Особенности преобразователя с активным ограничением напряжения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (398) январь 2022 г.

Дата публикации: 21.01.2022

Статья просмотрена: 56 раз

Библиографическое описание:

Уласов, Г. А. Особенности преобразователя с активным ограничением напряжения / Г. А. Уласов, А. Н. Крюков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 3 (398). — С. 22-26. — URL: https://moluch.ru/archive/398/88135/ (дата обращения: 16.12.2024).



В статье рассмотрен способ размагничивания сердечника с помощью активного ограничения напряжения.

Ключевые слова: низковольтный источник питания, преобразователь постоянного напряжения, активное ограничение напряжения.

Преобразователи напряжения с активным сбросом используется производителями электроники. В русскоязычной литературе по проектированию их особенностям уделяется недостаточно внимания. Статья будет полезна отечественным разработчикам.

Прямоходовой преобразователь

Временные диаграммы работы forward-преобразователя

Рис. 1. Временные диаграммы работы forward-преобразователя

Пусть ШИМ управляет основным ключом Q1 (рис. 1), тогда на временных диаграммах можно увидеть формы напряжения на затворе V з-и , тока в первичной обмотке I Np и тока подмагничивания трансформатора I Lm , который будет возрастать. Чтобы не допустить насыщения сердечника трансформатора, необходимо уменьшить ток подмагничивания до нуля или первоначального значения до начала следующего цикла. Это можно сделать подачей на первичную обмотку обратного напряжения — например, через конденсатор.

Активное ограничение напряжения

Временные диаграммы работы forward-преобразователя с активным ограничением напряжения

Рис. 2. Временные диаграммы работы forward-преобразователя с активным ограничением напряжения

Для отключения конденсатора при замкнутом ключе Q1 нужен дополнительный ключ Q2 (рис.2). Перед повторным включением ключа Q1 нужно открыть ключ Q2, чтобы не разряжать конденсатор через ключ Q1. Таким образом, работа переключателя сброса Q2 будет заключаться в том, чтобы он замыкался сразу после размыкания ключа Q1. Затем он размыкается перед тем, как ключ Q1 снова будет замкнут для следующего цикла.

Рассмотрим временные диаграммы работы элементов преобразователя напряжения с активным ограничением подробнее (рис. 3). Серым цветом на графиках выделены этапы преобразования и приведено описание процессов каждого этапа.

Временные диаграммы работы элементов преобразователя напряжения с активным сбросом

Рис. 3. Временные диаграммы работы элементов преобразователя напряжения с активным сбросом

Преобразование напряжения происходит, когда включен основной ключ Q1. Полярность напряжения на первичной обмотке трансформатора обозначена плюсом и минусом. В это время напряжение на вторичной обмотке положительное, диод D2 открыт, энергия поступает на LC-фильтр и в нагрузку. Одновременно в первичной обмотке нарастает ток намагничивания, как показано на нижней диаграмме красной пунктирной линией. Синяя линия на нижней диаграмме — ток конденсатора или ток ключа Q2. В это время он разомкнут, поэтому на синей линии ток равен нулю.

Поскольку ток намагничивания будет суммой токов через Q1, когда он замкнут, и тока конденсатора Сс, когда Q2 замкнут, диаграмма тока намагничивания в первичной обмотке трансформатора имеет вид треугольника, наклон сторон которого определяется величинами токов ключей Q1 (ток намагничивания) и Q2 (ток размагничивания). Ключ Q2 включается сразу после выключения ключа Q1.

Временные диаграммы размагничивания сердечника, часть 1

Рис. 4. Временные диаграммы размагничивания сердечника, часть 1

Из-за влияния индуктивности дросселя L1 ток подмагничивания будет продолжать течь в том же направлении. Когда Q1 выключается, ток подмагничивания будет течь через Q2 с такой же величиной. Под действием энергии, накопленной в конденсаторе активного ограничения (клампа) Сс, изменяется полярность напряжения на индуктивности подмагничивания (рис. 4), ток потечет в обратном направлении, напряжение на первичной обмотке будет равно Vin, деленное на 1 минус D. Наклон тока подмагничивания изменится с положительного на отрицательный.

Напряжение стока ключа Q1 в это время равно напряжению конденсатора, ток протекает через конденсатор Сс. Напряжение конденсатора почти не меняется, поэтому одинаково и обратное напряжение размагничивания, полярность та же. Ток подмагничивания уменьшается до 0 и дальше, при этом полярность индуктивности подмагничивания не меняется, напряжение на конденсаторе тоже не меняется, значит, ток через конденсатор начнет течь вверх через индуктивность подмагничивания обратно в источник, одновременно сбрасывая энергию, накопленную в трансформаторе.

Временные диаграммы размагничивания сердечника, часть 2

Рис. 5. Временные диаграммы размагничивания сердечника, часть 2

В результате энергия индуктивности подмагничивания захватывается конденсатором Сс и заряжает его до напряжения, превосходящее входное, а в следующем цикле он возвращает эту энергию обратно в источник. Далее процесс повторяется (рис.5).

В рассмотренном материале не учтены эффект Миллера, влияния реактивных сопротивлений выводов элементов и соединительных проводников. Поиски способов улучшения топологий преобразователей напряжения с активным ограничением будут направлением дальнейших исследований.

Литература:

  1. Bob B. Active clamp resets transformer in converters. Power Electronics Technology, 2004, January.
Основные термины (генерируются автоматически): активное ограничение напряжения, первичная обмотка, ток подмагничивания, активное ограничение, ток намагничивания, активный сброс, временная диаграмма работы forward-преобразователя, нижняя диаграмма, основной ключ, синяя линия.


Похожие статьи

Алгоритм расчета переходных процессов стабилизированного источника питания на базе однофазного последовательного автономного инвертора тока при частотном регулировании

Измеритель среднего уровня тока

В данной статье представлена разработка устройства измерения среднего уровня тока с диапазоном измерения 0,01–1 А.

Конструкция для регулировки частоты вращения маломощного электродвигателя

В статье освещается создание конструкции для регулировки частоты вращения маломощного электродвигателя для решения проблем электротехники.

Применение трансформаторных обратных связей в широкополосных усилителях

В статье представлены и описаны основные схемы усилителей, в которых применяются трансформаторные обратные связь без потерь, для повышения линейности усилителя.

Контроль включения сетевого резерва делительной автоматикой

Описан способ контроля включения сетевого резерва делительной автоматикой, разработана структурная схема и описана ее работа с изображением выходных сигналов.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами, управляемый при помощи прогнозирующей модели

В данной работе рассматривается метод управления синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ), который заключается в использовании прогнозирующей модели управления (ПМУ), позволяющей регулировать токи и скорость двигателя с заданной точностью...

Преобразователь частоты в системах вентиляции

В статье рассматривается возможность использования частотного регулирования на базе транзисторных частотных преобразователей, основанных на IGBT-транзисторах для повышения энергоэффективности электроприводов систем вентиляции.

Влияние быстрого насыщения трансформаторов тока на работу РЗ

Эффект насыщения трансформаторов тока известен давно, но актуальность данного вопроса остается и в настоящем времени. В данной статье рассматривается влияние насыщения ТТ, с целью исключения ложного срабатывания РЗА.

Виды короткого замыкания, определенные по отказу отключения секционных выключателей

Описан способ определения вида короткого замыкания по отказу отключения секционных выключателей, разработана структурная схема и описана ее работа с изображением выходных сигналов.

Математическое моделирование ускоренного заряда накопительного конденсатора от источника ограниченной мощности

Разработана математическая модель метода зарядки емкостного элемента от источника ЭДС ограниченной мощности. Проведен анализ возможности практической реализации данного метода. Приводится сравнение с зарядом непосредственно от идеального источника ЭД...

Похожие статьи

Алгоритм расчета переходных процессов стабилизированного источника питания на базе однофазного последовательного автономного инвертора тока при частотном регулировании

Измеритель среднего уровня тока

В данной статье представлена разработка устройства измерения среднего уровня тока с диапазоном измерения 0,01–1 А.

Конструкция для регулировки частоты вращения маломощного электродвигателя

В статье освещается создание конструкции для регулировки частоты вращения маломощного электродвигателя для решения проблем электротехники.

Применение трансформаторных обратных связей в широкополосных усилителях

В статье представлены и описаны основные схемы усилителей, в которых применяются трансформаторные обратные связь без потерь, для повышения линейности усилителя.

Контроль включения сетевого резерва делительной автоматикой

Описан способ контроля включения сетевого резерва делительной автоматикой, разработана структурная схема и описана ее работа с изображением выходных сигналов.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами, управляемый при помощи прогнозирующей модели

В данной работе рассматривается метод управления синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ), который заключается в использовании прогнозирующей модели управления (ПМУ), позволяющей регулировать токи и скорость двигателя с заданной точностью...

Преобразователь частоты в системах вентиляции

В статье рассматривается возможность использования частотного регулирования на базе транзисторных частотных преобразователей, основанных на IGBT-транзисторах для повышения энергоэффективности электроприводов систем вентиляции.

Влияние быстрого насыщения трансформаторов тока на работу РЗ

Эффект насыщения трансформаторов тока известен давно, но актуальность данного вопроса остается и в настоящем времени. В данной статье рассматривается влияние насыщения ТТ, с целью исключения ложного срабатывания РЗА.

Виды короткого замыкания, определенные по отказу отключения секционных выключателей

Описан способ определения вида короткого замыкания по отказу отключения секционных выключателей, разработана структурная схема и описана ее работа с изображением выходных сигналов.

Математическое моделирование ускоренного заряда накопительного конденсатора от источника ограниченной мощности

Разработана математическая модель метода зарядки емкостного элемента от источника ЭДС ограниченной мощности. Проведен анализ возможности практической реализации данного метода. Приводится сравнение с зарядом непосредственно от идеального источника ЭД...

Задать вопрос