Преобразователь напряжения принцип работы: назначение, функции и области применения

Содержание

Как работает инвертор напряжения? Виды, мощность, схемы

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Принцип работы преобразователей напряжения

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Они также называются DC/DC конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания. К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

AC/DC преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

  • трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
  • тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
  • блок управления вентильной группой;
  • емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

  • входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
  • диодный мост;
  • ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
  • ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
  • диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
  • блок управления;
  • выходной LC-фильтр.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называют DC/AC инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Важнейшие характеристики инвертора:

  • частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
  • номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
  • максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
  • значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

  1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
  2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
  3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60...0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Заключение

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

Преобразователь напряжения: применение, классификация, конструкция

Преобразователь напряжения – устройство, изменяющее вольтаж цепи. В литературе зарубежной подразумевается: речь касается цепей переменного напряжения, в противном случае устройство называют преобразователем постоянного тока. Последние рассматриваются полноценными членами семейства.

Назначение преобразователей напряжения

Необходимость использования устройств подобного рода возникает, когда требуется электрический прибор внедрить в регионе, где стандарты промышленных сетей снабжения энергией отличаются от заложенных разработчиками изделия. Частоты и амплитуда напряжения США противопоставлены Европе, России. Видим ряд причин. Тесла заметил: при увеличении частоты возможно драматически снизить вес медной обмотки трансформатора, при достижении параметром значения 700 Гц электричество становится в большой мере безопасным для человеческого организма. Параллельно растут потери сердечников, начинается излучение электромагнитной волны в пространство.

Преобразователь вольтажа цепи

Преобразователь вольтажа

Оценив весомость аргументов, США под влиянием Николы Тесла узаконили частоту 60 Гц. В России (Европе) приняли к сведению доводы прославленного инженера Доливо-Добровольского (обосновал выгодность использования трехфазных сетей). На протяжении Евразии стали эталоном де-факто 50 Гц. Амплитуды напряжения выбирали удобную. 220 вольт опасны для человека, потребитель одновременно затрачивает меньший ток. Сечение медных проводников допустимо ощутимо снизить. Американские 110 вольт переменного тока нельзя считать безопасными полностью. Люди осведомлены, наученные боевиками, не раз главный герой уничтожал врага электрическим разрядом местной энергосети.

Влияние параметров на технику описываются просто:

  1. Частота оборотов двигателя определена амплитудой приложенного напряжения. Скорость вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором напрямую зависит от частоты питающей сети.
  2. Нагревательные приборы рассчитаны на рабочий ток, пропорциональный величине напряжения. Сопротивление преимущественно активное. Мощность изменяется вчетверо (ток берется в квадрате) при аналогичном варьировании между сетями 110/220 вольт. Потребитель ожидает от изделия номинальных параметров, прибор может быть не рассчитан на нестандартную эксплуатацию.
  3. Бытовая техника в составе часто использует напряжения отличные от сетевых со строго определенной амплитудой. Обеспечиваются условия блоком питания. Для нормальной работы требуется преобразователь напряжения.

Зачем мировой практике разные напряжения

Электрификация в массовом порядке велась с начала XX века. Участвовало великое количество людей, каждый преследовал, помимо объективных, собственные интересы. Эдисон продвигал постоянное напряжение, Тесла назло – переменное. Доливо-Добровольский имел основания недолюбливать второго ученого (конфликт интересов в сфере трёхфазных сетей), возможно, частоту 50 Гц ввел наперекор США, Европа прислушалась к мнению более близкого той окрестности инженера.

Что касается СССР, нет сомнений: вольтаж на 220 вольт оставлен только из военных, стратегических соображений противостояния в холодной войне. Диаметр сигареты соответствовал калибру патрона для скорейшего перевода оборудования на выпуск специфической продукции.

Местоположение преобразователей напряжения в общей классификации

С позволения авторов Википедии приведем классификацию преобразователей электроэнергии различного рода, чтобы читатели понимали, где расположился объект сегодняшней беседы:

  • Постоянного тока:
  1. Преобразователи уровня напряжения (обсуждался выше).
  2. Регуляторы напряжения.
  3. Линейный стабилизатор напряжения.
Базовый регулятор линейного напряжения

Базовый регулятор линейного напряжения

  • Переменный ток в постоянный:
  1. Выпрямители.
  2. Блоки питания.
  3. Импульсные стабилизаторы напряжения.
  • Постоянный ток в переменный:
  1. Инверторы.
  • Переменного напряжения:
  1. Трансформаторы различного рода.
  2. Преобразователи напряжения.
  3. Регуляторы напряжения.
  4. Преобразователи формы и частоты напряжения.
  5. Трансформаторы переменной частоты.

Преобразователи напряжения образуют еще два класса. Блоки питания в первую очередь. Каждый содержит в своём составе преобразователь напряжения. Трансформатор. Преобразователи уровня подходят под отечественное определение предмета беседы, выделяются в отдельный класс. Вопрос ставится книгой М.А. Шустова по рассматриваемой теме.

Классификация преобразователей напряжения

Проведём первичную классификацию преобразователей напряжения:

  • В первую очередь, блоки питания аппаратуры. Уверены, читателям близкими покажутся системные блоки персональных компьютеров. Заглянем внутрь. Импульсный блок питания персонального компьютера содержит трансформатор с множеством обмоток, каждая работает на один номинал. Из переменного напряжения 230 (или 110) вольт получается ряд постоянных: +5, -5, +12, -12. Но! Последующим выпрямлением переменного тока диодами Шоттки. Адаптер напряжения встроен в блок питания

    Переключатель напряжения встроен в блок питания

  • Во вторую очередь, адаптеры для локализации оборудования. В большей части бытовой техники опция считается встроенной в блок питания (см. фото). Достаточно переключить тумблер на задней стенке системного блока, изменяя условия работы. Будьте бдительны, избегайте неправильных настроек напряжения, дабы не вывести оборудование из строя.
  • Адаптеры сотовых телефонов, гаджетов нельзя в полной мере назвать преобразователями напряжениями. Скорее модули, включающие предмет сегодняшней темы в свой состав.

Используя обычные трансформаторы или автотрансформаторы для преобразования амплитуды напряжения, помним о частоте. Многие двигатели, сконструированные для работы на 60 Гц, будут перегреваться сетями 50 Гц, пусть амплитуда напряжения соответствует заданной. Что касается встроенных опций блоков питания, далеко не всегда присутствует возможность переключить настройки. Изделие способно маркироваться наклейкой (помимо заводского шильдика), доступно поясняющей условия работы прибора, согласно предназначению. Что касается расхождений между Европой и Россией (230 – 220 = 10 вольт), указанное несоответствие не сильно влияет на работу (есть негативные моменты). Отмечали в предыдущих топиках влияние параметра на срок службы лампочек накала, электронных ламп.

Маркировка наклейкой

Маркировка наклейкой

В соответствии с конструкцией в электронике преобразователи напряжения делят так:

  1. Бестрансформаторные конденсаторные.
  2. С коммутируемыми конденсаторами.
  3. Мультиплексорные.
  4. Импульсные преобразователи.
  5. Импульсные источники питания.
  6. Трансформаторные с импульсным возбуждением.
  7. Автогенераторные.
  8. На пьезоэлектрических трансформаторах.

Конструкция преобразователей напряжения

С ростом частоты увеличиваются потери, вызванные вихревыми токами, в сердечниках трансформаторов. Явление пытаются пресечь путем шихтования. Сердечник разделяется на пластины, с плоскостью параллельной линиям магнитного поля. Используется особая электротехническая сталь с высоким удельным сопротивлением.

По мере роста частоты магнитный поток вытесняется толщей сердечника наружу. Ферромагнитные материалы применяют для увеличения индуктивности. На высоких частотах становится нецелесообразным по указанной выше причине. Магнитная проницаемость перестает расти, нет смысла изготавливать подобный сердечник. На ВЧ широко используются магнитодиэлектрики прессованным порошком. Устраняя потери, созданные вихревыми токами. Сила магнитного потока сильно снижается. Периодичность законов изменения тока, напряжения диктует следующее правило…

Энергия, запасенная преобразователем за период, пропорциональна квадрату емкости или индуктивности системы.

В устройствах используют накопители индуктивного или емкостного типа. Это объясняет применение ферромагнитных материалов блоками питания, объясняет, почему Тесла в опытах шел иным путем. Ученый для создания токов высокой частоты использовал колебательные контуры. Аналогичным путем сегодня движется техника преобразователей напряжения. Для постоянного тока конструкция выглядит такова:

  1. Входное напряжение становится одновременно питающим.
  2. Сердцем преобразователя выступает генератор переменного напряжения. Известный мультивибратор (триггер на двух транзисторах), изображение доступно повсеместно. Иногда выгодно применять готовые микросхемы промышленных серий, инверторы.
  3. Результирующее напряжение переменное, часто прямоугольной формы. При необходимости усиливается, умножается или понижается (при помощи коммутируемых конденсаторов), выпрямляется, получается нужная полярность (преобразователь полярности напряжения). Заметим: эти каскады иногда выполнены на микросхемах. Мультиплексоры широко применяются для коммутации конденсаторов, запасающих мощность.

Преобразователь напряжения не строится напрямую без трансформатора. Однако если отклоняться от строго определения, удастся решить разнообразные задачи. Любой мультивибратор содержит цепочку RC, что и применил Тесла. Для получения напряжения нужно полярности применяется должным образом выполненное включение диодов и фильтрующих конденсаторов. Выпрямитель делается мостовым (см. Диодный мост).

Подобные схемы на практике встречаются в электронике по простой причине: сложно получить высокую мощность. Не создано полупроводниковых ключей, обходящих ограничение, емкости конденсаторов потребовались бы просто гигантские. Поэтому производители постоянно борются за экономию электроэнергии.

Системный блок ПК применяет импульсные трансформаторы, генерации стабильной чистоты используются кварцевые резонаторы. Укажем отличие. Работа с высокочастотным напряжением, позволяет значительно уменьшить количество запасенной за период колебания энергии. Габариты трансформаторов можно сильно уменьшить, вредные ферромагнитные сердечники выбросить вовсе, понизив вес. Имеются конструктивные особенности и другого рода. Как пишет выдающийся схемотехник М.А. Шустов:

  1. Индуктивные преобразователи меньших габаритов при прочих равных. Поэтому применяются для повышенных мощностей. Что видим на примере трансформаторов.
  2. Что касается емкостных преобразователей, выгодно использовать для малых мощностей. Вспомним о мультивибраторах с RC цепочкой.

Слышали про «трансформаторы» постоянного напряжения. Допустимо отнести к конструктивным особенностям. В составе генератора используется звено обратной связи – кристалл кварца. Запасающий конденсатор управляет режимом работы транзистора, переменное напряжение в виде акустической волны проходит пьезоэлемент. В силу очевидных обстоятельств рабочие частоты лежат в области единиц МГц, мощность мала. Понятно, что напрямую постоянное напряжение система передавать неспособна, термин трансформатор применяется иносказательно.

принцип работы и его микросхемы

Электронная аппаратура, ее составные части требуют для питания элементов напряжение различной величины. До недавнего времени, а в некоторых случаях и сегодня, для получения нужного значения используют трансформаторы. Такой способ весьма прост, но обладает существенными недостатками: невозможность преобразования постоянного напряжения; большие габариты и вес трансформатора; необходимость использования дополнительных выпрямителей и стабилизаторов (в том числе с регулировкой) для каждого из значений напряжения вторичных обмоток; высокий уровень электромагнитных помех; низкий КПД. Большая часть перечисленных недостатков устранена в импульсных преобразователях.

Что такое импульсный преобразователь напряжения

Название конструкции произошло от принципа работы устройства. Выделяют такие основные особенности:

  • формирование высокочастотных импульсов;
  • преобразование амплитуды импульсов при помощи высокочастотного трансформатора;
  • выпрямление полученного напряжения.
 У трансформатора много недостатков

Некоторые конструкции вместо трансформатора используют свойство емкости или индуктивности накапливать энергию. Разработаны микросхемы импульсных преобразователей (инверторов) напряжения, которые требуют для работы минимального количества дополнительных элементов. Это позволяет создавать конструкции с малым весом и габаритами.

 Инверторный преобразователь

Обратите внимание! Даже преобразователи, использующие импульсный трансформатор, имеют намного меньшие размеры, чем классический трансформатор. Это связано с тем, что преобразование производится на высокой частоте.

Импульсное преобразование позволяет как повышать, так и понижать постоянное напряжение и легко производить его регулировку.

Технические характеристики прибора

Технические характеристики инверторов по большей части совпадают с таковыми у классических источников питания. Но есть и отличия. Импульсный преобразователь может работать при более широком диапазоне входного напряжения, имеет меньшие массу и габариты, более высокий КПД. Устройства отличаются высоким уровнем высокочастотных помех, но их легко снизить при использовании фильтров. Благодаря высокой частоте габариты фильтра невелики.

Обратите внимание! Инвертор имеет отрицательную величину входного сопротивления. На практике это выражается в том, что при увеличении напряжения питающей сети происходит снижение тока потребления.

Принцип работы

Принцип работы импульсного понижающего или повышающего преобразователя напряжения лучше рассмотреть на обобщенной блочной схеме. В основе схемы лежат:

  • выпрямитель;
  • входной фильтр;
  • генератор импульсов;
  • схема управления;
  • выходной выпрямитель;
  • выходной стабилизатор;
  • фильтр.

К сведению! Входное сетевое напряжение поступает на вход выпрямителя, а затем на фильтр, в результате чего получается постоянный ток, который служит для питания схемы устройства и для дальнейшей работы преобразователя.

 Блок-схема

Генератор формирует последовательность высокочастотных импульсов, а схема управления регулирует частоту или ширину импульсов. Данная регулировка позволяет изменять выходное напряжение в широких пределах, а также осуществлять его стабилизацию. Изменение тока нагрузки приводит к уменьшению напряжения.

Схема управления на основе измеренных данных дает команду на увеличение ширины импульсов, что приводит к увеличению напряжения. При уменьшении тока нагрузки происходят аналогичные изменения (импульс имеет меньшую длительность). Таким образом выполняется стабилизация.

Важно! Использование обратной связи гарантирует стабильность параметров не только при изменении нагрузки, но и в полном диапазоне входного напряжения.

Назначение преобразователя

Импульсные преобразователи используются для питания устройств различного назначения. Основная сфера применения — малогабаритные устройства, мощные стабилизаторы. Всем известны зарядные устройства с габаритами, сравнимыми с сетевой вилкой для мобильных устройств, а также инверторные сварочные аппараты, которые имеют в несколько раз пониженный, чем у трансформаторных устройств, вес и имеющие более высокие потребительские свойства.

 Сварочный трансформатор

Обратите внимание! Использование инверторных преобразователей позволяет повысить экономичность устройств и снизить энергопротребление.

 Инверторный сварочный аппарат

Как правильно и где использовать прибор

Применение импульсных устройств требует соблюдения некоторых условий:

  • экранировка корпуса прибора, чтобы понизить уровень излучаемых помех;
  • установка фильтров на входе устройства для предотвращения передачи помех через питающую сеть;
  • обеспечение циркуляции воздуха для эффективного охлаждения силовых элементов схемы.

Максимально допустимую нагрузку к источнику питания допускается подключать только при высоком значении входного напряжения. Это связано с тем, что при его снижении для обеспечения номинальных выходных значений полупроводниковые ключи генератора инвертора большую часть времени находятся в открытом состоянии. Это может вызвать их перегрев и выход из строя.

Важно! Большинство схем импульсных преобразователей напряжения построено таким образом, что часть элементов находится под потенциалом сети, что может вызвать удар электрическим током. Использовать такие преобразователи можно только при условии надежного заземления конструкции.

Микросхемы импульсных преобразователей

Для многих стандартных областей применения разработаны интегральные микросхемы стабилизаторов. Использование микросхем позволяет создавать конструкции, содержащие минимальное количество элементов и не требующие настройки. В случае питания небольшой нагрузки не требуется даже использование мощных ключевых элементов. Это позволяет создавать малогабаритные и надежные источники питания. В качестве примера зарядные устройства для мобильных телефонов.

 Преобразователь на ИМС

Интегральные микросхемы в преобразователях могут выполнять различные функции, поэтому они делятся по функциональному назначению:

  • широтно-импульсные преобразователи;
  • триггеры Шмидта;
  • стабилизаторы напряжения.

Выпускается большой ассортимент ИМС, совмещающих в себе все перечисленные функции. Одна и та же микросхема может выпускаться различными производителями под своим наименованием.

Обратите внимание! Проектирование и конструирование импульсных преобразователей напряжения облегчается наличием большого количества типовых схем, которые опробованы в работе, отличаются простотой и надежностью.

Что касается ремонта устройства, то во многих случаях это выполнять нецелесообразно, поскольку затраты по времени и трудоемкость работ не сопоставимы с низкой стоимостью элементов и готовой конструкции.

Таким образом, преобразователь — это важное устройство как в быту, так и в промышленности. Благодаря ему обеспечивается слаженная работа электрооборудования и сетей. Но в его использовании важно учесть условия и правила.

Преобразователь напряжений электрических токов: описание и применение

Преобразователи напряжения – устройства, предназначенные для изменения вольт-амперных и частотных характеристик электрического тока. Используются они не только в быту (сварочных аппаратах, зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов), но и в промышленности, транспорте, энергетике, производстве компьютерной и бытовой техники.

Современный преобразователь тока мощностью 2500 ватт

Современный преобразователь тока мощностью 2500 ватт

История развития

История развития данного устройства состоит из следующих этапов:

  • В 1876 году русский ученый Яблочков получил патент на трансформатор с незамкнутым сердечником, представляющий собой металлический стержень с двумя обмотками.
  • В конце 1880-х годов был изобретен умформер – устройство, представляющее собой электродвигатель, соединенный валом с генератором. До сих пор используется для получения переменного тока высокого напряжения.
  • В 1930 году была изобретена вакуумная ртутная лампа – игнитрон. Широко использовалась в выпрямителях, электросварочных аппаратах, подстанциях для трамваев и метро.
  • В середине 60-х годов 20 века были изобретены различные тиристоры, диоды, транзисторы и другие полупроводниковые радиодетали, которые до сих пор широко используются в выпрямителях, инверторах, бесперебойных блоках питания.
Полупроводниковые радиодетали

Полупроводниковые радиодетали

Функции преобразователей

Преобразователи напряжения выполняют следующие функции:

  • Изменяют значение напряжения источника питания или электрической сети;
  • Регулируют частоту и напряжение;
  • Изменяют направление электрического тока.

Также подобные устройства могут регулировать вольт-амперные характеристики потока электронов, делать его стабильным на протяжении длительного времени.

Принцип работы

Классический преобразователь напряжения – двухполупериодный выпрямитель с диодным мостом и понижающим трансформатором, работает следующим образом:

  1. Электрический ток, подаваемый на устройство, поступает на первичную обмотку понижающего трансформатора;
  2. Во вторичной обмотке трансформатора индуцируется ток с пониженным до необходимого значения напряжением;
  3. С вторичной обмотки трансформатора переменный ток подается на два контакта диодного моста;
  4. Диодный мост выпрямляет переменный ток, превращая его в постоянный.

По такому принципу работает не только почти каждый советский выпрямитель, но и многие современные блоки питания, зарядные устройства для автомобильных АКБ.

Классификация

По характеру преобразования

В зависимости от принципа действия и характеристик электрического тока, отдаваемого нагрузке преобразователем, данные устройства подразделяются на выпрямители и инверторы.

Выпрямители

Выпрямители – устройства, преобразующие переменный электрический ток в постоянный или пульсирующий высокочастотный.

Инверторы

Инвертор – прибор, который позволяет из постоянного тока получать переменный с необходимым значением частоты и напряжения. В зависимости от принципа действия инверторы подразделяются на зависимые (ведомые) и автономные.

Зависимые инверторы

Такие инверторы подключаются к источникам постоянного тока. Инвертируемый ими электроток подается в стационарную сеть и используется для питания подключаемых к ней приборов и оборудования.

Автономные инверторы

Такие устройства предназначены для питания автономных устройств, не подключаемых к стационарной электрической сети.

Измерительный преобразователь расхода – электронный счетчик, применяемый в системе холодного водоснабжения

Измерительный преобразователь расхода – электронный счетчик, применяемый в системе холодного водоснабжения

Преобразователи частоты

Данные устройства используются для получения электрического тока с заданной и отличной от исходной частотой. Применяется частотный преобразователь в радиолюбительстве, электротехнике, силовых установках троллейбусов и трамваев, частотомерах.

Преобразователи напряжения

Данная разновидность преобразователей, включающая блоки питания и трансформаторы, используется для изменения подаваемого на них напряжения до значения, необходимого для нормальной работы подключаемых к устройству приборов.

На заметку. Широко применяемый в компьютерной технике цифро аналоговый преобразователь – это прибор, который двоичный код переводит в аналоговый сигнал.

По способу управления

По данному критерию преобразователи бывают:

  • Управляемые – импульсные преобразователи, работающие от источников постоянного тока.
  • Неуправляемые – фазовые устройства, преобразующие переменный ток в постоянный.

По типу схем

  • С диодным мостом;
  • С трансформатором.

Также в зависимости от количества вводных контактов для подключения источника питания или жил кабеля стационарной электрической сети такие приборы подразделяются на одно,- двух,- трех,- и многофазные.

На заметку. Фотоэлектрический элемент – электронный оптический прибор, который также относится к преобразователям тока. Он преобразует световое излучение в поток электронов.

Основные неполадки и их ремонт

Основными поломками простейшего выпрямителя с понижающим трансформатором и диодным мостом являются:

  • Обрыв провода вторичной обмотки – при такой неисправности выпрямитель не работает. Определить обрыв обмотки можно при помощи мультиметра с функцией прозвонки. Устраняют данную неисправность полной перемоткой поврежденной обмотки с обязательным соблюдением требований к диаметру медного проводника и количеству витков.
  • Неисправность диодного моста – в результате выходя из строя хотя бы одного диода данный узел выпрямителя перестает выдавать на нагрузку ток с требуемыми характеристиками. Для устранения данной поломки следует при помощи мультиметра найти вышедший из строя диод, выпаять его и заменить на новый с аналогичными характеристиками.
  • Выгорание конденсатора-фильтра.

Неполадки оснащаемых сложными контроллерами и платами управления инверторов и выпрямителей самостоятельно устранять не следует. Ремонтом данных устройств должен заниматься имеющий соответствующую квалификацию и опыт работы специалист.

Самодельный преобразователь

Простейший выпрямитель можно собрать своими руками по приведенной ниже схеме.

Схема простейшего самодельного выпрямителя с диодным мостом

Схема простейшего самодельного выпрямителя с диодным мостом

Поняв, что такое преобразователь, разобравшись в его конструкции и принципе действия, можно не только самостоятельно производить диагностику и ремонт данного устройства, но и изготавливать его самостоятельно дома. При этом самодельный аналог по надежности и функционалу мало чем будет уступать заводским приборам. Себестоимость такого прибора будет в разы ниже.

Видео

Принцип работы и технические характеристики преобразователей напряжения DC-DC

Любым электроустройствам требуется для работы напряжение питания. Основная проблема заключается в том, что не всегда имеется в наличии источник электропитания с необходимыми параметрами. В цепях переменного тока данная задача решается путем использования трансформатора. При работе с постоянным напряжением требуется применение электронных устройств.

Импульсный источник питания

Линейные стабилизаторы имеют простую схемотехнику, но низкий КПД, особенно при большой разнице в значении напряжений, а также работают только как понижающие источники.

Понятие о преобразователях DC DC

Как следует из названия, данный тип устройств преобразует входное напряжение постоянного тока в такое же на выходе, но другого номинала. DC – английская аббревиатура, Direct Current – постоянный ток.

Поскольку для работы трансформатора принципиальным является наличие переменного напряжения, то в указанных преобразователях используется иной принцип. DCDC устройства представлены двумя основными типами:

  1. Инверторные, в которых вначале выполняется преобразование постоянного напряжения в переменное, высокой частоты, которое поступает на малогабаритный высокочастотный трансформатор.
  2. Импульсные, у которых основными элементами являются накопительный дроссель и конденсатор.

Строго говоря, все перечисленные устройства относятся к импульсным, но указанные различия позволяют отнести их к разным группам.

Характеристики

Основными характеристиками, важными потребителю, являются:

  • Диапазон напряжений на входе;
  • Уровень выходного напряжения;
  • Максимальный ток нагрузки;
  • Ток холостого хода;
  • КПД преобразователя;
  • Уровень пульсаций на выходе;
  • Уровень электромагнитных помех;
  • Гальваническая развязка входа и выхода.

Указанные параметры во многом зависят от конструктивных особенностей конструкции.

Внешний осмотр, элементная база

Первоначально dc dc преобразователи строились на дискретных аналоговых элементах. Схемы подобных устройств отличались высокой сложностью и были под силу только подготовленным специалистам.

По мере совершенствования элементной базы, в частности, с появлением специализированных интегральных микросхем, стало возможным создавать устройства с минимальным количеством деталей, к тому же не требующие настройки и регулировки.

Популярная микросхема ШИМ контроллера

Усложняя элементарную схему из технической документации на ИМС, можно существенно улучшить эксплуатационные показатели преобразователя. В частности, добавление мощного ключевого транзистора увеличивает максимальный ток нагрузки, в отличие от прямого включения ИМС.

Принцип работы импульсного преобразователя

Разработано несколько типов конструкций преобразователей, которые отличаются принципом работы:

  • step-down (buck converter) – устройства, способные понижать входное напряжение до заданного;
  • step-up (boost converter) – используются тогда, когда необходимо повысить напряжение на выходе относительно входного;
  • buck-boost converter – способен работать как на понижение, так и на повышение напряжения;
  • SEPIC (single-ended primary-inductor converter) – имеет аналогичные параметры, но работает по другому принципу;
  • inverting converter – основное назначение – инверсия полярности напряжения.

Практически все конструкции используют в работе свойство индуктивности к накоплению энергии. Цепь с катушкой индуктивности (дросселем) управляется ключом, роль которого выполняет быстродействующий транзистор. Различия в схемах заключаются во взаимном расположении дросселя, накопительной емкости и ключевого элемента.

Step-down

Схема содержит индуктивность, расположенную после ключевого элемента и включенную последовательно с нагрузкой. При открытом ключе через дроссель начинает протекать ток. Диод в это время закрыт. После закрытия ключа ток не прекращается мгновенно, а продолжает циркулировать в том же направлении, но уже через открытый диод.

Step-down конвертер

В дальнейшем цикл работы повторяется. Емкость на выходе позволяет сглаживать пульсации выходного напряжения.

Step-up

Данный повышающий преобразователь напряжения также содержит дроссель, соединенный последовательно с нагрузкой, но располагается он до ключа. При открытом ключе через индуктивность течет ток, который линейно растет. После закрытия ключа ток продолжает идти уже через открытый диод в нагрузку. При этом напряжение на входе складывается с ЭДС самоиндукции дросселя.

Step-up конвертер

Остальные схемы имеют аналогичную схемотехнику.

Во всех случаях диод блокирует нагрузку от ключа в необходимом месте цикла преобразования. Падение напряжения на диоде вызывает рассеивание дополнительной мощности, что снижает КПД устройства. Поэтому вместо обыкновенных диодов с падением около 0.7В используют быстродействующие диоды Шоттки, падение напряжения на которых составляет 0.4В.

Параметры импульсных преобразователей

Импульсные источники отличаются специфичными параметрами, в отличие от традиционных конструкций:

  1. Отрицательное входное сопротивление. При повышении входного напряжения ток потребления снижается. Вызвано это сокращением времени открытого состояния ключевого элемента.

Важно! По этой причине импульсные источники питания более надежно работают при повышенном напряжении на входе (в допустимых пределах).

  1. Импульсные помехи. Источником помех является ключ преобразователя, поскольку в момент коммутации возникают резкие броски тока. Для снижения помех требуется наличие фильтров не только на выходе, но и на входе устройства.
  2. Диапазон входного напряжения может быть довольно большим, поскольку состояние выхода находится в зависимости от времени нахождения ключа в открытом и закрытом состояниях.
  3. Вход и выход гальванически связаны. Этот факт накладывает особые требования по безопасности.

Широтно-импульсная модуляция

Регулировка выходных параметров осуществляется управлением длительностью открытого и закрытого состояния ключевого элемента. Наиболее распространен принцип широтно-импульсной модуляции.

Транзистор коммутируется высокочастотными импульсами постоянной частоты. Время открытия и закрытия определяется шириной импульсов. Следящая схема контролирует выходное напряжение, сравнивая его с опорным. Сигнал рассогласования поступает на модулятор, регулирующий параметры импульсов управления.

Широтно-импульсная модуляция

В современных конструкциях все эти функции возложены на специализированную интегральную микросхему, благодаря чему схемотехника импульсных блоков питания с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) отличается простотой и надежностью.

Преобразователь напряжения DС-DC с гальванической развязкой

Классическая схема DC-DC устройств отличается существенным недостатком, который заключается в гальванической связи входа и выхода. В связи с этим имеется высокая вероятность удара электрическим током.

Для повышения безопасности перечисленные выше схемы могут комплектоваться разделительным трансформатором, который осуществляет гальваническую развязку входных и выходных цепей.

Обратите внимание! Наличие трансформатора позволяет проектировать устройства с несколькими значениями выходного напряжения.

Разделительный трансформатор импульсных источников имеет небольшие габариты и массу, поскольку работает на высокой частоте.

Импульсный трансформатор

Обратная связь для контроля за выходными параметрами осуществляется через дополнительную обмотку трансформатора либо через оптрон.

Повышающий преобразователь с разделительным трансформатором вместо дросселя называется обратноходовым (flyback converter).

Испытания

Испытания импульсных устройств производят во всем диапазоне входного напряжения при номинальной нагрузке на выходе. Измерениям подлежат такие параметры:

  • Значение выходного напряжения;
  • Стабилизация при изменении тока нагрузки;
  • Величина помех на входе и выходе.

Источники питания, собранные по типовым схемам на современной элементной базе, отличаются высокими эксплуатационными характеристиками, просты в сборке и настройке. Большой ассортимент ШИМ контроллеров позволяет собирать схемы с любыми параметрами в зависимости от требований.

Видео

Обзор сдвоенных преобразователей: работа, режимы и типы

В предыдущем руководстве мы увидели, как устроена схема двойного источника питания, теперь мы узнаем о сдвоенных преобразователях , которые могут преобразовывать переменный ток в постоянный и постоянный в переменный. в то же время. Судя по названию, Dual Converter имеет два преобразователя: один преобразователь работает как выпрямитель (преобразует переменный ток в постоянный), а другой преобразователь работает как инвертор (преобразует постоянный ток в переменный). Оба преобразователя подключены друг к другу с общей нагрузкой, как показано на рисунке выше.Чтобы узнать больше о выпрямителях и инверторах, перейдите по ссылкам.

Dual Converter Block Diagram

Почему мы используем сдвоенный преобразователь? Если только один преобразователь может питать нагрузку, тогда почему мы используем два преобразователя? Эти вопросы могут возникнуть, и вы получите ответ в этой статье.

Здесь у нас есть два конвертера, соединенных спина к спине. Благодаря такому типу подключения данное устройство может быть рассчитано на четырехквадрантный режим работы . Это означает, что напряжение нагрузки и ток нагрузки становятся обратимыми.Как возможна четырехквадрантная работа в сдвоенном преобразователе? Это мы увидим дальше в этой статье.

Как правило, сдвоенные преобразователи используются для реверсивных приводов постоянного тока или приводов постоянного тока с переменной скоростью . Он используется для приложений большой мощности.

Четырехквадрантная работа в двойном преобразователе

Первый квадрант: напряжение и ток положительные.

Второй квадрант: напряжение положительное, а ток отрицательное.

Третий квадрант: напряжение и ток отрицательны.

Четвертый квадрант: напряжение отрицательное, а ток положительное.

Four Quadrant Operation in Dual Converter

Из этих двух преобразователей первый преобразователь работает в двух квадрантах в зависимости от значения угла зажигания α. Этот преобразователь работает как выпрямитель, когда значение α меньше 90˚ . В этой операции преобразователь вырабатывает положительное среднее напряжение нагрузки и ток нагрузки и работает в первом квадранте .

Когда значение α больше 90˚, этот преобразователь работает как инвертор . В этой операции преобразователь выдает отрицательное среднее выходное напряжение, и направление тока не изменяется. Поэтому ток нагрузки остается положительным. При работе в первом квадранте энергия передается от источника к нагрузке, а в работе в четвертом квадранте энергия передается от нагрузки к источнику.

Operation in Dual Converter

Точно так же второй преобразователь работает как выпрямитель, когда угол включения α меньше 90 °, и он работает как инвертор, когда угол включения α больше 90 ° .Когда этот преобразователь работает как выпрямитель, среднее выходное напряжение и ток отрицательны. Итак, он работает в третьем квадранте , и поток мощности идет от нагрузки к источнику. Здесь двигатель вращается в обратном направлении. Когда этот преобразователь работает как инвертор, среднее выходное напряжение положительное, а ток - отрицательное. Итак, он работает во втором квадранте , и поток мощности идет от нагрузки к источнику.

Когда поток энергии идет от нагрузки к источнику, двигатель ведет себя как генератор, и это делает возможным рекуперативное отключение .

Принцип двойного преобразователя (идеальный двойной преобразователь)

Чтобы понять принцип работы двойного преобразователя, мы предполагаем, что оба преобразователя идеальны. Это означает, что они вырабатывают чистое выходное напряжение постоянного тока, на выходных клеммах нет пульсаций. Упрощенная эквивалентная схема сдвоенного преобразователя показана на рисунке ниже.

Principle of the Dual Converter

На приведенной выше принципиальной схеме преобразователь рассматривается как управляемый источник постоянного напряжения, и он включен последовательно с диодом.Угол открытия преобразователей регулируется цепью управления. Таким образом, напряжения постоянного тока обоих преобразователей равны по величине и противоположны по полярности. Это позволяет пропускать ток в обратном направлении через нагрузку.

Преобразователь, работающий как выпрямитель, называется преобразователем положительной группы, а другой преобразователь, работающий как инвертор, называется преобразователем отрицательной группы.

Среднее выходное напряжение зависит от угла зажигания. Для однофазного инвертора и трехфазного инвертора среднее выходное напряжение составляет в форме приведенных ниже уравнений.

  E  DC1  = E  макс  Cos⍺  1  
  E  DC2  = E  макс  Cos⍺  2   

Где α 1 и α 2 - угол включения преобразователя-1 и преобразователя-2 соответственно.

Для однофазного сдвоенного преобразователя,

  E  макс  = 2E  м  / π  

Для трехфазного сдвоенного преобразователя,

  E  макс  = 3√3E  м  / π  

Для идеального преобразователя,

  E  DC  = E  DC1  = -E  DC2  
  E  max  Cos⍺  1  = -E  max  Cos⍺  2  
  Cos⍺  1  = -Cos⍺  2  
  Cos⍺  1  = Cos (180⁰ - ⍺  2 ) 
   1  = 180 -  2  
   1  + ⍺  2  = 180  

Как обсуждалось выше, среднее выходное напряжение является функцией угла включения.Это означает, что для получения желаемого выходного напряжения нам необходимо контролировать угол зажигания. Схема управления углом зажигания может использоваться так, что при изменении управляющего сигнала E c угол открытия α 1 и α 2 будет изменяться таким образом, что он будет соответствовать приведенному ниже графику.

Dual Converter Firing Angle Graph

Практичный сдвоенный преобразователь

На практике мы не можем рассматривать оба преобразователя как идеальный преобразователь. Если угол открывания конвертеров установлен таким образом, что 1 + ⍺ 2 = 180⁰.В этом состоянии среднее выходное напряжение обоих преобразователей одинаковое по величине, но противоположной полярности. Но из-за пульсаций напряжения мы не можем получить точно такое же напряжение. Таким образом, существует мгновенная разница напряжений на выводах постоянного тока двух преобразователей, которые создают огромный c промежуточный ток между преобразователями, который будет проходить через нагрузку.

Следовательно, в практическом двойном преобразователе необходимо контролировать циркулирующий ток.Есть два режима управления циркулирующим током.

1) Работа без циркуляционного тока

2) Работа с циркулирующим током

1) Работа с двумя преобразователями без циркулирующего тока

В этом типе сдвоенного преобразователя только один преобразователь находится в проводящем состоянии, а другой преобразователь временно заблокирован. Таким образом, одновременно работает один преобразователь и реактор между преобразователями не требуется. В конкретный момент, допустим, преобразователь-1 действует как выпрямитель и обеспечивает ток нагрузки.В этот момент преобразователь-2 блокируется удалением угла зажигания. В режиме инверсии преобразователь-1 блокируется, а преобразователь-2 обеспечивает ток нагрузки.

Импульсы на преобразователь-2 подаются после времени задержки. Время задержки составляет около от 10 до 20 мс . Почему мы применяем время задержки между сменой операции? Обеспечивает надежную работу тиристоров. Если преобразователь-2 сработает до того, как преобразователь-1 полностью отключится, между преобразователями будет протекать большой циркулирующий ток.

Существует множество схем управления для создания угла зажигания для работы двойного преобразователя без циркуляционного тока. Эти схемы управления предназначены для работы очень сложных систем управления. Здесь одновременно находится только один преобразователь. Следовательно, можно использовать только одну единицу угла открытия. Ниже перечислены несколько основных схем.

A) Выбор преобразователя по полярности сигнала управления

B) Выбор преобразователя по полярности тока нагрузки

C) Выбор преобразователя по управляющему напряжению и току нагрузки

2) Работа с двумя преобразователями с циркулирующим током

In без преобразователя циркулирующего тока требует очень сложной системы управления, а ток нагрузки непостоянен.Чтобы преодолеть эти трудности, существует двойной преобразователь, который может работать с циркулирующим током. Токоограничивающий дроссель подключен между выводами постоянного тока обоих преобразователей. Угол зажигания обоих преобразователей установлен таким образом, чтобы через реактор протекал минимальный циркулирующий ток. Как обсуждалось в идеальном инверторе, циркулирующий ток равен нулю, если 1 + ⍺ 2 = 180⁰.

Dual Converter Operation with Circulating Current

Допустим, угол включения конвертера-1 составляет 60 °, тогда угол открытия конвертера-2 должен поддерживаться на уровне 120 °.В этой операции преобразователь-1 будет работать как выпрямитель, а преобразователь-2 будет работать как инвертор. Таким образом, в этом режиме работы оба преобразователя одновременно находятся в проводящем состоянии. Если ток нагрузки меняется на противоположное, преобразователь, который работает как выпрямитель, теперь работает как инвертор, а преобразователь, который работает как инвертор, теперь работает как выпрямитель. В этой схеме оба преобразователя проводят одновременно. Итак, требуется два блока генератора угла зажигания.

Преимущество этой схемы состоит в том, что мы можем получить плавную работу преобразователя в момент инверсии.Время отклика схемы очень быстрое. Нормальный период задержки составляет от 10 до 20 мсек в случае исключения работы без циркулирующего тока.

Недостатком схемы является то, что размеры и стоимость реактора велики. Из-за циркулирующего тока коэффициент мощности и КПД низкие. Для управления циркулирующим током требуются тиристоры с высокими номинальными токами.

В зависимости от типа нагрузки используются однофазные и трехфазные сдвоенные преобразователи .

1) Однофазный двойной преобразователь

Принципиальная схема сдвоенного преобразователя показана на рисунке ниже. В качестве нагрузки используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Клеммы постоянного тока обоих преобразователей соединены с выводами обмотки якоря. Здесь два однофазных полных преобразователя соединены спиной друг к другу. Оба преобразователя обеспечивают общую нагрузку.

Single-Phase Dual Converter

Угол открытия конвертера-1 составляет α 1 , а α 1 меньше 90˚ .Следовательно, преобразователь-1 действует как выпрямитель. Для положительного полупериода (0 Итак, эта операция известна как движение вперед, и преобразователь работает в первом квадранте.

Угол включения преобразователя-2 составляет 180 - α 1 = α 2 и α 2 больше 90˚ .Итак, преобразователь-2 действует как инвертор. В этой операции ток нагрузки остается в том же направлении. Полярность выходного напряжения отрицательная. Следовательно, преобразователь работает в четвертом квадранте. Эта операция известна как рекуперативное торможение.

Для обратного вращения двигателя постоянного тока преобразователь 2 действует как выпрямитель, а преобразователь 1 действует как инвертор. Угол включения конвертера-2 α 2 меньше 90˚. Альтернативный источник напряжения питает нагрузку.В этой операции ток нагрузки отрицательный, а среднее выходное напряжение также отрицательное. Следовательно, преобразователь-2 работает в третьем квадранте. Эта операция называется реверсивным движением.

В режиме реверса угол включения преобразователя 1 меньше 90 °, а угол включения преобразователя 2 больше 90 °. Итак, в этой операции ток нагрузки отрицательный, но среднее выходное напряжение положительно. Итак, преобразователь-2 работает во втором квадранте.Эта операция известна как обратное рекуперативное торможение.

Форма сигнала однофазного сдвоенного преобразователя показана на рисунке ниже.

Single-Phase Dual Converter Output Waveform

2) Трехфазный сдвоенный преобразователь

Принципиальная схема трехфазного сдвоенного преобразователя показана на рисунке ниже. Здесь два трехфазных преобразователя соединены спиной друг к другу. Принцип работы такой же, как у однофазного сдвоенного преобразователя.

Three-Phase Dual Converter

Так сконструированы двойные преобразователи, и, как уже говорилось, они обычно используются для создания реверсивных приводов постоянного тока или приводов постоянного тока с регулируемой скоростью в приложениях большой мощности.

.Резонансные преобразователи мощности

| IntechOpen

1. Введение

Было проведено несколько исследований импульсных преобразователей постоянного тока в постоянный, чтобы убедиться, что они удовлетворяют самым строгим критериям применения силовой электроники. Возможность минимизировать коммутационные потери и потери проводимости в коммутационном режиме за счет увеличения частоты коммутации делает их более привлекательными. Тем не менее, несколько коммутационных топологий могут обеспечить передачу большой мощности [1, 2], но проблема заключается в силовых переключателях (транзисторах или MOSFET), диодах и пассивных элементах накопления энергии (конденсаторах и катушках индуктивности), содержащихся в структуре силовых преобразователей. , что влияет на их эффективность.Эффективные схемы были разработаны для преобразователей энергии наряду с разработками в области материалов, систем управления и устройств. Такие топологии могут минимизировать общий размер преобразователя и потери на переключение, тем самым обеспечивая более высокий КПД [3, 4, 5]. Преобразователи постоянного тока в постоянный можно разделить на три основные группы (линейные, с жестким переключением и резонансные преобразователи с мягким переключением) в зависимости от их режимов работы, как показано на рисунке 1 [6, 7, 8].

Рисунок 1.

Классификация DC-DC преобразователей.

Преимущества технологий линейных регуляторов включают низкий уровень шума, быстрый отклик, простоту и отличное регулирование. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как рассеивание мощности в любых рабочих условиях, что может привести к низкой эффективности. Топологии с переключаемым режимом можно разделить на категории на основе функции изоляции преобразователя с гальванической развязкой, который также называется прерывателем, и неизолированного преобразователя. Гальваническая развязка требуется в большинстве приложений в процессе преобразования энергии от электросети (напряжения в диапазоне от 100 до 600 В) по соображениям безопасности [9, 10, 11].Поскольку в этих преобразователях требуется трансформатор большей мощности, преобразователь с одним переключателем может не быть подходящим решением для приложений с более высокой мощностью, и поэтому другие изолированные преобразователи постоянного тока в постоянный с более чем одним переключателем, такие как двухтактный и полные или полумостовые преобразователи больше подходят для таких мощных приложений. Переходы с жестким переключением в устройствах, работающих с импульсными преобразователями, приведут к большому рассеянию мощности и постепенному снижению КПД преобразователя; это также может повредить коммутационные устройства.Демпферы используются для уменьшения нагрузки на переключатели и решения этой проблемы рассеивания мощности. Кроме того, преобразователи с жестким переключением имеют другие недостатки, такие как ограниченная частота, высокие электромагнитные помехи, высокие потери переключения, большой размер и большой вес. Еще две проблемы возникают при контроле передаваемой мощности; первый - это шум, генерируемый во время процесса переключения, а второй - это потеря энергии в переключателях.

Несмотря на эти недостатки, в данном исследовании реализованы переходы с жестким переключением [12].Напряжение и ток активных ключей были изменены, чтобы преодолеть или минимизировать их влияние [13]. Эти модифицированные методы работают либо путем принудительного обнуления напряжения на переключателе или тока через переключатель, и такой метод перехода может быть достигнут только с помощью метода мягкого переключения (рисунок 2). Форма волны тока принудительно уменьшается до 0 в схеме переключения при нулевом напряжении (ZCS), в то время как форма волны напряжения обрабатывается как таковая схемой переключения при нулевом напряжении (ZVS). Силовые цепи с этими типами переходных технологий называются преобразователями с мягкой коммутацией (SSC) [14].Между тем, есть несколько преимуществ SSC перед регуляторами линейного режима. Преимущества включают (i) возможность использования небольшого ферритового сердечника трансформатора из-за высокой частоты переключения, что делает возможной работу в более широком диапазоне входного постоянного напряжения по сравнению с линейными регуляторами; и (ii) он предлагает более высокую эффективность. Однако сложность схемы управления связана с несколькими недостатками по сравнению с линейной схемой управления; и метод переключения мощности может увеличить шум источника питания.

Рис. 2.

Форма волны тока и напряжения при жестком и мягком переключении при переходах как при включении, так и при выключении.

SSC были значительно улучшены в области коммутационных потерь, электромагнитных помех и нагрузок на устройства, что позволяет конвертерам идеально работать даже на более высоких частотах и, как следствие, уменьшении магнитных компонентов. Как правило, семейства SSC ​​подразделяются на преобразователи с резонансным переходом (RTC), резонансные преобразователи мощности (RPC), квазирезонансные преобразователи (QRC) и многорезонансные преобразователи (MRC) в зависимости от их режимов работы, как показано на рисунке 3. .

Рисунок 3.

Категории ОЦО.

2. Резонансные преобразователи мощности (RPC)

На рисунке 4 показана структура RPC, и каждый этап представляет собой конкретное задание, которое необходимо выполнить. Управляемая коммутационная сеть (CSN) питается от источника постоянного тока; он быстро включается и выключается в зависимости от рабочей частоты, чтобы генерировать выходное напряжение или ток, которые питают следующую ступень. Синусоидальные сигналы напряжения и тока генерируются на этапе высокочастотной резонансной сети резервуаров (RTN), где есть два или более реактивных компонента.Это необходимо для уменьшения электромагнитных помех и гармонических искажений [15]. Будучи развернутой в качестве ступени амортизации энергии между нагрузкой и CSN, частотно-избирательная сеть может идентифицировать этот этап. Импедансы емкости и индуктивности в условиях резонанса эквивалентны и будут обеспечивать резонансную частоту. Затем выпрямительная сеть и проходной фильтр используются для выпрямления и фильтрации выходного сигнала, чтобы генерировать ожидаемое выходное напряжение постоянного тока [16].

Рисунок 4.

Структура ПКР.

2.1 Сеть коммутации управления (CSN)

Полный и полумост - это самые распространенные коммутационные сети, использование которых зависит от мощности. Для приложений большой мощности часто используется полный мостовой инвертор, в отличие от односторонних или полумостовых инверторов, которые могут подавать на активный переключатель только половину входного напряжения. Это указывает на то, что полномостовые инверторы имеют низкую скорость переключения напряжения, что делает их идеальными для применения в условиях высокого входного напряжения [17].RPC и полумостовой или полный мостовой инвертор часто развертываются вместе с каждым из выпрямителей с центральным или полным мостом [18].

CSN, изображенный на рисунке 5, генерирует напряжение прямоугольной формы Vs (t) с частотой переключения fs ( с = 2π fs), как показано в формуле. 1 рядом Фурье. Принимая во внимание отклик резонансного резервуара, который доминирует над основной составляющей fs формы волны напряжения Vs (t), то бесконечно малый отклик ясно демонстрирует гармонические частоты nfs, n = 3, 5, 7,….В результате мощность, которая коррелирует с основной составляющей формы волны напряжения Vs (t), перемещается в резонансный резервуар, как показано в формуле. (2). Основная составляющая - это синусоидальный сигнал с пиковой амплитудой, умноженной на (4 / π) напряжением источника постоянного тока. Эта основная составляющая и исходная форма волны находятся в одной фазе. Однако, когда S1 включен, имеется положительный выходной синусоидальный коммутируемый ток (t), но отрицательный, когда S2 выключен. Это связано с попеременным принципом работы двух переключателей и его пиковой амплитудой Is1 с фазой, равной φs.Входной ток (DC) в CSN может быть вычислен путем деления синусоидального коммутируемого тока на половину периода переключения [6, 16].

Vst = 4Vgπ∑n = 1,3,5,… 1nsinnωstE1

Vs1t = 4VgπsinnωstE2

ist = Is1sinωst − φsE3

Iin = 2Ts∫0Ts2istdt = 2π6Is4000. CS7000 Схема

.

2.2 Резонансная сеть резервуаров (RTN)

Резонансная сеть резервуаров (RTN) состоит из LC-контура (реактивных элементов), запасающего колебательную энергию с частотой резонансного контура.Резонанс LC-контура h достигает электромагнитной частоты, полезной в нескольких приложениях, включая телекоммуникационные технологии. Резервуар можно заряжать до определенной резонансной частоты, регулируя данные реактивного элемента. Кроме того, важной фазой резонансного преобразователя мощности является резонансная сеть резервуаров. Есть разные виды RTN; в основном он подразделяется на три параметра. Во-первых, резонансный преобразователь мощности может быть разделен на секции с помощью техники соединения, используемой в элементе резервуара.Три основных общих резонансных контура включают последовательно-параллельный резонансный преобразователь (SPRC), последовательный резонансный преобразователь (SRC) и параллельный резонансный преобразователь (PRC) [19]. Второй фактор заключается в количестве реактивных элементов (величине порядка передаточной функции). Однако третий зависит от элементов и многоэлементного резонансного бака [16]. Топографии трех элементов RTN (резонансный резервуар третьего порядка) контролируются для устранения недостатков в двух элементах RTN. В частности, третий элемент помещается в два элемента RTN с определенным размышлением для создания трех элементов RTN.Таким образом, их можно рассматривать как объединение преимуществ наиболее часто используемых двухэлементных резонансных преобразователей PRC и SRC и усиливать их недостатки. RTN третьего порядка содержит 36 различных резервуаров, наиболее часто используемые резервуары - LCC, LCL и CLL [14, 20]. Многоэлементные резонансные преобразователи - это RTN, которые содержат четыре и более элементов. Следует отметить, что увеличение количества реактивных элементов приводит к усложнению сети в зависимости от ее размера, анализа и стоимости.Например, на рисунке 6 показан RTN четвертого порядка, который называется системой резервуаров LCLC [21]; эта топология включает характеристики двух основных известных трехэлементных систем, таких как LLC и LCC, а затем отражает их неудачи.

Рисунок 6.

Иллюстрация четырехэлементного RTN (LCLC).

2.3 Схема диодного выпрямителя с фильтром нижних частот (DR-LPF)

RTN генерирует формы волны напряжения и синусоидальный ток на основе выходного напряжения и резонансной частоты, которые считаются входными для последней фазы DR-LPF - это форма импульса.Это означает, что целью использования DR-LPF является фильтрация и корректировка формы сигнала переменного тока для достижения соответствующей формы выходного сигнала постоянного тока. В предыдущих исследованиях резонансного преобразователя мощности DR-LPS был проиллюстрирован как мостовой выпрямитель или выпрямитель с центральным отводом. Хотя выпрямитель с центральным отводом не подходит из-за повышенного напряжения на диодах, фильтр нижних частот был исследован на предмет наличия индуктивности или емкости [16, 22].

2.3.1 Диодный выпрямитель с емкостным фильтром нижних частот (DR-CLPF)

В DR-CLPF входное напряжение VR (t) оценивается как прямоугольная волна резонансной частоты, как показано на рисунке 7.Входное напряжение VR (t) может быть оценено на основе резонансной фильтрации резервуара с его основным компонентом VR1 (t), как показано в уравнениях. (6) и (7) соответственно. Кроме того, основной компонент и ток находятся в одной фазе, любое падение тока до нуля приводит к изменению основного отсека из-за изменений в проводящих диодах.

Рисунок 7.

DR-CLPF, содержащий емкостной пропускной фильтр и его переменные формы сигналов.

iRt = Ipsinωst − φsE5

VRt = 4Voπ∑n = 1,3,5,… 1nsinnωst − φsE6

VR1t = 4Voπsinωst − φsE7

Io = 2Ts∫0Ts2iRtd8t = 20003.2 Диодный выпрямитель, соединенный с индуктивным фильтром нижних частот (DR-LLPF)

Диодный выпрямитель соединен с входным напряжением VR (t) (синусоидальная форма волны) и индукционной рубашкой фильтра. Введенный ток оценивается как прямоугольный сигнал iR (t), как показано на рисунке 8.

Рисунок 8.

DR-LLPF в сочетании с индуктивным пропускным фильтром и его переменными формами сигнала.

VRt = Vpsinωst − φsE9

iRt = 4Ioπ∑n = 1,3,5,… 1nsinnωst − φsE10

iR1t = 4Ioπsinωst − φsE11

Vo = 2Ts∫0Ts2VRtdt = 20005VREtdt.Свойства резонансных преобразователей мощности

3.1 Параллельный резонансный преобразователь (PRC)

PRC подразделяется на два преобразователя с баком. Резонансный конденсатор Cr должен быть подключен параллельно диодной выпрямительной цепи DR и нагрузке. Для эффективного сопротивления нагрузки Rac намного больше по сравнению с реактивным сопротивлением резонансного конденсатора Cr; это означает, что резонансный ток не пропорционален нагрузке. Кроме того, кроме того, напряжение на резонансном конденсаторе и параллельном сопротивлении Rac можно улучшить, уменьшив нагрузку [14].На рисунке 9 показано соотношение между коэффициентом качества нагрузки и усилением напряжения PRC в зависимости от частоты переключения на основе уравнения. (13). Можно заметить, что усиление высокого напряжения достигается за счет частот переключения и условий легкой нагрузки, которые почти эквивалентны резонансной частоте fs = fr. Следовательно, PRC может либо понижать, либо повышать выходное напряжение в зависимости от изменения частоты системы управляющей коммутации. Выходное напряжение может регулироваться в зависимости от состояния нагрузки, тогда как резонансный ток ограничен данными резонансного индуктора, это делает PRC подходящим для приложений с разомкнутым и коротким замыканием [23].

Рисунок 9.

Характеристика усиления по напряжению PRC.

MV = 11 − fsfr22 + fsfr1Q2E13

3.2 Резонансный преобразователь LLC

Резонансный преобразователь LLC в RTN состоит из трех реактивных элементов, поэтому он оценивается как обычный SRC и добавлен катушка индуктивности L r , равноудаленная от нагрузки, которая именуется параллельным дросселем L RP . Параллельный индуктор можно заменить на индуктивность намагничивания при использовании трансформатора [14, 16].Топология LLC генерирует две резонансные частоты: во-первых, последовательную резонансную частоту fr1 в зависимости от последовательных элементов L r C r и, во-вторых, параллельную резонансную частоту fr2, зависящую от всех трех элементов резервуара (L rp , C r и L r ), как показано в уравнениях. (14) и (15), где f r1 > f r2 .

fr1 = 12πLr + LrpCrE14

fr2 = 12πLrCrE15

На рисунке 10 показано усиление напряжения LLC в зависимости от отношения единичной индуктивности (AL = 1), частоты переключения и коэффициента качества нагрузки, как показано в уравнении.(16).

MV = 11 − fsfr22 + fsfr1Q2E16

Рис. 10.

Коэффициент усиления по напряжению LLC-преобразователя.

3.3 Резонансный преобразователь LCC

Топология LCC в RTN состоит из трех реактивных элементов, конденсатор Crp, подключенный к нагрузке параллельно, представляет собой третий элемент. Таким образом, топология содержит две резонансные частоты: во-первых, последовательную резонансную частоту fr1, зависящую от последовательных элементов Lr Cr, и, во-вторых, параллельную резонансную частоту fr2, зависящую от всех трех элементов резервуара (Lrp, Cr и Lr), как показано на они показаны в уравнениях.(17) и (18), где fr1

fr1 = 12πLrCrE17

fr2 = 12πLrCrCrpCr + CrpE18

В преобразователях LCC пропорция резонансных конденсаторов переменного тока должна выбираться разумно, чтобы быть равной заданному пиковому усилению. Рисунок 11 объясняет усиление напряжения LCC в зависимости от параметра качества нагрузки и частоты переключения с одним коэффициентом индуктивности (AC = 1), как описано в уравнении. (19). Видно, что коэффициент усиления напряжения малой нагрузки увеличивается в зависимости от свойств преобразователя, и параллельная резонансная частота fr2 действует как параллельный резонансный преобразователь PRC.

MV = 11 + AC21 − fsfr222 + 1Qfsfr1 − ACAC + 1fr1fs2E19

Рисунок 11.

Коэффициент усиления по напряжению преобразователя LCC.

3.4 Резонансный преобразователь LCLC

Подобно LCC, топология LCLC в RTN включает четыре реактивных элемента, как показано на рисунке 6, где эта топология гомогенизирует характеристики LLC и LCC. Структура топологии включает в себя параллельный резонансный конденсатор Crp, параллельную резонансную индуктивность Lrp и последовательные элементы Lr Cr, что подразумевает, что топология содержит две пропорции, при которых индуктивность AL и емкость AC должны быть оценены при проектировании.Кроме того, топология включает три частоты: две параллельные частоты frp1, frp2 и одну последовательную резонансную частоту frs. Рисунок 12 отражает соотношение между коэффициентом качества нагрузки, AC = AL = 1, и усилением напряжения LCLC в зависимости от частоты переключения, как показано в формуле. (20).

MV = 11 + AC + AL − ACfsfr2 − ALfrfs22 + 1Qfrfs − fsfr2E20

Рис. 12.

Коэффициент усиления по напряжению преобразователя LCLC.

4. Управляемые стратегии резонансных преобразователей

Управляемые стратегии резонансных преобразователей немного отличаются от преобразователей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Для обеспечения плавного переключения в определенном сегменте необходимо учитывать множество параметров, чтобы создать точный контроллер, который может достичь желаемых результатов, таких как состояние нагрузки, элементы накопления энергии, частотный диапазон и другие. Было несколько управляемых топологий, которые применялись в предыдущих исследованиях для управления последовательными резонансными преобразователями. Например, модуляция плотности импульсов, контроль напряжения и тока, контроль диодной проводимости и контроль частоты [24]. Напряжение полного мостового резонансного преобразователя регулировалось с помощью регулятора фазового сдвига; это явление можно назвать переключением первичного сигнала управления.Кроме того, для улучшения результатов системы управления было сообщено о нескольких усовершенствованных методах с помощью адаптивного управления [25], которые включают управление на основе пассивности и управление автоматическим подавлением помех (ADRC). Контроль фазового сдвига использовался для управления током резонанса [26]. Из-за этого результат управления был увеличен по сравнению с традиционной системой управления PSRC. Исходя из предыдущих исследований, контролируемые методы можно разделить на методы их реализации: аналоговые или цифровые.Цифровые контроллеры используются из-за их гибкости в компактности, программировании и легкости по сравнению с аналоговыми контроллерами, они также более устойчивы к ошибкам и шумам. Трехэлементный DC-DC резонансный преобразователь типа LLC был рассмотрен в этой части для того, чтобы сравнить характеристики частоты (рабочего цикла) с регулируемой частотой с точки зрения широкого изменения нагрузки.

Кроме того, чтобы обеспечить расширение диапазона ZVS для всех инверторных переключателей (S1 – S4) и улучшить коэффициент усиления напряжения преобразователя.Затем индуктивность намагничивания и резонансный резервуар используются для генерации второй резонансной частоты fr1 = 1Lr + Lm.Cr.

Из рисунка 14, коэффициент усиления M LLC-резонансного преобразователя оценивается с использованием закона делителя напряжения с учетом добротности нагрузки Q и коэффициента повышения трансформатора, как показано в формуле. (21).

M = VoVin = ZiZo = F2AL − 1nfs2fr22−12 + QF3 − F2AL − 12E21

4.1 Управление фиксированной частотой

Цель использования этого метода состоит в том, что на выходное напряжение влияет изменение рабочего цикла для достижения целевое выходное напряжение.Однако ошибка, которая существует между постоянным желаемым напряжением (опорным напряжением) Verr = Vref-Vmeas и измеренным напряжением, используется для ПИ-регулятора. Таким образом, управляемый сигнал относился к генератору ШИМ через использование частоты переключения при генерации стробирующего сигнала для всех переключателей. Из уравнения. Согласно (21) частота переключения, равная 42,5 кГц, является наивысшим коэффициентом усиления, который может быть получен, если частота переключения и резонансная частота ближе. Следовательно, рабочий цикл - единственный фактор, измеряющий выходное напряжение.Поскольку пульсации напряжения могут изменяться при изменении нагрузки, рабочий цикл будет реагировать на изменение нагрузки относительно расчетных пульсаций выходного напряжения.

4.2 Управление переменной частотой

Этот элемент управления изменяет частоту переключения при регулировке выходного напряжения, чтобы достичь заданного уровня нагрузки и сохранить стабильное выходное напряжение преобразователя в любой ситуации, как показано на рисунке 5. Кроме того, ошибка существует между стабильным заданным напряжением (опорным напряжением) Verr = Vref-Vmeasи измеренное значение используется в ПИ-регуляторе.Следовательно, контроллер увеличивает или уменьшает частоту переключения на основе заданного выходного напряжения, если происходит какое-либо отклонение от требуемого выходного сигнала или знак ошибки. Таким образом, сигнал будет отправлен на все переключатели устройства. В зависимости от индуктивности намагничивания и резонансного импеданса, отклик резервуара необходимо сохранять индуктивно, чтобы оценить достижение ZVS во всех переключателях. Однако диапазоны контролируемой частоты коммутации необходимо ограничивать более высокими и более низкими частотами, что подтверждает выполнение ZVS (45-37.5 кГц).

4.3 Результаты моделирования

Моделирование резонансного преобразователя выполнено и реализовано с использованием программного обеспечения MATLAB / SIMULINK с использованием факторов, перечисленных в таблице 1; это необходимо для проверки конструктивной схемы резонансного DC-DC преобразователя серии LLC, показанной на рисунке 13, и анализа методов управления.

Vin 100 (В)
Lr 200 (мкГн)
Cr 70 (nF)
Cf7 (мкФ)
Vo 300 (В)
RL 100 (Ом)
Лм 300 (мкГн)
Kp,
Управление циклами , 0,5
fsranges для управления VF 37,5-45 (кГц)

Таблица 1.

Параметры LLC-преобразователя.

Рис. 13.

Упрощенная иллюстрация полномостового LLC-резонансного преобразователя.

Рисунок 14.

Эквивалентная схема переменного тока между выпрямителем и инвертором.

Рисунок 15.

Формы сигналов моделирования резонансного входного напряжения резервуара V AB, резонансного тока индуктора i L, резонансного напряжения конденсатора V cr и первичного напряжения трансформатора V pri.

Рисунок 16.

Динамический отклик выходного напряжения, выходного тока и сигнала управляемого рабочего цикла в зависимости от изменения нагрузки.

Рисунок 17.

Формы сигналов моделирования входного напряжения резонансного резервуара V AB, резонансного тока индуктора i L, резонансного напряжения конденсатора V cr и первичного напряжения трансформатора V pri.

Рисунок 18.

Динамическая характеристика выходного напряжения, выходного тока и сигнала управляемой частоты в зависимости от изменения нагрузки от полной до половинной нагрузки.

В этом управлении частотой управляемый сигнал используется для генератора ШИМ при генерации стробирующих сигналов для всех переключателей. Затем переключатели S1 и S4 одновременно улучшаются и заменяют переключатели S2 и S3 для генерации входного напряжения для резонансного резервуара VAB. Следовательно, резонансные элементы генерируют напряжение VC и синусоидальный ток iLras, показанное на рисунке 15.

На рисунке 16 показано выходное напряжение динамического отклика контроллера рабочего цикла, нагрузка повышается и понижается в пределах половинной нагрузки 200 Ом и полной нагрузки 100 Ом. Было замечено, что пульсации выходного напряжения огромны в условиях полной нагрузки по сравнению с состоянием половинной нагрузки, что отражает прямые изменения рабочего цикла в условиях полной нагрузки. Несмотря на то, что система обеспечивает благоприятный результат, управляя выходным напряжением, эквивалентным 300 В, тем не менее, резонансные параметры резервуара не соответствуют резонансной концепции во время изменений нагрузки, как показано на рисунке 15.Во время моделирования t = 0,1 с нагрузка изменяет удержание параметров резервуара переменного тока на 1,5e-3 с, после чего резонансные параметры воспроизводят целевые параметры переменного тока в зависимости от значения нагрузки, что может быть оценено как недостаток. техники контроля рабочего цикла.

В методе управления переменной частотой измеренное выходное напряжение используется для определения частоты. После этого управляемый сигнал реализуется на ШИМ для создания сигналов затвора для всех переключателей с учетом продолжительности переключения в зависимости от природы преобразователя для создания огромного усиления выходного напряжения.Кроме того, изменение нагрузки проверяется и применяется для подтверждения динамических характеристик контроллера. На рисунке 18 показана динамическая характеристика выходного напряжения регулятора частоты, при этом нагрузка повышается и понижается аналогично регулированию рабочего цикла. Также можно заметить, что в этом методе управления состояние полной нагрузки приводит к огромным колебаниям выходного напряжения по сравнению с состоянием половинной нагрузки, и это подтверждает значительное изменение частоты во всем состоянии нагрузки.Кроме того, регулировка частоты параметра дает значительный отклик на параметры переменного тока резервуара, как показано на рисунке 17. При изменении нагрузки параметры переменного тока временно реагируют, увеличивая или уменьшая значения напряжения и резонансного тока в зависимости от изменяемой частоты и сохраняя форму. синусоидальной формы волны.

5. Применение резонансных преобразователей мощности

Исходя из достаточных недостатков RPC, о которых говорилось ранее в вышеупомянутых сегментах, они нечасто применяются в современной промышленности.Краткое изложение заметных реализаций обсуждается в этом сегменте. Основными областями применения RPC являются бытовые приложения, такие как индукционные плиты, портативные источники питания, подключение к сети возобновляемых источников энергии, а также гибридные и электрические транспортные средства. В случае портативного источника питания требования к преобразователю включают низкую цену, легкий вес и небольшие размеры, высокую эффективность, высокую надежность и низкие электромагнитные помехи (EMI). Мягкое переключение - способ обеспечить более высокий КПД; это может быть реализовано с помощью RPC.В зависимости от области применения можно выбрать топологию, обеспечивающую максимальную эффективность, идеальную стоимость и размер. Например, для подачи энергии в отсек электронно-лучевой сварки используется полный мостовой LLC-резонансный преобразователь [16]. Технология и топология мягкого переключения решают проблему, связанную с использованием мощности в источнике нити накала, избегая проблемы нагрева инвертора и обеспечивая более высокий КПД. МПК используются в электрофильтре. Это мощное устройство, используемое в промышленности для удаления дыма и пыли из проходящего газа.Последовательно-параллельный RPC в сочетании с фазовым управлением, предложенным в [27], имеет незначительные размеры; он дает более быстрый временный отклик и обладает более высокой эффективностью по сравнению с традиционными источниками питания с частотой сети. RPC известны для зарядки гибридных транспортных средств, при этом аккумуляторы необходимо заряжать по беспроводной или проводной сети. Из-за того, что электромобили меньше по размеру и демонстрируют более высокую эффективность, используются RPC для зарядки электромобилей через провод [28] и подключаемые модули [29]. Например, высокоэффективные LLC-преобразователи предлагаются в двухступенчатых интеллектуальных зарядных устройствах.Преобразователь устраняет низкую и частотную пульсации с токового выхода и увеличивает срок службы батареи без увеличения размера зарядного устройства. Предыдущие исследования предлагали несколько топологий проводной зарядки. Помимо проводных зарядных устройств, беспроводная передача энергии (WPT) представляет собой современный процесс зарядки, используемый в гибридных и электрических транспортных средствах. Доступные технологии БПЭ включают передачу электромагнитной, магнитной и электрической энергии. Среди всего этого метод магнитной связи использует RPC, которые демонстрируют более высокую передачу мощности и более высокую эффективность на более близком расстоянии.Сообщалось о применении RPC в WPT для гибридных и электромобилей [30].

Для интеграции возобновляемых источников энергии, таких как топливные элементы, ветряные и солнечные фотоэлектрические системы, необходимы преобразователи с минимальной пульсацией тока и более высоким КПД. Преобразователи постоянного тока в постоянный являются основным условием получения мощности от возобновляемых источников энергии. Из нескольких вариантов RPC могут быть основным конкурентом из-за низкого уровня электромагнитных помех, более высокой эффективности, надежности и низкого выходного тока пульсаций. RPC используются в сетях FC [31, 32], PV [33], сетевых соединениях и интерфейсах электролизера [34].Кроме того, МПК применяется в домашних индукционных плитах. Резонансный инвертор - ключевой элемент индукционной плиты; он производит переменный ток, который нагревает отсек индуктора и емкости. Резонансные инверторы, используемые в индукционных плитах, представляют собой многоуровневые, полумостовые, однокнопочные и полномостовые инверторы [35].

6. Заключение

В этой главе наглядно описаны резонансные преобразователи мощности, которые включают эффективное генерирование RPC в качестве преобразователя с высокой коммутацией, который может служить решением для устранения электромагнитных помех (EMI) и проблем с коммутационными потерями, которые возникают при использовании преобразователи ШИМ.Кроме того, была разъяснена классификация резонансных преобразователей в зависимости от нескольких точек зрения, а также от контролируемых методов (методов с переменной или фиксированной частотой). Были объяснены методы управления и несколько областей применения резонансных преобразователей. Регуляторы переменной и фиксированной частоты используются для перекрестной проверки выходного напряжения LLC-преобразователя. Нагрузка изменяется при использовании 50% полной нагрузки во всех методах управления; Полученные результаты подтвердили значительную стабильную реакцию обоих контроллеров с небольшим перенапряжением.Тем не менее, регулировка переменной частоты дает значительный результат на основе резонансных форм волны резервуара по сравнению со стабильной регулировкой частоты при изменении нагрузки.

.

частота в напряжение: схемы преобразователя :: Next.gr

  • Преобразователь генерирует выходное напряжение, которое линейно пропорционально форме волны входной частоты. Каждое пересечение нуля на входе компаратора вызывает выдачу точного количества изменений в суммирующий переход операционного усилителя. Этот заряд в свою очередь ....

  • Эта схема преобразует частоту в напряжение, принимая среднее значение постоянного тока импульсов от моностабильного мультивибратора 74121.Один выстрел запускается положительным сигналом переменного тока на входе компаратора 529. Усилитель действует как фильтр постоянного тока ....

  • Шесть компонентов могут конфигурировать схему, выходное напряжение которой пропорционально ее входной частоте. Средний ток (hvc от заземляющего контакта 8 триггерного инвертора 40106 Шмитта линейно зависит от частоты, с которой CO разряжается в....

  • Teledyne Semiconductor типа TSC9402 - это универсальная ИС. Она может не только преобразовывать напряжение в частоту, но и др ..

  • В этой схеме вход от оптопары IC2 подается на вход компаратора AD..

  • В прецизионной схеме операционный усилитель обеспечивает выход с буферизацией, а также действует как 2-полюсный фильтр. Пульсации будут меньше 5 мВ пикового значения для всех частот выше 1 кГц, а время отклика будет намного меньше, чем в части 1. Однако для ....

  • Выход постоянного тока на контакте 1 линейно изменяется с входным среднеквадратичным значением на контакте 4.2 CT настраивается до тех пор, пока сигнал svnc не совпадет по фазе с сигналом переменного тока. Вольтметр переменного тока может быть легко сконструирован. Простота схемы и небольшое количество компонентов делают его особенно ....

  • В этих приложениях входной импульс на% дифференцируется цепью C-R, а отрицательный фронт на выводе 6 заставляет входной компаратор запускать схему таймера.Как и в случае преобразователя V-F, средний ток, протекающий на выводе 1, равен IaverAGE ....

  • Схема на рис. 1 представляет собой простой и недорогой преобразователь напряжения во время, использующий широко распространенный чип таймера 555. Вы можете использовать моностабильный мультивибратор IC в качестве преобразователя напряжения во время, подключив вход аналогового напряжения к зарядному резистору R ,....

  • Этот проект представляет собой систему цифровой автоматической регулировки усиления (AGC) с использованием микроконтроллера PIC16F876. Возможность устанавливать уровень усиления в цепи и управлять им сама по себе является очень полезной функцией. Эта схема является строительным блоком другого проекта, над которым я работаю. А ....

  • Преобразователь генерирует выходное напряжение, которое линейно пропорционально форме волны входной частоты.Каждое пересечение нуля на входе компаратора вызывает выдачу точного количества изменений на суммирующий переход операционного усилителя. Этот заряд в свою очередь ....

  • IC Микросхема LM2917 IC разработана специально как преобразователь частоты в напряжение или преобразователь частоты в напряжение. Для использования в приложениях для ИМС преобразователя частоты в напряжение LM2917 требуется несколько внешних компонентов.Есть несколько примеров приложений ....

  • Здесь показан очень простой и недорогой преобразователь частоты в напряжение на базе микросхемы TC9400 от Microchip. TC9400 может быть подключен либо как преобразователь напряжения в частоту, либо как преобразователь частоты в напряжение, и для этого требуется минимум внешних компонентов. Файл....

  • Это проектная схема для схемы тахометра на основе микросхемы LM2907, которая может использоваться для передачи данных о пересечении нуля цифровой системе. При каждом переходе входного сигнала через нуль насос заряда изменяет состояние конденсатора C1 и выдает однократный импульс ....

  • Цепи преобразователя

    широко используются повсюду и бывают нескольких типов.Вот простая схема преобразователя частоты в напряжение, в которой используется микросхема LM331, которая в основном представляет собой прецизионный преобразователь напряжения в частоту. Эта микросхема имеет много применений ....

  • ..

  • IC Микросхема LM2917 IC разработана специально как преобразователь частоты в напряжение или преобразователь частоты в напряжение.Для использования в приложениях для ИМС преобразователя частоты в напряжение LM2917 требуется несколько внешних компонентов. Есть несколько примеров приложений ....

  • Простая схема преобразователя частоты в напряжение, разработанная на основе микросхемы преобразователя TC9400 F в V / V в F. Здесь представлены варианты с двойным и одинарным питанием ....

  • LM331 - это, по сути, прецизионный преобразователь напряжения в частоту от National Semiconductors. ИС имеет множество приложений, таких как аналого-цифровое преобразование, долговременная интеграция, преобразование напряжения в частоту, преобразование частоты в напряжение ...

  • TC9402 TC9400 TC9401 TC9402 - это недорогие преобразователи напряжения в частоту (V / F), в которых используется технология CMOS с низким энергопотреблением.Преобразователи принимают переменный аналоговый входной сигнал и генерируют последовательность выходных импульсов, частота которой линейно пропорциональна ....

  • ..

  • В этой схеме используется преобразователь частоты в напряжение LM2917.Вход был подключен к низковольтной стороне катушки зажигания, и различные компоненты вокруг него сконструированы так, чтобы обеспечить полную мощность при 6000 об / мин, что соответствует 12000 зажиганию ....

  • ..

  • VFC62 преобразователь напряжения / частоты, частота / напряжение может легко преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые.Цифровой выход использует форму открытого коллектора, частота повторения цифровых импульсов пропорциональна амплитуде входного аналогового напряжения, ....

  • Схема преобразователя частоты в напряжение, показанная на принципиальной схеме ниже, обеспечивает выходное напряжение 10 В для входного сигнала полной шкалы 10 кГц (прямоугольные волны или импульсы).Простота схемы не означает плохой работы: эта схема имеет линейность порядка ....

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *