Kapcsolóüzemű tápegységek

A tantárgy angol neve: Switching Mode Power Supplies

Adatlap utolsó módosítása: 2012. május 30.

Tantárgy lejárati dátuma: 2015. június 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak

Mérnök informatikus szak 

Szabadon választható tantárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIAUJV02   4/0/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Varjasi István,
4. A tantárgy előadója dr. Hermann Imre adjunktus, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Teljesítményfélvezetők működése, jellemzői.

A teljesítményelektronika passzív alkatrészei (transzformátorok, fojtótekercsek, kondenzátorok, ellenállások) és jellemzői.

Analóg és digitális alapáramkörök.

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIAU9202") )

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:

Elektronika 2. VIAUA300 (5 szemeszter)

Elektronikus Tápegységek VIAUJV03

A tantárgyat nem vehetik fel azok, akik a VIAU9202 tantárgyat hallgatták.

7. A tantárgy célkitűzése

Jártasság szerzése a kapcsolóüzemű elektronikus tápegységek felépítésében, tervezésében illetve üzemeltetésében.

8. A tantárgy részletes tematikája

1.A hálózatról középfrekvencián leválasztott, több, szabályozott feszültségkimenettel rendelkező egyenfeszültségű tápegységek megvalósítási lehetőségei.

A főáramkör kialakítási lehetőségei, kiválasztási szempontjai. A szabályozott jellemző megválasztása. Az egyes kimenetek feszültségének terhelésfüggése a szaggatott vezetés tartományát is figyelembe véve. Túlterhelésvételem.

2.Szinuszos cosj =1-es hálózati áramfelvételű egyenfeszültségű tápegységek megvalósítási lehetőségei (Hálózatbarát tápegységek).

3.Hálózati frekvenciás, váltakozófeszültség kimenetű (hálózatpótló) tápegységek felépítése, működése. A szünetmentes energiaellátás alapjai.

4.Hangfrekvenciás tartományban vezérelhető kimenetű tápegységek.

A kapcsolási frekvencia megválasztása.

A maximálisan elérhető jelamplitúdó a félvezetők véges átkapcsolási idejét is figyelembe véve félhíd és hídkapcsolásban.

Vezérlési módok. A vivőfrekvencia megkétszerezésének lehetősége a vezérlőjel frekvenciájához képest hídkapcsolásban.

5.Az áram és a feszültség érzékelése, a potenciális elválasztás lehetőségei tápegységekben. Segédenergiaellátás.

6.A kapcsolóelemek vesztesége. A veszteségcsökkentés lehetőségei.

7.A kapcsolóelemek vezérlése, a vezérlőjelek előállítása.

8.Tápegységek tervezésének és konstrukciójának alapjai.

Tervezett órai bontás a tantárgy oktatása során

 

Előadás

 

Anyag

 

1

 

A galvanikus csatolású feszültségcsökkentő kapcsolás és az erre visszavezethető helyettesítő képű leválasztott kimenetű nyitóüzemű átalakítók működési jellemzőinek összefoglalása

 

2

 

A polaritásfordító kapcsolások és az erre visszavezethető helyettesítő képű leválasztott kimenetű záróüzemű átalakítók működési jellemzőinek összefoglalása

 

3

 

A több feszültségkimenetű DC-DC átalakítók működési elve, csoportosításuk, definíciók.

 

4

 

A több szekundertekercselésű transzformátorok helyettesítő képének meghatározása a tekercsek közti csatolás figyelembevételével

 

5

 

A több kimenetű nyitóüzemű konverterek működése, szabályozhatósága ideális transzformátorral

 

6

 

A transzformátortekercsek közti nem tökéletes mágneses csatolás figyelembevétele, az ebből adódó szabályozási hiba számítása

 

7

 

A több kimenetű záróüzemű konverterek működése, szabályozhatósága ideális transzformátorral

 

8

 

A transzformátortekercsek közti nem tökéletes mágneses csatolás figyelembevétele, az ebből adódó szabályozási hiba számítása.

 

9

 

Több feszültségkimenet megvalósítása nyitóüzemű konverterekben a szűrőfojtó fluxusáról való mágneses kicsatolással.

 

10

 

Az egyes kimenetek együttszabályozhatóságának és a túlterhelésvédelem vizsgálata többkimenetű tápegységekben

 

11

 

Egyenfeszültségű tápegységek egyenirányítóinak kisfrekvenciás hálózati felharmonikusai kapacitív szűréskor. A felharmonikusok korlátozási lehetőségei, a hálózatkímélő és hálózatbarát működés elve.

 

12

 

Szinuszos cosφ=1-es hálózati áramfelvételű (hálózatbarát) Egyenfeszültségű tápegységek meg valósítási lehetőségei. Szűretlen hálózati egyenirányítóról a feszültségnövelő kapcsolás megfelelő vezérlésével kialakítható főáramköri megoldás működése, méretezési szempontjai.

 

13

 

A kapcsolás kéthurkos szabályozásának elve, átviteli függvények, nullátmeneti torzítás és mértéke.

 

14

 

Hálózati frekvenciás, váltakozófeszültség-kimenetű tápegységek felépítése, működése

 

15

 

A szünetmentes energiaellátás alapjai, online és offline megoldások összehasonlítása

 

16

 

Hangfrekvenciás tartományban vezérelhető kimenetű kapcsolóüzemű tápegységek. A kimenő és vivőfrekvencia arányának megválasztása.

 

17

 

A „nullátmeneti torzítás” és csökkentésének lehetőségei. Az egyszeres és a kettős vivőjű moduláció hatása az áramkör működési jellemzőire

 

18

 

A kapcsolási frekvencia megválasztásának szempontjai PWM készülékekben. A félvezetőveszteségek számításának közelítő módja. Hűtés.

 

19

 

A PWM tápegységekben használtfojtótekercsek méretezési alapjai.

 

20

 

Nyitóüzemű kapcsolások légrésnélküli transzformátorainak méretezési alapjai.

 

21

 

Záróüzemű kapcsolások légréses transzformátorainak méretezési alapjai.

 

22

 

Záróüzemű kapcsolások légréses transzformátorainak méretezési alapjai.

 

23

 

A kapcsolóelemek vezérlőjeleinek diszkrét és célintegrált áramkörös előállítása, leválasztási lehetőségei

 

24

 

Áram- és feszültségérzékelés, a potenciális leválasztás lehetőségei

 

25

Tápegységekben használható speciális áram- és feszültségérzékelési megoldások

 

26

Tápegységek konstrukciója, az áramköri kialakítás szempontjai

 

27

Méretezési példa kapcsolóüzemű DC-DC tápegységre

 

28

Méretezési példa kapcsolóüzemű DC-DC tápegységre

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

Előadás, egy-egy tárgykör lezárásakor laboratóriumi bemutatóval kiegészítve.

10. Követelmények

a., A tárgy sikeres elvégzéséhez feltételezett ismeretek:

A teljesítményelektronika aktív és passzív alkatrészeinek és a lineáris szabályozáselmélet alapjainak ismerete, valamint az analóg és digitális alapáramköröknek és a kapcsolóüzemű DC-DC tápegység alapkapcsolások (Buck, Boost, Buck-Boost, CUK, Flyback, Forward, teljes és félhíd főáramköreinek működési szintű ismerete.

b., Szorgalmi időszakban:

Egy nagyzárhelyi sikeres megírása.  

A félév során lehetővé tesszük fakultatív jelleggel egy-egy tápegység egyedi tervezését, megépítését is. Ha a hallgató a félév során önként vállalt fakultatív feladatát sikeresen megoldja - kérésére – a nagyzárthelyi alól felmentést kaphat.

c., A vizsgaidőszakban:

A félév vizsgával zárul. A vizsga írásbeli.

11. Pótlási lehetőségek
11. Pótlási lehetőségek

Az érvényes TVSZ szerint.

Sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható.
A sikertelen (pót)zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.

12. Konzultációs lehetőségek

Félév közben egyeztetett időpontban.

A vizsgaidőszakban a vizsgát megelőző napon a kiírt időpontban.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

1. Rudolf P. Severens, Gordon E. Bloom:

Modern DC-to-DC switchmode power converter circuits.

Mc Graw-Hill.

2. John D. Lenk: Simplified design of switching power supplies.

Butterworth-Heinemann

3. George C. Charyssis:

High frequency switching power supplies.MC Graw-Hill.

4. Az előadások rövid kivonata kéziratban.

5. Egyéni kívánságra egy-egy résztémából az előadó szakcikkeket is tud ajánlani.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra24
Felkészülés zárthelyire10
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés30
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

dr. Hermann Imre adjunktus, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

dr. Varjasi István docens, Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék