v.katić - ee2-4. napajači sa galv.izol._dc-dc

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2

PREKIDAČKI NAPAJAČI SA GALVANSKOM IZOLACIJOM

Prekidački napajači koriste modifikacije jednosmernih pretvarača ili rezonantnih pretvarača. Od njih se razlikuju po galvanskoj izolaciji između izlaza i ulaza. Galvanska izolacija se ostvaruje pomoću VF izolacionog transformatora.

Slika: B-H karakteristika izolovanog transformatora.

Ll1, Ll2 – rasipna induktivnost: potrebno je smanjiti maksimalno- napreže prek

2

1

2

1

NN

vv

Lm – induktivnost magnećenja; potrebno je povećati da bi se smanjila struja magnećenja-opterećenje prekid

1

2

2

1

221101

NN

ii

iNiNK

kiN kk

Na bazi korišćenja jezgra transformatora mogu se razlikovati dve vrste napajača:

1. jednokvadratni-koriste samo pozitivan deo B-H karakteristike (I kvadrant) 2. dvokvadratni-naizmenično se koriste pozitivan (I kvadrant) i negativan (II kvadrant) kvadrant

B-H karakteristike

Br

Bm

B

H

zasićenje

A

B

C

D

A

B

Ll1 Ll2N1:N2i1i2

v1 v2

+ +

C

D

Lm

"Amper – navojci"


Jednokvadratni napajači se dobijaju modifikacijom (ubacivanjem izolacionih transformatora) jednosmernih prekidačkih pretvarača. Dele se na:

1)FLYBACK napajač-izvodi se iz buck-boost pretvarača 2)FORWARD napajač-izvodi se iz spuštača (buck) pretvarača Regulacija izlaznog napona se postiže PWM šemom opisanom kod jednosmernih

prekidačkih pretvarača. Dvokvadratni napajači koriste celu B-H karakteristiku, što znači da na transformator dolazi

naizmenični talasni oblik napona. On se dobija nekim od INVERTORSKIH topologija proučavanih ranije. Dele se na:

1)PUSH-PULL NAPAJAČ (inv sa srednjom tačkom) 2)POLU-MOSTNI NAPAJAČ (polu-mostni inv) 3)MOSTNI NAPAJAČ ( mostni inv) Na sekundaru je jednostavan dvopulsni ispravljač koji daje DC izlaz. Dakle, napajač je u

stvari složeni pretvarač – inv-transf-ispr.! Regulacija izlaznog napona je drugačija od one za jednokvadratne napajače. To je PWM

šema gde se u jednoj periodi upravlja jednim prekidačem, a u drugoj drugim, i zatim periodično ponavlja. Karakteristika je da su oba prekidača u jednom intervalu (vtest>vref) istovremeno isključena, dok je u ostalim uključen samo jedan: D=d1+d2

vtest.

t

vref.

T1

onT2

off

T1T2

off

T2

onT1

off

T1T2

off

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 1. FLYBACK NAPAJAČ (Indirektni napajač):

(Izveden je iz BUCK-BOOST pretvarača) Ako se transformator zameni svojom ekvivalentnom šemom, vidi se da se Lm koristi kao induktivnost za akumulisanje energije, a idealni trafo za galvansko razdvajanje. LR se zanemaruje u ovoj aplikaciji Lm se teži da bude što veće da bi se ograničila struja magnećenja, ali to ne važi za ovaj slučaj!!!

D

+

Vd

N1 N2 C R

+

Viz

i1

Ti2

iiz

D

+

Vd

N1 N2

C Rv1

+v2

+

_

_Lm

+

Viz

i1

iTT

i2

iiz

t

t

t

iD iT

f

v1 viz

Viz

(-N1/N2)Viz

Vd

ton toff

f max

ton T

Iiz


aa

NN

VV

Tt

Tt

NN

tTt

NN

VV

tTNVt

NV

T

tTNVt

NVT

tTNVT

TttttNVt

Vv

tNVt

tttNVtVve

tedt

Nt

dtdN

dtde

d

iz

S

ON

S

ON

ONs

ON

d

iz

ONSiz

ONd

S

ONSiz

ONd

S

ONSiz

MAXS

SONONiz

MAX

iz

ONd

ON

ONd

d

1

1

)()0()0(

)0()( je Kako

)()0()(

)()0()(

),()(

:OFF T

)0()(

0,)0()(:: ON T

0

1)0()(

1

2

1

2

1

2

21

21

2

2

2

1max

11

NAPREZANJE POLUPROVODNIKA: 1. TRANZISTOR

0<t<tON T ON v1=Vd

Ako se trafo nacrta preko T šeme i LR≈0.


SONd

izdd

ON

t

ONm

izMAXm

miz

iz

SON

ONm

dTMAXMAX

onm

dTm

TTmmd

Ttta

VVNNVvV

ttv

ttL

VNNti

dtLV

NN

VNNv

Ttt

tLVI

tttLVtiti

titititidt

LV

,1

0,0

)(1I)(

di

)0(II

0,)0(I)()(

)()()()(,di

2

11

2

1m

m

2

1

2

11

mm

m

1m

Primer:

Za a=0.5

dd

t VVv 25.01

Za a=0.8

dd

t VVv 58.01

2. DIODA

)(I)(

),(

0,0

2

2

1m

2

1

2

1

2

1

ONm

izMAXmD

Smm

ON

D

ttLV

NN

NNti

NNi

TtttiNN

tti


m

izSizMAX

m

izMAX

ONONSm

izMAXiz

ONSONONS

mS

izONSMAX

S

S

ON

DS

S

DS

iz

izD

LVTa

NN

aI

NN

LVa

NN

NNa

ttTaL

VNN

NNaI

tTttTLT

VNNtT

NN

T

T

tdti

T

Tdti

TI

II

2)1(

1I

2)1(I)1(

)222)(1(2

I)1(

)(2

)(I1

1

0

1

:diode strujne vrednost srednja je Kako

2

1

2

1m

22

2

1m

2

1

2

2

1m

2

1

2

2

1m

2

122

Problem: akumulisana energija u Lm koja se ne može preneti, te pojava visokih napona rešava se stavljanjem RCD snabera, ali preko transformatora.

L

Vd

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 2. FORWARD NAPAJAČ (Direktni napajač)

(Izveden je iz spuštača napona)

+

Vd

N1

v1

iT

T

+

_

D1

N2

C R v2

+

_

+

Viz

i2

iL

D2

L

vL +

Pretpostavka: idealan transformator

LMONiz

ON

LL

izL

SON

ONizdLLL

L

ONizdLizL

dd

ON

IttVL

t

tdtv

Li

Vv

vv

Tttza

tttVVNN

L

tdtv

Li

dtdiLv

ttVVNNvVvv

VNNv

NNvVv

ttza

)(11

0,0

vodi.D2 a vodi,ne D1

0,1

0

1

0,0

ne. D2 a vodi,D10

21

1

2

1

22

1

21

1

221

napona odnos prenosni

0

0)(11

1

0

1

:01

1

2

1

2

1

2

1

2

aNN

VV

VTtVV

TtV

NN

Tt

VT

tTtVT

VNN

T

T

tdtV

T

tdtVV

NN

T

vT

d

iz

izS

ONiziz

S

ONd

S

ON

izS

ONSONiz

Sd

S

S

ON

izS

ON

izdS

LS

vL

iL

0 t

t

(N2/N1)Vd-Viz

ton Ts

-Viz

ton Ts

aTs (1-a)Ts


aNN

VV

tTVV

NN

IItVL

TVL

tVL

tVNN

L

TttIItTVL

Ti

TttIttVL

ti

OFFT

ttIItVVNN

Lti

ttItVVNN

Lti

ONT

d

iz

ON

Sizd

LMLMONizSizONizONd

SONLLMONSizSL

SONLMONizL

ONLMLONizdONL

ONLizdL

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1111

),0()(1)(

,)(1)(

:

0,)0(1)(

0),0(1)(

:

PROBLEM: U realnom napajaču struja magnećenja transformatora se mora uvesti u obzir t.j. indukt.

magnećenje Lm akumulira određenu energiju koja može da uništi tranzistor. Ta energija se mora apsorbovati, odnosno obično se vraća u izvor pomoću dodatnog namota-demagnetizujućeg namota. Sad je šema:

Transformator je bifilarno motan da bi se smanjila rasipna induktivnost.

+

Vd

N1v1

i1T

+

_

D1

N2

C Rv2

+

_

+

Viz

i2

iL

D2

L

vL+

D3

N3

+

_v1

i3


Da bi se transformator potpuno demagnetizovao pre sledećeg ciklusa, maksimalna vrednost faktora ispune je takva da

aTt

S

m 1 , tj.

aNN

TtCdtv

T

dtLv

aNNNN

aaNNa

m

m

1

31

m1

max31

1

3maxmax

1

3max

1

di

!5.0 o)(uobičuobi je ako odnosno

1

11

Demagnet namot je motan i od tanke žice, jer vodi samo struju demagnetizacije.

t

t

t

v1

iL

iT

Vd

ton Ts(-N1/N3)Vd

ton tm

toff

iL

im imIiz=Viz/R

imim

iT iTim

i1

Îm

i1


3

11

3

13

2

223311

1

m

d1

izvoru vracase koja struja

vodine D1jer 0

0

0

:OFF T

0,I

0 ,V

:ON T

d

m

kk

mT

ONON

m

ON

vNNv

iNNi

i

iNiNiNk

iN

iii

tttti

ttv

!!21

)( za:Primer

1

1

01

01di

je Kako

max

31

1

3

max

1

3

3

1

1m

1

a

u praksiuobicajenoNNNN

aaNN

Tt

VNN

TtVaT

T

dtvTdt

Lv

mS

m

dS

mdS

S

Sm


3. PUSH - PULL NAPAJAČ (Simetrični napajač)

Izveden je iz spuštača napona

+

Vd

D1

N2

C R

+

Viz

i2

Iiz L

vL +

N2

vd

+

D2 iD2

iD1

N1

N1

DT2 T2 DT1

T1

C

-

DT1, DT2... povratne diode za akumulisanu energiju u rasipnoj induktivnosti transformatora Postoji mogućnost pojave nesimetrije zbog nejednakog rada tranzistora – otklanja se

CURRENT-MODE CONTROL-om-

t

t

vd

(N2/N1)Vd Viz

T1 on T2 off D1 on D2 off

T1 off T2 off D1 on D2 on

T1 off T2 on D1 off D2 on


ton1 Δ1 ton2 Δ2

Ts/2 Ts/2

Iiz

iL

iD1 iD2


ONizdL

ddd

ON

ttVVNNv

VVNNvVv

T

tt

0,

: vodine D2 , ON D1ON.1

:0

1

2

1

221

1

5.00,201

4.

vodine D1 ON D2 T2ON:2

.3

2

0

)0(1;2

:ON D2 , ON D1OFF.2

1

2

2

1

1

21

1

22

2

21

11

11

aaNN

VVdtv

T

Tttt

ttT

iii

tttVv

V

ItVVNN

LiTttt

T

d

izL

S

SONON

ONS

LDD

ONONizL

d

LizdLS

ONON

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 4. POLU - MOSTNI NAPAJAČ (Izveden je iz spuštača napona)

D1

N2

C R

+

Viz

i2

Iiz L

vL +

N2

vd

+

D2 iD2

iD1

+

Vd N1

DT2 T2

DT1 T1

-

C1

C2

Vd/2

C1=C2

diode za zaštitu prekidača

t

t

vd

(N2/N1)Vd /2 Viz

T1 on T2 off D1 on D2 off


T1 off T2 on D1 off D2 on


ton Δ ton Δ

Ts/2 Ts/2

Iiz

iL

iD1

Ts

ton Ts/2 Ts


5.00,

);(,

0,2

02/

0

12

1

2

1

2

aaNN

VV

TtatttVv

ttVVNNv

Tdtv

T

d

iz

S

ONONONizL

ONizd

L

S

LS

Napon na primaru transformatora.

aVaVTtV

tVT

dtt V

T

dtT

vT

v

ddS

ONd

ONd

S

ONd

S

S

S

22

22

22

0 212

0

1

2

22

211

v1

Vd/2

?

ton

Ts/2

ton

-Vd/2

?

Ts

V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 5. MOSTNI NAPAJAČ

D1

N2

C R

+

Viz

i2

Iiz L

vL +

N2

vd

+

D2 iD2

iD1

+

Vd N1

T2

T3

-

C v1

T1

T4

(Izveden iz spuštača napona)

t

t

vd

(N2/N1)Vd Viz

T1 on T2 on T3 off T4off D1 on D2 off

T1 off T2 off T3 off T4 off D1 on D2 on

T1 off T2 off T3 on T4 on D1 off D2 on

T1 off T2 off T3 off T4 off D1 on D2 on

ton Δ ton Δ

Ts/2 Ts/2

Iiz=Viz/R

iL

iD1

Ts

ton Ts/2 Ts


ONizdL

dd

ttVVNNV

VNNV

0,

OFF T4 T3, OFF; D2 ON, D1ON T21.T1,

: radaNacin

1

2

1

2

5.00,02/

02T1

OFF T2 T1, ON; D2 ON, D1OFF T44.T3,

OFF T2 T1, ON; D2 OFF, D1ON T4T3,.3

2/,

0

OFF T4 T3, ON; D2 ON, D1OFF T22.T1,

1

2

S

aaNN

VVT

dtv

TtttVV

V

d

izS

L

SONONizL

d

Ako se uporede POLU-MOSTNI i MOSTNI napajač uz iste uslove (isti ulazni i izlazni

napon, ista snaga, zanemar. im0) dobija se

MPM NN

NN

1

2

1

2 2 polumostni zahteva dvostruko veći prenosni odnos-veći

transformator MTPMT II 2 polumostni zahteva dvostruko veću struju kroz tranzistore

Mostni ima više komponenti, ali je za veće snage povoljniji!

v.katić - ee2-4. napajači sa galv.izol._dc-dc

Documents