Resonanzwandler 24 300V. Nachrichten- und Analyseportal "Elektronikzeit". Beispiele für Aufgaben für Konverter mit Lösungen

Kürzlich habe ich mich mit einer resonanten Halbbrücken-LLC-Wandlerschaltung auseinandergesetzt und dachte, dass diese Erfahrung genutzt werden könnte, um eine Reihe von Artikeln zu erstellen: Beginnen Sie mit den Grundlagen und vertiefen Sie sich allmählich in das Thema. Es hat lange gedauert, bis ich mich mit Veröffentlichungen, Dissertationen und Handbüchern vertraut gemacht hatte, bevor ich herausgefunden hatte, wie dieses Schema funktioniert. Es stellte sich heraus, dass das Studium der in der Bibliographie angegebenen Informationsquellen mehr Zeit in Anspruch nahm als das Schreiben des Artikels selbst. Bitte beachten Sie, dass keine der oben genannten Quellen eine vollständige Analyse des Betriebs dieses Konverters durchführt, der viele verschiedene Modi und Betriebsbedingungen aufweist. Ich hoffe, Sie können mit meiner Hilfe eine allgemeine Vorstellung davon bekommen, wie die Schaltung funktioniert. Diese Unterstützung umfasst das Filtern von Informationen und die Konzentration auf die wichtigsten Punkte der vorgeschlagenen Dokumente.

Zahl: 1. DC /Wechselstrom-Resonanzwandler

Zahl: 2. DC /Wechselstrom-Resonanzwandler mit Transformatorentkopplung

LLC-Wandler sind eine Art SMPS (Switched Mode Power Supply). Die meisten Veröffentlichungen zu diesem Thema beginnen mit einer Beschreibung der Grundprinzipien der LLC. Ich werde zunächst erklären, wie sich LLC von anderen Arten von Schaltwandlern unterscheidet.

• Der Betrieb eines herkömmlichen Impulswandlers besteht aus zwei Phasen. In der ersten Phase wird Energie in der Induktivität gespeichert. In der zweiten Phase wird die akkumulierte Energie verbraucht, um den Strom aufrechtzuerhalten. Sie erinnern sich wahrscheinlich daran, dass sich der Strom in einer Induktivität gemäß den Kommutierungsgesetzen nicht abrupt ändern kann (bei korrekter Kommutierung), genau wie die Spannung an einem Kondensator. Dieses Prinzip ist die Basis für die meisten Schaltwandler.
• Der LLC-Wandler erzeugt einen sinusförmigen Strom, der gleichgerichtet und in einem großen Kondensator gespeichert wird. Die Induktivität wird nicht zur einfachen Energiespeicherung verwendet, sondern wirkt als Resonanzelement. Es fungiert als Filter, der dabei hilft, die Rechteckwelle in eine sinusförmige Wellenform umzuwandeln, während die Magnetisierungsinduktivität weiterhin mit der herkömmlichen dreieckigen Wellenform arbeitet. Dies ist eine der Funktionen, die einer weiteren Erläuterung bedürfen.

Bei den Betriebsarten in LLC-Konvertern sind die Dinge noch komplizierter, da sie viele Unterschiede aufweisen:

• anstatt mit einer festen Schaltfrequenz zu arbeiten und das PWM-Tastverhältnis zu ändern, ändern LLC-Wandler die Frequenz und das PWM-Tastverhältnis ist konstant bei 50%;
• die Leistungsübertragung in LLC-Wandlern basiert auf dem Betriebspunkt der Magnetisierungsinduktivität.
• lLC-Wandler verwenden eine variable Spannungsänderungsrate in Abhängigkeit vom Laststrom.
• sie haben zwei Resonanzfrequenzen, die sich gegenseitig beeinflussen;
• der Dauerstrommodus (CCM) für LLC-Wandler bezieht sich auf den Gleichrichterstrom und nicht auf die Induktivität, da die Schaltung keine herkömmliche Induktivität enthält.

Die meisten der oben genannten Punkte mögen kompliziert und verwirrend erscheinen, insbesondere für diejenigen, die gerade erst mit der Leistungselektronik beginnen. Der zweite Teil dieser Veröffentlichung behandelt die wichtigsten Informationsquellen sowie einige wichtige Punkte, die ich nützlich finde. Um jedoch über Resonanzwandler zu sprechen, ist ein grundlegendes Einführungsmaterial erforderlich.

Schaltregler haben das Gebiet der Gleichspannungsumwandlung und Leistungsumwandlung im Allgemeinen revolutioniert. Die Ingenieure erkannten schnell, dass eine Kombination aus Leistungsschalter, Gleichrichter, Induktor und Kondensator auch bei großen Unterschieden zwischen Eingangs- und Ausgangsspannungspegeln eine Spannungsumwandlung mit hohem Wirkungsgrad durchführen kann (Abb. 1). Darüber hinaus können Transformatoren die Probleme der galvanischen Trennung und Anpassung großer Spannungspegeldifferenzen lösen (Abb. 2).

Tatsache ist, dass das doppelte "L" im Namen "LLC-Wandler" zwei Resonanzfrequenzen im Betriebsbereich anzeigt. Wir werden in einem der folgenden Artikel dieser Reihe ausführlicher darauf eingehen. Denken Sie vorerst daran, dass die Auswahl der in LLC-Wandlern verwendeten Betriebspunkte sowohl eine ZVS- als auch eine ZCS-Umschaltung in den Leistungsschaltern von MOSFETs sowie eine ZCS-Umschaltung in Gleichrichterdioden ermöglicht. Dies löst die Probleme, die mit der Wiederherstellung der Gleichrichter-Umkehrdiode verbunden sind.

Wenn nun die Grundmerkmale des Betriebs gepulster Resonanzwandler gegeben sind, werden wir eine kurze Beschreibung der verwendeten Informationsquellen geben.

Zahl: 3.

Zahl: 4.

Die erste Referenz in der Bibliographie bezieht sich auf Bo Youngs Dissertation "Topologieuntersuchung für die Front-End-DC / DC-Stromumwandlung für verteilte Stromversorgungssysteme". Es enthält Links zu anderen Veröffentlichungen, die Ihnen helfen, das Thema LLC und die Arbeit selbst zu verstehen. Beachten Sie, dass der erste Link Links zum vierten Teil der Arbeit sowie zu Anhang B für ein wichtiges Spannungsdiagramm enthält (dieser Link enthält die Anhänge A bis D und zusätzliche Links). Obwohl dieses Diagramm in den meisten Quellen zu finden ist, habe ich harte Arbeit geleistet und einige Wissenslücken geschlossen, um es zu erstellen (Abbildung 5).

Zahl: fünf. Die Abhängigkeit der Verstärkung des Wandlers vom Wertfs /fr

Die Referenzen 3 und 4 waren für mich entscheidend für die Darstellung der Verstärkung des Wandlers, da sie die Auswirkung der Kapazität auf die Verstärkung feststellten und erklärten, warum die negative Impedanz in den Diagrammen Verwirrung stiftete. Wir werden in einem der folgenden Artikel dieser Reihe ausführlicher darauf eingehen.

Link 5 - Anleitung von Infineon, die eine detaillierte Beschreibung der nützlichsten Entwurfsschritte enthält. In diesem Dokument werden die Schalt- und Gleichrichtungsmerkmale von Brücken- und Halbbrückenschaltungen und die damit verbundenen Kompromisse verglichen. Ich habe Brücken- und Halbbrückenschaltungen verwendet, um zu erklären, wie Spannung und Strom zusammenhängen. In einer Brückenschaltung werden MOSFETs kaskadiert, um die erforderliche Spannung zu erzeugen. Eine parallele Verbindung der Transistoren ist erforderlich, um den Laststrom zu erhöhen. Eine übliche Anforderung zum Schalten von Spannungsreglern besteht darin, die Gleichstromvorspannung zu beseitigen, um eine Sättigung des Transformators zu verhindern. Wie bereits erwähnt, unterscheiden sich LLC-Wandler darin, dass sie eine Brücke benötigen, um positive und negative Halbwellen des Signals zu erzeugen, die, wenn sie gefiltert werden, eine sinusförmige Form annehmen.

6 Link von Fairchild ist die einzige Referenz, die ich gefunden habe, wo die Verstärkungsgleichung auch die sekundäre Streuinduktivität enthält. Es ist zu beachten, dass die sekundäre Streuinduktivität sowie der Lastwiderstand durch den Transformator reflektiert werden und somit durch Ändern des Verhältnisses der Wicklungswindungen eingestellt werden können. Dieses Handbuch enthält eine Reihe wichtiger Tipps zum Entwerfen einer echten Schaltung.

In der Dokumentation von Infineon / Fairchild wird auch das Design des Transformators beschrieben. Da die LLC-Resonanzabstimmung sowohl auf der Streuinduktivität als auch auf der Transformatormagnetisierungsinduktivität basiert, sind diese Informationen in unserem Fall unbrauchbar.

Unsere College-Freunde in Colorado haben einige Einblicke in die Energieumwandlung gegeben. Insbesondere enthält der Kurs ECE 562 Electrical Engineering des US-Bundesstaates Colorado viele Beispiele für Simulationen, die in MATLAB durchgeführt wurden.

In Bezug auf die Modellierung ist anzumerken, dass viele Quellen Verweise auf SPICE-Modelle enthalten. Ich bevorzuge keinen bestimmten Link und glaube, dass Sie durch das Studium davon überzeugt werden können, dass es verschiedene Betriebsarten des LLC-Konverters gibt. Es sollte jedoch noch einmal angemerkt werden, dass LLC viele Unterschiede zu herkömmlichen Schaltwandlern aufweist.

Der Prototyp, mit dem ich arbeite, wurde von erstellt Texas Instruments... Dank des Leistungsfaktorkorrektors bietet dieses System einen stabilen Betrieb mit einer Eingangsspannung von 400 VDC. Die Untersuchung der Probe zeigte die Zulässigkeit großer Schwankungen des Laststroms und die Auswirkung des Stroms auf den Betriebspunkt und die Resonanzfrequenz.

Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass Sie sich irren, wenn Sie der Meinung sind, dass Sie dieselben Gleichungen zur Bestimmung des Gewinns in verschiedenen Artikeln finden können. Mit der M-Variablen können Sie Faktoren berücksichtigen, die sich in den einzelnen Artikeln, Handbüchern, Dissertationen und Schulungen unterscheiden. Wenn ich Zeit habe, werde ich eine Vergleichstabelle zusammenstellen, um zu zeigen, wie sie sich unterscheiden.

Ich beschloss, einen separaten Artikel der Herstellung eines DC-AC-Aufwärtsspannungswandlers für 220 V zu widmen. Dies hängt natürlich mit dem Thema LED-Strahler und -Lampen zusammen, aber eine solche mobile Stromquelle ist zu Hause und im Auto weit verbreitet.

• 1. Montageoptionen
• 2. Das Design des Spannungswandlers
• 3. Sinus
• 4. Ein Beispiel für das Befüllen des Konverters
• 5. Montage von UPS
• 6. Zusammenbau aus vorgefertigten Blöcken
• 7. Funkkonstrukteure
• 8. Stromkreise leistungsfähiger Wandler

Optionen erstellen

Es gibt 3 optimale Möglichkeiten, einen Wechselrichter von 12 bis 220 mit Ihren eigenen Händen herzustellen:

1. montage aus vorgefertigten Blöcken oder Funkkonstrukteuren;
2. herstellung aus einer unterbrechungsfreien Stromversorgung;
3. verwendung von Amateurfunkprogrammen.

Die Chinesen haben gute Funkkonstrukteure und vorgefertigte Blöcke für die Montage von DC / AC-220-V-Wandlern. Für den Preis ist diese Methode die teuerste, dauert aber am wenigsten.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) aufzurüsten, die ohne Batterie in großen Mengen auf Avito verkauft wird und zwischen 100 und 300 Rubel kostet.

Die schwierigste Option ist die Montage von Grund auf. Auf Amateurfunkerfahrung kann man nicht verzichten. Wir müssen Leiterplatten herstellen, Komponenten auswählen, viel Arbeit.

Spannungswandler Design

Betrachten Sie das Design eines herkömmlichen Aufwärtsspannungswandlers von 12 auf 220. Das Funktionsprinzip für alle modernen Wechselrichter ist das gleiche. Der Hochfrequenz-PWM-Controller stellt die Betriebsart, Frequenz und Amplitude ein. Das Leistungsteil besteht aus leistungsstarken Transistoren, deren Wärme an das Gerätegehäuse abgegeben wird.

Am Eingang ist eine Sicherung installiert, um die Autobatterie vor Kurzschlüssen zu schützen. Neben den Transistoren ist ein Wärmesensor angebracht, der deren Erwärmung überwacht. Bei Überhitzung des 12V 220V Wechselrichters wird ein aktives Kühlsystem eingeschaltet, das aus einem oder mehreren Lüftern besteht. Bei Budgetmodellen kann der Lüfter kontinuierlich und nicht nur unter hoher Last betrieben werden.

Leistungstransistoren am Ausgang

Sinus

Die Signalform am Ausgang des Auto-Wechselrichters wird von einem Hochfrequenzgenerator gebildet. Es gibt zwei Arten von Sinuskurven:

1. modifizierte Sinuskurve;
2. reine Sinuswelle, reiner Sinus.

Nicht jedes elektrische Gerät kann mit einer modifizierten Sinuswelle arbeiten, die eine rechteckige Form hat. Bei einigen Komponenten ändert sich der Betriebsmodus, sie können sich erwärmen und zu kratzen beginnen. Ähnliches kann durch Dimmen einer nicht dimmbaren LED-Lampe erreicht werden. Knistern und Blinken beginnt.

Teure DC-Wechselstrom-Aufwärtswandler 12V 220V haben einen reinen Sinusausgang. Sie kosten viel mehr, aber Elektrogeräte funktionieren hervorragend damit.

Beispiel für die Befüllung des Konverters

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Montage von UPS

Um nichts zu erfinden und keine vorgefertigten Module zu kaufen, können Sie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung des Computers ausprobieren, die als IPB abgekürzt wird. Sie sind für 300-600W ausgelegt. Ich habe einen Ippon für 6 Steckdosen, 2 Monitore, 1 Systemeinheit, 1 TV-Gerät, 3 Überwachungskameras, ein Videoüberwachungs-Steuerungssystem angeschlossen. In regelmäßigen Abständen versetze ich es in den Arbeitsmodus, indem ich die Verbindung zum 220-Netzwerk trenne, damit der Akku entladen wird. Andernfalls wird die Lebensdauer erheblich verkürzt.

Die Elektriker der Kollegen schlossen eine normale Autosäurebatterie an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung an, arbeiteten 6 Stunden lang ununterbrochen und sahen Fußball auf dem Land. Die USV verfügt normalerweise über ein eingebautes Gel-Batterie-Diagnosesystem, das eine niedrige Batteriekapazität erkennt. Wie sie auf das Auto reagieren wird, ist unbekannt, obwohl der Hauptunterschied das Gel anstelle der Säure ist.

USV-Befüllung

Das einzige Problem ist, dass die unterbrechungsfreie Stromversorgung die Sprünge im Fahrzeugnetz bei laufendem Motor möglicherweise nicht mag. Für einen echten Funkamateur ist dieses Problem gelöst. Kann nur bei stehendem Motor verwendet werden.

Die meisten USVs sind für den Kurzzeitbetrieb ausgelegt, wenn 220 V in der Steckdose verloren gehen. Bei einem langfristigen Dauerbetrieb ist es äußerst wünschenswert, eine aktive Kühlung bereitzustellen. Die Belüftung ist nützlich für die stationäre Version und für den Autowechsel.

Wie alle Geräte verhält es sich unvorhersehbar, wenn der Motor mit einer angeschlossenen Last gestartet wird. Der Anlasser des Autos leert die Volt stark, bestenfalls geht es in die Verteidigung, als ob die Batterie ausfällt. Im schlimmsten Fall kommt es zu Sprüngen am 220-V-Ausgang, die Sinuswelle wird verzerrt.

Zusammenbau aus vorgefertigten Blöcken

Um einen stationären oder Kfz-Wechselrichter 12V 220V mit Ihren eigenen Händen zusammenzubauen, können Sie vorgefertigte Blöcke verwenden, die auf Ebey oder von den Chinesen verkauft werden. Dies spart Zeit bei der Herstellung, beim Löten und bei der endgültigen Einstellung der Platine. Es reicht aus, einen Körper und Drähte mit Krokodilen hinzuzufügen.

Sie können auch einen Funkdesigner erwerben, der mit allen Funkkomponenten ausgestattet ist, es bleibt nur zu löten.

Geschätzter Preis für Herbst 2016:

1. 300 W - 400 Rubel;
2. 500 W - 700 Rubel;
3. 1000 W - 1500 Rubel;
4. 2000 W - 1700 Rubel;
5. 3000 W - 2500 RUB

Um auf Aliexpress zu suchen, geben Sie Ihre Anfrage in das Suchfeld "Wechselrichter 220 diy" ein. Die Abkürzung "DIY" steht für "DIY Montage".

Platine für 500 W, Ausgang für 160, 220, 380 Volt

Funkkonstrukteure

Ein Funkkonstrukteur ist billiger als eine fertige Platine. Die komplexesten Elemente befinden sich möglicherweise bereits auf der Platine. Nach dem Zusammenbau ist praktisch keine Einrichtung erforderlich, für die ein Oszilloskop erforderlich ist. Der Parameterbereich der Funkkomponenten und die Nennwerte sind gut aufeinander abgestimmt. Manchmal packen sie Ersatzteile in eine Tasche, plötzlich reißen Sie sich aufgrund von Unerfahrenheit das Bein ab.

Stromrichterschaltungen

Ein leistungsstarker Wechselrichter wird hauptsächlich zum Anschluss von Elektrowerkzeugen beim Bau eines Sommerhauses oder einer Hacienda verwendet. Ein Niederspannungsspannungswandler für 500 Watt unterscheidet sich von einem leistungsstarken für 5000 - 10000 Watt in der Anzahl der Transformatoren und Leistungstransistoren am Ausgang. Daher sind die Komplexität der Herstellung und der Preis nahezu gleich, Transistoren sind kostengünstig. Die optimale Leistung beträgt 3000W. Sie können einen Bohrer, eine Schleifmaschine und ein anderes Werkzeug anschließen.

Ich werde verschiedene Schemata von Wechselrichtern von 12, 24, 36 bis 220 V zeigen. Es wird nicht empfohlen, solche in ein Auto zu setzen, Sie können den Elektriker versehentlich verwöhnen. Die Schaltung der DC-AC-Wandler 12 bis 220 ist einfach, der Master-Oszillator und der Leistungsteil. Der Generator wird auf dem beliebten TL494 oder Analoga hergestellt.

Eine große Anzahl von Booster-Schaltkreisen von 12 V bis 220 V für die Heimwerkerherstellung finden Sie unter dem Link
http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/preobrazovateli_naprjazhenija/101-4
Insgesamt gibt es etwa 140 Stromkreise, von denen die Hälfte Hochsetzsteller von 12, 24 bis 220 V sind. Kapazitäten von 50 bis 5000W.

Nach dem Zusammenbau müssen Sie die gesamte Schaltung mit einem Oszilloskop einstellen. Es ist ratsam, Erfahrung mit Hochspannungsschaltungen zu haben.

Um einen leistungsstarken 2500-Watt-Wechselrichter zusammenzubauen, benötigen Sie 16 Transistoren und 4 geeignete Transformatoren. Die Kosten des Produkts werden beträchtlich sein, vergleichbar mit den Kosten eines ähnlichen Funkdesigners. Der Vorteil solcher Kosten ist ein reiner Sinus am Ausgang.

Dieser Artikel wurde auf der Grundlage von Materialien erstellt, die von eingereicht wurden Alexander Germanovich Semenov, Direktor des russisch-moldauischen Wiss"Elkon", Chisinau. Der Chefingenieur des Unternehmens war ebenfalls an der Vorbereitung des Artikels beteiligt. Alexander Anatoljewitsch Penin... Alexander Germanovich schreibt:
"Wir haben uns auf den Bereich der Stromversorgung spezialisiert und es geschafft, ein Verfahren zum Aufbau von Resonanzwandlern mit tiefer Anpassung der Ausgangsparameter zu entwickeln, das sich von den bekannten unterscheidet. Für dieses Verfahren wurde ein internationales Patent erhalten. Die Vorteile des Verfahrens zeigen sich am besten in der Konstruktion von leistungsstarken - von 500 bis zehn Kilowatt - Der Wandler benötigt keine schnellen Schutzschaltungen gegen Kurzschluss am Ausgang, da er praktisch keinen Modus zum Unterbrechen des Stroms von Schaltern in irgendeinem Modus hat. Außerdem ist die Möglichkeit des Auftretens von Durchgangsströmen ausgeschlossen. Da der Wandler physikalisch (ohne Rückkopplung) eine Stromquelle ist, wurde es möglich, zu übertragen der Kondensator des Filters des Versorgungsnetzgleichrichters zum Ausgang des Wandlers, der es ermöglichte, je nach Last einen Leistungsfaktor von 0,92 bis 0,96 zu erhalten. Die Frequenz des Resonanzkreises ändert sich nicht, und dies ermöglicht es, die Strahlung des Wandlers effektiv in alle Richtungen zu filtern. Die Implementierung erfolgte in Form von Stromquellen für den elektrochemischen Schutz - kathodische Schutzstationen der Marke "Elkon". Leistung 600, 1500, 3000 und 5000 Watt. Der Wirkungsgrad im Nennmodus liegt bei 0,93-095. VZLET hat die Zertifizierungstests bei NPO VZLET bestanden. Es gibt eine langsame, strenge Implementierung. All dies bestätigt die Vitalität der Idee. Es scheint mir jedoch, dass es für den wirtschaftlichen Erfolg notwendig ist, eine Idee bekannt zu machen, um auf sie aufmerksam zu machen. "
Es ist immer eine Freude, Kollegen zu helfen, zumal die Idee hinter Elkon-Produkten neu ist.

Derzeit werden Geräte und Geräte der Leistungselektronik, die für den professionellen Einsatz entwickelt wurden, aktiv nach Kriterien wie Gewicht, Abmessungen, Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosten optimiert. Diese Anforderungen werden immer strenger, das heißt, der Kunde möchte ein Gerät mit minimalen Abmessungen und geringem Gewicht und gleichzeitig - mit hoher Effizienz, hoher Zuverlässigkeit und geringen Kosten.

Um die Verbrauchereigenschaften von Produkten zu verbessern, müssen bekannte Maßnahmen ergriffen werden: Erhöhung der Betriebsfrequenz der Umwandlung, Verringerung der Leistungsverluste in den Leistungselementen, Verringerung oder Beseitigung dynamischer Überlastungen im Leistungsteil der Schaltung. Oft widersprechen sich diese Maßnahmen, und um bestimmte Ergebnisse zu erzielen, macht der Entwickler einige, manchmal sehr schwierige Kompromisse. Eine weitere Optimierung der Parameter der Konvertierungstechnologie ist daher nur durch den Übergang zu neuen Prinzipien beim Bau dieser Geräte möglich.

Um den grundlegenden Unterschied zwischen der von "Elkon" angebotenen Spannungsregelungsmethode und der darin enthaltenen Neuheit zu verstehen, sprechen wir zunächst über den traditionellen Aufbau von Reglern. DC / DC-Wandler (DC / DC-Wandler), die eine bedeutende Klasse von Geräten aus dem Bereich der Leistungselektronik darstellen, werden traditionell nach dem folgenden Schema gebaut: Die Primärverbindung wandelt Gleichspannung in eine variable Hochfrequenz um; Die Sekundärverbindung wandelt Wechselspannung in Gleichspannung um. Der Wandler enthält normalerweise einen Regler, der den Wert der Ausgangsgleichspannung regelt oder auf dem erforderlichen Niveau hält.

Die Hochfrequenzumwandlung kann unter Verwendung verschiedener Schaltungen durchgeführt werden. Wenn wir jedoch von Gegentaktschaltungen sprechen, können wir hier zwei Typen nennen: Schaltungen mit einer rechteckigen Form des Stroms der Leistungsschalter und Resonanzkreise mit einer sinusförmigen (oder quasi-sinusförmigen) Form des Stroms der Tasten.

Der Wirkungsgrad der Wandler wird maßgeblich von den dynamischen Schaltverlusten an den Leistungselementen beim Schalten der Betriebsstromwerte bestimmt. Die Erfahrung mit der Entwicklung von Wandlern mit einer Leistung von mehr als 100 W zeigt, dass es möglich ist, diese Verluste hauptsächlich durch die Verwendung von Schaltelementen (Transistoren) mit geringen Schaltzeiten und durch die Bildung der richtigen Flugbahn ihres Schaltens zu reduzieren. Die aktuelle Elementbasis weist natürlich ziemlich hohe dynamische Eigenschaften auf, aber sie sind immer noch alles andere als ideal. Daher führen technologische Einschränkungen häufig zu erheblichen Überspannungen an den Elementen des Stromkreises, was bedeutet, dass die allgemeine Zuverlässigkeit des Wandlers abnimmt.

Die Bildung des richtigen Schaltpfades ist eine wichtige Aufgabe, die auch die Schaltüberspannungen erheblich reduzieren kann. Dieses Verfahren liefert das sogenannte "weiche" Schalten durch Umverteilen von Energie zwischen dem tatsächlichen Leistungsteil des Schaltelements (Transistorschalter) und dem Formelement. Die Reduzierung der Verluste erfolgt durch die Rückführung der von ihnen angesammelten Energie. Es sei daran erinnert, dass die bekannten Vertreter der Formelemente alle Arten von FI-Schutzschaltungen, Dämpfungswiderständen, Dämpfern usw. sind.

Die Praxis der Entwicklung realer Wandler zeigt, dass bei der Erstellung eines Geräts mit einer Nennleistung von Hunderten bis Tausenden von Watt für jedes Watt Wirkleistung buchstäblich "angegeben" werden muss, um die Wärmeverluste maximal zu reduzieren, was den Gesamtwirkungsgrad des Wandlers verringert.

Ein weiteres Problem betrifft die Notwendigkeit eines Hochgeschwindigkeits-Kurzschlussschutzes in der Last. Das Problem besteht hauptsächlich darin, dass ein zu schneller Schutz zu anfällig für Fehlauslösungen wird und den Wechselrichter auslöst, selbst wenn keine Gefahr für ihn besteht. Ein zu langsamer Schutz ist resistent gegen Fehlalarme, schützt das Gerät jedoch kaum. Sie müssen viel Aufwand betreiben, um einen optimalen Schutz zu gewährleisten.

In Verbindung mit dem oben Gesagten erfüllt der klassische Hochfrequenzwandler die modernen Anforderungen an die Stromrichtertechnologie nicht ganz. Es muss nach neuen Möglichkeiten gesucht werden, diese Geräte zu konstruieren.

In jüngster Zeit haben Ingenieure ihre Aufmerksamkeit auf Resonanzwandler als Geräte mit großem Potenzial gerichtet. In Resonanzwandlern gibt es grundsätzlich weniger dynamische Verluste, sie erzeugen viel weniger Interferenzen, da das Schalten nicht mit geraden Kanten erfolgt, die reich an Harmonischen sind, sondern mit einer glatten Signalform nahe der Sinuskurve. Resonanzwandler sind zuverlässiger und erfordern keinen schnellen Kurzschlussschutz (SC) in der Last, da die Kurzschlussstrombegrenzung auf natürliche Weise erfolgt. Aufgrund der sinusförmigen Form des Stroms nehmen die statischen Verluste in den Leistungselementen zwar leicht zu, aber da die Resonanzwandler die Schaltdynamik der Leistungselemente nicht so stark beanspruchen, können IGBT-Transistoren der Standardklasse verwendet werden, bei denen die Sättigungsspannung niedriger ist als die des IGBT mit Warp-Geschwindigkeit -Transistoren. Man kann sich auch an SIT-Transistoren und sogar an bipolare erinnern, obwohl es nach Meinung des Autors der Site in diesem Zusammenhang besser ist, sich nicht an letztere zu erinnern.

Unter dem Gesichtspunkt des Aufbaus eines Stromkreises sind Resonanzwandler einfach und zuverlässig. Bisher konnten sie jedoch herkömmliche Halbbrücken- und Brückenwandler aufgrund grundlegender Probleme bei der Regelung der Ausgangsspannung nicht verdrängen. Herkömmliche Wandler verwenden das Prinzip der Steuerung auf der Grundlage der Pulsweitenmodulation (PWM), und hier gibt es keine Schwierigkeiten. Bei Resonanzwandlern führt die Verwendung von PWM und anderen speziellen Methoden (z. B. Frequenzregelung durch Änderung der Schaltfrequenz) zu einer Erhöhung der dynamischen Verluste, die in einigen Fällen mit den Verlusten bei klassischen Wandlern vergleichbar werden oder diese sogar übertreffen. Die Verwendung von Formschaltungen rechtfertigt sich in einem begrenzten Frequenzbereich und mit einer sehr geringen Steuertiefe. Es gibt ein etwas effektiveres Verfahren, das auf einer signifikanten Abnahme der Schaltfrequenz basiert, was zu einer Abnahme des durchschnittlichen Laststroms und damit der Ausgangsleistung führt. Diese Methode der Frequenzregelung kann aber auch als Kompromiss bezeichnet werden, was bedeutet, dass sie den modernen Anforderungen nicht ausreichend entspricht.

Und dennoch erwiesen sich Resonanzwandler als so verlockend, dass mehrere weitere Möglichkeiten erfunden wurden, um ihre Effizienz und Steuertiefe zu erhöhen. Leider erwiesen sich diese Ideen auch als unzureichend wirksam. Die Verwendung eines zusätzlichen Impulsreglers am Ausgang führt dazu, dass eine weitere Konvertierungsverbindung verwendet werden muss, was bedeutet, dass der Wirkungsgrad verringert wird. Das Umschaltdesign des Transformators verkompliziert den Wandler erneut erheblich, erhöht seine Kosten und macht ihn für Verbraucheranwendungen nicht durchführbar.

Aus dem Vorstehenden können wir schließen, dass das Hauptproblem, das die weit verbreitete Verwendung von Resonanzwandlern verhindert, in der Schaffung eines wirksamen Verfahrens zur Tiefenregelung der Ausgangsspannung liegt. Wenn dieses Problem gelöst ist, können die Eigenschaften von Leistungselektronikgeräten erheblich verbessert und auf die bereits beherrschten und neuen Anwendungsbereiche der Wandlertechnologie ausgeweitet werden.

Den Spezialisten des Unternehmens "Elkon" gelang es, durch Reduzierung der Schaltfrequenz erhebliche Fortschritte bei der Erforschung der Regulierungsmethode zu erzielen. Es war diese Methode, die als Grundlage genommen wurde, da sie den Hauptvorteil des Resonanzkreises beibehält - das Schalten bei Nullstrom. Die Untersuchung der in einem herkömmlichen Resonanzwandler ablaufenden Prozesse ermöglichte es, sein Schema zu verfeinern und einen effizienteren Steuermechanismus in einem weiten Lastbereich und einem akzeptablen Frequenzbereich zu finden, der die Grundlage eines internationalen Patents bildete. Darüber hinaus war es möglich, die gleiche Amplitude der Leistungstransistorströme sowohl im Nennlast- als auch im Kurzschlussmodus zu erreichen, keine Durchgangsströme durch Leistungstransistoren, selbst bei maximaler Schaltfrequenz, "weiche" Lastcharakteristik (viel besser als die eines herkömmlichen Resonanzwandlers).

Die gesamte Schaltung des modernisierten Resonanzwandlers ist Gegenstand des "Know-hows" des Unternehmens "Elkon". Damit der Leser jedoch verstehen kann, worin die Verbesserung besteht, werden die folgenden Informationen aus dem Patent "Verfahren zur gesteuerten Resonanzumwandlung konstanter Spannung" gegeben.

Die Erfindung ist für die Implementierung leistungsfähiger, billiger und effizienter einstellbarer Hochfrequenztransistor-Resonanzspannungswandler für verschiedene Anwendungen vorgesehen. Dies können Schweißkonverter, Induktionsheizungsanlagen, Funksender und mehr sein.

Es gibt einen Prototyp eines einstellbaren Resonanzspannungswandlers, der in veröffentlicht wurde. Im Prototyp: Eine Schwingung wird mit einer eigenen Periode To und der Schaltperiode der Leistungsschalter Tk erzeugt; Der kapazitive und induktive Energiespeicher wird mit Verbrauch von einer Konstantspannungsquelle und Übertragung eines Teils der Energie an die Last mit einem Gleichrichter verwendet. Die Spannungsregelung erfolgt aufgrund der Verstimmung der Resonanz mit der Periode der Eigenschwingungen To der Schaltfrequenz der Tasten Tk nahe To.

Wie oben erwähnt, führt die Verstimmung zu einer signifikanten Erhöhung der dynamischen Verluste und verringert im Allgemeinen die Zuverlässigkeit des Wandlers, da die Verstimmung den Hauptvorteil des Resonanzwandlers verliert - das Schalten bei Nullströmen. All dies führt dazu, dass es ratsam ist, die Methode nur in Stromrichtern mit geringem Stromverbrauch zu verwenden.

In der Arbeit ist ein näherer Prototyp veröffentlicht. In diesem Prototyp wird auch eine Schwingung mit einer eigenen Periode To und der Schaltperiode der Tasten Tk erzeugt, aber Tk\u003e To; Der kapazitive und induktive Energiespeicher wird mit Verbrauch von einer Konstantspannungsquelle und Übertragung eines Teils der Energie an die Last mit einem Gleichrichter verwendet. Die Ausgangsspannung wird durch Ändern der Schaltperiode Tk geregelt. Hier wird jedoch die überschüssige Energie des kapazitiven Speichers aufgrund der Entladung des kapazitiven Speichers durch die Last zur Stromquelle zurückgeführt, und die Begrenzung der Vorderflanke der Stromimpulse der Leistungsschalter wird unter Verwendung eines zusätzlichen induktiven Speichers durchgeführt. Diese Methode behält den Hauptvorteil des Resonanzwandlers bei - die Fähigkeit, Leistungsschalter bei Nullströmen zu schalten.

Leider hat dieser Prototyp auch einige Nachteile. Einer der grundlegenden Nachteile ist eine Erhöhung des Stroms der Schalter bei Überlast oder Kurzschluss im Lastkreis bei der Nenn- oder Maximalfrequenz. Da in diesem Fall die induktiven Elemente eine große Energiemenge speichern, hat sie keine Zeit, in kurzer Zeit (Tk-To) / 2 vollständig zur Stromquelle zurückzukehren. Ein weiterer Nachteil ist die erzwungene Unterbrechung des Stroms durch die Schalter, obwohl die Schaltfront eingestellt ist. Hier wird ein komplexer Schutz der Schlüsselelemente erforderlich, der den gesamten Spannungsregelungsbereich einschränkt, was zu einer Verengung des Umfangs des Wandlers führt.

Die Vorrichtung, mit der dieses Verfahren implementiert werden kann, ist ein herkömmlicher resonanter Halbbrückenwandler mit einem kapazitiven Spannungsteiler (kapazitiver Speicher) und einem induktiven Speicher, der mit einer Last zwischen dem Halbbrückentransistor-Rack und dem mittleren Anschluss des kapazitiven Teilers verbunden ist. Zusätzliche induktive Akkumulatoren sind in den Zweigen oder in der Schaltung jedes Schlüsselelements enthalten.

Das vom Unternehmen "Elkon" vorgeschlagene Gerät löst das Problem der Bereitstellung eines breiten Bereichs von Lastspannungsregelungen und erweitert somit den Anwendungsbereich. In der neuen Methode finden Sie einige Analogien zu Prototypen und: Schwingungen werden mit einer natürlichen Periode To und einer Schaltperiode Tk erzeugt, und Tk\u003e To, kapazitiver und induktiver Speicher wird auch mit Verbrauch von einer Konstantspannungsquelle und Übertragung eines Teils der Energie auf die Last mit einem Gleichrichter verwendet Rückführung überschüssiger Energie des kapazitiven Speichers zurück zur Quelle, Spannungsregelung erfolgt durch Änderung von Tc. Die Neuheit des Verfahrens liegt in der Tatsache, dass gleichzeitig mit den ersten Schwingungen zweite Schwingungen mit einer natürlichen Periode To und einer Schaltperiode Tk erzeugt werden, wobei der gleiche kapazitive Speicher und ein zweiter induktiver Speicher mit Energieverbrauch von einem kapazitiven Speicher und Energieübertragung auf eine Last mit einem Gleichrichter verwendet werden.

Das Hauptmerkmal des vorgeschlagenen Verfahrens ist der gleichzeitige Fluss der Ströme der ersten und zweiten Schwingung durch die Schlüsselelemente derart, dass der Gesamtstrom durch sie nicht bricht, wodurch die Energie induktiver Speichervorrichtungen auch im Falle eines Kurzschlusses mit maximaler Frequenz zurückgeführt werden kann. In diesem Fall bleibt die Amplitude des Stroms der Schlüsselelemente auf dem Niveau der Nennwerte. Dieses Verfahren "funktioniert" im gesamten Bereich der Schaltperioden Tc, wodurch das Problem des Resonanzwandlers erfolgreich gelöst wird.

Gerät angezeigt am bild 1enthält einen gesteuerten Hauptimpulsgenerator (1), dessen Ausgänge mit den Gattern der Transistoren (2) und (3) verbunden sind und ein Halbbrücken-Rack (Halbbrückenarm) bilden. Der gemeinsame Verbindungspunkt der Transistoren (2) und (3) über einen kapazitiven Speicher (Resonanzkondensator) mit der Bezeichnung (5) ist mit einem der Anschlüsse der Transformator-Gleichrichter-Last (6) verbunden. Induktive Speicher (Resonanzdrosseln) mit den Bezeichnungen (7) und (8) sind in Reihe geschaltet. Ihr gemeinsamer Verbindungspunkt ist mit der anderen Lastklemme (6) verbunden. Die Versorgungsspannungsquelle (9) ist mit den unteren Anschlüssen der Drossel (7) und dem Emitter des Transistors (2) verbunden. Der obere Anschluss der Drossel (8) ist mit dem Kollektor des Transistors (3) verbunden.

Auf der figur 2 Es werden Diagramme gezeigt, die den Betrieb dieses Resonanzwandlers zeigen. Der Hauptgenerator (1) erzeugt die in gezeigten Paraphasensteuerimpulse abb. 2 a-b, Dauer To / 2 und einstellbare Schaltperiode Tk, die wiederum die Transistoren (2) und (3) öffnen. In der stationären Betriebsart des Wandlers wird zum Zeitpunkt t1 ein Steuerimpuls an den Transistor (2) angelegt, während ein sinusförmiger Stromimpuls I1 gezeigt wird abb. 2 in, - die sogenannten "ersten Schwingungen". Gleichzeitig fließt der Strom I2 weiter durch die antiparallele (entgegengesetzte) Diode (4) des Transistors (3) - die "zweite Schwingung".

bild 3 Der erste Zyklus der Schaltung

Auf der figur 3 zeigt den ersten Takt der Schaltung, der sein Verhalten im Intervall (t1 ... t2) widerspiegelt. Resonanzkondensator (5) mit Spannung U5, dessen Grafik in dargestellt ist abb. 2 dwird über eine Transformator-Gleichrichter-Last (6) aufgeladen, einschließlich eines Transformators (6.1), eines Gleichrichters (6.2) und der Last selbst (6.3). Die erste Resonanzdrossel (7) speichert Energie. Gleichzeitig wird der Resonanzkondensator (5) durch die zweite Resonanzdrossel (8) mit einer Spannung U8 entladen, deren Graph in gezeigt ist abb. 2 d... Die Drossel (8) speichert Energie gemäß der in der Grafik angegebenen Polarität.

bild 4 Der zweite Zyklus der Schaltung

Auf der figur 4 Der zweite Schritt der Schaltung zeigt sein Verhalten im Intervall (t2 ... t3). Der Resonanzkondensator (5) lädt sich durch die Transformator-Gleichrichter-Last (6) und die erste Resonanzdrossel (7) weiter auf. Außerdem wird der Resonanzkondensator (5) durch die zweite Resonanzdrossel (8) aufgeladen, die bereits Energie gemäß der angegebenen Polarität abgibt.

bild 5 Der dritte Zyklus der Schaltung

Auf der abbildung 5 Es wird der dritte Zyklus der Schaltung gezeigt, der sein Verhalten im Intervall (t3 ... t4) widerspiegelt. Der Resonanzkondensator (5) lädt sich weiterhin durch die Transformator-Gleichrichter-Last (6) und die erste Resonanzdrossel (7) mit der in der Grafik gezeigten Spannung U7 auf abb. 2 f... Gleichzeitig wird der Resonanzkondensator (5) bereits von der zweiten Resonanzdrossel (8) geladen, die weiterhin Energie gemäß der angegebenen Polarität liefert.

bild 6 Der vierte Zyklus der Schaltung

Auf der abbildung 6 Es wird der vierte Zyklus der Schaltung gezeigt, der sein Verhalten im Intervall (t4 ... t5) widerspiegelt. Der Resonanzkondensator (5) lädt sich weiterhin durch die Transformator-Gleichrichter-Last (6) und die erste Resonanzdrossel (7) auf, die bereits Energie gemäß der in der Figur angegebenen Polarität abgibt. Gleichzeitig lädt sich der Resonanzkondensator (5) weiterhin von der zweiten Resonanzinduktivität (8) auf.

Auf der abbildung 8 Der sechste Takt der Schaltung wird angezeigt und spiegelt sein Verhalten im Intervall (t6 ... t7) wider. Der Resonanzkondensator (5) überträgt bereits Energie über die Transformator-Gleichrichter-Last (6) und die erste Resonanzdrossel (7) an die Stromversorgung (9). In diesem Fall ändert der Strom I1 seine Richtung.

bild 9 Siebter Zyklus der Schaltung

Auf der abbildung 9 Es wird der siebte Zyklus der Schaltung gezeigt, der sein Verhalten im Intervall (t7 ... t8) widerspiegelt. Ein Steuerimpuls wird an den Transistor (3) angelegt, während ein sinusförmiger Stromimpuls I2 gemäß zu fließen beginnt abb. 2 indurch diesen Transistor ("zweite Schwingung"). Der Strom I1 fließt auch weiterhin durch die antiparallele Diode (10) des Transistors (2) - die "erste Schwingung". Der Resonanzkondensator (5) gibt Energie über die Transformator-Gleichrichter-Last (6) und die erste Resonanzdrossel (7) ab - in die Versorgungsspannungsquelle (9) und in die zweite Resonanzdrossel (8).

Auf der abbildung 11 zeigt den neunten Zyklus der Schaltung, der ihr Verhalten im Intervall (t9 ... t10) widerspiegelt. Alle Speichergeräte geben ihre Energie ab.

Auf der abbildung 13 zeigt den letzten Zyklus der Schaltung, der ihr Verhalten im Intervall (t11 ... t1) widerspiegelt. Der Resonanzkondensator (5) wird entladen, dann werden die Vorgänge wiederholt.

Achtung: Im Zeitintervall t6-t7 wird Energie an die Quelle zurückgegeben, da der Strom I1 seine Richtung ändert. Die negative Amplitude des Stroms I1 wird durch die Last des Wandlers bestimmt. Diese Tatsache bestimmt die zusätzlichen Vorteile des Verfahrens - die Amplitude des Stroms durch die Schalter steigt nicht bis zu einem Kurzschluss in der Last an. Außerdem fehlt das Problem der Durchgangsströme vollständig, was die Steuerung von Transistoren einfach und zuverlässig macht. Das Problem der Schaffung schneller Schutzmaßnahmen zur Verhinderung des Kurzschlussmodus verschwindet ebenfalls.

Diese Idee war die Grundlage für Prototypen und Serienprodukte, die Elkon derzeit produziert. Beispielsweise wird ein Spannungswandler mit einer Leistung von 1,8 kW, der für eine kathodische Schutzstation für unterirdische Rohrleitungen ausgelegt ist, von einem einphasigen Wechselstrom mit 220 V und 50 Hz gespeist. Es werden Leistungs-IGBT-Transistoren der ultraschnellen Klasse IRG4PC30UD mit eingebauter gegenüberliegender Diode verwendet. Die Kapazität des Resonanzkondensators (5) beträgt 0,15 μF, die Induktivität der Resonanzdrosseln (7) und (8) beträgt jeweils 25 μH. Die Periode der Eigenschwingungen To beträgt 12 μs, das Transformationsverhältnis des Transformators (6.1) beträgt 0,5, was den Bereich der Nennlast (0,8 ... 2,0) Ohm bestimmt. Für den Minimalwert der Schaltperiode Tc von 13 μs (bei einer Schaltfrequenz fk von 77 kHz) und einer Last von 1 Ohm betragen die Amplituden der Ströme I1 bzw. I2 plus 29 A und minus 7 A. Bei einer Last von 0,5 Ohm betrugen die Amplituden der Ströme I1 und I2 jeweils plus 29 A und minus 14 A. Im Fall eines Kurzschlusses sind diese Werte plus 29 A und minus 21 A, der durchschnittliche Strom durch die Last beträgt 50 A, dh der Effekt der Begrenzung des Kurzschlussstroms tritt auf.

Auf der abbildung 14 Die Familie der Steuereigenschaften des Umrichters wird angezeigt. Es ist wichtig zu beachten, dass über den gesamten Schaltfrequenzbereich Schaltimpulse bei Nullströmen angelegt werden. Diese Ergebnisse wurden im OrCAD 9.1-Schaltungsmodellierungssystem erhalten und dann an einem vollständigen Modell getestet.

Zum Vergleich weiter abbildung 15 Es wird eine Familie von Steuereigenschaften eines klassischen Resonanzwandlers mit ähnlicher Leistung vorgestellt. Die minimale Schaltperiode Tk wird aufgrund des Auftretens von Durchgangsströmen erhöht und beträgt 14 μs (mit einer Schaltfrequenz fk von 72 kHz). Für diese Nennfrequenz liegt der Schaltmodus bei Nullstrom. Bei einem Lastwiderstand von 1 Ohm beträgt die Amplitude des Laststroms 30A, bei einem Widerstand von 0,5 Ohm beträgt die Amplitude bereits 58A. Im Falle eines Kurzschlusses beträgt die Amplitude des Stroms durch die Transistoren mehr als 100 A, und das Schalten der Leistungstransistoren erfolgt nicht mehr bei Nullströmen, und der durchschnittliche Laststrom beträgt mehr als 180 A. Wie bereits erwähnt, besteht daher ein Bedarf an einem schnellen Kurzschlussschutz, um einen Unfall zu vermeiden ...

Der Regelabschnitt "A" (dünne Linien) kennzeichnet den Schaltmodus nicht bei Nullstrom. Der Regelabschnitt "B" ist von praktischem Interesse, wenn die Schaltfrequenz zwei- oder mehrmals niedriger als die Nennfrequenz ist. Es ist anzumerken, dass die Regulierungstiefe auf diese Weise für einen klassischen Wandler viel geringer ist als für einen Elkon-Wandler, und die Notwendigkeit, mit einer niedrigeren Schaltfrequenz zu arbeiten, verschlechtert die spezifische Energieeffizienz eines klassischen Wandlers. Der angebotene Elkon-Wandler hat praktisch akzeptable Steuereigenschaften und einen Bereich von Schaltfrequenzen.

Aufgrund der Weichlastcharakteristik ist es möglich, die Ausgangsspannung mit einer festen Frequenz durch Phasensteuerung von zwei parallel mit einer Wechselspannung verbundenen Wandlern zu steuern. Diese Option wurde an einem 1,2-kW-Modell getestet. Die Ausgangsspannung reicht von Null bis Maximum.

Die erhaltenen Ergebnisse legen nahe, dass Spannungswandler, die das neue Verfahren der Resonanzumwandlung verwenden, in allen Bereichen der Verwendung herkömmlicher Wandler mit PWM-Regelung für zehn oder mehr kW eine breitere Anwendung finden werden.

Und jetzt - ein wenig über die Serienproduktion. Das Elkon-Unternehmen produziert:
- kathodische Schutzstationen mit einer Leistung von 0,6, 1,5, 3,0 und 5,0 kW mit einem Wirkungsgrad im Nennmodus von nicht weniger als 93%;
- Quellen für das manuelle Lichtbogenschweißen mit einer Leistung von 5,0 und 8,0 kW, die aus einem 220-Volt-50-Hz-Netz gespeist werden;
- Quellen für das manuelle Lichtbogenschweißen mit einer Leistung von 12 kW, die von einem dreiphasigen Netz mit 380 Volt und 50 Hz gespeist werden;
- Heizquellen für Schmiedezuschnitte mit einer Leistung von 7,0 kW, die aus einem 220-Volt-50-Hz-Netz gespeist werden;
- Wandler für eine Hochvolt-Solarbatterie mit einer Leistung von 5,0 kW bei einer Eingangsspannung von 200 bis 650 V und einer Ausgangsspannung von 400 V; Bei der Modulation der Ausgangsspannung des Wandlers nach einem Sinusgesetz mit einer Frequenz von 100 Hz und der anschließenden Verteilung der Halbwellen wurde Elektrizität von der Solarbatterie in das 220-Volt-50-Hz-Netz übertragen.
Die Mitarbeiter des Unternehmens hoffen, dass diese Idee auch erfahrene Funkamateure inspirieren wird, die sich mit dem Bau von Schweißgeräten befassen.

LITERATUR
Meshcheryakov V.M. Leistungselektronik ist ein effektiver Weg, um die Probleme des Regionalprogramms "Energieeinsparung" // Elektrotechnik zu lösen. 1996.12. 1.
Hochfrequenztransistorkonverter / E. M. Romash, Y. I. Drabovich, N. N. Yurchenko, P. N. Shevchenko-M .: Radio and Communication, 1988.-288s.
Goncharov A.Yu. Serienmäßig hergestellte Transistor-Stromrichter // Elektronik: Wissenschaft, Technologie, Wirtschaft. 1998.2. S. 50.
Kovalev F.I., Florentsev S.N. Leistungselektronik: gestern, heute, morgen // Elektrotechnik. 1997.11 S. 2.
Dmitrikov V.F. und andere. Neue hocheffiziente Haushaltsstromversorgungen mit transformatorlosem Eingang // http //: www.add.ru/r/konkurs/st.18.html
Patanov D.A. Allgemeine Probleme bei der Reduzierung von Schaltverlusten in Spannungswechselrichtern // http://www.add.ru/r/konkurs/avtst8.html
Zhdankin V.K. Leistungselektronikgeräte von Zicon Electronics // Moderne Automatisierungstechnologien. 2001.N1.p.6.
Belov G.A. Hochfrequenz-Thyristor-Transistor-Gleichspannungswandler. -M.: Energoatomizdat, 1987.-120s.
PCT-Patent, WO94 / 14230, 23.06.94, H02M 3/335.
Patent PCT / MD 03/00001. 16.05.2002, H02M3 / 337 Was schreiben sie?

Resonanzwechselrichter sind in der Wandlertechnologie weithin bekannt. Sie liefern aufgrund des Schwingkreises eine harmonische Stromform im Leistungskreis. Betrachten Sie das Funktionsprinzip eines Resonanzwechselrichters, das durch das Diagramm und die Diagramme in Abb. 5.13 veranschaulicht wird.

Abbildung 5.13 - Funktionsprinzip eines Resonanzwechselrichters

In dieser Figur sind S 1, S 2 gesteuerte Schlüssel, die gegenphasig arbeiten. Wenn der Schalter S 1 schließt, beginnt der Strom i 1 gemäß dem Oberschwingungsgesetz zu wachsen. Die Eigenfrequenz der Schleife mit Verlusten beträgt

(5.8)

Während des Intervalls T 0/2 wird der Strom in der Schaltung Null und der Schalter öffnet bei einem Nullwert der geschalteten Leistung. Zum Zeitpunkt t1 ist der Schalter S2 geschlossen und aufgrund des schwingenden Energieaustauschs zwischen den reaktiven Elementen wird eine negative Halbwelle des Stroms in der Last gebildet. Wiederum wird durch T 0/2 der Strom in der Schaltung Null, S2 öffnet und der Schlüssel S1 schließt und so weiter. Qualitätsfaktor der Kontur

(5.9)

Wenn die Schaltfrequenz der Tasten der Resonanzfrequenz der Schaltung entspricht
Dann liegt die Spannungswellenform über der Last nahe an der Harmonischen und ihrem effektiven Wert
(5.10)

Die Last kann in Reihe (wie in Abbildung 5.13) oder parallel zu einem der reaktiven Elemente, normalerweise einem Kondensator, geschaltet werden.

Vorteile von Resonanzwechselrichtern:

a) Reduzierung der Leistungsverluste beim Schalten. Insbesondere unter Bedingungen einer großen technologischen Verbreitung von Schlüsselparametern. Das sogenannte "weiche" Schalten ist vorgesehen,

b) Verringerung des Niveaus hochfrequenter Störungen, die sowohl abgestrahlt (Funkstörungen) als auch über Drähte (leitend) in das Versorgungsnetz und in die Last übertragen werden;

c) das Fehlen von Durchgangsströmen in Gegentaktschaltungen führt zu

erhöhte Zuverlässigkeit.

Nachteile von Resonanzwechselrichtern:

a) ein signifikanter Überschuss der Spannung an den reaktiven Elementen gegenüber der Versorgungsspannung aufgrund des Resonanzphänomens;

b) eine Vergrößerung der Glättungsfilter im Vergleich zur Rechteckspannung;

c) höhere Installationsleistung der Schlüssel.

Ein ungefähres Diagramm eines Transistorkonverters mit einem Resonanzinverter ist in Abbildung 5.14 dargestellt. Die Last R H ist über einen Vollweggleichrichter VD 1 und VD 2 parallel zum Kondensator C K geschaltet.

Abbildung 5.14 - Wandler mit Resonanzwechselrichter

Der TV-Transformator bietet Spannungspegelanpassung und galvanische Trennung zwischen Netz und Last. Die Ausgangsspannung wird durch Frequenzmodulation der Taktfrequenz (f T) der Steuerschaltung stabilisiert. Für die f T etwas kleiner gewählt wird als die Resonanzfrequenz der Schaltung L K C K. Durch Einstellen der Frequenz kann eine Instabilität von etwa 0,1% erhalten werden. Der Geräuschpegel ist etwa 15 dB niedriger als in nicht resonanten Wechselrichterschaltungen.

Viele spezialisierte und universelle Steuerungen wurden entwickelt, um die Schlüssel von Wechselrichtern zu steuern, z. B. 1114EU1 ... 1114EU5, UC3846, UC3875, TL494, TL599 usw.

5.5 Beispiele für Aufgaben für Konverter mit Lösungen

Beispiel 5.5.1

Ausgangsdaten:es gibt einen Spannungswandler mit einem Gleichrichter und einem Ausgangsglättungsfilter, dessen Schaltung in Abbildung 5.15 dargestellt ist. Seine Parameter:
,,
,
,
.

Definieren die Größe der Spannung über der Last dieser Quelle (alle Elemente sind ideal).

Abbildung 5.15 - Stromversorgungsdiagramm

Entscheidung. Die Spannung am Eingang des Glättungsfilters (Diode VD3) des Netzteils hat die in Abbildung 5.16 gezeigte Form.

Die konstante Komponente ist

,

wo
- Transformationsverhältnis,

- Impulszyklus.

Abbildung 5.16 - Wellenform der Gleichrichterausgangsspannung

Beispiel 5.5.2

Ausgangsdaten:Die Spannungswellenform am Ausgang des Wechselrichters sieht wie in Abbildung 5.17 aus.

Definierenoptimaler Wert des Tastverhältnisses der Wechselrichtersteuerimpulse (
) in Bezug auf den Mindestgehalt der 3. und 5. Harmonischen.

Entscheidung. Die harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung für eine Rechteckwelle haben folgende Abhängigkeit vom Arbeitszyklus:

Nach diesem Ausdruck konstruieren wir Anpassungskurven für drei Harmonische k \u003d 1, k \u003d 3 und k \u003d 5 (Abb. 5.18).

Abbildung 5.18 - Oberschwingungskomponenten der Wechselrichterausgangsspannung

Aus den grafischen Abhängigkeiten ist ersichtlich, dass der minimale Gehalt der 3. und 5. Harmonischen bei K 3 \u003d 0,73 auftritt.

Beispiel 5.5.3

Ausgangsdaten: Es gibt einen Single-Ended-Wandler mit Sperranschluss einer Gleichrichterdiode (Abb. 5.19). Schema-Parameter:
,
,
,
.

Abbildung 5.19 - Spannungswandler

Definierender minimale Wert des Füllfaktors für ideale Schlüssel.

Entscheidung.Am Ausgang des Transformators im Nennmodus beträgt die maximale Spannung seitdem 30V
... Die durchschnittliche Ausgangsspannung beträgt
... Das minimale Tastverhältnis entspricht der maximalen Spannungsabweichung, d.h.

.

Beispiel 5.5.4

Ausgangsdaten:Es gibt einen Spannungswandler (Abb.5.20) basierend auf einem Halbbrückenwechselrichter mit den Parametern:,
,
, Strom laden
.

Abbildung 5.20 - Spannungswandler

Definierenspannung am Kollektor eines geschlossenen Transistors (VT1 oder VT2) und der Maximalwert des Stroms im Primärkreis des Transformators I 1.

Entscheidung.Die Spannung am Kollektor des geschlossenen Transistors überschreitet nicht den Versorgungsspannungspegel, d.h.
.

Der Maximalwert des Stroms im Primärkreis des Transformators beträgt: