Лекции 9-10 - Конспекты (1095378), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

В результате вданной схеме использован на один дроссель и на один конденсатор больше.Тем не менее вряд ли это можно считать недостатком данной схемы, еслипредъявляются жёсткие требования по пульсациям напряжения как на входе,так и на выходе.68Электропитание РЭАГлава 7.1Рисунок 7.37 – Другой вариант схемы двухключевого неинвертирующегопреобразователяРегулировочная характеристика данной схемы такая же, как и для любогопонижающе-повышающего ПН.Как и в прошлой схеме, возможны два алгоритма управлениятранзисторами:1. Транзисторы VT1 и VT2 коммутируются синхронно, работаяодновременно в режиме ШИМ.2.

Транзисторы VT2 и VT2 работают различным образом в зависимости отсоотношений между входом и выходом.При U вх. мин  U вх  U вых в режиме ШИМ работает транзистор VT1, атранзистор VT2 постоянно включен. При U вых  U вх  U вх. макс в режиме ШИМработает транзистор VT2, а транзистор VT1 выключен.

По сравнению спредыдущей схемой данный ПН требует меньшей установленной мощностиэлементов, обеспечивая низкие пульсации на входе и выходе при болеевысоком КПД.В таблице 7.1 приведены параметры основных топологий рассмотренныхвыше дроссельных ПН.Таблица 7.1 – Параметры основных топологий преобразователей напряженияТопологияПараметрРегулировочнаяхарактеристикаBuckBoostBuck-BoostSEPICU выхDU вхU вых1U вх 1  DU выхDU вх1 DU выхDU вх 1  D69Электропитание РЭАПараметрГлава 7.1ТопологияBuckBoostBuck-BoostSEPICТок стокаIНIН1 DIН1 DIН D1 DНапряжение стокистокСредний ток черездиодОбратноенапряжение надиодеU вхU выхU вх  U выхU вх  U выхI Н 1  D IНIНIНU вхU выхU вх  U выхU вх  U вых7.4.4 Двунаправленные преобразователи (bidirectional)До этого были рассмотрены ПН, которые однозначно обеспечивалипередачу полезной энергии со входа на выход – то есть однонаправленные ПН.Однако в последнее время получили большое внимание из-за растущейпотребности в системах с возможностью двунаправленной передачи энергиитакназываемыедвунаправленные(реверсные,инверсные)ПН.Ихотличительной особенностью является возможность передачи энергии как совхода на выход, так и наоборот – с выхода на вход.Помимо традиционного применения в приводах постоянного тока срекуперацией энергии двунаправленные ПН пригодны для таких новыхприложений, как хранение энергии в системах возобновляемых источниковэлектроэнергии, в топливных элементах, в электромобилях и устройствахбесперебойного электропитания.Из-за непостоянства работы большинства возобновляемых источниковэлектроэнергии (солнечные элементы, ветрогенераторы) они практическинепригодны для автономной работы в качестве единственного источникаэлектроэнергии.

Общим решением для преодоления этой проблемы являетсяиспользование накопителей электроэнергии для поддержания плавной инепрерывной передачи энергии в нагрузку.Наиболеераспространённымииэкономичныминакопителямиэлектроэнергии в диапазоне средней мощности являются аккумуляторы и70Электропитание РЭАГлава 7.1суперконденсаторы. Поэтому для обмена энергией между накопителем иостальной частью системы электропитания необходим ПН – и он долженобеспечивать двунаправленную передачу мощности с гибким управлением вовсех режимах работы. Структура такой системы электропитания приведена нарисунке 7.38.Рисунок 7.38 – Система электропитания с двунаправленными ПНДПН – двунаправленный преобразователь напряженияВместе с тем, например, в электромобилях ПН должны связывать цепи сразличнымиуровняминапряженияпостоянноготока.Например,дляэлектропитания электродвигателя необходимо преобразовать напряжение (200300) В аккумулятора в 500 В.

Поэтому высокий КПД, компактный размер ивысокая надёжность – важные требования для двунаправленных ПН,используемых в таких приложениях.Все двунаправленные ПН можно разделить на ПН с гальваническойразвязкой и без неё. Последние, очевидно, проще и обладают лучшимихарактеристиками, однако гальваническая изоляция необходима во многихприложениях и предписана различными стандартами.Как было указано выше, рассмотренные ранее базовые топологии ПН неимеют возможности осуществления двунаправленного потока мощности. Этоограничение обусловлено наличием диодов в их структуре, что предотвращаетобратный ток потока.71Электропитание РЭАГлава 7.1Однако однонаправленный ПН можно превратить в двунаправленный,заменив диоды на управляемые вентили – транзисторы. Как пример, на рисунке7.39 показана трансформация структур понижающего и повышающего ПН засчёт замены диодов на полевые транзисторы.Рисунок 7.39 – Трансформация однонаправленного преобразователянапряжения в двунаправленныйНа рисунке 7.40 приведена диаграмма работы двунаправленного ПН,схема которого показана на рисунке 7.39.

Когда энергия передается со входа навыход, ПН работает как понижающий, при этом транзистор VT1 попеременновключается-выключается, а VT2 постоянно выключен. При передаче энергии свыхода на вход ПН работает как повышающий, при этом транзистор VT1постоянно выключен, а VT2 попеременно включается-выключается.Отметим, что наличие дросселя на стороне выхода благоприятносказывается на снижении пульсации тока при заряде аккумуляторов, чтоповышает эффективность заряда и продлевает срок службы аккумулятора.Вместе с тем схема двунаправленного ПН, приведённого на рисунке 7.39,имеет ряд недостатков, среди которых отсутствие гальванической развязки, атакже то, что ПН может работать только либо как понижающий (в прямомнаправлении), либо как повышающий (в обратном направлении).72Электропитание РЭАГлава 7.1Рисунок 7.40 – Диаграмма работы двунаправленного преобразователяДля устранения указанных недостатков может быть использована другаяструктура ПН, которая обеспечивает понижающе-повышающее преобразованиекак в прямом, так и в обратном направлениях.

На рисунке 7.41 показанаструктура такого ПН. Когда энергия передаётся со входа на выход, а U вх  U вых ,транзисторы VT1 и VT2 попеременно включаются-выключаются, VT3 выключени VT4 постоянно включен. Если U вх  U вых , то транзистор VT1 постоянновключен, VT2 выключен, а VT3 и VT4 попеременно включаются-выключаются.При передаче энергии с выхода на вход все транзисторы работают аналогично сточностью наоборот.Рисунок 7.41 – Четырёхключевая схема двунаправленного ПН73Электропитание РЭАГлава 7.1В настоящее время в литературе описана ещё одна четырёхключеваятопологияпонижающе-повышающеготопология.ОнапредставляетиздвунаправленногосебякомбинациюПН–split-piповышающегоипонижающего ПН, у которых вместо диодов использованы транзисторы.

Своёназвание ПН получил из-за установленных на входе и выходе транзисторногомоста П-фильтров. Схема split-pi ПН приведена на рисунке 7.42.Рисунок 7.42 – Схема split-pi преобразователяСовершенной можно считать схему двунаправленного ПН, приведённуюна рисунке 7.43 Она обладает следующими преимуществами по сравнению свыше описанными:- полностью симметрична;- имеет малые пульсации тока как на входе, так и на выходе;- имеет только два ключа, что упрощает СУ;- может работать в широком диапазоне входных и выходных напряжений;- имеет защиту от короткого замыкания.Рисунок 7.43 – Схема симметричного двунаправленного преобразователя74Электропитание РЭАГлава 7.17.4.5 Методика расчёта силовой части преобразователейИсходными данными при расчёте силовой части ПН являются:- входное напряжение Uвх и его пределы изменения αмакс и αмин;- максимальное и минимальное значения тока нагрузки IН_макс и IН_мин;- частота преобразования f;- пульсации выходного напряжения ΔUвых~;- коэффициент стабилизации KU.При электропитании ПН от выпрямителя номинальное значение входногонапряжения Uвх определяется по результатам расчёта выпрямителя с учётомотклонения напряжения сети.Для примера рассчитаем силовую часть понижающего ПН.

Исходныеданные:сетьU вых  12 В ;–аккумуляторнаяI Н _ макс  1 А ;батареяU вх  24 В ; макс   мин  0,1 ;f  20 кГц ;U вых ~  0,01 В ;I Н _ мин  0,5 А ;KU  100 .1. Определяют минимальное Uвх_мин и максимальное Uвх_макс значениявходного напряжения:U вх _ мин  U вх 1   мин  ; U вх _ мин  U вх 1   мин  .(7.98)Для рассматриваемого примера U вх _ мин  21,6 В и U вх _ макс  26,4 В .Находят максимальный и минимальный коэффициенты заполнения:Dмакс U выхU вых; Dмин .U вх _ минU вх _ макс(7.99)Для рассматриваемого примера Dмакс  0,56 и Dмин  0, 45 .2. Определяют значение критической индуктивности Lкр, при которойреализуется режим непрерывных токов дросселя:Lкр U вых 1  Dмин .2 I Н _ мин f(7.100)По значению Lкр выбирают унифицированный дроссель с учётомследующих условий:75Электропитание РЭАГлава 7.1- частота преобразования должна быть меньше или равна рабочей частотедросселя;- индуктивность дросселя должна быть меньше или равна Lкр;- максимальный ток подмагничивания Iпод_макс должен быть больше илиравен IН_макс.Выбрав тип дросселя, находят его омическое сопротивление RL.Для рассматриваемого примера Lкр  0,33 мГн .

Характеристики

Список файлов лекций