Document

Elektroniczne Układy i
Systemy Zasilania
Wykład 6
Politechnika Śląska w Gliwicach
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
dr inż. Ryszard Siurek
Przetwornica jednotaktowa – przeciwsobna
(ang. push-pull converter)
T1
Uwe
Ip1
Iw1 D1
L
Cwe
t1 T
T2
t2T
Dt
Zp1
Zw1
Zp2
Zw2
Ip2
Iw2 D2
C
R0
U0
t1 - czas załączenia T1
t2 - czas załączenia T2
Zp1  Zp2
Dt - czas przerwy pomiędzy
impulsami sterującymi
Zw1  Z w2
t1  t2
Zp1 Zp2 Up1 Up2



n
Z w1 Z w2 Uw1 Uw2
przekładnia transformatora
Analiza pracy przetwornicy jednotaktowej – przeciwsobnej
Takt I T1 – włączony, D1-przewodzi, D2 -wyłączona
L
ID1
T1 IT1
D1
UT1 Zp1
Uwe
Uwe Zp2
Zw1 Uwe U
1
n
Uwe
Zw2
n
C
R0
FM
U0
IT1
UT2
Dt T1,T2 – wyłączony, D1-przewodzi, D2 -przewodzi
T1
ID1 D1 IL L
IT1
Uwe UT1 0 Zp1
Zw1 0
IM
0 Zp2
Zw2 0
D2
0 C
ID2
UT2
R0
IL  ID1  ID2
IM  ID1  ID2
Uwe UT1
IT1
Zp1
T2 Uwe Zp2
UT2
ID1
D1
Zw1 Uwe U
1
n
Uwe
Zw2
n D2
t1
T
U0
UT1
2Uwe
Uwe
Takt II T2 – włączony, D1-wyłączona, D2 -przewodzi
T1
IT2
UT2
L
C
R0
U0
U1
IL
Takt I Dt Takt II
U0
Przedstawienie zjawisk w rdzeniu magnetycznym na
krzywej magnesowania – zjawisko nasycenia
Przetwornica jednotaktowa
jednotranzystorowa
Bs
B T 
Bs
H
B T 
A
 M 
H
H  I Z
lg
Nasycanie rdzenia dla nieprawidłowo zaprojektowanego transformatora
M  BS
-Bs
-Bs
iM(t)
F M IM
FMmax
prąd
magnesowania
t
prąd
rozmagnesowania
IMmax
t1
A
 M 
Ip
FM
IM
t
iw* (t)
t
Przetwornica jednotaktowa
przeciwsobna
Bs
B T 
Bs
H
A
 M 
H
H  I Z
lg
-Bs
prąd
magnesowania
IMmax
-Bs
prąd
przemagnesowania
F M IM
Fs
FMmax
Dt
FMmax
A
 M 
Nasycanie rdzenia przy
niesymetrycznym sterowaniu tranzystorów
t1  t2
M  BS
FM
B T 
t1
t2
t1 > t2
Nasycenie rdzenia jako wynik niewłaściwego
rozmagnesowania (przemagnesowania) transformatora
FM
B T 
Bs
Nasycenie w wyniku niesymetrii
w układzie przeciwsobnym
S  BS  S
t
H
Ip
A
 M 
t
H  I Z
lg
Przetwornica jednotaktowa
jednotranzystorowa
M  BS
IT1
t
-Bs
IT2
t
Przetwornica przeciwsobna
Nasycenie rdzenia dławika wyjściowego
B T 
IL
Bs
B0
I1
DB
I0
DH
H
H0(I0)
t
A
 M 
H1(I1)
Ip
H0 
I0  ZL
lg
-Bs
t
ls
S
lg
Popularne odmiany przetwornicy przeciwsobnej
Przetwornica półmostkowa
Przetwornica mostkowa
T1
Uwe
T2
C1
T1
1
U we
2
Uwe
D1
T3
D2
U0
T4
Takt I - włączony T1 i T4, dioda D2 przewodzi
Dt
- tranzystory wyłączone, obie diody
przewodzą
Takt II - włączony T2 i T3, dioda D1 przewodzi
Cechy charakterystyczne:
1.Tylko jedno uzwojenie pierwotne
2.UTmax = Uwe
3.Skomplikowane sterowanie tranzystorów
Struktura stosowana przy dużych mocach
(powyżej 1 kW)
D1
1
U we
2
C2
D2
U0
T2
Takt I - włączony T1, dioda D2 przewodzi
Dt
- tranzystory wyłączone, obie diody
przewodzą
Takt II- włączony T2, dioda D1 przewodzi
Cechy charakterystyczne:
1. Tylko jedno uzwojenie pierwotne
2. UTmax = Uwe
3. Średnio skomplikowane sterowanie
tranzystorów
4. Dwukrotnie większy prąd tranzystorów
5. Autokorekcja niesymetrii (C1, C2)
Struktura stosowana przy średnich mocach
(200W – 1000W)
Porównanie podstawowych przebiegów po stronie wtórnej
przetwornicy jednotranzystorowej i przeciwsobnej
jednotranzystorowa (forward)
U1
Uwe
n
IL(IC)
t
ΔIL' 
U0
Uwe
n
gdy
g = 0,5
T
U1 - U 0
t
L
przeciwsobna (push-pull)
U1
Uwe
n
U0
IL(IC)
t1
U0max  0,5
T
Uwe
n
Dla takiego samego napięcia wyjściowego
konieczna jest większa przekładnia „n”, a
więc mniej zwojów po stronie wtórnej.
U0max 
Mniejsza składowa zmienna prądu w
dławiku wyjściowym i w kondensatorze.
Porównanie przetwornicy jednotranzystorowej i
przeciwsobnej
jednotranzystorowa (forward)
 transformator magnesowany tylko w
jedna stronę (I-sza ćwiartka)
 większy rdzeń transformatora
 maksymalne napięcie na tranzystorze
UT > 2 Uwe
 pojedyncze uzwojenie wtórne
 większa liczba zwojów uzwojenia
wtórnego (większa szczytowa wartość
napięcia wtórnego)
 współczynnik wypełnienia ograniczony
do 0,5
 konieczny układ rozmagnesowania
 większe wartości indukcyjności
dławika i kondensatora wyjściowego
 pojedynczy tranzystor przełączający
 prosty układ sterowania tranzystora
 większe wartości prądu skutecznego
w kondensatorze wyjściowym
przeciwsobna (push-pull)
 transformator magnesowany tylko w obie
strony (I-sza i IV ćwiartka )
 mniejszy rdzeń transformatora
 maksymalne napięcie na tranzystorze
UT = 2 Uwe
 podwójne uzwojenie wtórne
 mniejsza liczba zwojów uzwojenia
wtórnego (mniejsza szczytowa wartość
napięcia wtórnego)
 współczynnik wypełnienia teoretycznie
może osiągnąć wartość 1
 mniejsze wartości indukcyjności
dławika i kondensatora wyjściowego
 dwa lub więcej tranzystorów przełączających
 skomplikowany układ sterowania tranzystorów
 mniejsze wartości prądu skutecznego
w kondensatorze wyjściowym