Document

Elektroniczne Układy i
Systemy Zasilania
Wykład 4
Politechnika Śląska w Gliwicach
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
dr inż. Ryszard Siurek
Ciągłość przepływu prądu (strumienia magnetycznego)
w dławiku sterownika STSI
IL
Uwe
t
Uwe
D U0
Ro
ΔIL  2I 0kr
U0
U0  Uwe
,
U0 >U0
U0
t
C
L
U1
IL
D
T
L
U0
U1
I0
I0kr
prąd krytyczny
ΔIL
L
L
T
I0
t1
2I0kr
1
U0 (  1)
U - U0

 we
t
t
L
L
I0kr  U0
1
t
T
(1   )  U0
(1   )
2L

2L
T
I0kr
I0<I0kr
I0kr 
U0
U
(1   )  we  (1   )
2fL
2fL

t
T
Charakterystyka wyjściowa sterownika STSI
U0
Uwe
U we
U0 
2LI0
1
U weT 2
  0,5
U0  Uwe
W zakresie obciążeń powyżej prądu
krytycznego charakterystyki sterownika STSI są liniowe – łatwa jest
realizacja sprzężenia zwrotnego
W zakresie poniżej prądu krytycznego charakterystyki wyjściowe
stają się silnie nieliniowe, co
powoduje trudności w uzyskaniu
I0
stabilnie działającego sprzężenia
I0kr
zwrotnego.
Obniżenie prądu krytycznego uzyskujemy:
- przez podwyższenie częstotliwości przełączania
- przez zwiększenie indukcyjności dławika
0,5Uwe

Sterownik STSI
- obniża napięcie wejściowe
- bez obciążenia wzrost napięcia wyjściowego do Uwe
- prąd w kondensatorze taki jak w indukcyjności
STEROWNIK IMPULSOWY „SIRT”
Szeregowa Indukcyjność Równoległy Tranzystor
L
ID
IL
TU
T
Uwe
t
D
Io
IC
C
T
~
UC
U0
UC Ro
U0
Założenia:
1.
Dioda D i tranzystor T są idealnymi elementami przełączającymi
2.
Rezystancja szeregowa dławika L jest pomijalna (rL = 0)
3.
Pojemność kondensatora C jest bardzo duża (DUc << Uo)
EL
I takt
Uwe T
D
EC
T – przewodzi, D – nie przewodzi
Io
II takt
EL
D
Uwe T
EC
T – nie przewodzi, D – przewodzi
Io
Analiza podstawowych przebiegów w sterowniku „SIRT”
I takt - schemat zastępczy
ILmin
rL=~ 0 I‘L L
I0
~
UC
IT
Uwe
T0 
,
~
UC << U0
I0 
i (t)  I Lmine

t
T0
U0
 iC (t)
R0
t

U
 we (1  e T0 )
rL
T
ILmin
t
ILmax
IL
Obliczamy IL korzystając z metody superpozycji
'
L
t
t
IT
Ro
U0
L
rL
UT
0<t<t
ΔIL'
ILmin
t
ID
ILmin
t
t
U
t
t
i L' (t)  I Lmin (1  .....)  we (1  1  ...)
T0
rL
T0
<<1
U
U
t
i L' (t)  I Lmin  we
 I Lmin  we t
rL L
L
rL
zmiana prądu w dławiku
U
ΔIL'  we t
L
IC
t
~
UC
Uc(0)
t
t
t
0
0
uC (t)   iC (t)dt  UC (0)  I0 t
II takt - schemat zastępczy
rL=~ 0
Uwe
t<t<T
UT
U0
„
I L
ILmax
L
I0
~
UC
UT
Ro
U0
t
t
IT
T
t
L
T0 
rL
I0 
~
UC << U0
zmiana prądu w dławiku
w stanie ustalonym:
U  Uwe
ΔI   0
(T  t )
L
''
L
ΔIL'   ΔIL''
Uwe
U  Uwe
t 0
(T  t )
L
L
U0 
U0
R0
Τ
Uwe
T -t
ILmax
IL
ΔI
Iwesr
'
L
ILmin
t
ID
t
IC
Funkcja przejścia sterownika SIRT
U0 Uwe 1
1 
Uo > Uwe
t
~
UC
t
t
uC (t)   iC (t)dt
0
Nieciągły przepływ prądu (strumienia magnetycznego)
w sterowniku SIRT
U0
Iwe
DIL

Iwekr
t
’ > 

T
Uwe
z bilansu energetycznego:
Iwesr U we  I 0U 0
Iwesr  I 0
Iwekr 
U0
1
 I0
U we
1
DI L U we

t
2
2L
 I0kr 
U we
 (1   )
2fL
taki sam, jak w STSI
I0kr
Sterownik SIRT
- podwyższa napięcie wejściowe
- nie może pracować bez obciążenia (niekontrolowany
wzrost napięcia wyjściowego)
- duży prąd skuteczny płynący przez kondensator
I0
STEROWNIK IMPULSOWY „STRI”
Szeregowy Tranzystor Równoległa Indukcyjność
T
IT
ID
IL
t
UL
T
L
~
UC
IC
D
Uwe
Io
C
U0
UC Ro
U0
Założenia:
1.
Dioda D i tranzystor T są idealnymi elementami przełączającymi
2.
Rezystancja szeregowa dławika L jest pomijalna (rL = 0)
3.
Pojemność kondensatora C jest bardzo duża (DUc << Uo)
T
I takt
D
EC
Uwe
EL
T – przewodzi, D – nie przewodzi
T
Io
II takt
D
EL EC
Uwe
T – nie przewodzi, D – przewodzi
Io
Analiza podstawowych przebiegów w sterowniku „STRI”
I takt - schemat zastępczy
IT
ILmin
0<t<t
I0
I‘L
UL
L
Uwe
T0 
L
rL
~
UC
Uwe
Ro
U0
~
UC << U0
I0 
U0
 iC (t)
R0
U
ΔI  we t
L
zmiana prądu w dławiku
'
L
II takt - schemat zastępczy
„
ILmax
IL
I0
L
UL
t<t<T
t
T
-U0
IT
ILmin
t
ILmax
IL
ΔIL'
ILmin
ID
~
UC
t
t
ILmax
„
I0=ILsr
Ro
t
U0
IC
zmiana prądu w dławiku
w stanie ustalonym:
Funkcja przejścia
sterownika STRI
ΔIL''  
U0
(T  t )
L
t
ΔIL'   ΔIL''
U0  Uwe 
1 
~
UC
Uc(0)
t
t
uC (t)   iC (t)dt
0
Nieciągły przepływ prądu (strumienia magnetycznego)
w dławiku sterownika STRI
IL
(Fm)
przepływ ciągły
przepływ krytyczny
Ilmaxkr=DIL
t
IT
przepływ nieciągły
t
t1
T
W takcie I ilość gromadzonej w
indukcyjności energii jest stała, a więc przy
zmniejszeniu prądu obciążenia poniżej
poziomu krytycznego (pojawienie się
przepływu nieciągłego) musi zwiększać się
napięcie wyjściowe
t
T
ID
I0kr   i D (t)dt  ... 
0
I0
UL
I0kr I <I
0 0kr
Uwe
t
U0
I0kr 
U0
(1   2 )
2Lf
U0
(1  2 )
2Lf
U we
t
L
I Lmaxkr 
(1)
U 2 2
-U  we
0
2LfI
korzystamy z bilansu energetycznego
0
2
LI Lmaxkr
2

energia zgromadzona
w indukcyjności w takcie I
2
0
U
Τ
R0
(2)
-U0

energia oddana do
obciążenia w całym okresie T

t
  0,5
Uwe
Uwe
LR0
t
L
2T
 < 0,5
U
R0  0
I0
T

U0
2 2
U
we


1 
 > 0,5
z równań (1) i (2) otrzymujemy:
U0 
 U 0  Uwe
I0kr
I0
2LfI0
Sterownik STRI
- podwyższa lub obniża napięcie wejściowe, zmienia biegunowość
- nie może pracować bez obciążenia (niekontrolowany wzrost
napięcia wyjściowego)
- duży prąd skuteczny płynący przez kondensator