magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 61 resz

Az idén is folytatjuk Robert Kollman nagysikerű teljesítményelektronikai cikksorozatának közlését. Ha a Robert által felvetett témák nem is közvetlenül az olvasó napi problémáira kínálnak megoldást, gondolatmenetét követve közelebb kerülhetünk a teljesítményelektronika sajátos gondolkodás-módjának megismeréséhez.

 

 


A sorozat előző, 60. cikkében megvizsgáltuk a kapcsolóüzemű tápegységvezérlők kitöltési tényezőjének korlátait a nem szigetelt feszültségnövelő áramkörökkel előállítani kívánt nagyon nagy konverziós arányok esetén. Arra az eredményre jutottunk, hogy a vezérlővel elérhető maximális kitöltési tényező szabja meg, milyen nagy kimeneti feszültséget állíthatunk elő. Ezek után felvethető a kérdés, mit tehetünk, ha túl akarjuk lépni ezt a határértéket. Ha csak alacsony kimeneti teljesítményre van szükség, megfontolhatjuk a feszültségnövelő áramkör nem folytonos működtetését, esetleg megpróbálkozhatunk egy töltésszivattyús feszültségnövelő beiktatásával. Ám ha a kimeneti teljesítményigény növekszik, ezek a megközelítések egyre kevésbé kínálnak járható utat, és ez kikényszeríti a csatolt induktivitásokkal működő feszültségnövelő vagy flyback áramkör használatát.

Figure 1 Kollman PT62

 1. ábra


Az 1. ábra mutatja a csatolt induktivitással felépített feszültségnövelő áramkört. Amíg a teljesítménykapcsoló be van kapcsolva, hogy mágneses energiát halmozzon fel az induktivitásban, addig a kimeneti kapacitás szolgáltatja a terhelés áramát. Ez idő alatt a D1 dióda anódja negatív feszültségű, nagyságát pedig a bemeneti feszültség és az induktivitás menetszámaránya határozza meg. Amikor viszont a kapcsoló kikapcsol, az induktivitásban felhalmozott mágneses energia olyan feszültséget indukál, amely a D1 dióda anódját pozitív értékre változtatja. Ennek hatására a dióda mindaddig vezet, míg a kimeneti kondenzátor visszatöltődik, és közben természetesen a terhelés áramát is szolgáltatja. Vegyük észre, hogy folytonos működésű üzemmódban az induktivitásban folytonosan jelen van a mágneses energia, miközben a primer és a szekunder tekercs árama pulzáló jellegű. Amikor a kapcsoló bekapcsolt állapotban van, a mágneses energia a primer induktivitásnak és a primer áram négyzetének a szorzata. Amikor a kapcsoló kikapcsol, az áram mindkét tekercsben azonos, a primer tekercsen a kapcsoló kikapcsolt állapotában megjelenő feszültség viszont (1+N)-szeresére növekedve adódik hozzá a kimeneti feszültséghez.

Figure 2 Kollman PT62

 2. ábra


A 2. ábra egy folytonos üzemű flyback-feszültségátalakítót mutat. Ebben a teljesítménykapcsoló bekapcsolásakor a primer tekercsben felhalmozódik a mágneses energia, és eközben a terhelés áramát a kimeneti kondenzátor biztosítja. Amikor a teljesítménykapcsoló kikapcsol, a transzformátor feszültsége előjelet vált, a kimeneti diódán áram folyik, ami visszatölti a kimeneti kondenzátort és árammal látja el a terhelést. Itt is igaz, hogy a transzformátorban tárolt mágneses energia folytonos, miközben a primer és szekunder áram impulzusszerű. Ebben az esetben mindegyik a nullához tart.
Nagy konverziós arányoknál a kettő közül választani kényes feladat. Az 1. táblázat összehasonlítja a kétféle megoldás áramköri igénybevételét egy 5 V-ról 200 V-ra átalakító áramkör esetében.

1tablazat

1. táblázat

 

A táblázatnál azt a szempontot érvényesítettük, hogy a teljesítménykapcsolók feszültség-igénybevétele azonos legyen. A táblázatban a Vr a reset-feszültség, ami a primer tekercsen mérhető, miközben a teljesítménykapcsoló kikapcsolt állapotban van. A feszültségnövelő kapcsolásnál a menetszámarány kissé alacsonyabb, mivel a feszültségnövelő tekercs feszültségéhez hozzáadódik a bemeneti feszültség is, az autotranszformátor működéséhez hasonlóan. A kisebb menetszámáttétel miatt a dióda feszültség-igénybevétele és csúcsárama is egy kicsit kisebb. Ezek miatt a feszültségnövelő áramkör valamivel nagyobb hatásfokú. A táblázat számai egyébként eléggé hasonlóak, a topológia kiválasztása tehát nem magától értetődő. A döntő tényező az lehet, hogyan viselkedik a kétféle megoldás áramtúlterhelés esetén. Ha a feszültségnövelő kapcsolás kimenetét rövidre zárjuk, a bemenetre kapcsolt tápforráson kívül semmi sem korlátozza a dióda áramát. A flyback-áramkör esetén nincs közvetlen visszahatás a bemenet felé, lehetővé téve a vezérlő áramkörnek, hogy védelmet nyújtson a hibás állapot ellen.
Összegezve, a feszültségnövelő kapcsolóüzemű tápegységek konverziós arányát a vezérlő kikapcsolt állapotának minimális időtartama és a kapcsolási frekvencia korlátozza. Esetenként szükséges olyan alternatív megoldásokat is fontolóra venni, mint a töltésszivattyú, a nem folytonos működés vagy nagyobb teljesítményigénynél a megcsapolt induktivitást tartalmazó topológia. Míg a csatolt tekercsekkel működő feszültségnövelő áramkör hatásfoka kissé magasabb, a flyback-áramkör túláramvédelmet és szükség esetén galvanikus leválasztást is lehetővé tesz.

A sorozat következő cikkében azt vizsgáljuk, hogyan lehet tesztelni a tápegységek viselkedését nagy sebességgel változó terhelőáram-tranziensek esetén.

 

Robert Kollman – Texas Instruments

www.ti.com/power-ca és www.ti.com/powerhouse-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

46. rész

47. rész

48. rész

49. rész

50. rész

51. rész

52. rész

53. rész

54. rész

55. rész

56. rész

57. rész

58. rész

59. rész

60. rész

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 

 

 
 
 

 

   
Advertisement
--!>