Дар як мақола топологияи таъмини қувваи барқро шарҳ диҳед

Топологияи схема ба пайвастшавӣ байни дастгоҳҳои барқ ​​​​ва ҷузъҳои электромагнитӣ дар занҷир дахл дорад, дар ҳоле ки тарҳрезии ҷузъҳои магнитӣ, схемаҳои ҷуброни даври пӯшида ва ҳама ҷузъҳои дигари схема аз топология вобаста аст. Топологияҳои асосӣ инҳоянд: Buck, Boost ва Buck/Boost, парвози ягонаи анҷомдода (парвози ҷудошуда), ба пеш, кашолакунӣ, нимпул ва конвертерҳои пурра. Тақрибан 14 топологияи умумӣ барои таъминоти барқии режими коммутатсионӣ мавҷуданд, ки ҳар кадоми онҳо хусусиятҳо ва сенарияҳои татбиқшавандаи худро доранд. Принсипи интихоб аз он вобаста аст, ки он дорои қувваи баланд ё камқувват, баромади баландшиддат ё пастшиддат аст ва оё он ба қадри имкон камтар ҷузъҳоро талаб мекунад. Интихоби дурусти топология ва шинос шудан бо афзалиятҳо, нуқсонҳо ва татбиқи топологияҳои гуногун хеле муҳим аст. Интихоби нодуруст ногузир ба нокомии тарҳи таъминоти барқ ​​аз аввал оварда мерасонад.

Дар ин мақола, мо топологияҳои зина боло, зина боло ва зина болоро аз нуқтаи назари гуногун меомӯзем.

Табдилдиҳандаи Бак

Тасвири 1 диаграммаи схематикии конвертери асинхронии бак мебошад. Табдилдиҳандаи бак шиддати вуруди худро ба шиддати камтари баромад коҳиш медиҳад. Вақте ки калиди Q1 фурӯзон мешавад, энергия ба терминали баромад интиқол дода мешавад.

Расми 1: Диаграммаи схематикии конвертери асинхронӣ

Формула 1 давраи вазифаро ҳисоб мекунад:

Формула 2 фишори максималии транзистори нимноқилҳои оксиди металлӣ (MOSFET) -ро ҳисоб мекунад:

Формула 3 фишори максималии диодро таъмин мекунад:

Vin шиддати даромад, Vout шиддати баромад ва Vf шиддати пешбарии диод мебошад.

Дар муқоиса бо танзимгари хаттӣ ё танзимгари тарки паст (LDOs), фарқияти байни шиддати вуруд ва шиддати баромад ҳар қадар зиёдтар бошад, самаранокии конвертери бак ҳамон қадар баландтар аст.

Гарчанде ки конвертери бак дар даромадгоҳ ҷараёни импулс дорад, ҷараёни баромад аз сабаби мавҷудияти филтри конденсатори индукторӣ (LC) дар баромади конвертер пайваста аст. Дар натиҷа, мавҷи шиддат дар терминали воридотӣ дар муқоиса бо мавҷ дар терминали баромад калонтар хоҳад буд.

Барои конвертерҳои бак бо давраҳои хурди корӣ ва ҷараёни баромади аз 3А зиёдтар, тавсия дода мешавад, ки ислоҳкунакҳои синхронӣ истифода шаванд. Агар таъминоти барқи шумо ҷараёни баромади аз 30А зиёдтарро талаб кунад, тавсия дода мешавад, ки марҳилаҳои бисёрфазаӣ ё байниҳамдигарии барқро истифода баред, зеро ин метавонад фишори ҷузъҳоро ба ҳадди ақалл кам кунад, гармии тавлидшуда дар байни марҳилаҳои зиёди барқ ​​​​таксим кунад ва мавҷи инъикосро дар вуруди конвертер коҳиш диҳад.

Ҳангоми истифодаи N-FET, давраи корӣ маҳдуд аст, зеро конденсатори пурборшаванда бояд дар ҳар як давраи гузариш пур карда шавад. Дар ин ҳолат, давраи ҳадди ниҳоии вазифа дар ҳудуди 95-99% аст.

Табдилдиҳандаҳои Бак одатан дорои хусусиятҳои хуби динамикӣ мебошанд, зеро онҳо сохтори топологияи пешқадам доранд. Маҷрои дастрасшаванда аз сифати пурқувваткунандаи хато ва басомади интихобшудаи гузариш вобаста аст.

Дар расмҳои 2 то 7 шаклҳои мавҷҳои шиддат ва ҷараёни FET, диод ва индуктор дар реҷаи интиқоли доимӣ (CCM) дар конвертерҳои асинхронии бак нишон дода шудаанд.

Табдилдиҳандаи пурқувват

Табдилдиҳандаи пурқувват шиддати вуруди худро ба шиддати бештари баромад зиёд мекунад. Вақте ки коммутатори Q1 ғайриноқил аст, энергия ба терминали баромад интиқол дода мешавад. Расми 8 диаграммаи схематикии табдилдиҳандаи асинхронӣ мебошад.

Расми 8: Диаграммаи схематикии табдилдиҳандаи асинхронӣ

Формула 4 давраи вазифаро ҳисоб мекунад:

Формула 5 фишори максималии MOSFET-ро ҳисоб мекунад:

Формула 6 фишори максималии диодро таъмин мекунад:

Vin шиддати даромад, Vout шиддати баромад ва Vf шиддати пешбарии диод мебошад.

Бо истифода аз табдилдиҳандаи пурқувват, ҷараёни баромади импулсро дидан мумкин аст, зеро филтри LC дар охири вуруд ҷойгир аст. Аз ин рӯ, ҷараёни вуруд муттасил аст ва мавҷи шиддати баромад аз мавҷи шиддати даромад зиёдтар аст.

Ҳангоми тарҳрезии табдилдиҳандаи пурқувват, муҳим аст, ки донед, ки ҳатто агар табдилдиҳанда иваз накунад ҳам, пайвасти доимӣ аз вуруд ба баромад вуҷуд хоҳад дошт. Барои пешгирии ҳодисаҳои эҳтимолии ноқилҳои кӯтоҳ дар охири баромад чораҳои пешгирикунанда андешида шаванд.

Барои ҷараёнҳои баромади зиёда аз 4А, барои иваз кардани диодҳо бояд ислоҳкунакҳои синхронӣ истифода шаванд. Агар таъминоти барқ ​​бояд ҷараёни баромади аз 10А зиёдтарро таъмин кунад, ба таври қатъӣ тавсия дода мешавад, ки усулҳои марҳилаи қувваи бисёрфазавӣ ё байниҳамдигарӣ истифода шаванд.

Ҳангоми кор дар реҷаи CCM, хусусиятҳои динамикии конвертери пурқувват аз сабаби нуқтаи сифри нимҳавои рости (RHPZ) функсияи интиқоли он маҳдуд аст. Аз сабаби қобилияти ҷуброн кардани RHPZ, фарохмаҷрои дастрас одатан камтар аз панҷяк то як даҳяки басомади RHPZ хоҳад буд.

Лутфан ба формулаи 7 муроҷиат кунед:

Дар байни онҳо, Vout - шиддати баромад, D - давраи вазифа, Iout - ҷараёни баромад ва L1 - индуктивии табдилдиҳандаи пурқувват.

Дар расмҳои 9 то 14 шаклҳои мавҷҳои шиддат ва ҷараёни FET, диод ва индуктор дар реҷаи CCM дар конвертерҳои асинхронии пурқувват нишон дода шудаанд.

Табдилдиҳандаи пурзӯри Buck

Табдилдиҳандаи пурзӯри пул маҷмӯи марҳилаҳои пурқувват ва пурқувват аст, ки як индукторро мубодила мекунанд.

Ба расми 15 нигаред.

Тасвири 15: Диаграммаи схемавии конвертери пурқувваткунандаи дугона

Топологияи пурзӯр кардани пул хеле амалӣ аст, зеро шиддати вуруд метавонад хурдтар, калонтар ё якхела бо шиддати баромад бошад ва қувваи баромади бештар аз 50 Втро талаб мекунад.

Барои қувваи баромади камтар аз 50 Вт, як табдилдиҳандаи ибтидоии индукторӣ (SEPIC) интихоби камхарҷ аст, зеро он ҷузъҳои камтарро истифода мебарад.

Вақте ки шиддати воридотӣ аз шиддати баромад зиёд аст, конвертери пурзӯр дар реҷаи бак кор мекунад; Вақте ки шиддати даромад аз шиддати баромад камтар аст, он дар ҳолати пурқувват кор мекунад. Вақте ки конвертер дар минтақаи интиқол кор мекунад, ки шиддати вуруд дар доираи шиддати баромад аст, ду мафҳум барои ҳалли ин ҳолатҳо вуҷуд дорад: ё марҳилаҳои бак ва афзоиш ҳамзамон фаъоланд, ё давраи гузариш дар байни марҳилаҳои бак ва афзоиш иваз мешавад, ки ҳар кадоми онҳо одатан дар нисфи басомади муқаррарии коммутатсионӣ кор мекунанд. Консепсияи дуюм метавонад дар баромад садои субгармониро ба вуҷуд орад ва дар муқоиса бо амалиёти муқаррарии бак ё пурзӯр, дақиқии шиддати баромад он қадар дақиқ набошад, аммо дар муқоиса бо консепсияи аввал, конвертер самараноктар хоҳад буд.

Топологияи пурзӯр кардани пул ҷараёнҳои импулсро ҳам дар охири вуруд ва ҳам баромад дорад, зеро дар ҳарду самт филтри LC вуҷуд надорад.

Барои конвертерҳои пурқуввати пул, марҳилаҳои барқро барои ҳисобкунӣ алоҳида истифода бурдан мумкин аст.

Табдилдиҳандаи пурзӯр бо ду коммутатор барои диапазони қувваи байни 50 Вт ва 100 Вт мувофиқ аст (ба монанди LM5118) ва қудрати ислоҳи синхронӣ метавонад ба 400 Вт (ҳамон тавре ки LM5175) мерасад. Тавсия дода мешавад, ки як ислоҳкунандаи синхронӣ бо ҳамон маҳдудияти ҷорӣ ҳамчун марҳилаҳои ғайрифаъол ва пурқувваткунандаи барқ ​​истифода шавад.

Ба шумо лозим аст, ки шабакаи ҷубронкуниро барои табдилдиҳандаи пурқувват барои марҳилаи афзоиш тарҳрезӣ кунед, зеро RHPZ фарохмаҷрои танзимкунандаро маҳдуд мекунад.

Сохторҳои умумии асосии топологӣ

■Коҳиш додани шиддати Бак

■Бозотро пурзӯр кунед

■Коҳиш додани шиддати Buck Boost

■Бозгашти парвоз

■Ба пеш Ба пеш

■Ду трансформатор Ба пеш транзистори дугона ба пеш

■Пеш кашед

■Ним купрук Ним купрук

■Пурра

■ SEPIC

■ Чук

1、 Шакли мавҷи модуляцияи паҳнои набзи асосӣ

Ин сохторҳои топологӣ ҳама ба схемаҳои режими коммутатсионӣ алоқаманданд ва шакли мавҷи асосии модулятсияи паҳнои импулс ба таври зерин муайян карда мешавад:

2, Бак

Хусусият:

■Даромадро ба шиддати пасттар кам кунед.

■Ин метавонад соддатарин схема бошад.

■Филтри индуктор/конденсатор пас аз гузариш мавҷи квадратиро ҳамвор мекунад.

■Баромад ҳамеша аз даромад камтар ё баробар аст.

■ Ҷараёни вуруд қатъист (бурида).

Ҷараёни баромади ҳамвор.

3, Баланд бардоштани

Хусусият:

■Даромадро ба шиддати баландтар бардоред.

■Монанди паст кардани шиддат, вале бо аз нав танзимшудаи индукторҳо, коммутаторҳо ва диодҳо.

■Баромад ҳамеша аз даромад зиёд ё баробар аст (нодида гирифтани пастшавии шиддати пеш аз диод).

■Ҷараёни вуруди ҳамвор.

■ Ҷараёни баромади қатъӣ (буридан).

4, Бак-Боост

Хусусият:

■Усули дигари танзими индукторҳо, коммутаторҳо ва диодҳо.

■Муттахид намудани камбудихои хам схемахои поин ва хам болобардор.

■ Ҷараёни вуруд қатъист (бурида).

■Ҷараёни баромад низ қатъист (бурида).

■Баромад ҳамеша муқобили вуруд аст (қутбияти конденсаторро қайд кунед), аммо амплитуда метавонад аз даромад хурдтар ё калонтар бошад.

■Табдилдиҳандаи "парвоз" воқеан дар шакли изолятсияи зина ба зина боло (пайванди трансформатор) аст.

5, Парвоз

Хусусият:

■Он мисли як схемаи пурзӯр кор мекунад, аммо индуктор ду печ дорад, ки ҳам ҳамчун трансформатор ва ҳам ҳамчун индуктор амал мекунанд.

■Баромади он метавонад мусбат ё манфӣ бошад, ки аз рӯи қутбнокии кат ва диод муайян карда мешавад.

■Шилдати баромад метавонад аз шиддати даромад, ки бо таносуби гардиши трансформатор муайян карда мешавад, зиёд ё камтар бошад.

■Ин соддатарин сохтори топологияи ҷудошуда мебошад.

■Илова кардани печҳо ва схемаҳои дуюмдараҷа метавонад боиси якчанд баромадҳо гардад.

6, Ба пеш

Хусусият:

■Шакли пайвасткунии трансформатори схемаи поён.

■Ҷараёни вуруди қатъӣ, ҷараёни баромади ҳамвор.

■Аз сабаби истифодабарии трансформаторҳо, баромад метавонад аз даромад зиёд ё камтар бошад ва ҳар гуна қутбӣ дошта бошад.

■Илова кардани печҳо ва схемаҳои дуюмдараҷа метавонад натиҷаҳои сершумор ба даст орад.

■Дар давоми хар як давраи гузариш ядрои трансформатор бояд демагнетизатсия карда шавад. Амалияи маъмул ин илова кардани печ бо шумораи гардишҳо бо печи ибтидоӣ мебошад.

■Энергияе, ки дар индуктори ибтидоӣ дар марҳилаи фурӯзон нигоҳ дошта мешавад, тавассути печҳои иловагӣ ва диодҳо дар марҳилаи хомӯшкунӣ хориҷ карда мешавад.

7, Ба пеш ду транзистор

Хусусият:

■Ду коммутатор дар як вакт кор мекунанд.

■Вақте ки коммутатор ҷудо карда мешавад, энергияи дар трансформатор захирашуда қутби ибтидоиро баръакс мекунад ва боиси гузарониши диод мегардад.

Афзалиятҳои асосӣ:

■Шаддати ҳар як коммутатор ҳеҷ гоҳ аз шиддати даромад зиёд нахоҳад буд.

■Аз нав танзим кардани треки печдор лозим нест.

8, тела-каш

Хусусият:

■Гузариш (FET) фазаҳои гуногунро идора мекунад ва барои танзими шиддати баромад модуляцияи паҳнои импулсро (PWM) иҷро мекунад.

■Коэффициенти хуби истифодабарии ядрохои магнитии трансформатор — интиқоли қувва дар ҳарду ним давра.

■Сохтори топологияи пурраи мавҷҳо, бинобар ин, басомади мавҷи баромад аз басомади трансформатор ду маротиба зиёд аст.

■Шаддае, ки ба ФЭТ дода мешавад, аз шиддати даромад ду баробар зиёд аст.

9、Нимпул

Хусусият:

■Сохтори топология, ки одатан дар конвертерҳои пуриқтидор истифода мешаванд.

■Гузариш (FET) фазаҳои гуногунро идора мекунад ва барои танзими шиддати баромад модуляцияи паҳнои импулсро (PWM) иҷро мекунад.

■Коэффициенти хуби истифодабарии ядрохои магнитии трансформатор — интиқоли қувва дар ҳарду ним давра. ■Гайр аз ин, суръати истифодабарии печи аввала нисбат ба схемаи тела-каш бехтар аст.

■Сохтори топологияи пурраи мавҷҳо, бинобар ин, басомади мавҷи баромад аз басомади трансформатор ду маротиба зиёд аст.

■Шаддае, ки ба ФЭТ дода мешавад, ба шиддати даромад баробар аст.

10, Пур-пул

Хусусият:

■Сохтори топологияи маъмултарин барои конвертерҳои пуриқтидор.

■ Калидҳо (FETs) дар ҷуфтҳои диагоналӣ идора карда мешаванд ва модуляцияи паҳнои импулс (PWM) барои танзими шиддати баромад анҷом дода мешавад.

■Коэффициенти хуби истифодабарии ядрохои магнитии трансформатор — интиқоли қувва дар ҳарду ним давра.

■Сохтори топологияи пурраи мавҷҳо, бинобар ин, басомади мавҷи баромад аз басомади трансформатор ду маротиба зиёд аст.

■Шаддае, ки ба ФЭТ-хо дода мешавад, ба шиддати даромад баробар аст.

■Дар ќувваи додашуда љараёни ибтидої нисфи ќувваи нисфи купрукро ташкил медињад.

11, SEPIC Табдилдиҳандаи ибтидоии индуктори яктарафа (SEPIC)

Хусусият:

■Шилдати баромад метавонад аз шиддати даромад зиёд ё камтар бошад.

■Мисли занҷири пурқувват, ҷараёни даромад ҳамвор аст, аммо ҷараёни баромад қатъист.

■Энергия аз даромад ба баромад ба воситаи конденсаторхо мегузарад.

■Ду индуктор лозим аст.

12, C'uk (патенти Slobodan C'uk)

Хусусият:

■Баромад дар марҳилаи баръакс.

■Амплитудаи шиддати баромад метавонад аз даромад калон ё камтар бошад.

■Ҷараёни даромад ва ҷараёни баромад ҳамвор аст.

■Энергия аз даромад ба баромад ба воситаи конденсаторхо мегузарад.

■Ду индуктор лозим аст.

■Индуктивӣ метавонад барои ба даст овардани ҷараёнҳои индуктори сифрӣ пайваст шавад.

13, Тафсилоти амалиёти схема

■Дар зер тафсилоти кори якчанд сохторҳои топология шарҳ дода мешавад:

■Танзимгари шиддат: гузариши доимӣ, интиқоли критикӣ, ноқил.

■Танзимгари пурқувват (гузаронандаи доимӣ).

■Амалиёти трансформатор.

■ трансформатори парвозкунанда.

■ Трансформатори пешбаранда.

14、 Танзимгари шиддати Бак интиқоли доимӣ

Хусусият:

■Чараёни индуктор муттасил аст.

■Vout миёнаи шиддати даромади он (V1) мебошад.

■Шаддати баромад махсули шиддати даромад ва таносуби сарбории коммутатор (D) мебошад.

■Вақти пайвастшавӣ, ҷараёни индуктор аз батарея берун мешавад.

■Вақте ки коммутатор хомӯш карда мешавад, аз диод ҷараён мегузарад.

■Ба талафот дар коммутаторхо ва индукторхо сарфи назар карда, D аз чараёни сарборй новобаста аст.

■Хусусиятҳои танзимгари шиддат ва схемаҳои ҳосилшудаи он инҳоянд:

■Ҷараёни вуруди қатъӣ (бурида), ҷараёни баромади доимӣ (ҳамворкунанда).

15、 Танзимгари шиддати Бак гузаронандаи интиқодӣ

■ Ҷараёни индуктор ҳамчунон муттасил аст, аммо ҳангоми аз нав ба кор андохтани коммутатор ба сифр мерасад, ки онро «гузариши интикӣ» меноманд. Шиддати баромад ҳоло ҳам ба шиддати вуруди зарб ба D баробар аст.

16、 Танзимгари шиддати Бак интиқоли қатъшаванда

■ Дар ин маврид кувваи чараён дар индуктор дар як давраи дар хар як давра ба сифр баробар аст.

■Шиддати баромад (ҳамеша) арзиши миёнаи v1 боқӣ мемонад.

■Шаддати баромад махсули шиддати даромад ва таносуби сарбории коммутатор (D) нест.

■Вақте ки ҷараёни сарборӣ аз арзиши критикӣ камтар аст, D бо ҷараёни сарборӣ тағйир меёбад (дар ҳоле ки Vout доимӣ мемонад).

17, Танзимгари пурқувват

■ Шиддати баромад ҳамеша аз шиддати даромад зиёд аст (ё ба он баробар).

■Ҷараёни даромади доимӣ, ҷараёни қатъии баромад (муқобил ба танзимгари шиддат).

■Муносибати байни шиддати баромад ва таносуби сарборӣ (D) мисли танзимгари шиддат оддӣ нест. Дар ҳолати ноқилияти доимӣ:

Дар ин мисол, Vin = 5, Vout = 15 ва D = 2/3. Vout = 15, D = 2/3.

18, Амалиёти трансформатор (аз ҷумла нақши индуктивии ибтидоӣ)

■ Трансформатор трансформатори идеалӣ ҳисобида мешавад, ки индуктивии ибтидоии (магнитонидашудаи) он дар баробари ибтидоӣ пайваст аст.

19, Трансформатори парвоз

■ Индуксияи ибтидоӣ дар ин ҷо хеле паст аст, ки барои муайян кардани қуллаи ҷараён ва энергияи захирашуда истифода мешавад. Вақте ки калиди ибтидоӣ хомӯш карда мешавад, энергия ба дуюмдараҷа интиқол дода мешавад.

20, Трансформатори табдилдиҳандаи пеш

■ Индуктивии ибтидой баланд аст, зеро барои захира кардани энергия зарурат нест.

Ҷараёни магнитизатсия (i1) ба "индуктори магнитизатсия" ҷорӣ шуда, боиси он мегардад, ки ядрои магнитӣ пас аз хомӯш кардани калиди ибтидоӣ демагнетизатсия мешавад (шиддати баръакс).

Хулоса

■ Ин мақола топологияҳои маъмултарини схемаро дар табдили режими ҷории барқ ​​баррасӣ мекунад.

■ Бисёр дигар сохторҳои топологӣ вуҷуд доранд, вале аксарияти онҳо комбинатсия ё вариантҳои топологияи дар ин ҷо тавсифшуда мебошанд.

■ Ҳар як сохтори топология дорои муомилоти беназири тарроҳӣ мебошад:

1) Шиддате, ки ба коммутатор дода шудааст

2) Буридан ва ҳамвор кардани ҷараёнҳои даромад ва баромад

3) Коэффитсиенти истифодаи печ

■ Интихоби топологияи оптималӣ таҳқиқотро дар бораи:

1) Диапазони шиддати вуруд ва баромад

2) доираи ҷорӣ

3) Таносуби хароҷот ба иҷроиш, андоза ба вазн