Yükseltici dönüştürücü - Boost converter
Bir takviye dönüştürücü ( artırmalı dönüştürücü ) a, DC-DC güç dönüştürücüsü kendi çıkışında (yük) girişine (besleme) den (mevcut aşağı iner ise) gerilimi adım. Bu sınıfıdır anahtar-modlu güç tedarik en az iki yarı iletken (a ihtiva eden (SMPS) diyot ve transistör : a) en az bir enerji depolama elemanı kondansatör , indüktör veya kombinasyon halinde iki. Azaltmak için gerilim dalgalanması , (indüktörlerle olarak kombinasyon halindeki) kondansatörlerin yapılan filtreler normal olarak bir dönüştürücünün çıkış (yük tarafındaki filtre) ve giriş (besleme tarafındaki filtre) ilave edilir.
içindekiler
genel bakış
Boost dönüştürücü güç böyle piller, güneş panelleri, redresörler ve DC jeneratörleri gibi uygun olan herhangi DC kaynaktan gelebilir. Farklı bir DC gerilimine bir DC gerilimi değiştiren bir işlem DC dönüşüm DC denir. Bir artırmak dönüştürücü olan DC-DC dönüştürücü , kaynak geriliminden daha yüksek bir çıkış gerilimi ile. Bir artırmak dönüştürücü bazen "adımlar yukarı" kaynak gerilimi beri adım yukarı dönüştürücü denir. Güç (yana ) muhafaza edilmelidir , çıkış akımı arz akımı daha düşüktür.
Tarihçe
Yüksek verimlilik için, AGK anahtarı hızla açmak ve kapatmak ve düşük kayıplar olması gerekir. Ticari bir gelişi yarıiletken 1950'lerde anahtarı böyle mümkün boost dönüştürücü olarak SMPSs yapılan önemli bir kilometre taşını temsil etti. Yarıiletken anahtarlar kullanılabilir hale gelmişti zaman büyük DC DC dönüştürücüler 1960'ların başında geliştirilmiştir. Havacılık , küçük, hafif ve verimli güç dönüştürücüler için endüstrinin ihtiyacı konvertör'ün hızla gelişmesine yol açtı.
Böyle SMPS olarak Anahtarlı sistemler kendi modellerde anahtar kısılır veya olmamasına bağlıdır çünkü tasarım bir meydan okuma vardır. RD Middlebrook dan Caltech 1977 yılında bugün kullanılan DC dönüştürücüler DC için modeller yayınladı. Middlebrook durum-uzay ortalama denilen bir teknik, her anahtar için devre yapılandırmaları ortalaması alınmıştır. Bu sadeleştirme birine iki sistem azalttı. Yeni model AGK büyümesini sağladı anlayışlı tasarım denklemleri yol açtı.
Uygulamalar
Batarya güç sistemleri genellikle daha yüksek gerilim elde etmek için seri hücreleri yığını. Bununla birlikte, yeterli hücre istif yer olmaması nedeniyle çok yüksek voltaj uygulamalarında mümkün değildir. Boost dönüştürücüler gerilimi artırmak ve hücrelerin sayısını azaltabilir. Boost dönüştürücüler kullanmak İki pilli uygulamalar kullanılmaktadır hibrid elektrikli araçlar (HEV) ve aydınlatma sistemleri.
NHW20 modeli Toyota Prius HEV 500 V motor kullanır. Bir yükseltici dönüştürücü olmadan, Prius motoru iktidara yaklaşık 417 hücrelerini gerekir. Bununla birlikte, bir Prius'tur aslında sadece 168 hücreleri kullanan ve taşınabilir aydınlatma sistemleri gibi daha küçük ölçekli uygulamalarda da, aynı zamanda 202 V ila 500 V. Kuvvetlendirme dönüştürücüler güç aygıtları akü voltajı arttırır. Bir LED beyaz tipik ışık yaymak üzere 3.3 V gerektirir ve bir destek dönüştürücü lamba güç vermek için, tek bir 1.5 V alkalin hücre voltajı kadar adım olabilir.
Bir düzensiz yükselten dönüştürücü 'olarak bilinen devrede voltaj artışının mekanizması olarak kullanılan bir Joule hırsız '. Bu devre topolojisi, düşük güç batarya uygulamalar ile birlikte kullanılır, ve bir pilde enerji 'çalma' için bir destek dönüştürücünün özelliği amaçlanmıştır. Neredeyse bitmiş pilin düşük voltaj normal yük için onu kullanılamaz hale getirdiği Bu enerji aksi boşa olacaktır. Birçok uygulama gerilimi azaldığında yeterli akım bir yük akmasına izin vermez, çünkü bu enerji aksi kullanılmayan kalacaktı. Bu voltaj azalması, pil tükenmiş hale olarak meydana gelir, ve her yerde bir özelliğidir alkalin pil . Yana güç denklemi (olduğunu ) ve R, kararlı olma eğilimindedir, yüke uygun güç aşağı önemli ölçüde voltaj azaldıkça gider.
Devre analizi
Operasyon
Takviye dönüştürücü tahrik anahtarı madde bir eğilimidir indüktör oluşturma ve manyetik bir alan yok ederek, mevcut değişiklikleri karşı. Bir destek dönüştürücüde, çıkış gerilimi giriş geriliminden her zaman yüksektir. , Yüksek güç kademesinin şematik, Şekil 1 'de gösterilmiştir.
anahtarı kapalı olduğunda (a), mevcut bir manyetik alanın oluşturulması ile saat yönünde indüktör ve endüktör mağazalar yoluyla bir enerji akar. indüktör sol tarafında Polarite pozitiftir.
anahtarı açıldığında, (b), mevcut empedans yüksektir şekilde azalacaktır. Önceden oluşturulan manyetik alan yükü doğru akım korumak için imha edilecek. Böylece kutup tersine dönecek (indüktör sol tarafında hemen negatif olacaktır anlamına gelir). Bunun bir sonucu olarak, iki kaynak diyot D aracılığıyla kondansatör şarj etmek için daha yüksek bir gerilim neden seri olacak
Anahtar yeterince hızlı sağlanıncaya ise, indüktör şarj aşamalar arasında tam deşarj olmayacak ve yük daima anahtarı açıldığında yalnız giriş kaynağından daha bir voltaj büyüktür göreceksiniz. anahtar açılır da ise, yüke paralel kondansatör bu kombine gerilime yüklenir. Anahtar daha sonra kapatılır ve sağ taraf sol taraftan kısa devre edildiğinde, kapasitör nedenle yüke gerilim ve enerji verebilmektedir. Bu süre boyunca, engelleme diyot anahtarı üzerinden deşarj kapasitör engeller. Anahtar elbette çok fazla boşalmasını kapasitör önlemek için tekrar yeterince hızlı açılmalıdır.
Boost dönüştürücüsünün temel ilkesi, 2 farklı durumları (bakınız şekil 2) oluşur:
- ON-durumunda, anahtar S indüktör akımında bir artışa neden olur, kapatılır (Şekil 1 e bakınız);
- Off-devlet, anahtar açıktır ve güncel indüktör sunulan tek yol geçer flyback diyot D, kondansatör C ve Bu kondansatör içine On-devlet sırasında biriken enerjiyi transfer sonuçlanır yük R..
- Şekil 2'de görülebileceği gibi, giriş akımı yüzden gibi süreksiz değildir indüktör akımı ile aynıdır kova dönüştürücü ve giriş filtresinde gereksinimleri bir kova dönüştürücü ile karşılaştırıldığında rahat.
Sürekli mod
Bir yükseltici konvertör sürekli modda çalışırken, indüktör üzerindeki akımdır ( ) asla sıfıra düşer. Şekil 3, bu modda çalışan bir dönüştürücüde akım ve voltaj tipik dalga formlarını göstermektedir. Çıkış gerilimi sabit koşullarda çalışan (yani ideal davranışına sahip bileşenler kullanılarak) ideal dönüştürücünün durumunda iyonlar, aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
ON-durumuna sırasında, anahtar giriş voltajı (kılan kapalı olduğu ) bir değişikliğe neden olur endüktör karşısında görünür (bu , aşağıdaki formül ile bir zaman süresi (t) boyunca endüktör akan):
Burada L, indüktör değeridir.
On-devlet sonunda, artış L nedenle:
D tipi bir döngüdür. Bu anahtarı açık olduğu değiştirme periyodunun T kısmını temsil eder. Bu nedenle, D (S daima) 0 arasında değişmektedir (S Daha asla) ve 1.
Off-devlet sırasında, anahtar S açıktır, bu nedenle indüktör akımı yük akar. Sıfır gerilim diyot düşüşü ve bunun gerilimi sabit kalması için yeterince büyük bir kapasitör düşünün, ben evrimi L geçerli:
Bu nedenle, bir varyasyon L kapalı olduğu süre içinde olduğu:
Biz dönüştürücü kararlı durum koşullarında işlediğini düşünürken, onun bileşenlerinin her saklanan enerjinin miktarı başında ve komütasyon döngüsünün sonunda aynı olmak zorundadır. Özel olarak, indüktör depolanmış enerji ile elde edilir:
Yani, indüktör akımı komütasyon döngüsünün başında ve sonunda aynı olmak zorundadır. Bu akım (değişiklikler toplamı) toplam değişim sıfır olduğu anlamına gelir:
İkame edilmesi ve bunların ifadeleri verimleri ile:
Bu şekilde yazılabilir:
D 1. yaklaşırken bu dönüştürücü bazan Bu nedenle yukarıdaki denklem (görev çevrimi: 0 ile 1 arasında gider gibi) çıkış gerilimi giriş geriliminden her zaman daha yüksek olduğunu göstermektedir, ve teorik olarak sonsuza, D ile artar bir üvey olarak yukarı dönüştürücü.
görev döngüsü denklemini ortaya çıkarır yeniden düzenleme olması:
Kesikli mod
akımın dalga genliği çok yüksek ise, indüktör tamamen bir bütün değiştirme programı bitmeden önce boşaltılabilir. Bu genellikle hafif yükler altında meydana gelir. Bu durumda, indüktör ile dönem (Şekil 4'te dalga biçimlerini bakınız) bir bölümü sırasında sıfıra düşer. Fark hafif olmasına rağmen, çıkış voltajı denklemi üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. aşağıdaki gibi gerilim kazancı hesaplanabilir:
Döngüsünün başında indüktör akımı sıfır olduğu için, maksimum değer (en ) bir
Kapalı olduğu süre boyunca, L sonra sıfıra düşer :
Önceki iki denklemleri kullanarak, δ geçerli:
Yük akımı o ortalama diyot akımı (I eşittir D ). Şekil 4 görüldüğü gibi, diyot akım dışı durumu sırasında indüktör akıma eşittir. Bu nedenle, çıkış akımı olarak yazılabilir:
I değiştirilmesi Lmax ilgili ifadeler verimleri ile ve δ:
Bu nedenle aşağıdaki gibi çıkış gerilim kazancı yazılabilir:
Sürekli mod için çıkış voltajı kazanç ifadesi ile karşılaştırıldığında, bu ifade çok daha karmaşıktır. Bundan başka, sürekli olmayan operasyonda, çıkış gerilimi kazancı görev döngüsü (D), aynı zamanda İndüktör değeri (L), giriş voltajı (V ile bağlıdır, sadece i ), komütasyon süresi (T) ve çıkış akımının ( I o ).
I ikame o = V o denklem (R yük) içine / R, çıkış gerilimi kazancı olarak yazılabilir:
burada [1]
Ayrıca bakınız
- Joule hırsız
- Buck çevirici
- Buck-boost çevirici
- Split-pi topoloji
- transformatör
- Gerilim katlayıcı
- Gerilim çarpanı
- Hidrolik şahmerdan kullanılarak, bir destek dönüştürücü analog olarak görülebilir elektronik hidrolik benzetme .
daha fazla okuma
Referanslar
|Wikimedia Commons ile ilgili çoklu ortam kategorisi bulunur dönüştürücüleri Boost .|