Лекции 11-12 - Презентация

МГТУ им. Н.Э. БауманаКафедра «Радиоэлектронные системы и устройства»Электропреобразовательныеустройства радиоэлектронных средствЛекции 11-12Импульсные источникиэлектропитанияЛекции 11-122/58ПЛАН ЛЕКЦИЙ1.1 Трансформаторные преобразователи напряжения1.2 Многофазные преобразователи1.3 Синхронное выпрямление напряжения1.4 Резонансные схемы преобразования напряжения1.5 Корректоры коэффициента мощности1.6 Инверторные преобразователи напряжения1.7 Частотные преобразователиЛекции 11-123/58Трансформаторныепреобразователи напряженияЛекции 11-124/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯОБРАТНОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИU си  U вх U вых Лекции 11-12w1U выхw2DnU вх1 D5/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯОБРАТНОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПреимущества:- наличие одного регулирующеготранзистора;- отсутствие разрушения компонентовПН при перегрузке по току.Недостатки:- подмагничивание сердечникатрансформатора;- бо́льшие габариты магнитопроводатрансформатора по сравнению соднотактным прямоходовым ПН.Лекции 11-126/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯОБРАТНОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИЛекции 11-127/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯОБРАТНОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИДемпфирующие RCD-цепи (снабберы)а)Лекции 11-12б)в)8/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПРЯМОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИUси  2UвхUвых  nDUвхЛекции 11-129/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПРЯМОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПреимущества:- наличие одного регулирующеготранзистора;- магнитопровод импульсноготрансформатора имеет ме́ньшиегабариты, чем магнитопроводтрансформатора обратноходового ПНпри прочих одинаковых условияхэксплуатации и близких режимахработы.Недостатки:- подмагничивание сердечникатрансформатора.Лекции 11-1210/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПРЯМОХОДОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИб)а)в)Лекции 11-1211/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУХТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПолумостовая схемаПреимущества:- эффективное использованиетрансформатора (выше КПД, меньшеразмеры) по сравнению с однотактнымисхемами;-низкое обратное напряжение,приложенное к каждому силовомутранзистору в состоянии отсечки,примерно равном постоянномувходному напряжению;- можно включать без нагрузки.Недостатки:- подмагничивание сердечникатрансформатора;- нет защиты от короткого замыкания внагрузке.Лекции 11-1212/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУХТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИМостовая схемаПреимущества:- высокий КПД;-низкое обратное напряжение,приложенное к каждому силовомутранзистору в состоянии отсечки,примерно равном постоянномувходному напряжению;- большая допустимая мощность.Недостатки:- высокая сложность и цена;- нет защиты от короткого замыкания внагрузке.Лекции 11-1213/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУХТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПушпульная схемаПреимущества:- высокий КПД;- допустима работа без нагрузки;- большая допустимая мощность.Недостатки:- высокое напряжение на закрытыхтранзисторах.Лекции 11-1214/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯСравнение схем преобразователейСхемаОбратноходоваяПрямоходоваяДвухтактнаяпушпульнаяПолумостоваяМостоваяЛекции 11-12Диапазонмощностей1…100 Вт1…200 ВтОтносительнаясложностьНизкаяСредняя200…500 ВтСредняя200…1000 Вт500…10000 ВтВысокаяОчень высокая15/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 11-1216/58ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 11-1217/58Многофазные преобразователинапряженияЛекции 11-1218/58МНОГОФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯМногофазным ПН (polyphase, multiphase converter) называют систему изряда идентичных преобразовательных блоков, каждый из которыхвключается циклично на небольшой промежуток времени по сравнению спериодом и отдаёт энергию в нагрузку, единую для всех преобразователей.Наложение фаз работы блоков недопустимо.Лекции 11-1219/58МНОГОФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯНедостатки:- высокая стоимость компонентов;- сложность организации системы.Преимущества:- уменьшенные габариты фильтров;- улучшенная ЭМС;- достижение высоких выходных токов;- снижение времени отклика на изменение нагрузки.Лекции 11-1220/58МНОГОФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 11-1221/58МНОГОФАЗНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 11-1222/58Синхронное выпрямлениенапряженияЛекции 11-1223/58СИНХРОННОЕ ВЫПРЯМЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯОсновным видом потерь во вторичных цепях ПН с гальваническойразвязкой являются потери проводимости выпрямительных диодов,которые можно уменьшить, используя синхронное выпрямление.

Инымисловами, заменить диоды на МОП-транзисторы.КПД = 80-85%КПД = 90-95%Лекции 11-1224/58СИНХРОННОЕ ВЫПРЯМЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯVSЛекции 11-1225/58Резонансные схемыпреобразования напряженияЛекции 11-1226/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?Лекции 11-1227/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?- повышенный КПД;- мягкое переключение;- улучшенная ЭМС;- высокие удельные характеристики;- большие мощности;- широкий диапазон входного напряжения.Лекции 11-1228/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?XС 1jCX L  j LИмпеданс:UZIРЕЗОНАНСЛекции 11-1229/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?4U вхU вых1  t U вхU вых  t U выхU вхUвхU вых  t  Лекции 11-124U вх1  sin  n0t n 1,3,5...

nU вых1  t  4U вхsin 0t30/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?Лекции 11-1231/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?Лекции 11-1232/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?Лекции 11-1233/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯЗАЧЕМ НУЖНЫ РЕЗОНАНСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ?Лекции 11-1234/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯКЛАССИФИКАЦИЯ РЕЗОНАНСНЫХ СХЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯРезонансныеКласса ЕКвазирезонансныеС мягкимпереключениемВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗОНАНСНОГО КОНТУРА- последовательное;- параллельное;- последовательно-параллельное.Лекции 11-1235/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПРИ НУЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ (ZVC)Лекции 11-1236/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПРИ НУЛЕ ТОКА (ZCS)Лекции 11-1237/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯКВАЗИРЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯU выхfU вхfрЛекции 11-1238/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯКВАЗИРЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯU вых f рU вхfЛекции 11-1239/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯКВАЗИРЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯЛекции 11-1240/58РЕЗОНАНСНЫЕ СХЕМЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯУПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМШИМЛекции 11-12ЧИМФазовое41/58Корректоры коэффициентамощностиЛекции 11-1242/58КОРРЕКТОРЫ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИp t   i t   u t   U макс I макс cos   U макс I макс cos  2t    - коэффициент мощностиЛекции 11-12P UI1 cos 1 I1 cos 1SUIIГОСТ Р 51317.3-2-9943/58КОРРЕКТОРЫ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИАКТИВНАЯ КОРРЕКЦИЯ МОЩНОСТИЛекции 11-1244/58Инверторные преобразователинапряженияЛекции 11-1245/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫКАКИЕ БЫВАЮТ ИНВЕРТОРЫ?АвтономныеЛекции 11-12Зависимые46/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫЗАВИСИМЫЕ ИНВЕРТОРЫЛекции 11-1247/58Преобразователи частотыЛекции 11-1248/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫЗАЧЕМ НУЖНЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ?Преобразователемчастотыназываюттехническоеустройство,осуществляющее преобразование энергии переменного тока одной частотыв энергию переменного тока другой частоты.Лекции 11-1249/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫКАКИЕ БЫВАЮТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ?С непосредственнойсвязью с сетьюС дополнительным звеномпостоянного тока(двухзвенные)КАК УПРАВЛЯЮТСЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ?СпособU вых / fЛекции 11-12Векторноеуправление50/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮЛекции 11-1251/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С НЕПОСРЕДСТВЕННОЙ СВЯЗЬЮПреимущество:- высокий КПД.Недостатки:- ограниченный диапазон регулирования;- сложная схема управления.Лекции 11-1252/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫДВУХЗВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫЛекции 11-1253/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫДВУХЗВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫПреимущество:- широкий диапазонрегулировки.Недостаток:- сложная схема управления.Лекции 11-1254/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫДВУХЗВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫЛекции 11-1255/58ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫДВУХЗВЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫЛекции 11-1256/58СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

Проектирование источников электропитания электронной аппаратуры /О.К.Березин, В.Г.Костиков, Е.М.Парфенов и др.; под ред. В.А.Шахнова. – М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 504 с.2. Kazimierczuk M. Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters. – London: Wiley,2016. – 931 p.3. Dokic B., Blanusa B. Power Electronics. Converters and Regulators. – NY: Springer,2015.

– 599 p.4. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. – М.: Техносфера,2005. – 632 с.5. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи напряжения вустройствах электропитания РЭА. – М.: Радио и связь, 1989. – 158 с.Лекции 11-1257/58Спасибоза внимание.