Transcript panteasilviu

Un nou convertor
de tip Boost de înaltă
tensiune
CARACTERISTICI
 convertor de tip Boost de înaltă tensiune într-un singur etaj care
poate fi folosit pentru a comanda multiplicatoarele de tensiune;
 folosit în aplicaţii precum: ecranele cu tub catodic (CRT), lasere,
sisteme cu raze X, pompe ionice, sisteme electrostatice.
 structură mai simplă , metode de comandă mai simple, randament şi
siguranţă în funcţionare sporite , EMI redus, cost şi dimensiuni
reduse.
Sb
L
Sa
Vg +
_
D
50%
50%
Sc
Multiplicator de tensiune cu comandă PWM.
Rotirea celulei de bază
G
vg +
_
2
1
R
C
S2
C1
L
L
S1
S3
3
a)
b)
(a) Structura ansamblului generator-sarcină; (b) Celula de bază.
• Rotirea celulei de bază între terminalele G, L şi C
• Se obţin 3!=6 posibile configuraţii de convertoare
• Schema convertorului propus corespunde
următoarei conectari:
1  G

2  L
3  C

Schema de bază a
convertorului
L
Vg
+
_
D2
C1
Q1
D1
Convertorul de tip Boost de înaltă tensiune.
Raportul static de conversie:
Vo
M
 1
Vg 1 D
C2
RL
Vo
Funcţionarea DCM
L
C1
D2
M
Vg +
_
Q1
C2
D1
1 1
4D2
K
2
RL
K
2L
RT
S
1.Circuitul echivalent în modul DCM.
ig
Condiţia de funcţionare CCM :
K  DD'2
ipk
Condiţia de funcţionare DCM :
<ig>
dTS
(d+d2)T
S
2.Forma de undă a curentului inductiv.
TS
K  DD'2
t
unde
D'  1  D
Extensii ale convertorului de bază
 Cvadruplor de tensiune
C3
L
Vg +
_
C1
D2
D4
D3
RL
Q1
D1
C2
C4
Cvadruplor de tensiune cu capacitate-diodă.
Tensiunea de ieşire:
VO 
2
Vg
1 D
Raportul de conversie :
M
n
Vg
1 D
 Variantă de convertor cu curenţi
de intrare şi ieşire nepulsatorii
C3
L1
Vg +
_
D2
C1
D3
Q1
D1
C2
L2
C4
RL
Extensie a convertorului de înaltă tensiune cu curenţi de intrare
şi ieşire nepulsatorii.
Raportul de conversie:
Comparaţie Ćuk /
Noul Convertor:
M
1 D
1 D
D
1  DN
M
1 D
1  DN
 DN  2D  1
Solicitările de tensiune:
VoffN 
Vg
Vg

1  D N 2(1  D)
Variantă de convertor cu izolare galvanică
Vg +
_
D2
Cs
Cp
L
Q1
Co
D1
RL
Versiunea de convertor cu izolare galvanică.
Raportul de conversie :
M
n
Vg
1 D
Variantă de convertor cu funcţionare ZVS
C1
L
Vg +
_
Q1
Q2
D
C2
RL
Versiunea de convertor cu funcţionare ZVS (comutare la
tensiune zero).
VERIFICĂRI PRIN SIMULARE
• Parametrii de funcţionare: Vg = 12 V
L = 480 μH
C1 = C2 = 43 μF
D = 0.6
fS = 50 KHz
60.00p
-6.000
-12.00
-18.00
-24.00
-30.00
-36.00
-42.00
-48.00
-54.00
-60.00
-60.00
0
1.Schema de simulare în modul CCM.
5.000m
10.00m
15.00m
20.00m
25.00m
30.00m
35.00m
40.00m
45.00m
2.Forma de undă a tensiunii de ieşire Vo în modul CCM.
50.00m
2.000
2.000
248.9m
240.0m
1.800
220.0m
200.0m
1.600
180.0m
1.400
160.0m
1.200
140.0m
120.0m
1.000
100.0m
800.0m
80.00m
600.0m
60.00m
40.00m
400.0m
20.00m
200.0m
-40.00u
50.00m
50.01m
50.02m
50.02m
50.03m
50.04m
50.05m
50.06m
50.06m
50.07m
1.Forma de undă a curentului prin dioda D1 în modul
CCM.
2.000
2.000
-15.92m
26.36m
26.37m
26.38m
26.38m
26.39m
26.40m
26.40m
26.41m
26.42m
26.42m
26.43m
2.Forma de undă a curentului de sarcină inductiv în modul
DCM.
20.36
20.00
1.800
1.600
15.00
1.400
Tensiunea
VDS
1.200
10.00
1.000
Semnalul de
comandă pe
grilă
800.0m
600.0m
5.000
400.0m
200.0m
0
50.00m
50.01m
50.02m
50.02m
50.03m
50.04m
50.05m
50.06m
50.06m
3.Forma de undă a curentului de intrare inductiv
nepulsatoriu.
50.07m
-376.2m
30.32m
30.32m
30.33m
30.33m
30.34m
30.34m
30.34m
30.35m
30.35m
30.36m
4.Forma de undă a tensiunii VDS pe tranzistorul Q2 la
funcţionarea ZVS.
VERIFICĂRI EXPERIMENTALE
Achiziţionare forme de undă
1. Tensiunea VDS pe Q1 (Input A);
Tensiunea VD1 pe diodă (Input B).
2. Tensiunea VDS pe Q1 (Input A);
Tensiunea VO cu pulsaţii (Input B).
3. Tensiunea VDS pe Q1 (Input A);
Curentul de sarcină inductiv IL (Input B).
4. Tensiunea VDS pe Q1 (Input A);
Curentul ID1 prin dioda D1 (Input B).
Date experimentale
Nr.crt.
Vg [V]
D
Ii [mA]
Vo [V]
Io [mA]
M
1.
12
0.2
307
11.85
246
0.9875
2.
12
0.3
430
14.6
300.4
1.216
3.
12
0.4
597
17.6
355
1.466
4.
12
0.5
894
23
445
1.916
5.
12
0.6
1342
27.7
530
2.308
6.
12
0.7
1593
36.6
460
3.05
Calcul randament
Po VoIo


P
Vg I
i
i

 87.66 %
mediu
 Ridicare caracteristici M = M (D) şi
η = η (D)
100
3.5
90
3
80
70
2.5
eta(D)
M(D)
60
2
50
40
1.5
30
20
1
10
0.5
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
D
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
Caracteristica M = M (D), caracteristica teoretică
(linie continuă), caracteristica experimentală
(linie întreruptă).
0
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
D
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
Caracteristica randamentului funcţie de factorul de
umplere η = η (D).
CONCLUZII
 Convertorul poate comanda un multiplicator cu capacitate şi
diodă sau chiar mai multe multiplicatoare de tensiune
cascadate.
 Se poate obţine uşor izolare galvanică între intrare şi ieşire
ca şi într-un convertor Ćuk.
 Extensia convertorului de înaltă tensiune cu curenţi de
intrare şi ieşire nepulsatorii.
 Funcţionarea convertorului ca şi circuit PFC (Power Factor
Correction).
 Rezultatele experimentale demonstrează cu acurateţe
ipotezele făcute în studiul acestui convertor.