Лекции 9-10 - Презентация

МГТУ им. Н.Э. БауманаКафедра «Радиоэлектронные системы и устройства»Электропреобразовательныеустройства радиоэлектронных средствЛекции 9-10Импульсные источникиэлектропитанияЛекции 9-102/53ПЛАН ЛЕКЦИИ1.1 Основы импульсной стабилизации1.2 Управление регулирующим элементом1.3 Дроссельные преобразователи напряжения1.4 Конденсаторные преобразователи напряженияЛекции 9-103/53Основы импульсной стабилизацииЛекции 9-104/53ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИСТРУКТУРА ТИПОВОГО ИМПУЛЬСНОГО ИЭПСТРУКТУРА КОНВЕРТОРАK – силовой ключевой элементСУ – система управленияФ – фильтрЛекции 9-105/53ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИЛекции 9-106/53ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИФОРМЫ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО И ИМПУЛЬСНОГОИЭПЛекции 9-107/53ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИЛекции 9-108/53ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИПреобразователинапряженияИндуктивныеДроссельныеЁмкостные• понижающие;• повышающие;• понижающе-повышающие.Однотактные• обратноходовые;• прямоходовые.Двухтактные• полумостовые;• мостовые;• пушпульные.ТрансформаторныеЛекции 9-109/53Управление регулирующимэлементомЛекции 9-1010/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМНА ЧТО ВЛИЯЮТ СПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ?UвхФUвыхСУ• Архитектура источника электропитания• Качество стабилизации• Стоимость• СложностьЛекции 9-1011/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯf Лекции 9-101 constT12/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯУправление по напряжению (voltage mode)ДелительнапряженияИсточниквходногонапряженияДрайверГенератор«пилы»Недостатки:Преимущества:- неустойчивы;- малый диапазон регулирования напряжения;- низкий КПД при малых нагрузках;- невысокое быстродействие.Лекции 9-10- постоянная частота переключения;- отработанные технологии.13/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯУправление по току (current mode)Датчик токаНедостатки:Преимущества:- невысокое быстродействие;- малый диапазон регулирования напряжения;- постоянная частота;- более стабильны;- защита от перегрузок по току.Лекции 9-1014/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯf Недостатки:- сложность фильтрации помех;- более сложная система управления;- большие пульсации при малой нагрузке.Лекции 9-101 varTПреимущества:- высокий КПД при малой нагрузке;- меньшее энергопотребление;- более стабильны.15/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯЭлемент «И»ОдновибраторСиловая частьТоковыйкомпараторЛекции 9-10Элемент «ИЛИ»16/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕЛекции 9-1017/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕГистерезисныйкомпараторНедостатки:Преимущества:- необходимы повышенные пульсациидля работы;- непостоянная частота переключения;- простота системы управления;- всегда стабильны;- высокое быстродействие.Лекции 9-1018/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕЛекции 9-1019/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (COT)ОдновибраторКонденсатор сбольшим ESRНедостатки:Преимущества:- необходимы повышенные пульсациидля работы;- чувствительность к выходному шуму.- постоянная частота переключения;- всегда стабильны;- быстрый отклик.Лекции 9-1020/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (D-CAP)I L  U вх  U выхtвклU вых ~  I L  ESR Недостатки:1LI L8 fC- необходимы повышенные пульсациидля работы;- чувствительность к выходному шуму.Преимущества:- постоянная частота переключения;- быстрый отклик.Лекции 9-1021/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (D-CAP2)Эмулирование пульсации для системы управления (ripple injection)Лекции 9-1022/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (D-CAP2)ВиртуальныепульсацииМалыепульсацииКонденсатор смалым ESRПреимущества:- постоянная частота;- снижены требования к пульсации;- быстрый отклик.Лекции 9-1023/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (D-CAP2)Отработка резкого изменения нагрузкиЛекции 9-1024/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (COT-ERM)Лекции 9-1025/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (COT-ERM)Преимущество:Лекции 9-10нет требований к пульсации выходного напряжения26/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМРЕЛЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ (DCS, D-CAP+)Лекции 9-1027/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЛекции 9-1028/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЛекции 9-1029/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЛекции 9-1030/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМЛекции 9-1031/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМV2-УПРАВЛЕНИЕСиловая частьПреимущества:Лекции 9-10высокие быстродействие и КПД32/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМУСТОЙЧИВОСТЬ СТАБИЛИЗАЦИИG  KСК  K A  KФ  K ДН  K ШИМЛекции 9-1033/53УПРАВЛЕНИЕ РЕГУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМУСТОЙЧИВОСТЬ СТАБИЛИЗАЦИИf po 12 LCf zo Лекции 9-1012 RС C34/53Дроссельные преобразователинапряженияЛекции 9-1035/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬVT открыт: uL  U вх  U выхVT закрыт: uL  U выхT11diL  uL dt ; iL   uL dt.L0LТак как iL  0 , тоTDTT0 uL dt  0 U вх  U вых  dt  DT  U вых  dt  0Лекции 9-1036/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬDT Uвх U вых  dt 0  U  dt  0;выхDTU вых U вых Лекции 9-10txDTU вх ;tx2U вх.8Lf1 1 2D RН37/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬVT открыт: uL  U вхVT закрыт: uL  U вх  U выхTТак как u dt  0 , тоL0U вх D  U вх  U вых  1  D   0;U вых Лекции 9-10U вх.1 D38/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩЕ-ПОВЫШАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(инвертирующий)VT открыт: uL  U вхVT закрыт: uL  U выхTТак как u dt  0 , тоL0U вх D  U вых 1  D   0;U вых  U вхЛекции 9-10D.1 D39/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩЕ-ПОВЫШАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(схема Поликарпова-Кука)U вых  U вхtвкл;tвыклU С1  U вх  U вых .Лекции 9-1040/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩЕ-ПОВЫШАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(схема Поликарпова-Кука)Лекции 9-1041/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯПОНИЖАЮЩЕ-ПОВЫШАЮЩИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ(схема SEPIC)U вых Лекции 9-10U вх D1 D42/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 9-1043/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУНАПРАВЛЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИПрименение:- электромобили;- устройства бесперебойного электропитания;- ветрогенераторы и т.

д.Лекции 9-1044/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУНАПРАВЛЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИЛекции 9-1045/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУНАПРАВЛЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИЛекции 9-1046/53ДРОССЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУНАПРАВЛЕННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИVSПреимущества:- симметричная схема;- только два ключа;- малые пульсации тока на входе ивыходе;- широкий диапазон напряжений;- защита от короткого замыканияЛекции 9-1047/53Конденсаторные преобразователинапряженияЛекции 9-1048/53КОНДЕНСАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯУДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 9-1049/53КОНДЕНСАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯДВУХТАКТНЫЙ УДВОИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯЛекции 9-1050/53КОНДЕНСАТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯСПОСОБЫ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЯС пропуском импульсовЛекции 9-10С постоянной частотой51/53СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.

Kazimierczuk M. Pulse-width Modulated DC-DC Power Converters. – London: Wiley,2016. – 931 p.2. Dokic B., Blanusa B. Power Electronics. Converters and Regulators. – NY: Springer,2015. – 599 p.3. Mahnashi Y., Peng F. Generalization of the Fundamental Limit Theory in SwitchedCapacitor Converter // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2017.

– Vol. 32. –№ 9. – P. 6673-6676.4. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. – М.: Техносфера,2005. – 632 с.5. Бокуняев А.А. Релейные стабилизаторы постоянного напряжения. – М.:Энергия, 1978. – 88 с.6. Redl R., Sun J. Ripple-based control of switching regulators – an overview // IEEETransactions on Power Electronics.

– 2009. – Vol. 24. – № 12. – P. 2669-2680.7. Кастров М.Ю. Причины ограничения выходного напряжения понижающихпреобразователей постоянного напряжения // Практическая силоваяэлектроника. – 2009. – № 3. – С. 50-51.Лекции 9-1052/53Спасибоза внимание.