Motivele pentru defalcarea cheii de putere
În proiectarea de comutare surse de alimentare și de invertoare electrice de înaltă tensiune, cu intrare de izolare galvanică de la ieșirea ne confruntăm cu un fapt interesant. Am ales comutatoarele de putere (tranzistori de putere din etapa de ieșire), cu o dublă de alimentare de curent, tensiune și putere, dar ei încă mai arde. Afectate de această problemă în urma convertoare de comutare topologie: flyback, de un atacant și push-pull. O jumătate de pod și podul nu este expus. Ca rezultat, inginerii au abandonat aproape complet utilizarea primelor trei topologii de convertoare de mare putere, cu toate că acestea sunt punct de vedere economic mai eficiente decât ultimele două.
În literatura de specialitate puțină atenție cauze fizice acest efect. Pur și simplu a declarat, că această problemă se aplică numai acestor topologii, precum și statele care nu utilizează întrerupătoare de putere, chiar dacă acestea sunt apreciate pentru 1-200 A, pentru comutare curent 2-30 A, deoarece la chei de lucru curenți de înaltă tensiune devine imposibil de gestionat.
Atenția dumneavoastră de compilare:
Am încercat să înțeleagă cauzele comutatoarelor de putere Burnout în anumite scheme de convertoare de tensiune cu o putere transformator.
Transformatorul de ieșire - dispersia de comunicare înfășurări inductoare
Când vom construi o sursă de alimentare de comutare, se presupune, de obicei, că transformatorul de ieșire este ideal. Ce înseamnă? Acest lucru înseamnă că convertește tensiunea de intrare în ieșire și nu are nici o inductanță internă, capacitatea de comunicare inductor. Adică [tensiune pe înfășurarea secundară] = [raportul de transformare] * [tensiune pe înfășurarea primară], în care coeficientul de transformare este o constantă, independent de frecvență, amplitudine și alți parametri de semnal.
Cu toate acestea, transformatorul real nu este același lucru. A se vedea schema. N1 - numărul de spire ale înfășurării primare N2 - numărul de spire din înfășurării secundare, L'1 - scurgere inductanța înfășurării primare, L'2 - scurgere inductanță de înfășurarea secundară, L1 - inductanță primar, L2 - inductanța înfășurării secundare. Partiționarea pe L'1 și L'2 este condiționată, așa cum, de fapt, însăși noțiunea de inductivitatea de comunicare are sens atunci când este aplicat la o pereche de înfășurări. Deci, înainte de sfârșitul dreptul de a vorbi de cuplaj inductiv pentru fiecare pereche de înfășurări. Dar calculul inductanței asociat cu o serie de ipoteze, astfel încât să putem pune [L'1] = [L'2] * ([N1] / [N2]) ^ 2, modelul nu prea răsfățat.
De lucru de putere reală transformator de impulsuri la închiderea comutatorului de alimentare
Să considerăm, de exemplu de topologie liniară. Acesta utilizează o bobină special pentru demagnetiza circuitul magnetic al transformatorului, adică pentru îndepărtarea tensiunii de auto-inducție și descărcarea energiei acumulate înapoi la sursa de alimentare. Într-o astfel de push-pull topologie demagnetizare înfășurarea este înfășurării al doilea braț. În momentul în care un comutator lateral este închis, celălalt braț este conectat la o sursă de alimentare prin tasta de pornire dioda șunt. Energia acumulată în câmpul magnetic va fi atribuit prin acest circuit. Convertorul flyback, energia stocată este dată circuitul de ieșire, în care tensiunea este de asemenea fixat. În general, toate argumentele noastre ulterioare sunt ușor de transportat și de aceste topologii.
Deci, ce se întâmplă atunci când închideți comutatorul de alimentare în topologie liniară? Ne așteptăm să vedem următoarea imagine. Tensiunea pe tranzistor ajunge la o anumită valoare egală cu [tensiune] + [tensiune] * [Număr de rotații în înfășurarea primară] / [numărul de spire din bobina demagnetizare]. După aceea, în timp ce este menținut la acest nivel. Energia de descărcare are loc în circuitul de alimentare. Mai mult, ca epuizarea energiei acumulate, tensiunea scade la tensiunea de alimentare.
Dar acolo a fost. Tensiunea efectivă peste tranzistor atunci când se închide sare mai mare decât calculat, apoi scade încet la design. Motivul pentru aceasta - inductanța conexiune (scurgeri, împrăștiind) între primar și bobinele secționare. Deoarece câmpul magnetic al inductorului nu se poate schimba instantaneu, curentul care curge prin înfășurarea primară ar trebui să se miște ca un demagnetizare de lichidare (luând în considerare raportul se transformă), și sunt amortizate treptat. Într-un transformator ideală, se întâmplă instantaneu, dar, în timp real, este nevoie.
Circuitele de consum redus de energie, acest salt este aproape imperceptibil. De ce? Există două motive, și se completează reciproc. Primul - salt depinde de puterea actuală. Cu cât curentul în sarcină, cu atât mai mult va sari. Al doilea - inductanța conexiunii depinde de grosimea înfășurărilor și cât de bine acestea sunt adiacente unul cu altul. Cu cât este mai puternic transformator, curent de mare, la care este proiectat, mai gros un fir, cu atât mai mare inductanța conexiunii. Dacă această inductanță este neglijabilă pentru transformatoare mici pentru puterea produselor poate fi de 10% sau mai mult din inductanța înfășurării primare.
Deci motivele liniare, obratnohodnaya și push-pull topologii nu sunt utilizate pentru circuitele de putere, de putere. Gestionați curenți mari nu imposibil, deoarece nu vă permite să vă faceți o bipolare de putere sau efect de câmp tranzistori, dar pentru că previne inductanța parazitare a sarcinii. Protecția împotriva surse de alimentare moderne supracurent bazate pe principiul întreruperii curente, în plus față de puterea sa de peste o anumită valoare. Dar du-te și întrerupe curentul excesiv este pur și simplu imposibil. Un val de tensiune pe tasta de pornire făcându-l inutilizabil.
Moduri de a face cu auto-inducție, tensiune de inducție salt
Este păcat, pentru că topologia numit au o serie de avantaje. În primul rând, este beneficiile economice: pierderi mai puțin, o eficiență mai mare, simplu circuit și setarea sa (mai puțin efort pentru a asambla și de configurare), mai puține piese, iar valoarea totală a acestora. Dar nu totul este pierdut. Există mai multe modalități de a depăși problemele descrise mai sus:- Design corectă a transformatorului de putere
- Folosind circuite de amortizare, inclusiv pierderi zero
- convertoare rezonante, comutator inductanță de scurgere în circuitul rezonant
- Utilizarea circuitelor active pentru a limita de tensiune întrerupătoare de putere.
Bridge și topologie jumătate de pod nu suferă de inductanță parazitare și auto-inductivitatea
De ce pod și topologie jumătate de pod, nu sunt supuse problema defalcării switch-uri de putere? Răspunsul este simplu. În aceste topologii este structural imposibil de tensiuni asupra tensiunii de alimentare de pe comutatorul de alimentare. Dacă tensiunea la colector (golire) a tranzistorului devine mai mare decât tensiunea de alimentare mai mici, este atribuit imediat la circuitul de alimentare prin dioda volant a tranzistorului superior. Dacă tensiunea de pe emițător (sursa) a tranzistorului superior devine mai mică decât zero, aceasta este imediat redus la zero a circuitelor de alimentare prin dioda șuntare a tranzistorului inferior. O astfel de protecție nu este asociată cu Inductivitatea și total inert, functioneaza instantaneu.