Sursă de Tensiune în Comutație

Cap. 1

Variatoare de tensiune continuă

1.1. Generalităţi. Clasificare

Variatoarele de tensiune continuă (VTC) sau chopperele sunt convertoare de curent continuu care transformă energia furnizată de o sursă de tensiune continuă tot în energie de tensiune continuă, însă de o altă valoare, eventual reglabilă.

Fig. 1.1

În fig. 1.1 se arată modul de conectare al variatoarelor de tensiune continuă (VTC) între sursa de alimentare de tensiune continuă constantă U şi sarcină la bornele căreia se obţine o

tensiune de valoare medie U reglabilă.

Circuitul de forţă al unui VTC este realizat cu elemente semiconductoare cu o comutaţie comandată: tiristoare, tiristoarte GTO, tranzistoare bipolare, MOSFET sau IGBT. Intrarea în conducţie, ca şi blocarea componentelor, se realizează la momente bine precizate, definite prin comandă. În general, VTC – urile sunt utilizate pentru reglarea vitezei motoarelor electrice de curent continuu, ca surse de alimentare convertore sau în domeniul sudurii electrice (realizarea oricăror surse de tensiune în comutaţii).

Se construiesc chappere cu puteri cuprinse între zeci şi milioane de watti. De regulă, frecvenţa de comutaţie este cuprinsă între 100 Hz si 1 K Hz, însă sunt şi choppere având frecvenţa de 10 K Hz sau mai mult.

VTC – urile sunt de mai multe tipuri, clasificarea lor facându-se după mai multe criterii:

- după raportul între tensiunea la ieşire şi tensiunea la intrare sunt:

- convertoare coborâtoare ( STEP DOWN converters ) sau convertoare serie

( BUCK converters ), la care tensiunea de ieşire este mai mică sau cel mult egală cu tensiunea la intrare ;

- convertoare ridicătoare ( STEP UP converters ) sau convertoare paralel ( BOOST converters ), la care tensiunea de ieşire este mai mare sau cel puţin egală, cu tensiunea la intrare ;

- convertoare coborâtoare – ridicătoare ( STEP – DOWN / UP ) sau convertoare serie - paralel ( BUCK – BOOST converters ), la care tensiunea la ieşire poate fi mai mică sau mai mare decât cea de la intare.

- după cadranul planului ( U , I ) ( fig. 1.2 ) în care funcţionează sunt convertoare:

- pentru un cadran care furnizează sarcinii: + U şi + I ;

- pentru două cadrane care furnizează sarcinii: U şi + I sau + U şi I ;

- pentru patru cadrane care furnizează sarcinii: U şi I .

- după modul de trasnfer al energiei sunt:

- convertoare care nu prezintă element de stocare ( acumulare ), transferul energiei făcându-se direct;

- convertoare care prezintă un element de stocare a energiei între intrare şi ieşire, legătura fiind indirectă.

Fig. 1.2 Planul ( U , I )

Convertoare de tip BUCK ( choppere serie sau cu raport coborâtor )

Convertoarele de tip BUCK se mai numesc şi convertoare de cc cu raport coborâtor ( step – down ) care furnizează la ieşire o tensiune continuă, mai mică decât tensiunea de intrare.

Schema principală a convertorului coborâtor este dată în fig. 1.3.

Fig. 1.3

Din fig. 1.3 se observă că un convertor cc coborâtor ( BUCK ) este construit din 2 întrerupătoare T şi T care funcţionează complementar. Dacă T se închide, T se deschide şi invers. Prin T se închide curentul de ieşire ( de sarcină ) i , când T este deschis, dacă sarcina inmagazinează energie.

Sursa de tensiune continuă E furnizează convertorului o tensiune U , iar acesta debitează putere în rezistenţa de sarcină R, la tensiunea de ieşire µ .

Comutatorul T este comandat de un semnal periodic, cu perioada T şi factorul de umplere al semnalului de comandă t :

t = , unde t reprezintă durata de timp cât T este închis

Fig. 1.4

Când este închis în timpul t , u =U şi i =i =I iar T este deschis şi i = 0. Când T se deschide, atunci T se închide şi u = 0, i = I şi i = 0. Formele de undă sunt date în fig. 1.4.