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 N N v v  Lm – induktivnost magnećenja; potrebno je povećati da bi se smanjila struja magnećenja- opterećenje prekid 1 2 2 1 22110 1 N N i i iNiN K k iN 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:N2i1 i2 v1 v2 + + C D Lm "Amper – navojci" V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 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 on T2 off T1 T2 off T2 on T1 off T1 T2 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 T i2 iiz D + Vd N1 N2 C Rv1 + v2 + _ _ Lm + Viz i1 iT T i2 iiz t t t iD iT f v1 viz Viz (-N1/N2)Viz Vd ton toff f max ton T Iiz V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 a a N N V V T t T t N N tT t N N V V tT N V t N V T tT N V t N V T tT N V T Ttttt N V t Vv t N V t ttt N V tVve t edt N t dt d N dt d e d iz S ON S ON ONs ON d iz ONS iz ON d S ONS iz ON d S ONS iz MAXS SONON iz MAX iz ON d ON ON d 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 1 max 1 1          NAPREZANJE POLUPROVODNIKA: 1. TRANZISTOR 0 V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2                  SON d izdd ON t ON m izMAXm miz iz SON ON m d TMAXMAX on m d Tm TTmmd Ttt a V V N N VvV tt v tt L V N N ti dt LV N N V N N v Ttt t L V I ttt L V titi titititi dt LV , 1 0,0 )( 1 I)( di )0(II 0,)0(I)()( )()()()(, di 2 1 1 2 1 m m 2 1 2 1 1 mm m 1 m Primer: Za a=0.5 d d t V V v 2 5.01    Za a=0.8 d d t V V v 5 8.01    2. DIODA )(I)( ),( 0,0 2 2 1 m 2 1 2 1 2 1 ON m iz MAXmD Smm ON D tt L V N N N N ti N N i Tttti N N tt i               V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 m izSiz MAX m iz MAX ONONS m iz MAXiz ONSON ONS mS iz ONSMAX S S ON D S S D S iz izD L VT a N N a I N N L V a N N N N a ttTa L V N N N N aI tTt tT LT V N N tT N N T T t dti T T dti T I II 2 )1( 1 I 2 )1(I)1( )222)(1( 2 I)1( )( 2 )(I 1 1 0 1 :diode strujne vrednost srednja je Kako 2 1 2 1 m 2 2 2 1 m 2 1 2 2 1 m 2 1 2 2 1 m 2 1 22                                 Problem: akumulisana energija u Lm koja se ne može preneti, te pojava visokih napona rešava se stavljanjem RCD snabera, ali preko transformatora. L V d 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 ONizdLL L L ONizdLizL dd ON IttV L t t dtv L i Vv vv Tttza tttVV N N L t dtv L i dt di Lv ttVV N N vVvv V N N v N N vVv 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 2 2 1 2 1 1 2 21   napona odnos prenosni 0 0)( 11 1 0 1 :0 1 1 2 1 2 1 2 1 2 a N N V V V T t VV T t V N N T t V T tT tV T V N N T T t dtV T t dtVV N N T v T d iz iz S ON iziz S ON d S ON iz S ONS ONiz S d S S ON iz S ON izd S L S                      vL iL 0 t t (N2/N1)Vd-Viz ton Ts -Viz ton Ts aTs (1-a)Ts V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 a N N V V t T VV N N IItV L TV L tV L tV N N L TttIItTV L Ti TttIttV L ti OFFT ttIItVV N N L ti ttItVV N N L ti ONT d iz ON S izd 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 N1 v1 i1 T + _ D1 N2 C Rv2 + _ + Viz i2 iL D2 L vL+ D3 N3 + _ v1 i3 V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 Da bi se transformator potpuno demagnetizovao pre sledećeg ciklusa, maksimalna vrednost faktora ispune je takva da a T t S m  1 , tj. a N N T t Cdtv T dt Lv aNN N N aa N N a m m 1 3 1 m 1 max31 1 3 maxmax 1 3 max 1 di !5.0 o)(uobičuobi je ako odnosno 1 1 1       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 im Iiz=Viz/R imim iT iT im i1 Îm i1 V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 3 1 1 3 1 3 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 ON ON m ON v N N v i N N i i iNiNiN k iN iii tt t t i ttv         !! 2 1 )( za:Primer 1 1 0 1 0 1di je Kako max 31 1 3 max 1 3 3 1 1 m 1        a u praksiuobicajenoNN N N aa N N T t V N N T t VaT T dtv Tdt Lv m S m d S m dS S S m V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 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 T1 off T2 off D1 on D2 on ton1 Δ1 ton2 Δ2 Ts/2 Ts/2 Iiz iL iD1 iD2 V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 ONizdL ddd ON ttVV N N v VV N N vVv T tt     0, : vodine D2 , ON D1ON.1 :0 1 2 1 2 21 1 5.00,20 1 4. vodine D1 ON D2 T2ON: 2 .3 2 0 )0( 1 ; 2 :ON D2 , ON D1OFF.2 1 2 2 1 1 2 1 1 22 2 21 11 11                aaN N V V dtv T Tttt tt T i ii tttVv V ItVV N N L i T ttt T d iz L S SONON ON S L DD ONONizL d LizdL S 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 off D1 on D2 on T1 off T2 on D1 off D2 on T1 off T2 off D1 on D2 on ton Δ ton Δ Ts/2 Ts/2 Iiz iL iD1 Ts ton Ts/2 Ts V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 5.00, );(, 0, 2 0 2/ 0 1 2 1 2 1 2     aa N N V V T t atttVv ttV V N N v T dtv T d iz S ON ONONizL ONiz d L S L S Napon na primaru transformatora. aV a V T tV t V T dt t V T dt T v T v dd S ONd ON d S ON d S S S 2 2 22 2 2 0 2 1 2 0 1 2 22 2 11                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 V.Katić ENERGETSKA ELEKTRONIKA 2 ONizdL dd ttVV N N V V N N V    0, OFF T4 T3, OFF; D2 ON, D1ON T21.T1, : radaNacin 1 2 1 2 5.00,0 2/ 0 2 T 1 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        aa N N V VT dtv TtttVV V d iz S L SONONizL d Ako se uporede POLU-MOSTNI i MOSTNI napajač uz iste uslove (isti ulazni i izlazni napon, ista snaga, zanemar. im0) dobija se            MPM N N N N 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!