Leistungselektronik - Chopper
Ein Chopper verwendet eine hohe Geschwindigkeit, um eine Quelllast zu verbinden und von dieser zu trennen. Eine feste Gleichspannung wird intermittierend an die Quellenlast angelegt, indem der Netzschalter kontinuierlich ein- und ausgeschaltet wird. Der Zeitraum, für den der Netzschalter ein- oder ausgeschaltet bleibt, wird als EIN- bzw. AUS-Zustandszeit des Zerhackers bezeichnet.
Chopper werden hauptsächlich in Elektroautos, der Umwandlung von Wind- und Sonnenenergie und Gleichstrommotorreglern eingesetzt.
Symbol eines Zerhackers
Klassifizierung von Choppern
Je nach Spannungsausgang werden Chopper als - klassifiziert
- Step Up Chopper (Aufwärtswandler)
- Step Down Chopper (Buck Konverter)
- Step Up / Down Chopper (Buck-Boost-Wandler)
Step Up Chopper
Der durchschnittliche Spannungsausgang (V o ) in einem Step-Up-Chopper ist größer als der Spannungseingang (V s ). Die folgende Abbildung zeigt eine Konfiguration eines Step-Up-Choppers.
Strom- und Spannungsverläufe
V 0 (durchschnittliche Spannungsausgabe) ist positiv, wenn der Chopper eingeschaltet ist, und negativ, wenn der Chopper ausgeschaltet ist, wie in der folgenden Wellenform gezeigt.
Wo
T ON - Zeitintervall, in dem der Chopper eingeschaltet ist
T OFF - Zeitintervall, in dem der Chopper ausgeschaltet ist
V L - Lastspannung
V s - Quellenspannung
T - Zerhackungszeitraum = T EIN + T AUS
V o ist gegeben durch -
$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$Wenn der Chopper (CH) eingeschaltet wird, wird die Last kurzgeschlossen und daher die Spannung für die Periode ausgegeben TONist Null. Zusätzlich wird der Induktor während dieser Zeit aufgeladen. Dies ergibt V S = V L.
$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}, $ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $
Daher ist $ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $
Δi = ist der Strom von Spitze zu Spitze des Induktors. Wenn der Zerhacker (CH) ausgeschaltet ist, erfolgt die Entladung durch den Induktor L. Daher wird die Summe der V s und V L wie folgt angegeben:
$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $
Aber $ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $
Somit ist $ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $
Dies ergibt $ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $
Das Gleichsetzen von & Dgr; i vom EIN-Zustand mit & Dgr; i vom AUS-Zustand ergibt -
$ \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $, $ V_ {S} \ left (T_ {ON } + T_ {OFF} \ right) = V_ {0} T_ {OFF} $
$ V_ {0} = \ frac {TV_ {S}} {T_ {OFF}} = \ frac {V_ {S}} {\ frac {\ left (T + T_ {ON} \ right)} {T}} $
Dies ergibt die durchschnittliche Spannungsausgabe als,
$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$Die obige Gleichung zeigt, dass V o von V S bis unendlich variiert werden kann . Es zeigt, dass die Ausgangsspannung immer größer als der Spannungseingang ist und daher den Spannungspegel erhöht oder erhöht.
Step Down Chopper
Dies wird auch als Tiefsetzsteller bezeichnet. In diesem chopper, die durchschnittliche Ausgangsspannung V O ist kleiner als die Eingangsspannung V S . Wenn der Chopper eingeschaltet ist, ist V O = V S und wenn der Chopper ausgeschaltet ist, ist V O = 0
Wenn der Chopper eingeschaltet ist -
$ V_ {S} = \ left (V_ {L} + V_ {0} \ right), \ quad V_ {L} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {di} {dt} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = V_ {s} + V_ {0} $
Somit ist die Stromlast von Spitze zu Spitze gegeben durch:
$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $
Schaltplan
Wo FD ist Freilaufdiode.
Wenn der Chopper ausgeschaltet ist, erfolgt eine Polaritätsumkehr und Entladung am Induktor. Der Strom fließt durch die Freilaufdiode und den Induktor zur Last. Das gibt,
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ left (i \ right) $$Umgeschrieben als - $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $
$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ left (ii \ right) $$Gleichungen der Gleichungen (i) und (ii) ergeben;
$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $
$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {OFF}} {T_ {ON}} $
$ \ frac {V_ {S}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {ON} -T_ {OFF}} {T_ {ON}} $
Die obige Gleichung gibt an;
$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$Gleichung (i) ergibt -
$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $, von $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $
$ = \ frac {V_ {S} - \ left (1-D \ right) D} {Lf} $
$ f = \ frac {1} {T} = $ Hackfrequenz
Strom- und Spannungsverläufe
Die Strom- und Spannungswellenformen sind unten angegeben -
Bei einem Step-Down-Chopper ist der Spannungsausgang immer kleiner als der Spannungseingang. Dies wird durch die Wellenform unten gezeigt.
Step Up / Step Down Chopper
Dies wird auch als Buck-Boost-Wandler bezeichnet. Es ist möglich, den Spannungseingangspegel zu erhöhen oder zu verringern. Das folgende Diagramm zeigt einen Buck-Boost-Chopper.
Wenn der Chopper eingeschaltet wird, wird der Induktor L durch die Quellenspannung V s aufgeladen . Daher V s = V L .
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L. } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$Weil -
$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $ und $ f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ left (iii \ right) $
Wenn der Chopper ausgeschaltet ist, kehrt sich die Polarität des Induktors um und dies führt dazu, dass er sich über die Diode und die Last entlädt.
Daher,
$$ V_ {0} = - V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = - V_ {0} $$$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0} $, also $ \ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ left (iv \ right) $
Die Bewertung der Gleichungen (iii) und (iv) ergibt -
$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $, $ DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { AUS} f $
$ DV_ {S} = - V_ {0} \ frac {T-T_ {ON}} {T} = - V_ {0} \ left (1- \ frac {T_ {ON}} {T} \ right) $ , $ V_ {0} = - \ frac {DV_ {S}} {1-D} $
Weil $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {T-T_ {OFF}} {1-D} $
Das gibt,
$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $
D kann von 0 bis 1 variiert werden. Wenn D = 0; V O = 0
Wenn D = 0,5 ist, ist V O = V S.
Wenn D = 1 ist, ist V O = ∞.
Daher variiert in dem Intervall 0 ≤ D ≤ 0,5 die Ausgangsspannung im Bereich 0 ≤ V O <V S und wir erhalten eine Abwärts- oder Buck-Operation. Während im Intervall 0,5 ≤ D ≤ 1 die Ausgangsspannung im Bereich V S ≤ V O ≤ ∞ variiert und wir einen Step-up- oder Boost-Betrieb erhalten.