Electrónica de potencia - Choppers
Un helicóptero utiliza alta velocidad para conectarse y desconectarse de una fuente de carga. Se aplica un voltaje de CC fijo de forma intermitente a la carga de la fuente activando continuamente el interruptor de encendido ON / OFF. El período de tiempo durante el cual el interruptor de alimentación permanece ENCENDIDO o APAGADO se denomina tiempos de estado ENCENDIDO y APAGADO del helicóptero, respectivamente.
Los helicópteros se aplican principalmente en automóviles eléctricos, conversión de energía eólica y solar y reguladores de motores de CC.
Símbolo de un helicóptero
Clasificación de Choppers
Dependiendo de la salida de voltaje, los choppers se clasifican como:
- Chopper Step Up (convertidor de impulso)
- Step Down Chopper (convertidor Buck)
- Chopper Step Up / Down (convertidor Buck-boost)
Step Up Chopper
La salida de voltaje promedio (V o ) en un interruptor elevador es mayor que la entrada de voltaje (V s ). La siguiente figura muestra una configuración de un helicóptero elevador.
Formas de onda de corriente y voltaje
V 0 (salida de voltaje promedio) es positivo cuando el interruptor está encendido y negativo cuando está apagado, como se muestra en la forma de onda a continuación.
Dónde
T ON - intervalo de tiempo cuando el helicóptero está encendido
T OFF - intervalo de tiempo cuando el helicóptero está apagado
V L - Voltaje de carga
V s - Voltaje de fuente
T - Período de tiempo de corte = T ON + T OFF
V o viene dado por -
$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$Cuando el chopper (CH) se enciende, la carga se cortocircuita y, por lo tanto, la salida de voltaje para el período TONes cero. Además, el inductor se carga durante este tiempo. Esto da V S = V L
$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}, $ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $
Por lo tanto, $ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $
Δi = es la corriente de pico a pico del inductor. Cuando el chopper (CH) está APAGADO, la descarga ocurre a través del inductor L. Por lo tanto, la suma de V sy V L se da de la siguiente manera:
$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $
Pero $ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $
Por lo tanto, $ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $
Esto da, $ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $
Al equiparar Δi del estado ON a Δi del estado OFF se obtiene -
$ \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $, $ V_ {S} \ left (T_ {ON } + T_ {OFF} \ right) = V_ {0} T_ {OFF} $
$ V_ {0} = \ frac {TV_ {S}} {T_ {OFF}} = \ frac {V_ {S}} {\ frac {\ left (T + T_ {ON} \ right)} {T}} PS
Esto da la salida de voltaje promedio como,
$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$La ecuación anterior muestra que V o puede variar desde V S hasta infinito. Demuestra que el voltaje de salida siempre será mayor que el voltaje de entrada y, por lo tanto, aumenta o aumenta el nivel de voltaje.
Chopper de reducción
Esto también se conoce como convertidor buck. En este interruptor, la salida de voltaje medio V O es menor que el voltaje de entrada V S . Cuando el chopper está encendido, V O = V S y cuando el chopper está apagado, V O = 0
Cuando el picador está encendido -
$ V_ {S} = \ left (V_ {L} + V_ {0} \ right), \ quad V_ {L} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {di} {dt} = V_ {S} -V_ {0}, \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = V_ {s} + V_ {0} $
Por lo tanto, la carga de corriente pico a pico viene dada por,
$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $
Diagrama de circuito
Dónde FD es un diodo de rueda libre.
Cuando el chopper está apagado, se produce una inversión de polaridad y una descarga en el inductor. La corriente pasa a través del diodo de rueda libre y el inductor hasta la carga. Esto da,
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ left (i \ right) $$Reescrito como - $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $
$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ left (ii \ right) $$Al igualar las ecuaciones (i) y (ii) se obtiene;
$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $
$ \ frac {V_ {S} -V_ {0}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {OFF}} {T_ {ON}} $
$ \ frac {V_ {S}} {V_ {0}} = \ frac {T_ {ON} -T_ {OFF}} {T_ {ON}} $
La ecuación anterior da;
$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$La ecuación (i) da -
$ \ Delta i = \ frac {V_ {S} -DV_ {S}} {L} DT $, de $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $
$ = \ frac {V_ {S} - \ left (1-D \ right) D} {Lf} $
$ f = \ frac {1} {T} = $ frecuencia de corte
Formas de onda de corriente y voltaje
Las formas de onda de corriente y voltaje se dan a continuación:
Para un chopper reductor, la salida de voltaje es siempre menor que la entrada de voltaje. Esto se muestra en la forma de onda a continuación.
Chopper Step Up / Step Down
Esto también se conoce como convertidor reductor-elevador. Permite aumentar o reducir el nivel de entrada de voltaje. El siguiente diagrama muestra un helicóptero reductor-elevador.
Cuando el chopper se enciende, el inductor L se carga con la tensión de fuente V s . Por lo tanto, V s = V L .
$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} = \ frac {V_ {S}} {L } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$Porque ...
$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $ y $ f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ left (iii \ right) $
Cuando se apaga el chopper, la polaridad del inductor se invierte y esto hace que se descargue a través del diodo y la carga.
Por lo tanto,
$$ V_ {0} = - V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = - V_ {0} $$$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0} $, entonces $ \ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ izquierda (iv \ derecha) $
La evaluación de la ecuación (iii) y (iv) da:
$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $, $ DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { APAGADO} f $
$ DV_ {S} = - V_ {0} \ frac {T-T_ {ON}} {T} = - V_ {0} \ left (1- \ frac {T_ {ON}} {T} \ right) $ , $ V_ {0} = - \ frac {DV_ {S}} {1-D} $
Porque $ D = \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {T-T_ {OFF}} {1-D} $
Esto da,
$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $
D puede variar de 0 a 1. Cuando, D = 0; V O = 0
Cuando D = 0.5, V O = V S
Cuando, D = 1, V O = ∞.
Por lo tanto, en el intervalo 0 ≤ D ≤ 0.5, el voltaje de salida varía en el rango 0 ≤ V O <V S y obtenemos la operación de reducción o reducción. Mientras que, en el intervalo 0.5 ≤ D ≤ 1, el voltaje de salida varía en el rango V S ≤ V O ≤ ∞ y obtenemos la operación step up o Boost.