Energiöverföring med resistor

Transkript

1 nergiöverföring med resistor n emk med en högre spänning kan ladda en annan emk 2 med en lägre spänning om man ansluter dem till varandra med en strömbegränsande resistor. > 2. I R 2 2 I = R Avgiven energi 2 = W It R = RI t W = 2 2It W Under laddningen blir det värmeförluster i R. agrad energi

2 nergiöverföring med induktor > 2 < 2 2 Med en induktor kan man överföra energi från en större emk till en mindre, > 2, Step Down, men även från en mindre emk till en större, < 2, Step Up. Detta sker i teorin helt utan förluster.

3 Step Up 2 < 2 Transistor Diod Pulsbreddsmodulering PWM-enhet Transistorn och dioden verkar tillsammans som en omkopplare styrd av PWM-enheten.

4 < 2 Step Up i 2 2 i ton DutyCycle D, pulskvot: toff D = t on ton + t off

5 Spolens ström-tröghet t = 0 Ψ Pump i Vattenhjul Svänghjul di di = = dt dt i t Spolen är ström-trög. Strömmen kan inte ändras momentant! n vätskeanalogi: spolen är en vattenkvarn med ett svänghjul.

6 nergiöverföring med induktor 2 i on åt driva en ökande ström genom under t on. Strömmen når då I max. i I max I avg I 0 i on t t on

7 nergiöverföring med induktor i I max I avg I 0 2 i off ioff t off Koppla om induktorn så att nu fortsätter strömmen genom 2. Att 2 > innebär att strömmen sjunker. fter t off har strömmen åter nått I 0. Tiderna t on, t off är de som ger oss ett stationärt förlopp. 2 t

8 nergiöverföring med induktor i I max I avg I 0 i on i off 2 Stationärt nergin: ton W ( I t W = W on = Iavg ton Woff = 2) toff avg off on t off 2 = t on + t t off off = D 2 = D

9 5V 50V? 2 5V 50V D = = = D = 2 90%

10 Resistiv last? 5V 50V C Strömmen till lasten kommer stötvis, bara under t off, så den behöver jämnas ut med en kondensator C.

11 ( Vad är en diod? ) A K Halvledardiod Symbol och ventilverkan Vätskeanalogi Backventil

12 C ( Vad är en transistor? ) Vätskeanalogi B Den klassiska bipolära transistorn, är en föregångare till MOS-transistorn. n svag basström I B kan styra en upp till 00 ggr (h F ) större kollektorström I C. h h F F = I I C B 00 I B ma I = 00 ma > C

13 Praktisk dimensionering? Det är nkelt att ställa in Step-Up omvandlarens utspänning med DutyCyclen D! Det kommer vi göra vid laborationen. I praktiken är det betydligt svårare. n elektronikingenjör ställs inför många frågor: Vid vilken ström mättas spolens järnkärna? Hur stor inre resistans har spolen? Hur stora är belastningens variationer? Vilka värden på och C och f ska man välja? Vanligt är att man simulerar kretsen med mer verklighetstrogna komponentmodeller än vad vi använder här. T:s App note har rubriken Switching Regulators for Poets

14 A problem is that while everyone agrees that working switching regulators are a good thing, everyone also agrees that they are difficult to get working. Unfortunately, switching regulators are one of the most difficult linear circuits to design. Mysterious modes, sudden, seemingly inexplicable failures, peculiar regulation characteristics and just plain explosions are common occurrences. Diodes conduct the wrong way. Things get hot that shouldn t. Capacitors act like resistors, fuses don t blow and transistors do. The output is at ground, and the ground terminal shows volts of noise. Jim Williams

15 Jim Williams at lab

16 Simulering D = 86 % Startförloppet 0 ms = 5 Spänningen jobbar sig uppåt Simulering med ideal switch

17 Stationärt förlopp vid 00 ms = 5V 2 30V D = 86% Simulering 2 30 = 5

18 (Stöthäverten en vätskeanalogi) 2 Uppfodringshöjd Damm uftkudde n ålderdomlig vattenpump Stöthävert/Vädur fungerar på ett sätt som liknar hur StepUp omvandlaren arbetar. Backventil Transient uppkommer när utloppsventilen stänger Tryckstöten som uppkommer när utloppsventilen stänger, pressar upp vätskan till uppfodringshöjden, som ligger högre än dammen.

19