Aktivn harmonick filtry preregul tory
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 34

Aktivní harmonické filtry (preregulátory) PowerPoint PPT Presentation


  • 65 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Aktivní harmonické filtry (preregulátory). funkce PFC, zapojení, účiník, synchronní usměrňovač, rezonanční zdroje. Nesinusový odběr klasického usměrňovače.

Download Presentation

Aktivní harmonické filtry (preregulátory)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Aktivn harmonick filtry (preregultory)

funkce PFC, zapojen, ink,

synchronn usmrova,

rezonann zdroje


Nesinusov odb r klasick ho usm r ova e

Nesinusov odbr klasickho usmrovae

a) Tato zazen zpsobuj ruen- interference, kter by nemly pekraovat limity dan normou pro frekvence nad 10 kHz. Vsledkem usmrnn a nslednho vyhlazen pomoc kondenztoru vznikaj harmonick kmitoty vlivem pulsnho nabjecho proudu kondenztoru.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

b) Krom tchto regulac, kter se tkaj obsahu harmonickch, je pro nvrh zazen stle dleit ink. ink nm sdluje pomr innho a zdnlivho odebranho vkonu. Zatmco elektrick interference jsou hlavnm kritriem pro uren obsahu harmonickch, ink je mtkem velikosti mon zte a bezpenosti celho zdroje.

c) Vkonov mni umouje spojitou transformaci stejnosmrnho napjecho napt, obvykle po usmrnn napt st na vy stejnosmrn napt a to svysokou innost. dc logika je navrena tak, aby napjec zdroj odebral tm sinusov proud svelmi malm obsahem harmonickch a sinkem cos 1. Na vstupu je stabilizovan stejnosmrn napt.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Porovnn typ usmrnn


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Typick zapojen PFC(Power factor correction)

IL

U

ID

EMI FILTR

IT

PWM CTRL


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Prbhy proud v PFC

Pracuje-li PFC na kmitotu 100 kHz, pak na dobu T/2 pipad 50000 impulz, ze kterch jsou prbhy sloeny.

Cvka me bt navrena o tak mal induknosti L, e jej okamit proud IL v impulzu kles na nulu.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Spnn tranzistoru

Nebo me mt cvka L mnohem vt induknost a nrst (a pokles) jejho proudu jen obaluje poadovanou sinusovku proudu lpe se filtruje.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

innost zdroje a jeho ink.

V obvodu TDA16888 je kombinace PFC + SMPS (Switch Mode Power Supply = spnan zdroj), kter funguje synchronn pro snen ruen obvodu.

SMPS

PFC


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Obvod TOPSwitch TOP202 s pevnm kmitotem v nespojitm reimu innosti jako preregultor

zvyujc vstupn napt, zlepujc ink cos 0,99 -(Power Factor) a sniujc celkov harmonick zkreslen THD 5 % (THD = Total Harmonic Distortion).


Aktivn harmonick filtry preregul tory

PFC s obvodem UC 3852

a tranzistorem MOSFET


Aktivn harmonick filtry preregul tory

PFC je vlastn zvyova napt, kter je napjen naptm s tm 100% zvlnnm. Usmrova pracuje do kondenztoru s velmi malou kapacitou, kter slou pouze jako blokace vf proudu, nikoliv jako filtrace frekvence 100 Hz.

PFC m krom zven inku jet jednu velkou vhodu, umouje univerzln provoz s naptm (100 240) V bez pepnn. Vstupn napt PFC je toti jen nepatrn zvisl na velikosti vstupnho stdavho napt. Umouje tm univerzln provoz i propustnm typm zdroj, kter samy o sob nemaj pro univerzln provoz dostaten rozsah regulace.

Dioda D2 nem na ustlen provoz obvodu dn vliv, uplatuje se jen v okamiku zapnut, kdy je C2 s velkou kapacitou vybit. Dky tto diod netee velk poten proud pes tlumivku a nedojde tedy k jejmu pesycen, co by mohlo zpsobit znien tranzistoru.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

POWER FACTOR je jednm z tch tmat, o kterch existuje mnoho nejasnost a mnoh myln informace. Vinkem je tvrzen, e ink = cos (), kde je fzov posun mezi naptm a proudem. Je to sice pravda, ale jen za uritch idelnch podmnek. Existuje mnoho relnch ppad, kdy je to zcela nesprvn.

Pokud pipojme sinusov zdroj napt na odpor bude se ohvat. Proud je dna vztahem I = U / R a vkon je dna vztahem:

P = U . I nebo P = U / R. Napt a proud jsou efektivn hodnoty. Horn modr vlnovka je sinusov napt. Napt m efektivn hodnotu 1 V piem vrcholem napt je hodnota 1,414 V, ervenou vlnovkou je proud a jeho efektivn hodnota je tak 1 A a tedy vrcholov 1,414. Odpor je tedy 1 ). Zelen vlnovka je okamit vkon, tedy souin napt a proudu v kadm okamiku. Okamit vkon je 1,414 V . 1,414 A = 2 W. Prmrn vkon je tedy 1 W.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Nahradme nyn odpor cvkou. Proud cvkou (spotebiem) se zpouje o 90 za naptm. To dokld erven vlnovka proudu. Podvejme se na okamit vkon. Mezi svislmi arami budeme mt zporn napt, nsoben kladnm proudem a tedy zporn vkon.

Zporn vkon? Co to znamen? Jen to, e zporn proud bhem tto sti cyklu pevd energii z cvky zpt do zdroje napt. Cvka je zdrojem. Energie uloen v cvce je L . I .


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Rezonann spnan zdroje rozdlen:

  • 1) RC = Resonant Converters (rezonann mnie)

    • SRC = Series Resonant Converter (mnie se sriovou rezonanc)

Sriov rezonann obvod tvo CS a LS a v rezonanci m minimln impedanci a tee jm maximln proud. Tento proud prochz pes usmrova do kondenztoru CO

a zte RZ.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Rezonann md spnanho zdroje

Spna S je rozepnut a do rezonannho sriovho obvodu, tvoenho prvky LR a CR netee proud. Dioda DOUT je mezi tm protkna proudem IOUT, kter tee z cvky LOUT do zte a uzavr se zpt prv pes DOUT.

Kdy spna S v ase to sepne, objev se na cvce LR konstantn napt zdroje UIN, protoe kondenztor CR m v tomto okamiku (jednotkov skok napt) nulovou impedanci.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

3) V okamiku t1 pekro ILR proud IOUT a napt na kondenztoru CR zane narstat. Jakmile je na kondenztoru CR kladn napt, dioda DOUT se uzavr a nevede.

4) Vstupn proud IR se ovem rozdl, jeho st o velikosti IOUT tee i nadle do zte a jeho dal st prv dobj kondenztor CR.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

  • 5) Svho maxima dosahuje proud ILR v okamiku, kdy na kondenztoru CR je prv hodnota napt UIN. Dle pak ji narstat neme (na cvce LR nen dn napt) a zan pomalu klesat tak, jak roste napt na kondenztoru CR.

6) Ped-li cvka LR svoji energii magnetickho pole do kondenztoru CR, pak na tomto kondenztoru naroste napt UCR na 2 . UIN, kdy nastv jeho maximum, dal proud do kondenztoru netee a veker vstupn proud IIN = ILR = IOUT. Naopak se zane kondenztor CR vybjet a v asovm okamiku t4 je na nm ji napt UIN, take proud ze zdroje je nulov (na LR je nulov napt) a spna S je mono vypnout.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

7) Kondenztor CR se dle vybj a teprve v asovm okamiku t5 je vybit, dioda DOUT se stv vodivou a do zte je pedvna energie z magnetickho pole cvky LOUT. Periodick cyklus je u konce v tom okamiku, kdy je kondenztor CR opt pebit na napt - 0,6 [V] (dle se nepebj, protoe UF diody DOUT ji neroste).

8) Dioda D1 zamezuje zptnmu proudu do zdroje.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

9) Penos vyho mnostv energie se uskuteuje astjm spnnm spnae S. Naopak konstantn mus bt doba sepnut spnae S tak, aby korespondovala s parametry obvodu LR a CR. Mn se tedy stda ovldacho signlu zmnou kmitotu, resp doby tOFF. Frekvence spnn spnae S je odvozovna od vstupnho napt pes obvod VCO (Voltage Controlled Oscilator).

Vhodou rezonannch stabiliztor je to, e akoliv spnac prvek pracuje v reimu sepnuto - rozepnuto (tedy s minimlnmi ztrtami), zbytek obvod pracuje se spojitmi prbhy. To m za nsledek velmi znan snen umu, snen zvlnn a zmenen napovch a proudovch piek, kter vyzauj elektromagnetick pole do prostoru a zpsobuj snen elektromagnetick kompatibility. Sniuje se i horn rozsah spektra rucch signl.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

SRPS = Series Resonant Power Supply

Zdroj na principu sriov rezonance:

dva tranzistory spolu se dvma kondenztory C1 a C2 tvo mstek v jeho uhlopce se nalz ladn sriov rezonann obvod C3 + L1

Induknost L1 je tvoena primrnm vinutm hlavnho transformtoru.

Ve sprvnm pracovnm reimu (sprvn hodnota vstupnho napt) obvod PDM (Pulse-Duration Modulated = pulzy modulovan naptm) bud pomocn transformtor impulsy s opakovacm kmitotem fo.

Dal vinut tohoto pomocnho transformtoru zajiuj asovan otvrn jednotlivch spnacch tranzistor.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Jakmile se vak z njakch dvod zmn na vstupu poadovan hodnota napt, nap. smrem dol (kles), pak obvod PDM zmn kmitoet tak, aby se piblil rezonannmu kmitotu fr obvodu C3 + L1. Tm rezonannm obvodem vzrst proud (kles jeho impedance), do transformtoru se dostv vce energie a vstupn napt tm roste smrem k pvodn velikosti.

Naopak pi vzrstu vstupnho napt (nap. odlehenm zdroje odpojenm sti zte) vstupn kmitoet PDM se od rezonannho kmitotu fr vzdaluje a odpor rezonannho sriovho obvodu C3 + L1 roste a tm kles proud tmto obvodem a nsledkem i vstupn napt.

Vzhledem k tomu, e strmost bok rezonann kivky je nesmrn vysok, je tato regulace velmi citliv i na mal zmny vstupnho napt a samozejm i rychl.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Rezonann spnan zdroje

  • b) PRC = Parallel Resonant Converter (mnie s paraleln rezonanc)

Paraleln rezonann obvod tvo Cp a Lp a v rezonanci m maximln impedanci a je na nm maximln napt. Toto napt se usmruje a napj pes filtr LO + COzt RZ.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Rezonann spnan zdroje

  • c) SPRC = Series-Parallel Resonant Converter

  • (mnie se srio-paraleln rezonanc)

Obdoba mnie s paraleln rezonanc, kde v rezonanci je minimln bytek na prvcch CS a LS. Oba rezonann obvody jsou ladn na shodn kmitoet.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

  • 2) QRC = Quasi-Resonant Converters (kvazirezonann mnie)

    • ZCS QRC = Zero-Current Switch Quasi-Resonant Converters (kvazirezonann mnie se spnnm v nule proudu)

    • A/ plvlnn (dioda D1 v srii s tranzistorem)

a= tranzistor T1 je sepnut, proud tee pes LR, D1, T1 a pebj se konden-ztor CR a do nuly u2

b = napt u2 na CR zan rst

c = tranzistor T1 vypn a kondenztor CR se vybj do RZ

d = napt u2 mn polaritu a vede D2


Aktivn harmonick filtry preregul tory

interval sepnut tranzistoru T1:

Ta = ta+tb

interval rozepnut tranzistoru T1:

Tb = tc+td

doba periody spnn tranzistoru:

TS = Ta + Tb

konec intervalu a:

I2 = U1 . ta / LR

konec intervalu b:

U2 = I2 . (ta + tb)/ CR


Aktivn harmonick filtry preregul tory

  • B/ celovlnn (dioda D1 paraleln s tranzistorem)

V dob sepnut tranzistoru T1 tee proud ze zdroje u1(t) pes cvku LR, sepnut tranzistor T1 do kondenztoru CR (a do zte RZ).

V dob rozepnut tranzistoru T1 tee proud z kondenztoru CR pes diodu D2 a cvku LR zpt do zdroje u1(t).


Aktivn harmonick filtry preregul tory

  • b) ZVS QRC = Zero-Voltage Switch Quasi-Resonant Converters (kvazirezonann mnie se spnnm v nule napt)

interval 1+2 = T1 rozepnut

interval 3+4 = T1 sepnut


Aktivn harmonick filtry preregul tory

interval a: ze zdroje u1(t) se nabj kondenztor CR proudem a roste na nm napt. Tento proud tee dle cvkou LR (cvka je spotebiem, plus napt je vlevo) do zte jako vstupn proud

interval b: jakmile napt na kondenztoru CR doshne velikosti vstupnho napt U1, kles proud cvkou LR a cvka pechz do reimu zdroje napt, plus vpravo. Tm dle roste napt na kondenztoru CR (cvka je v srii se zdrojem U1, vstupn napt je konstantn) do svho maxima a jak se vyerpv zsoba energie v magnetickm poli cvky, jej proud kles a napt na kondenztoru kles.

interval c: tranzistor T1 spn a napt na kondenztoru CR je nulov. Proud cvkou se bl k nule a cvka pechz opt do reimu spotebie (plus napt vlevo) a je protkna proudem ze zdroje pes T1.

interval d: proud cvkou LR je konstantn a tee cel do zte. Dioda D2 umouje rekuperaci energie z cvky L do zte.

  • 3) MRC = Multi-Resonant Converters (multirezonann mnie)

  • Rezonann obvod je tvoen v -lnkem s rezonann kondenztory pipojenmi paraleln ke spnam a cvka se vkld mezi dva spnae.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Synchronn usmrova

Pi napjecch nap-tch okolo 5 [V] byly uvny Si diody, pro systmy s napjecm naptm 3,3 [V] je teba hodnoty propustnch napt sniovat, aby neklesala energetick innost.

Vznik kanlu N je velmi rychl, stejn jako jeho znik, doba zvrnho zotaven je men ne 100 [ns] a pitom je na tranzistoru mezi S a D bytek napt do 0,2 [V].

Zapojen obsahuje tranzistor TMOS (Motorola - tvercov emitorov oblasti = SIPMOS Siemens), jeho vodiv kanl N vznik v ppad, e dic elektroda G je kladn polarizovna oproti substrtu, respektive emitoru (source) S, kter je se substrtem spojen uvnit tranzistoru.


Aktivn harmonick filtry preregul tory

Synchronn usmrova synchronizace se spnnm primru

1. fze: sepnut na primru QA, QD a na sekundru sepnut Q2 proud ze zdroje tee primrnm vinutm shora dolu

2. fze: sepnut na primru QA, QB a na sekundru stle sepnut Q2 indukovan pept na primrn stran bhem doby death time je zkratovno tranzistory QA a QB, energie je penesena na sekundrn stranu


Aktivn harmonick filtry preregul tory

3. fze: sepnut na primru QC, QB a na sekundru sepnut Q1 proud ze zdroje tee primrnm vinutm sdola nahoru

4. fze: sepnut na primru QD, QB a na sekundru stle sepnut Q1 indukovan pept na primrn stran bhem doby death time je zkratovno tranzistory QA a QB, energie je penesena na sekundrn stranu


Aktivn harmonick filtry preregul tory

cvka L1 je spotebi

cvka L1 je zdroj

proud cvkou L1 linern roste

proud cvkou L1 linern kles

cvka L2 je spotebi

cvka L2 je zdroj

proud cvkou L2 linern roste

proud cvkou L2 linern kles

IOUT = IL1 + IL2

jednotliv fze spnn


  • Login