator smilex]

Asadar ca si buck, inductanta din forward mai jos. Ce vreau sa arat, este de fapt importanta factorului de umplere. Felul cum prin variatia lui se poate obtine acumulari in bobina L si implicit variatia cantitatii de energie livrata condului C, deci consumatorului. Traful si redresorul nu se discuta. Sunt doar generatoare de impulsuri, asemani tranzistorului din buck. Ce conteaza, e comportamentul inductantei L. Nu revin asupra formulelor dar subliniez asemanarile intre toate tipurile de surse ce folosesc acumularea de energie in bobina si rolul factorului de umplere.

Dr.L edit: atasament functional!