전력 전자-초퍼

초퍼는 고속을 사용하여 소스 부하에 연결하고 분리합니다. 전원 스위치 ON / OFF를 지속적으로 트리거하여 고정 DC 전압이 간헐적으로 소스 부하에 적용됩니다. 전원 스위치가 ON 또는 OFF 상태를 유지하는 시간을 각각 초퍼의 ON 및 OFF 상태 시간이라고합니다.

초퍼는 주로 전기 자동차, 풍력 및 태양 에너지 변환, DC 모터 레귤레이터에 적용됩니다.

헬기의 상징

헬기의 분류

전압 출력에 따라 초퍼는 다음과 같이 분류됩니다.

  • 스텝 업 초퍼 (부스트 컨버터)
  • 스텝 다운 초퍼 (벅 컨버터)
  • 스텝 업 / 다운 초퍼 (벅-부스트 컨버터)

스텝 업 초퍼

스텝 업 초퍼 의 평균 전압 출력 (V o )은 전압 입력 (V s ) 보다 큽니다 . 아래 그림은 스텝 업 초퍼의 구성을 보여줍니다.

전류 및 전압 파형

V 0 (평균 전압 출력)은 아래 파형과 같이 쵸퍼가 켜지면 양수이고 쵸퍼가 꺼져 있으면 음수입니다.

어디

T ON – 초퍼가 켜진 시간 간격

T OFF – 초퍼가 꺼진 시간 간격

V L – 부하 전압

V s – 소스 전압

T – 쵸핑 기간 = T ON + T OFF

V o 는-

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

초퍼 (CH)가 켜지면 부하가 단락되어 해당 기간 동안 전압이 출력됩니다. TON0입니다. 또한이 시간 동안 인덕터가 충전됩니다. 이것은 V S = V L을 제공합니다.

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

따라서 $ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $

Δi = 인덕터 피크 대 피크 전류입니다. 초퍼 (CH)가 OFF 인 경우, 방전이 때문에, 인덕터 (L)를 통해 V의 합산 발생 및 V L은 다음과 같이 주어진다 -

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

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

따라서 $ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $

그러면 $ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $가됩니다.

ON 상태에서 Δi를 OFF 상태에서 Δi로 동일시하면-

$ \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $, $ V_ {S} \ left (T_ {ON } + T_ {OFF} \ 오른쪽) = V_ {0} T_ {OFF} $

$ V_ {0} = \ frac {TV_ {S}} {T_ {OFF}} = \ frac {V_ {S}} {\ frac {\ left (T + T_ {ON} \ right)} {T}} $

이것은 평균 전압 출력을 다음과 같이 제공합니다.

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

위의 방정식은 V o 가 V S 에서 무한대 로 변할 수 있음을 보여줍니다 . 출력 전압이 항상 입력 전압보다 높으므로 전압 레벨을 높이거나 높입니다.

스텝 다운 쵸퍼

이것은 벅 컨버터라고도합니다. 이 초퍼에서 평균 전압 출력 V O 는 입력 전압 V S 보다 작습니다 . 다지기가 켜져있을 때 V O = V S 이고 다지기가 꺼져있을 때 V O = 0

헬기가 ON 일 때 −

$ 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} $

따라서 피크 대 피크 전류 부하는 다음과 같이 지정됩니다.

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

회로도

어디 FD 자유 바퀴 다이오드입니다.

초퍼가 꺼지면 인덕터에서 극성 반전 및 방전이 발생합니다. 전류는 프리휠 다이오드와 인덕터를 통해 부하로 전달됩니다. 이것은 준다,

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ 왼쪽 (i \ 오른쪽) $$

− $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $로 재 작성

$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ 왼쪽 (ii \ 오른쪽) $$

방정식 (i)와 (ii)는 다음과 같습니다.

$ \ 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}} $

위의 방정식은 다음과 같습니다.

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

방정식 (i)는-

$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $, 출처 : $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $

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

$ f = \ frac {1} {T} = $ 초핑 빈도

전류 및 전압 파형

전류 및 전압 파형은 다음과 같습니다.

스텝 다운 초퍼의 경우 전압 출력은 항상 전압 입력보다 작습니다. 이것은 아래 파형으로 표시됩니다.

스텝 업 / 스텝 다운 헬기

이것은 벅-부스트 컨버터라고도합니다. 전압 입력 레벨을 높이거나 낮출 수 있습니다. 아래 다이어그램은 벅-부스트 초퍼를 보여줍니다.

초퍼가 ON으로 전환되면, 인덕터 (L)는 소스 전압 V로 대전된다 (S) . 따라서, V S = V L .

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

왜냐하면-

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

초퍼가 꺼지면 인덕터의 극성이 반전되어 다이오드와 부하를 통해 방전됩니다.

그 후,

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

$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} =-V_ {0} $, 따라서 $ \ Delta i =-\ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ left (iv \ right) $

방정식 (iii)과 (iv)를 평가하면-

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

때문에 $ D = \ {FRAC T_ {ON}} {T} = \ {FRAC T_ {T-OFF}} {1} D $

이것은 준다,

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

D는 0에서 1까지 다양 할 수 있습니다. 때, D = 0; V O = 0

경우 D = 0.5, V O = V S

하면 D = 1, V O = ∞.

따라서 0 ≤ D ≤ 0.5 간격에서 출력 전압은 0 ≤ V O <V S 범위에서 변하고 스텝 다운 또는 벅 작동이 발생합니다. 반면 간격 0.5 ≤ D ≤ 1에서 출력 전압은 V S ≤ V O ≤ ∞ 범위에서 변하고 스텝 업 또는 부스트 작동을 얻습니다.