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 Структура с преобразованием энергии на ключах постоянного тока Частотно-зависимые характеристики электромагнитных элементов Преобразователь постоянного напряжения в постоянное

Структура с преобразованием энергии на ключах переменного тока

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. Непосредственные преобразователи постоянного напряжения НПН понижающего типа

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 U вх - 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 при и равен

Регулировочные характеристики реальных НПН инвертирующего типа Максимум выходного напряжения при и равен

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 «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 инвертирующего повышающего понижающего

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

I Lэфф U Смакс I VTмакс U VTмакс I VDcр U VDобр γ мин γ макс Uн Uн Uн Uн Uн Uн 4. Расчетные соотношения для 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. Методика проектирования преобразователей на основе НПН:

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, Ч с. 2. Мишуров В.С., Семенов В.Д. Энергетическая электроника: Учебное методическое пособие. Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, с.

Дополнительная литература 1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», – 364 с. 2. Высокочастотные транзисторные преобразователи / Э.М. Ромаш и др. – М.: Радио и связь, – 288 с. 3. Микроэлектронные электросистемы. Применения в радиоэлектронике / Под ред. Ю.И. Конева. – М.: Радио и связь, – 240 с. 4. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. – М.: Энергоатомиздат, – 376 с. 5. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. – М.: Энергоатомиздат, – 296 с. 6. Сергеев Б.С. Схемотехника функциональных узлов источников вторичного электропитания: Справочник. – М.: Радио и связь, – 224 с. 7. Стабилизаторы переменного напряжения с высокочастотным широтно-импульсным регулированием / А.В. Кобзев и др. – М.: Энергоатомиздат, – 152 с. 8. Уильямс Б. Силовая электроника: приборы, применение, управление. Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, – 240 с. 9. Четти П. Проектирование ключевых источников электропитания. Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, – 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 учебного пособия «Энергетическая электроника» Кобзев А.В. и др. - параграфы 3.3 учебно-методического пособия " Энергетическая электроника " Семенов В.Д., Мишуров В.С.