4.5.2. Tehnici de circuit pentru conversia de tensiune c.c. — c.c.
Regulatoarele de tensiune de comutaţie conţin blocuri funcţionale care îndeplinesc funcţiile de comandă, control, protecţie şi uneori eşantionarea semnalului colectat din convertorul de tensiune c.c—c.c. Corecţia nivelului tensiunii de ieşire se realizează, de obicei, prin variaţia factorului de umplere al impulsurilor (modulare a duratei impulsurilor).
Conversia tensiunii de curent continuu de la intrare în tensiune de curent continuu la ieşire se poate realiza cu o varietate largă de circuite, compuse din comutatoare, bobine, condensatoare şi diode în diferite configuraţii.
După maniera de înmagazinare şi transferare a energiei absorbite de la intrare la sarcină şi condensatorul C0 se disting trei tipuri de convertoare de tensiune c.c-c.c.:
În convertoarele de tensiune c.c-c.c. directe pe durata închiderii comutatorului S1(ton) energia primită de la intrare se debitează atît în elementul de acumulare cît şi pe sarcină. Orice supracreştere nedorită de tensiune care apare pe această durată în reţea se va resimţi pe sarcină, Ca urmare, pentru a asigura condiţii de deplină siguranţă în funcţionare, stabilizatoarele de comutaţie cu convertoare c.c-c.c directe trebuie să conţină suplimentar un transformator de izolaţie faţă de reţea şi o diodă de putere, în caz de scurtcircuit la ieşire tranzistorul comutator trebuie protejat. Aceste dezavantaje restrîng răspîndirea utilizării acestui tip de convertor c.c-c.c.
Pentru un convertor direct c.c-c.c. cu funcţionare neîntreruptă a curentului prin bobină, (fig. 2.38), în aproximaţia neglijării pierderilor, se pot scrie relaţiile:
V0 = γV1 (4.108)
Lmin = V02T/2P0min [1 – (V0/VIM)] (4.109)
ICPK = V0T/L [1 – (V0/VIM)] (4.110)
VCEMax = VIM (4.111)
unde: T este perioada impulsurilor pe comutator,
γ = ton/T — factorul de umplere al impulsurilor,
ICPK = Valoarea de vîrf a curentului de colector.
Valoarea minimă a inductanţei bobinei este determinată în ipoteza că variaţia curentului prin bobină este de două ori valoarea minimă a curentului mediu necesar la. ieşire ICB (vezi fig. 2.39. b).
Relaţiile 4.111 şi 4.112 servesc la stabilirea condiţiilor de alegere a tranzistorului de comutaţie.
În convertoarele de tensiune c.c.-c.c. cu revenire (fig. 2.41), pe durata încărcării elementului de acumulare, sarcina este separată de intrare (dioda D este invers polarizată). Cum în secvenţa următoare comutatorul 5 este deschis, rezultă că în timpul funcţionării unui convertor de tensiune c.c.-c.c. cu revenire, intrarea este complet izolată, de sarcină, sau cu alte cuvinte impulsurile de tensiune tranzitorii apărute pe reţea nu se vor transmite pe sarcină. Dacă se neglijează pierderile în regimul de funcţionare neîntreruptă a curentului prin bobină se pot scrie relaţiile:
I0 = [(ILM + ILm)/2] (1 – γ) (4.112)
V0 = [γ/(1 – γ)] VI (4.113)
Lmin = [VIMV0/(VI + V0)]2 T/2P0min (4.114)
ICPK = P0Max [(VImin + V0)/(VIminV0)] + T/2L ∙ [VIminV0/(VImin + V0)] (4.115)
VCEMax = CIM + V0 (4.116)
Se observă că solicitările la care este supus tranzistorul comutator în acest tip de convertor c.c—c.c. (relaţiile 4.116 şi 4.117) sînt mai intense decît în cazul celui anterior. De asemenea inductanţa necesară pentru bobina L şi capacitatea pentru condensatorul C0 sînt mai mari.
Totuşi, convertorul cu revenire c.c.—c.c. prezintă o serie de avantaje. Izolarea faţă de reţea nu mai necesită un transformator suplimentar. Ea se obţine prin adăugarea unei înfăşurări suplimentare pe bobină. Protecţia comutatorului la scurtcircuitarea ieşirii la masă nu mai este necesară ea fiind asigurată de’dioda D, care se polarizează invers.
Un convertor de tensiune c.c.—c.c. în contratimp este alcătuit din două convertoare directe care funcţionează în antifază. În prima secvenţă comutatoarele sînt S1 — închis, S2 — deschis, ca urmare dioda D2 va conduce curentul. In figura 4.94. a se indică curgerea curenţilor pe durata acestei secvenţe. In a doua secvenţă comutatorul este deschis, S2 închis şi dioda D1 va conduce curentul spre bobină. Curgerea curenţilor se prezintă în fig. 4.94 b.
În continuare, funcţionarea schemei este similară cu cea descrisă pentru convertoarele directe. Şi aici numai o parte din energia debitată pe sarcină provine din energia stocată în bobina L.
Se remarcă faptul că eficienţa transferului de putere la un convertor în contratimp c.c.—c.c. este superioară comparativ cu a celorlalte tipuri.
Majoritatea subsistemelor integrate, pentru construirea de stabilizatoare în comutaţie, comandă un singur comutator.
* forward converter (engleză)
** flyback converter (engleză)
*** push-pull converter (engleză)
Articole din aceasi publicatie