パワーエレクトロニクス-チョッパー

チョッパーは高速を使用してソース負荷に接続および切断します。電源スイッチのON / OFFを継続的にトリガーすることにより、固定DC電圧がソース負荷に断続的に印加されます。電源スイッチがONまたはOFFになっている時間は、それぞれチョッパーのONおよびOFF状態時間と呼ばれます。

チョッパーは主に電気自動車、風力および太陽エネルギーの変換、およびDCモーターレギュレーターに適用されます。

チョッパーのシンボル

チョッパーの分類

電圧出力に応じて、チョッパーは次のように分類されます。

  • ステップアップチョッパー(ブーストコンバーター)
  • ステップダウンチョッパー(バックコンバーター)
  • ステップアップ/ダウンチョッパー(バックブーストコンバーター)

ステップアップチョッパー

ステップアップチョッパーの平均電圧出力(V o)は、電圧入力(V s)よりも大きくなります。下の図は、ステップアップチョッパーの構成を示しています。

電流と電圧の波形

以下の波形に示すように、V 0(平均電圧出力)は、チョッパーがオンのときは正、チョッパーがオフのときは負です。

どこ

T ON –チョッパーがオンの時間間隔

T OFF –チョッパーがオフの時間間隔

V L –負荷電圧

V s –電源電圧

T –チョッピング時間= T ON + T OFF

VのOはで与えられます-

$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$

チョッパー(CH)がオンになると、負荷が短絡するため、その期間の電圧出力 TONはゼロです。また、この間にインダクタが充電されます。これにより、V S = VLが得られます

$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}、$ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $

したがって、$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $

Δi=はインダクタのピークツーピーク電流です。チョッパー(CH)がOFFのとき、インダクタLを介して放電が発生します。したがって、VsとVL合計は次のようになります。

$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}、\ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $

しかし、$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $

したがって、$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $

これにより、$ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $が得られます。

オン状態からのΔiをオフ状態からのΔiに等しくすると、−が得られます。

$ \ 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)}}} $

これにより、平均電圧出力は次のようになります。

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$

Vのこと、上記の式が示すOがVから変化させることができるS無限に。これは、出力電圧が常に入力電圧よりも高くなることを証明しているため、電圧レベルを上げたり上げたりします。

ステップダウンチョッパー

これは、バックコンバータとしても知られています。このチョッパーでは、平均出力電圧V Oは、入力電圧Vよりも小さいS。チョッパーがオンの場合、V O = V Sであり、チョッパーがオフの場合、V O = 0

チョッパーON時−

$ 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} $

したがって、ピークツーピーク電流負荷は次の式で与えられます。

$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $

回路図

どこ FD フリーホイールダイオードです。

チョッパーがオフの場合、インダクターで極性反転と放電が発生します。電流はフリーホイールダイオードとインダクタを通過して負荷に流れます。これは与える、

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0}.................................。 ...... \ left(i \ right)$$

− $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $として書き直されました

$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L}............................。 ...... \ left(ii \ right)$$

式(i)と(ii)を等しくすると、次のようになります。

$ \ 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}} $

上記の式は次のようになります。

$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$

式(i)は次のようになります。

$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $、$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $から

$ = \ frac {V_ {S}-\ left(1-D \ right)D} {Lf} $

$ f = \ frac {1} {T} = $チョッピング頻度

電流と電圧の波形

電流と電圧の波形を以下に示します-

ステップダウンチョッパーの場合、電圧出力は常に電圧入力よりも低くなります。これを以下の波形で示します。

ステップアップ/ステップダウンチョッパー

これは、バックブーストコンバータとしても知られています。電圧入力レベルの増減が可能です。下の図は、昇降圧チョッパーを示しています。

チョッパーをオンにすると、インダクタLは、ソース電圧Vで充電となるS。したがって、V s = VLです。

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$

なぜなら-

$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $および$ f = \ frac {1} {T}........................。 ....................... \ left(iii \ right)$

チョッパーのスイッチを切ると、インダクタの極性が逆になり、ダイオードと負荷を介して放電します。

したがって、

$$ V_ {0} = -V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = -V_ {0} $$

$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = -V_ {0} $、したがって$ \ Delta i =-\ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF}....。 ........................... \ left(iv \ right)$

式(iii)と(iv)を評価すると、次のようになります。

$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} =-\ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $、$ DV_ {S} = -DV_ {S} = -V_ {0} T_ {オフ} 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} $

なぜなら$ D = \ FRAC {T_ {ON}}、{T} = \ FRAC {T-T_ {OFF}} {1-D} $

これは与える、

$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $

Dは0から1まで変えることができます。D= 0の場合。V O = 0

D = 0.5の場合、V O = V S

の場合、D = 1、V O =∞。

従って、区間0で≤D≤0.5、出力電圧範囲0≤Vに変化O <V Sと我々はステップダウンまたは降圧動作を取得します。一方、間隔0.5≤D≤1で、出力電圧範囲Vで変化S ≤V O ≤∞、我々はステップアップまたは昇圧動作を取得します。