Силовая электроника — чопперы

Измельчитель использует высокую скорость для подключения и отключения от источника нагрузки. Постоянное постоянное напряжение прикладывается периодически к нагрузке источника путем постоянного включения / выключения выключателя питания. Период времени, в течение которого выключатель питания остается включенным или выключенным, называется временем включения и выключения прерывателя, соответственно.

Чопперы в основном применяются в электромобилях, для преобразования энергии ветра и солнца, а также в регуляторах двигателей постоянного тока.

Символ чоппера

Классификация вертолетов

В зависимости от выходного напряжения, прерыватели классифицируются как —

• Step Up чоппер (повышающий преобразователь)
• Step Down Chopper (Buck конвертер)
• Step Up / Down Chopper (Buck-Boost Converter)

Step Up Chopper

Среднее выходное напряжение (V _o ) в повышающем прерывателе больше, чем входное напряжение (V _s ). На рисунке ниже показана конфигурация повышающего измельчителя.

Формы тока и напряжения

V ₀ (среднее выходное напряжение) является положительным, когда прерыватель включен, и отрицательным, когда прерыватель выключен, как показано на форме волны ниже.

куда

T _ON — интервал времени, когда прерыватель включен

T _OFF — интервал времени, когда прерыватель выключен

V _L — Напряжение нагрузки

V _s — источник напряжения

T — Период прерывания = T _ON + T _OFF

V _o определяется как —

$$V_ {0} = \ гидроразрыва {1} {T} \ int_ {0} ^ {Т_ {О}} V_ {S} дт$$

Когда прерыватель (CH) включен, нагрузка короткозамкнута и, следовательно, выходное напряжение в течение периода T _ON равно нулю. Кроме того, индуктор заряжается в течение этого времени. Это дает V _S = V _L

$L \ frac {di} {dt} = V_ {S},$ $\ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L}$

Следовательно, $\ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON}$

Δi = — ток катушки индуктивности. Когда прерыватель (CH) выключен, разряд происходит через индуктор L. Следовательно, сумма V и V _L определяется следующим образом:

$V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S}$

Но $L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S}$

Таким образом, $L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S}$

Это дает $\ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF}$

Приравнивание Δi из состояния ВКЛ к Δi из состояния ВЫКЛ дает

$\ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF}$, $V_ {S} \ left (T_ {ON } + T_ {OFF} \ right) = V_ {0} T_ {OFF}$

$V_ {0} = \ frac {TV_ {S}} {T_ {OFF}} = \ frac {V_ {S}} {\ frac {\ left (T + T_ {ON} \ right)} {T}}$

Это дает среднее выходное напряжение как,

$$V_ {0} = \ гидроразрыва {V_ {S}} {1-D}$$

Вышеприведенное уравнение показывает, что V _o может изменяться от V _S до бесконечности. Это доказывает, что выходное напряжение всегда будет больше, чем входное напряжение, и, следовательно, оно увеличивает или увеличивает уровень напряжения.

Step Down Chopper

Это также известно как конвертер доллара. В этом прерывателе среднее выходное напряжение V _O меньше входного напряжения V _S. Когда прерыватель включен, V _O = V _S, а когда выключатель выключен, V _O = 0

Когда измельчитель включен —

$V_ {S} = \ left (V_ {L} + V_ {0} \ right), \ quad V_ {L} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {di} {dt} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = V_ {s} + V_ {0}$

Таким образом, пиковая текущая нагрузка определяется как

$\ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON}$

Принципиальная электрическая схема

Где FD это диод свободного хода.

Когда прерыватель выключен, на индукторе происходит изменение полярности и разрядка. Ток проходит через диод свободного хода и индуктор к нагрузке. Это дает,

$$L \ гидроразрыва {ди} {дт} = V_ {0} .................................. ...... \ налево (я \ направо)$$

Переписано как — $\ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0}$

$$\ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ влево (ii \ вправо)$$

Уравнение уравнений (i) и (ii) дает;

$\ Гидроразрыва {V_ {S} -V_ {0}} {L} T_ {ON} = \ гидроразрыва {V_ {0}} {L} T_ {OFF}$

$\ Гидроразрыва {V_ {S} -V_ {0}} {V_ {0}} = \ гидроразрыва {T_ {OFF}} {T_ {ON}}$

$\ Гидроразрыва {V_ {S}} {V_ {0}} = \ гидроразрыва {T_ {ON} -T_ {OFF}} {T_ {ON}}$

Приведенное выше уравнение дает;

$$V_ {0} = \ гидроразрыва {Т_ {О}} {T} V_ {S} = DV_ {S}$$

Уравнение (i) дает —

$\ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT$, из $D = \ frac {T_ {ON}} {T}$

$= \ frac {V_ {S} - \ left (1-D \ right) D} {Lf}$

$f = \ frac {1} {T} =$ частота прерывания

Формы тока и напряжения

Форма тока и напряжение приведены ниже —

Для понижающего прерывателя выходное напряжение всегда меньше, чем входное напряжение. Это показано формой волны ниже.

Step Up / Step Down Chopper

Это также известно как преобразователь Buck-Boost. Это позволяет увеличить или уменьшить уровень входного напряжения. На приведенной ниже схеме показан прерыватель повышенной мощности.

Когда прерыватель включен, катушка индуктивности L заряжается напряжением источника V _s . Следовательно, V _s = V _L.

$$L \ frac {di} {dt} = V_ {S}$$ $$\ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L } Т \ гидроразрыва {Т_ {О}} {T} = \ {гидроразрыва DV_ {S}} {Lf}$$

Потому что —

$D = \ frac {T_ {ON}} {T}$ и $f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ слева (iii \ справа)$

Когда прерыватель выключен, полярность индуктора меняется, и это вызывает разрядку через диод и нагрузку.

Следовательно,

$$V_ {0} = - V_ {L}$$ $$L \ frac {di} {dt} = - V_ {0}$$

$L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0}$, таким образом, $\ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ слева (iv \ right)$

Оценка уравнения (iii) и (iv) дает —

$\ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF}$, $DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { OFF} е$

$DV_ {S} = - V_ {0} \ frac {T-T_ {ON}} {T} = - V_ {0} \ left (1- \ frac {T_ {ON}} {T} \ right)$ , $V_ {0} = - \ frac {DV_ {S}} {1-D}$

Потому что $D = \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {T-T_ {OFF}} {1-D}$

Это дает,

$V_ {0} = \ {гидроразрыва DV_ {S}} {1-D}$

D можно варьировать от 0 до 1. Когда D = 0; V _O = 0

Когда D = 0,5, V _O = V _S

Когда D = 1, V _O = ∞.

Следовательно, в интервале 0 ≤ D ≤ 0,5 выходное напряжение изменяется в диапазоне 0 ≤ V _O <V _S, и мы получаем понижение или операцию Бака. Принимая во внимание, что в интервале 0,5 ≤ D ≤ 1 выходное напряжение изменяется в диапазоне V _S ≤ V _O ≤ ∞, и мы получаем шаг или операцию усиления.