Przekształtniki napięcia stałego na stałe

Transkrypt

1 Przekształtniki napięcia stałego na stałe

2 Buck converter S 1 łącznik w pełni sterowalny, przewodzi prąd ze źródła zasilania do odbiornika S 2 łącznik diodowy zwiera prąd odbiornika przy otwartym S 1 U 2 = U 1 /A, I 1 = I 2 /A (dla przypadku idealnego), A 1 Przekształtnik obniżający napięcie

3 Przykład obwodu Odbiornik nie jest idealnym źródłem prądowym (indukcyjność + rezystancja) stąd oscylacje prądu Regulacja napięcia wyjściowego: A = const., regulacja przez zmianę częstotliwości (PFM) T = const., regulacja przez zmianę A (PWM)

4 Boost converter U 1 = (1-1/A)U 2, I 2 = (1-1/A) I 1, A 1 Układ podwyższający napięcie

5 Przykład układu Gdy tranzystor przewodzi, energia ze źródła napięciowego E jest magazynowana w indukcyjności dławika. Po otwarciu tranzystora, przez diodę jest ona przekazywana do źródła U 2

6 Buck-boost converter Połączenie dwóch poprzednich układów Wszystkie przedziały pracy są aktywne Przy zamkniętym S1 ze źródła U1 pobierana jest energia Przy zamkniętym S2 energia przekazywana jest do źródła U2 Źródło prądowe służy wyłącznie do przekazywania energii między U1 i U2; średnia wartość napięcia na jego zaciskach musi być równa zeru: 1 1 stąd U = U1 + 1 U 2 = 0 A A U1 = A 1 Dla A > 2 U 2 < U 1 ; dla A = 2 U 2 = U 1, dla A < 2 U 2 > U 1 U 2

7 Przykładowe rozwiązanie Przy założeniu A < 2 Energia z U 1 przez dławik jest przekazywana do źródła U 2 Rozwiązanie np. regulatora ładowania akumulatora z ogniw słonecznych Dla A > 2 ze źródła U 1 pobierany byłby tylko prąd magnesujący dławika.

8 Przetwornica Cuka (buck-boost) Układ dualny do poprzedniego 1 1 I = I2 + 1 I 1 = 0 I ( ) A A 2 = A 1 U 1 U 2 U1 = A 1

9 Cykl pracy przetwornicy Cuka W pierwszym etapie (klucz włączony) energia z V IN jest magazynowana w dławiku L 1 Rozłączenie klucza powoduje ładowanie kondensatora C 1 energią ze źródła powiększoną o tę z dławika (dioda przewodzi) Ponowne załączenie klucza powoduje dołączenie kondensatora C 1 równolegle do diody; C 1 staje się źródłem napięcia dla obwodu obniżającego napięcie L 2,C 2

10 Charakterystyki przekształtników DC-DC Charakterystyki poprzednich obwodów przebiegały w I ćwiartce układu współrzędnych napięcie wyjściowe prąd wyjściowy Istnieją aplikacje praktyczne wymagające przebiegów charakterystyk w dwóch (lub więcej) ćwiartkach układu Przykład maszyna prądu stałego Konieczne jest uzyskanie obu znaków wielkości zależnych Źródło zasilania musi być zdolne do przyjmowania energii, a odbiornik do jej oddawania

11 Przekształtniki dwukwadrantowe U 2 = A 2 = A d 2 1 U 1, Id1 1 I 2 Oba łączniki aktywne (S 1 i S 1a ) sterowane jedną funkcją Dla A = 2 energia nie jest przekazywana do odbiornika Dla 1 A < 2 U d2 i I d1 są dodatnie Dla A > 2 U d2 i I d1 przyjmują wartości ujemne energia ze źródła prądowego jest przekazywana do napięciowego W obu przypadkach U d2 U 1 i I d1 I 2 (jak w przetwornicy buck)

12 Przykładowy obwód Praca silnikowa Praca generatorowa

13 Drugi sposób sterowania Praca silnikowa Praca generatorowa Jeśli T1a stale włączony, zaś T1 sterowany (lub odwrotnie), to charakterystyki w I ćwiartce. Jeden z łączników D1, D1a jest wówczas sterowany odwrotnie niż T, zaś drugi jest stale wyłączony Pracę w drugiej ćwiartce uzyskuje się wyłączając na stałe jeden z tranzystorów i sterując drugim. Jedna z diod przewodzi przez cały czas Tętnienia prądu dwukrotnie mniejsze niż w przypadku sterowania symetrycznego

14 Przekształtnik dwukwadrantowy zasilany ze źródła prądowego U d1 2 = A 2 A 1 U 2, I d 2 = 1 I d1 Topologia i schemat sterowania dualna do poprzedniego przypadku 1 A < 2 praca w zakresie drugiej ćwiartki W obu przypadkach U 2 > U d1 i I 1 > I d2 (jak w przetwornicy boost)

15 Przykładowy układ Układ regulacji prędkości kątowej maszyny obcowzbudnej prądu stałego

16 Przekształtnik czterokwadrantowy Możliwa praca silnikowa i generatorowa przy obu kierunkach wirowania twornika

17 Równoległe łączenie przekształtników Składowe oscylacyjne napięć i prądów przekształtników DC-DC są źródłem problemów W prądzie twornika maszyny prądu stałego powodują wzrost strat mocy, mogą generować pasożytnicze momenty elektromagnetyczne W zasilaczach elektroniki mogą być przyczyną nieprawidłowej pracy Im mniejsza amplituda i większa częstotliwość składowych oscylacyjnych, tym mniejsze wymagana stawiane obwodom filtrującym Łączenie pojedynczych układów o przesuniętych w fazie przebiegach sterujących wymaga zastosowania dławika kojarzącego

18 Połączenie równoległe dwóch przekształtników Ilustracja zasady redukcji wyższych harmonicznych w wielkościach zależnych Występowanie wyłącznie parzystych harmonicznych Zerowanie harmonicznych parzystych, dla których n/a jest liczbą całkowitą.