surse de tenisune (continua=dc) · • vdrop este caderea de tensiune pe o dioda. vdrop depinde si...

23

Upload: others

Post on 15-Jan-2020

13 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Surse de tenisune (continua=DC)

• Baterii

• Retea - redresare

• Obtinere alte tensiuni:

– Regulatoare de tenisune • shunt

• liniar

• comutatie,...

– Alte variante

Redresare

Redresare

Redresare

VRMS = 0.7 × Vpeak

Vpeak = 1.4 × VRMS

AC: Vrms = 6V (Vpeak=8.5V)

-1.4V diode

DC: Vrms = 4.6V

+condensator => aprox max: 4.6*1.4=6.4V

=> tensiunea la iesire (DC) e aproximativ egala cu cea de la intrare (RMS)

Baterii

• Trebuie asigurat ca bateriile alese pot sa furnizeze suficient curent la tensiunea corespunzatoare:

• Trebuie considerat nu numai curentul mediu, ci si curentul de varf. – Ex. un dispozitiv embedded poate avea nevoie in medie de 20

mA, dar poate avea nevoie de varfuri de 100mA. Aceasta se poate intimpla la dispozitivele ce au nevoie sa scrie in memoria flash (ce necesita atunci curent mai mare) si la cele ce folosesc module radio.

– Ex: un modul GSM/GPRS poate avea nevoie de 1.7A timp de 576 μs

• Dezavantaje: Tensiunea scade in timp

• Avantaje: zgomot mic

Baterii

• Microcontrolere mici pot fi operate mai multi ani dintr-o singura baterie: – folosirea microcontrolerelor low-power (alimentate la tensiuni

mai mici si cu functii/arhitectura speciala de low-power)

– plasare in modul low-power (frecventa redusa, dezactivate diverse module ale microcontrolerului)

– stingerea microcontrolerului, sleep

– Unele periferice (externe microcontrolerului) poti fi alimentate din pini de I/O (un PIC poate sa furnizeze 20mA, alte procesoare numai 2mA) - din pin poate fi comandata aprindere/stingerea perifericului

– regulatoare de tenisune cu pin de shutdown (pentru a stinge parti din montaj)

Ex: Baterie/Acumulator exemplu

• 2500mAh => teoretic poate furniza un curent de 2500mA timp de 1h

• C = 2.5A

• teoretic poate furniza 5A timp de 30min => in realitate probabil timpul e la sfert.

• Masuratorile sunt facute (de producator) la curenti mai mici, in conditii ideale: de ex: 250mA timp de 10h

Ex. baterie "de ceas" (capacitati:

30...500mAh)

– 200mAh

– curent standard de descarcare: 0.1mA

– curent maxim de descarcare: 3mA

– curent maxim de descarcare in impuls: 15mA

Acumulatori

Descarcare Alcaline, NiMH, Li-Ion

Descarcare (singure) NiMH, Li-

Divizor de tensiune

• Vout = Vin*R2/(R1+R2)

• E de dorit ca R1 si R2 sa fie mari, pentru ca, curentul ce trece (in mod continuu) prin ele sa fie cat mai mic.

• Ex: Vin=5V, R1=2K, R2=3K => Vout=3V

• Curentul ce trece prin R1,R2, continuu este de 5V/5Ko=1mA

• Din Vout nu poate fi alimentat un consumator, poate fi folosit doar ca referinta (de ex. pentru a trage un curent de 10uA)

• Care este curentul maxim ce poate fi tras de catre dispozitivul conectat la Vout?

• Ce se intimpla daca curentul depaseste citeva sute de uA?

Divizor de tensiune+

• Daca legam un dispozitiv care necesita un curent de pina la 10..20mA, putem conecta un OpAmp in configuratia de repetor.

• Se obisnuieste montarea unui condensator pentru eliminarea zgomotului.

• In cazul a) zgomotul de la sursa de alimentare (Vin) se regaseste si la Vout (redus cu raportul R2/(R1+R2))

• In cazul b), daca R1, R2 si C1 sunt destul de mari, zgomotul poate fi eliminat.

• Valori tipice folosite sunt: R1, R2 aproximativ 100k, C aproximativ 1u, sau 2C in paralel de 10u si 10n.

• Acesta varianta este deseori folosita ca referinta de tensiune pentru un convertor analog-numeric, sau pentru realizarea unui offset pentru unul sau mai multe OpAmp-uri.

• Avantaj: simplu de realizat

• Dezavantaj: poate fi folosit doar ca referinta; Vin trebuie sa fie constant.

Diode in serie

• Vout=Vin-N*Vdrop

• Vdrop este caderea de tensiune pe o dioda. Vdrop depinde si de curentul care trece prin dioda.

• Avantaj: curentul ce poate fi absorbit de consumator este dat de curentul standard ce poate trece printr-o dioda. In functie de tipul diodei acest curent poate fi de zeci de mA, sau sute de mA.

• Ex din figura: Vin=5V, Vdrop=0.7V, N=2 => Vout=3.6V

Dioda

• Dezavantaj: tensiune Vout variaza in functie de curentul absorbit (ca ordin de marime: cu +-0.1V -> ne dam seama din caracteristica diodei folosite); Vin trebuie sa fie constant.

Regulator cu dioda Zener

• Curentul prin dioda zener va varia in asa fel incit tensiunea la bornele diodei sa fie (aproximativ) tensiunea zener a diodei (cea specificata pe ea). Dioda Zener se comporta ca o rezistenta variabila.

• Deoarece tensiunea pe dioda zener este (aproximativ) constanta, rezulta ca si Vout este constant, egal cu Vz.

• Pe rezistenta R1 cade diferenta de tensiune dintre Vin si Vz. Pentru dimensionarea lui R1 trebuie sa luam in calcul:

• R1 nu trebuie sa fie foarte mare, deoarece trebuie sa existe un curent care sa mai treaca prin dioda zener, pentru a avea Vout=Vz

• R1 trebuie sa fie destul de mic pentru a permite sarcinii (conectata la Vout) sa absoarba curentul necesar.

• R1 trebuie sa fie destul de mare, pentru a limita curentul ce trece prin dioda zener (si implicit prin R1) pentru caziul cel mai defavorabil, cand nu exista consumator.

– Curentul este I=(Vin-Vz)/R1

– Puterea disipata pe dioda este P=Vz*I. Trebuie sa vedem ca dioda sa reziste

Regulator cu dioda Zener

• Acesta este un "shunt regulator" ce functioneaza oferind o cale pentru tensiunea de alimentare catre masa printr-o rezistenta variabila (dioda zener). Curentul prin shunt este "deviat" din a curge catre sarcina, si curge in schimb ineficient care masa.

• Folosit in circuite de putere redusa (unde energia pierduta este neglijabila), si in referinte de tensiune

• Cel mai important este de a calcula puterea maxima disipata pe dioda zener atunci cind nu exista consumator (circuit deschis)

• Valori tipice pentru diode zener: 2.4, 2.7, 3, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1, 10, 11, 12, 13, 15, 18, 20, 22

• puteri tipice (depinde de capsula) pentru diode zener: 300mW, 500mW, 1.3W, 2W, 3.25W, and 5W

Ex: Regulator cu dioda Zener

• Ex: Vin≈5V, Vout=3V, Iout=90mA

• Alegem o dioda zener de 3V

• Curentul maxim ce este absorbit din sursa este de 90mA (de catre consumator) si cca.5mA pe care ii lasam sa treaca prin dioda. Luam Imax=100mA

• Alegem R1 astfel incat sa permita trecerea curentului maxim: R1=(Vin-Vz)/Imax=(5V-3V)/0.1A=20 ohm

• Cand nu exista consumator Imax trece prin dioda si prin R1. Afam puterea disipata pe fiecare:

• Pz=Vz*Imax=3V*0.1A=0.3W deci alegem o dioda de minim 0.3W (alegem 0.5W)

• Pr = R1*Imax^2 = 20*(0.1*0.1)=0.2 W deci alegem un rezistor de minim 0.25W (alegem 0.6W)

• Daca alegem o valoare la limita a puterii, atunci componentele vor frige incontinuu.

• Depasirea puterii maxime didipate duce la distrugerea componentelor (strapungere si/sau luat foc)

• In general nu se foloseste pentru curenti mai mari de 100mA

dioda Zener

• In jurul zonei in care apare "breakdown"-ul (ce are forma unui genunghi pe grafic), tensiunea variaza mult cu curentul, si este important de a lucra cu dioda in zona de dupa genunchi (in stanga) unde panta este aproximativ linara. Deci trebuie sa avem un curent minim ce trece prin dioda. Pentru dioda din figura se observa ca sunt necesari 5mA. Unele diode pot avea nevoie si de citiva zeci de mA.

Regulator serie, cu tranzistor

• Regulator serie, Vo este mai mic decat Vz cu 0.6..0.7 V

Regulator serie, cu tranzistor

+OpAmp

• Tensiune de iesire este egala cu tensiunea aplicata ca referinta la OpAmp.

• R2 se poate inlocui cu un divizor si Pot pentru tensiune reglabila