Điện tử công suất - Choppers
Một máy cắt sử dụng tốc độ cao để kết nối và ngắt kết nối khỏi tải nguồn. Điện áp một chiều cố định được đặt không liên tục cho tải nguồn bằng cách liên tục kích hoạt BẬT / TẮT công tắc nguồn. Khoảng thời gian mà công tắc nguồn ở trạng thái BẬT hoặc TẮT được gọi là thời gian trạng thái BẬT và TẮT của máy cắt tương ứng.
Choppers hầu hết được ứng dụng trong ô tô điện, chuyển đổi năng lượng gió và mặt trời, và bộ điều chỉnh động cơ DC.
Biểu tượng của một Chopper
Phân loại Choppers
Tùy thuộc vào đầu ra điện áp, máy cắt được phân loại là -
- Step Up chopper (bộ chuyển đổi tăng cường)
- Step Down Chopper (công cụ chuyển đổi Buck)
- Step Up / Down Chopper (bộ chuyển đổi Buck-boost)
Step Up Chopper
Điện áp đầu ra trung bình (V o ) trong bộ cắt điện một bước lớn hơn điện áp đầu vào (V s ). Hình dưới đây cho thấy cấu hình của một bộ cắt nhỏ.
Dạng sóng hiện tại và điện áp
V 0 (đầu ra điện áp trung bình) là dương khi bộ cắt được BẬT và âm khi bộ cắt ở trạng thái TẮT như thể hiện trong dạng sóng bên dưới.
Ở đâu
T ON - khoảng thời gian khi chopper BẬT
T OFF - khoảng thời gian khi chopper TẮT
V L - Điện áp tải
V s - Điện áp nguồn
T - Khoảng thời gian cắt = T BẬT + T TẮT
V o được đưa ra bởi -
$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$Khi bộ cắt (CH) được BẬT, tải bị ngắn mạch và do đó, đầu ra điện áp trong khoảng thời gian TONbằng không. Ngoài ra, cuộn cảm được tích điện trong thời gian này. Điều này cho V S = V L
$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}, $ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $
Do đó, $ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $
Δi = là dòng điện đỉnh đến đỉnh của cuộn cảm. Khi cuộn cảm (CH) ở trạng thái TẮT, phóng điện xảy ra qua cuộn cảm L. Do đó, tổng V s và V L được đưa ra như sau:
$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $
Nhưng $ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $
Do đó, $ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $
Điều này mang lại, $ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $
Việc cân bằng Δi từ trạng thái BẬT đến Δi từ trạng thái TẮT cho -
$ \ 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}} $
Điều này cung cấp cho đầu ra điện áp trung bình là,
$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$Phương trình trên cho thấy V o có thể thay đổi từ V S đến vô cùng. Nó chứng tỏ rằng điện áp đầu ra sẽ luôn nhiều hơn điện áp đầu vào và do đó, nó tăng hoặc tăng mức điện áp.
Bước xuống Chopper
Đây còn được gọi là bộ chuyển đổi buck. Trong chopper này, sản lượng điện áp trung bình V O là ít hơn so với điện áp đầu vào V S . Khi trực thăng BẬT, V O = V S và khi dao cắt tắt, V O = 0
Khi máy cắt đang BẬT -
$ 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} $
Do đó, tải dòng điện từ đỉnh đến đỉnh được cho bởi,
$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $
Sơ đồ mạch
Ở đâu FD là diode bánh xe tự do.
Khi bộ cắt ở trạng thái TẮT, sự đảo cực và phóng điện xảy ra ở cuộn cảm. Dòng điện đi qua diode bánh xe tự do và cuộn cảm đến tải. Điều này cho,
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ left (i \ right) $$Viết lại thành - $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $
$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ left (ii \ right) $$Các phương trình (i) và (ii) cho;
$ \ 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}} $
Phương trình trên cho;
$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$Phương trình (i) cho -
$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $, từ $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $
$ = \ frac {V_ {S} - \ left (1-D \ right) D} {Lf} $
$ f = \ frac {1} {T} = $ tần suất cắt
Dạng sóng hiện tại và điện áp
Các dạng sóng hiện tại và điện áp được đưa ra dưới đây:
Đối với bộ dao cắt bước xuống, đầu ra điện áp luôn nhỏ hơn đầu vào điện áp. Điều này được thể hiện bằng dạng sóng bên dưới.
Step Up / Step Down Chopper
Đây còn được gọi là bộ chuyển đổi buck-boost. Nó giúp bạn có thể tăng hoặc giảm mức điện áp đầu vào. Sơ đồ dưới đây cho thấy một trực thăng tăng cường buck.
Khi bộ cắt được BẬT, cuộn cảm L trở nên được tích điện bằng điện áp nguồn V s . Do đó, V s = V L .
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$Bởi vì -
$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $ và $ f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ left (iii \ right) $
Khi bộ cắt được chuyển sang TẮT, cực tính của cuộn cảm sẽ đảo ngược và điều này làm cho nó phóng điện qua diode và tải.
Vì thế,
$$ V_ {0} = - V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = - V_ {0} $$$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0} $, do đó $ \ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ left (iv \ right) $
Đánh giá phương trình (iii) và (iv) cho -
$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $, $ DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { TẮT} 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} $
Vì $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {T-T_ {OFF}} {1-D} $
Điều này cho,
$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $
D có thể thay đổi từ 0 đến 1. Khi, D = 0; V O = 0
Khi D = 0,5, V O = V S
Khi, D = 1, V O = ∞.
Do đó, trong khoảng 0 ≤ D ≤ 0,5, điện áp đầu ra thay đổi trong phạm vi 0 ≤ V O <V S và chúng ta nhận được bước xuống hoặc hoạt động Buck. Trong khi đó, trong khoảng thời gian 0,5 ≤ D ≤ 1, điện áp đầu ra thay đổi trong phạm vi V S ≤ V O ≤ ∞ và chúng tôi nhận được hoạt động bước lên hoặc tăng cường.