Home >Documents >Convertoare+Cc Cc+Cu+Izolare+Galvanica (1)

Convertoare+Cc Cc+Cu+Izolare+Galvanica (1)

Date post:18-Oct-2015
Category:
View:88 times
Download:2 times
Share this document with a friend
Transcript:
  • CONVERTOARE CC-CC CU IZOLARE GALVANIC

  • Introducere n multe aplicaii, se impune introducerea unui

    transformator n structura convertorului cc-cc, n vederea realizrii unei izolaii galvanice ntre intrare i ieire. De exemplu, n convertoarele alimentate direct de la reea aceast izolare este impus de standarde interne i internaionale. n mod normal, aceast izolaie s-ar putea obine utiliznd un transformator la frecvena reelei 50 Hz. Datorit faptului c mrimea i greutatea acestui transformator este invers proporional cu frecvena, este de preferat s-l incorporm direct n structura convertorului, facndu-l astfel s lucreze la frecvene de zeci, sute de kHz, dimensiunile sale fizice scznd semnificativ.

  • Sunt situaii cnd trebuie convertit o tensiune continu ntr-o alt tensiune continu, raportul ntre cele dou fiind foarte greu de obinut cu un simplu convertor cc-cc. n aceste situaii utilizarea unui transformator este absolut necesar.

    In sfrit utilizarea trasformatoarelor n structura convertoarelor cc-cc, permite obinerea ieirilor multiple prin simpla adaugare a unor nfurri suplimentare.

  • Convertor cc-cc flyback cu izolare galvanic

    Avantajul convertorului flyback, const n primul rnd n faptul c este cel mai ieftin i simplu convertor cu izolare galvanic, avnd nevoie doar de un singur element inductiv.

    Schema acestui convertor este prezentat n figura 4.1.

    US

    D

    L1 L

    T

    iT

    uT

    C

    iCu1

    iDn:1

    RS

    IS

    TR

    UI

    Fig. 4.1 Schema electric.

  • Cnd tranzitorul T conduce, dioda D este blocat i ntreaga energie este stocat n primarul transformatorului TR (curentul din primar crete). n momentul cnd tranzistorul T se blocheaz, tensiunea pe nfurrile transformatorului se inverseaz, dioda D ncepe s conduc, energia stocat n transformator fiind acum transmis spre ieire (scade curentul n secundar).

    Se va analiza funcionarea n regim staionar, distingndu-se dou moduri de funcionare:

    a) conducie nentrerupt; b) conducie ntrerupt.

  • Formele de und corespunztoare sunt reprezentate n figura 4.2.

    Prin raportare la secundarul transformatorului, schema convertorului flyback se reduce la circuitul inversor (buck-boost) reprezentat n figura 4.3.

    Ca urmare, relaiile ce descriu funcionarea convertorului flyback n cele dou regimuri de conducie se obin din cele deduse n cazul convertorului buck-boost (vezi cap.3) prin simpla nlocuire a tensiunii cu valoarea, n fiind raportul de transformare primar/secundar.

  • tt

    t

    t

    t

    t

    t

    t

    t

    t

    t t

    ITmax

    iT

    iD

    uT

    uD

    iC

    D US

    UI

    iT

    iD

    uT

    uD

    iC

    IDmax

    US

    ITmax

    IDmax

    TT

    a) b)

    D US

    TC TB

    UDmax

    UTmax

    DuS DuS

    UTmax

    UDmax

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    USUS

    Fig. 4.2 Formele de und:a) conducie nentrerupt;b) conducie ntrerupt.

  • UI/n L

    D

    C

    USiT iC

    iD

    RS

    IS

    Fig. 4.3 Convertorul buck-boost echivalent.

  • n figura 4.4, s-a reprezentat forma curentului iL reflectat n secundar. n realitate curentul curge alternativ n primar i secundar astfel nct, transformatorul convertorului flyback nu transport energie continuu ca un transformator obinuit; el acumuleaz energie n prima parte a ciclului (durata TC) i o evacueaz spre sarcin n partea a doua (durata TB).

    Cnd tranzistorul T conduce, tensiunea n secundar va fi UI/n, iar panta curentului reflectat n secundar va fi UI/(n L).

    Cu T blocat, tensiunea secundar este US i panta curentului descresctor va fi US/L.

    t

    ILmaxILmin IS

    iLniT iD

    0

    Fig. 4.4 Curentul reflectat n secundar.

  • 4.2.1 Funcionarea n conducie nentrerupt

    n regim de conducie nentrerupt, curentul reflectat n secundar nu atinge valoarea zero pe durata unei perioade de comutaie (fig. 4.4).

    Tensiunea de ieire funcie de tensiunea de intrare se obine din relaia:

    ( )dd

    -

    =1n

    UU IS

    CT BTTimpul de conducie , respectiv blocare se determin cu relaiile:

    SI

    SC UnU

    UnTT+

    =

    SI

    IB UnU

    UTT

    +=

  • Din relaia (4.1) rezult c, pentru regim de conducie nentrerupt tensiunea de ieire este independent de sarcin. De asemenea, forma curentului prin transformator nu se schimb odat cu IS, ci doar se deplaseaz n sus sau n jos dup cum IS crete sau scade.

    Curentul de sarcin, reprezentnd valoarea medie a curentului prindiod este dat de relaia:

    TTIII BLLS

    +=

    2maxmin

    Valoarea minim, respectiv maxim a curentului Li se obine din:

    ( )SI

    SI

    I

    SS

    SSL UnU

    UnLn

    TUUUn

    ILTUI

    I+

    -

    +=-

    --

    =2

    1121min

    dd

  • ( )SI

    SI

    I

    SS

    SSL UnU

    UnLn

    TUUUn

    ILTUI

    I+

    +

    +=-

    +-

    =2

    1121max

    dd

    Dac IS scade spre o valoare limit ISL, curentul ILmin devine 0 i convertorulse afl la limita conduciei nentrerupte (figura 4.5a).Curentul de sarcin ISL,se determin din relaia:

    ( )2

    2

    21

    2

    +

    =-

    =IS

    ISSSL UUn

    ULTU

    LTUI d

    Cnd tensiunea de intrare variaz de la UImin la UImax, factorul de umplerevariaz de la dmax la dmin n ideea meninerii constante a tensiunii de ieire.Curentul ISL atinge valoarea maxim cnd d = dmin. Ca urmare relaia (4.7)devine:

  • ( )2

    Im

    Im2min 2

    12

    +

    =-

    =axS

    axSSSL UUn

    ULTU

    LTUI d

  • 4.2.2. Funcionarea n conducie ntrerupt

    Dac IS < ISL, convertorul intr n regim de conducie ntrerupt. Panta pozitiv a curentului nu se schimb, dar cea negativ devine

    mai abrubt cu descreterea IS, deoarece US crete (figura 4.5b).

    ISminIS

    TT t t

    a) b)

    iL iL

    00

    Fig. 4.5 Funcionarea n conducie ntrerupt.a)IS = ISL; b)IS < ISL;

  • Dac se noteaz:

    I

    SN U

    UnU

    =

    TULIn

    II

    SN

    =

    tensiunea de ieire normat, respectiv curentul de sarcin normat pentruconducie ntrerupt avem:

    NN I

    U

    =2

    2d

  • Caracteristicile de ieire

    Figura 4.6 reprezintcaracteristicile de ieire; liniapunctat reprezint limita dintrecele dou moduri de funcionare.

    Fig. 4.6 Caracteristicile de ieire.

  • 4.2.3 Dimensionarea elementelor componente

    Transformatorul TR

    Transformatorul nu lucreaz ca unul obinuit, ci combin funciile unui transformator cu cele ale unui oc, ce are ca scop acumularea de energie.

    Valoarea minim a inductivitii L a secundarului transformatorului TR, necesar pentru evitarea regimului nentrerupt se determin din relaia :

    ( )min

    2

    Im

    Imminmin

    Immin 2

    12 SaxS

    axS

    SL

    ax

    PT

    UUnUU

    InTUL

    +

    =-

    = dd

  • nnd cont de relaia (4.1) i de faptul c n regim de pornire,tensiunea de intrare maxim poate corespunde cu factorul de umpleremaxim, raportul de transformare n se obine din:

    ( )maxmaxIm

    1 dd

    -

    =S

    ax

    UU

    n

    Volumul ocului este dat de expresia :

    BLI=V 2

    Le0e

    Max

    2max mm

    ILmax este determinat de sarcin, iar e i Bmax (permeabilitatea efectiv i inducia maxim n oc) depind de material.

    Variaia B este determinat de riplu ILmax-ILmin; Bmaxcorespunde curentului ILmax.

  • ( )I

    BI-I=BL

    mLL

    max

    axminmax D

    LS A

    LN =

    LA

    ILmax este determinat de sarcin, iar e i Bmax (permeabilitatea efectiv i induciamaxim n oc) depind de material.Variaia B este determinat de riplu ILmax-ILmin; Bmax corespunde curentului ILmax.

    (Asigurnd un B mic, pierderile n fier se micoreaz)Numrul de spire din secundar se determin cu relaia:

    unde:

    este inductivitatea specific.

  • Tranzistorul T

    Tranzistorul T trebuie s fie astfel ales, nct s suporte tensiunea UTmaxcare poate s apar n timpul funcionrii, precum i curentul maxim de colector. Curentul maxim prin tranzistor i tensiunea colector-emitor maxim sunt date de relaiile:

    inS

    Sin

    in

    IS

    S

    SLT UUn

    UnLnTU

    UUUn

    UnP

    nII

    Im

    Im

    Im

    maxmaxmax 2 +

    +

    +

    ==

    min

    Immax d-1

    U=U axT

  • Dioda D Valoarea medie a curentului prin diod este chiar curentul de sarcin IS, iar

    valoarea maxim a curentului i tensiunea invers maxim sunt date de relaiile:

    maxmax TD InI =

    ( )minImImImIm

    max 11 ddd

    -=

    -+=

    nU

    nU

    nU

    U+n

    U=U axaxaxSax

    D

  • Condensatorul de ieire Valoarea condensatorului este determinat de riplul

    permis la ieire i de rspunsul tranzitoriu dorit. De asemenea, trebuie s se verifice c valoarea efectiv a curentului prin condensator nu depete valoarea permis, dat n foile de catalog.

    Curentul i tensiunea pe condensator sunt reprezentate n figura 4.2 (se neglijeaz rezistena echivalent a condensatorului).

    Capacitatea necesar n funcie de valoarea impus a riplului DUS se poate calcula cu formula :

  • Sin

    S

    S

    S

    UnUUn

    UIT

    =C+

    D

    Im

    max

    Valoarea efectiv a curentului prin condensator este dat de relaia

    3II+

    -1I=I

    S

    SL2

    2S

    Cef dd2

  • Exemplu de proiectare

    Se d:UI = 4880V;US =12V;IS =225A;DUS =400mV;T = 12,5s;

  • Convertorul lucreaz n modul nentrerupt, ceea ce presupune c energia

Embed Size (px)
Recommended