Transcript НПН понижающего типа

Энергетическая электроника
Мишуров Владимир Сергеевич
Ст.преподаватель кафедры «Промышленная
электроника»,
Зав. лабораторией "Преобразовательной техники и
импульсно модуляционных систем"
Тема занятия :
Звено повышенной частоты
1. Свойства звена повышенной частоты
2. Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения (НПН)
3. Фильтрация выходного напряжения
4. Расчетные соотношения для НПН
1. Звено повышенной частоты
Преобразователь постоянного напряжения в постоянное
Структура с преобразованием энергии на ключах постоянного тока
Частотно-зависимые характеристики
электромагнитных элементов
Структура с преобразованием энергии на ключах
переменного тока
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН понижающего типа
Два состояния транзистора:
а) транзистор включен (режим насыщения);
б) транзистор выключен (режим отсечки).
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН понижающего типа
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН понижающего типа
Два режима работы :
а) режим прерывистого тока дросселя;
б) режим непрерывного тока дросселя.
Временные диаграммы токов и напряжений, характерные
для НПН понижающего типа
Желтым цветом - режим прерывистого тока дросселя
Вопрос 1
Как выглядит регулировочная характеристика НПН
понижающего типа при изменении относительной
длительности открытого состояния в пределах от 0 до 1 ?
Ответ 1
Регулировочная характеристика НПН понижающего типа
линейно возрастает от 0 до Uвх - напряжения входа
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН повышающего типа
транзистор включен (режим насыщения)
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН повышающего типа
транзистор выключен (режим отсечки)
Временные диаграммы напряжений и токов, характерные
для НПН повышающего типа
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН инвертирующего типа
транзистор включен (режим насыщения)
Непосредственные преобразователи
постоянного напряжения НПН инвертирующего типа
транзистор выключен (режим отсечки)
Временные диаграммы напряжений и токов, характерные
для НПН инвертирующего типа
Регулировочные характеристики идеальных НПН
- НПН понижающего типа
- НПН повышающего типа
- НПН инвертирующего типа
Регулировочные характеристики реальных НПН
повышающего типа
где
- относительное сопротивление
удельных потерь
Максимум выходного напряжения
U вых.макс
и равен
при

 1
1 
*
Регулировочные характеристики реальных НПН
инвертирующего типа
Максимум выходного напряжения
U вых.макс
при
1 
 
1 
*
и равен
U вых.макс  U вх
1 
2 
Временные диаграммы токов и напряжений, характерные
для НПН понижающего типа с учетом инерционности
полупроводниковых элементов
НПН понижающего типа с уменьшенными
коммутационными перегрузками
1
2
3
Комбинированные структуры НПН
L1
L2
C1
+
uу
VT1
Rн
VD1
C2
E
«Схема Кука»
+
«SEPIC»
Достоинства и недостатки НПН повышающего типа
НПН повышающего типа потребляет из источника непрерывный ток
Наличие активного сопротивления дросселя приводит к снижению
КПД преобразователя
3. фильтрация выходного напряжения
- коэффициент пульсаций на входе фильтра
параметры фильтра НПН
понижающего
повышающего
инвертирующего
Факторы, определяющие выбор НПН:
а) диапазон изменения входного напряжения;
б) диапазон изменения выходного напряжения;
в) требования предъявляемые к ВИП нагрузкой;
г) требования предъявляемые к ВИП первичным источником.
Варианты соотношения входных и выходных напряжений НПН
Вопрос 2 ?
Выбрать тип НПН для реализации условия 1.
1
Ответ 2
Выбираем НПН повышающего типа
4. Расчетные соотношения для НПН
I н2
ILэфф
UСмакс
I L2

12
Uн
I
Iн  L
2
Uн
Iн
I
 L
1 
2
Uн
Iн
I U н
 L
1 
2

I н 2 I L2
(
) 
1 
12
I н 2 I L2
(
) 
1 
12
IVTмакс
UVTмакс
Uн

Uн
UVDобр
γ мин
γ макс
Uн

Uн
Емакс
Uн
Емин
I н (1  )
Uн
U н  Емакс
Uн
U н  Емин
Uн
I н (1  )
Uн

Uн
Емакс  U н
Uн
Емин  U н
IVDcр
I н (1  )
Методика проектирования преобразователей
на основе НПН:
1. Анализ исходных данных технического задания .
2. Выбор (разработка) силовой цепи НПН.
3. Описание принципа работы преобразователя с использованием временных
диаграмм напряжений и токов, характерных для выбранного НПН
4. Расчет электрических параметров элементов силовой цепи.
5. Разработка схемы управления НПН.
6. Для источников питания на основе НПН расчет статической точности и
устойчивости замкнутой системы.
7. Моделирование (макетирование) узлов и системы в целом.
Непосредственные преобразователи постоянного напряжения
используют :
а) в качестве регулирующих органов гальванически
связанных одноканальных источников вторичного питания;
в) для построения систем активной коррекции коэффициента
мощности.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем заключается особенность процессов,
протекающих в НПН, при учете инерционности
полупроводниковых приборов?
2. Для чего нужен LC-фильтр на входе НПН?
3. В каких случаях, и с какой целью используют НПН с
неполной глубиной модуляции?
4. В чем заключаются отличительные особенности
работы многофазного НПН?
5. Как влияет на регулировочные характеристики
сопротивление активных внутренних потерь?
6. В чем заключаются преимущества НПН по схеме
Кука перед преобразователями понижающего,
повышающего и инвертирующего типов?
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1.Кобзев А.В., Коновалов И.Б., Семенов В.Д. Энергетическая электроника:
Учебное пособие. В 2-х частях — Томск: Томский межвузовский центр
дистанционного образования, 2012. — Ч.1. — 102 с.
2. Мишуров В.С., Семенов В.Д.
Энергетическая электроника: Учебное методическое пособие. — Томск:
Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2012. — 174 с.
Дополнительная литература
1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики,
применение. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2001. – 364 с.
2. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш и др. – М.: Радио и
связь, 1988. – 288 с.
3. Микроэлектронные электросистемы. Применения в радиоэлектронике / Под ред. Ю.И.
Конева. – М.: Радио и связь, 1987. – 240 с.
4. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.:
Энергоатомиздат, 1986. – 376 с.
5. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 296 с.
6. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного
электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, 1992. – 224 с.
7. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным
регулированием / А.В. Кобзев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 152 с.
8. Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное
пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 240 с.
9. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. Пер. с англ. – М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 240 с.
Спасибо за внимание
Вопросы и пожелания можно присылать через диспетчерский
отдел ФДО
Возможно высылать любые вопросы по ЭЭ. Я постараюсь на
следующих занятиях по возможности дать ответы.
Следующее занятие будет посвящено автономным инверторам.
Посмотрите:
- разделы 3.1-3.5 учебного пособия «Энергетическая электроника»
Кобзев А.В. и др.
- параграфы 3.3 учебно-методического пособия
" Энергетическая электроника " Семенов В.Д., Мишуров В.С.