Cz. II. Przetwornice tranzystorowe Energoelektronika POLITECHNIKA ŁÓDZKA Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź dr inż. Tomasz Poźniak pozniak@dmcs.p.lodz.pl Cz. II. Przetwornice tranzystorowe

Sygnał sterujący tranzystorem

Przetwornica dławikowa obniżająca napięcie (Buck or Step-Down converter)

pierwszy takt pracy - tranzystor Q przewodzi drugi takt pracy - wyłączony tranzystor Q (przewodzi dioda D)

io Uwy 1

Fig. 5: Output Voltage vs Current

Obliczyć czas włączenia klucza ti oraz współczynnik wypełnienia D Przykład Dane: f = 10 kHz Uwe = 192 V Uwy = 48 V Ro = 1 Ω L = 200 μH Obliczyć czas włączenia klucza ti oraz współczynnik wypełnienia D i średni prąd obciążenia Io AV. Wyznaczyć przebieg napięcia na cewce uL(t) i prąd cewki iL(t). Obliczyć średnie i skuteczne wartości prądu diody i tranzystora. Obliczyć prąd skuteczny kondensatora IC RMS.

Buck converter

Buck converter

Przetwornica dławikowa podwyższająca napięcie (Boost or Step-Up converter)

pierwszy takt pracy - tranzystor Q przewodzi drugi takt pracy - wyłączony tranzystor Q (przewodzi dioda D)

Uwe Iwe

Obliczyć częstotliwość pracy fi oraz czas wyłączenia klucza Ti-ti Przykład Dane: Uwe = 50 V ti = 50 ms Uwy = 75 V Ro = 2,5 Ω L = 250 μH Obliczyć częstotliwość pracy fi oraz czas wyłączenia klucza Ti-ti zakładając tryb pracy CCM. Obliczyć średni prąd wejściowy IL AV i prąd obciążenia Io AV. Wyznaczyć przebieg napięcia na cewce, uL(t) i prąd cewki, iL(t). Obliczyć średnie wartości prądu diody i tranzystora. Obliczyć wartość skuteczną prądu kondensatora IC RMS.

PFC – application of Boost converter                                                                                                                                         

Przetwornica dławikowa odwracająca napięcie (Up-Down Invert converter)

pierwszy takt pracy - tranzystor Q przewodzi drugi takt pracy - wyłączony tranzystor Q (przewodzi dioda D)

Obliczyć częstotliwość pracy, fi , wypełnienie D oraz czas Przykład Dane: Uwe = 50 V ti = 60 ms Uwy = -75 V Ro = 2,5 Ω L = 250 μH Obliczyć częstotliwość pracy, fi , wypełnienie D oraz czas wyłączenia klucza, Ti-ti , zakładając tryb pracy CCM. Obliczyć średni prąd wejściowy IQ AV i prąd obciążenia Io AV. Wyznaczyć przebieg napięcia na cewce, uL(t) i prąd cewki, iL(t). Obliczyć średnie wartości prądu diody i tranzystora. Obliczyć wartość skuteczną prądu kondensatora IC RMS.

Przetwornice transformatorowe (transformer-isolated converters) Izolacja galwaniczna obwodu wyjściowego od obwodu wejściowego (bezpieczeństwo pracy) Możliwość zmniejszenia/zwiększenia współczynnika przetwarzania napięcia przez odpowiedni dobór przekładni transformatora Możliwość otrzymania wielu napięć wyjściowych przez zastosowanie wielu uzwojeń wtórnych

przepustowa (forward) Najprostsze transformatorowe odpowiedniki układów dławikowych + – przepustowa (forward) tranzystor zwykle sterowany względem masy + – obniżająca napięcie (buck) + – + – ten układ nie ma znaczenia praktycznego podwyższająca napięcie (boost) + – zaporowa (flyback) tranzystor zwykle sterowany względem masy + – odwracająca napięcie (buck-boost)

Przetwornica zaporowa The Flyback Converter (CCM) (DCM)

Przetwornica przepustowa The Forward Converter (CCM) 1 : 1 : n

Przetwornica przepustowa transformatorowa The Forward Converter 2Uwe im iL Iwy Uwe t uS iS iD3 ti Ti D = 0.5 im iL Iwy 2Uwe Uwe t uS iS iD3 ti Ti D < 0.5

Wpływ magnesowania rdzenia Energia gromadzona w polu cewki (=przekazywana do obciążenia) w przetwornicy zaporowej: Więcej energii  większy prąd Duże prądy  niebezpieczeństwo nasycenia Rozwiązanie: rdzeń ze szczeliną W przetwornicy przepustowej prąd magnesujący jest niepożądany  rdzenie bez szczeliny

Przetwornica przeciwsobna The Push Pull Converter ?

Przetwornica przeciwsobna The Push Pull Converter F 2Uwe iD2 iD1 iQ1 iL im iQ2 t uQ1 Uwe Iwy ti Ti Przetwornica przeciwsobna The Push Pull Converter

Fig. 5: Output Voltage vs Current

Przetwornica półmostkowa The Half Bridge Converter

Przetwornica pełnomostkowa The Full Bridge Converter

Przetwornica pełnomostkowa – przebiegi

The Full Bridge Converter                                                                                                  

Zastosowanie przetwornic z izolacją galwaniczną w zależności od mocy i napięcia wyjściowego 3000 V Przetwornice przeciwsobne 1000 IV Przetwornice przepustowe i przeciwsobne Przetwornice przepustowe 300 III P [W] 100 Przetwornice zaporowe i przepustowe 30 Przetwornice zaporowe II 10 I 3 1 1 3 10 30 100 300 1000 Uwy [V]