Eletrônica de potência - Choppers

Um chopper usa alta velocidade para conectar e desconectar de uma carga de origem. Uma tensão DC fixa é aplicada de forma intermitente à carga da fonte, acionando continuamente a chave liga / desliga. O período de tempo durante o qual o botão liga / desliga permanece LIGADO ou DESLIGADO é referido como os tempos de estado LIGADO e DESLIGADO do chopper, respectivamente.

Os choppers são aplicados principalmente em carros elétricos, conversão de energia eólica e solar e reguladores de motor CC.

Símbolo de um helicóptero

Classificação de picadores

Dependendo da saída de tensão, os choppers são classificados como -

  • Chopper Step Up (conversor boost)
  • Step Down Chopper (conversor Buck)
  • Step Up / Down Chopper (conversor Buck-boost)

Step Up Chopper

A saída de tensão média (V o ) em um chopper incremental é maior do que a entrada de tensão (V s ). A figura abaixo mostra uma configuração de um chopper step up.

Formas de onda de corrente e tensão

V 0 (saída de tensão média) é positivo quando o chopper está LIGADO e negativo quando o chopper está DESLIGADO, conforme mostrado na forma de onda abaixo.

Onde

T ON - intervalo de tempo quando o chopper está LIGADO

T OFF - intervalo de tempo quando o chopper está desligado

V L - Tensão de carga

V s - tensão da fonte

T - Período de tempo de corte = T ON + T OFF

V o é dado por -

$$ V_ {0} = \ frac {1} {T} \ int_ {0} ^ {T_ {ON}} V_ {S} dt $$

Quando o chopper (CH) é ligado, a carga é curto-circuitada e, portanto, a tensão de saída para o período TONé zero. Além disso, o indutor é carregado durante esse tempo. Isso dá V S = V L

$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S}, $ $ \ frac {\ Delta i} {T_ {ON}} = \ frac {V_ {S}} {L} $

Portanto, $ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {ON} $

Δi = é a corrente de pico a pico do indutor. Quando o chopper (CH) está desligado, a descarga ocorre através do indutor L. Portanto, a soma de V s e V L é dada como segue -

$ V_ {0} = V_ {S} + V_ {L}, \ quad V_ {L} = V_ {0} -V_ {S} $

Mas $ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} -V_ {S} $

Assim, $ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} -V_ {S} $

Isso dá, $ \ Delta i = \ frac {V_ {0} -V_ {S}} {L} T_ {OFF} $

Equacionar Δi do estado LIGADO a Δi do estado DESLIGADO dá -

$ \ 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}} $

Isso dá a saída de tensão média como,

$$ V_ {0} = \ frac {V_ {S}} {1-D} $$

A equação acima mostra que V o pode variar de V S ao infinito. Isso prova que a tensão de saída sempre será maior do que a tensão de entrada e, portanto, aumenta ou aumenta o nível de tensão.

Step Down Chopper

Isso também é conhecido como conversor de buck. Neste triturador, a média de saída de tensão V S for menor que a tensão de entrada V S . Quando o chopper está LIGADO, V O = V S e quando o chopper está desligado, V O = 0

Quando o helicóptero está LIGADO -

$ 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} $

Assim, a carga atual de pico a pico é dada por,

$ \ Delta i = \ frac {V_ {s} -V_ {0}} {L} T_ {ON} $

Diagrama de circuito

Onde FD é um diodo de roda livre.

Quando o chopper está DESLIGADO, ocorre inversão de polaridade e descarga no indutor. A corrente passa pelo diodo de roda livre e o indutor para a carga. Isto dá,

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {0} .................................. ...... \ left (i \ right) $$

Reescrito como - $ \ quad L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = V_ {0} $

$$ \ Delta i = V_ {0} \ frac {T_ {OFF}} {L} ............................. ...... \ left (ii \ right) $$

Equacionar as equações (i) e (ii) dá;

$ \ 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}} $

A equação acima fornece;

$$ V_ {0} = \ frac {T_ {ON}} {T} V_ {S} = DV_ {S} $$

A equação (i) dá -

$ \ 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} = $ frequência de corte

Formas de onda de corrente e tensão

As formas de onda de corrente e tensão são fornecidas abaixo -

Para um chopper redutor, a saída de tensão é sempre menor que a entrada de tensão. Isso é mostrado pela forma de onda abaixo.

Chopper Step Up / Step Down

Isso também é conhecido como conversor buck-boost. Torna possível aumentar ou reduzir o nível de entrada de tensão. O diagrama abaixo mostra um helicóptero buck-boost.

Quando o chopper é ligado, o indutor L é carregado pela tensão da fonte V s . Por conseguinte, V s = V L .

$$ L \ frac {di} {dt} = V_ {S} $$ $$ \ Delta i = \ frac {V_ {S}} {L} T_ {LIGADO} = \ frac {V_ {S}} {L } T \ frac {T_ {ON}} {T} = \ frac {DV_ {S}} {Lf} $$

Porque -

$ D = \ frac {T_ {ON}} {T} $ e $ f = \ frac {1} {T} ....................... ....................... \ esquerda (iii \ direita) $

Quando o chopper é desligado, a polaridade do indutor é invertida e isso faz com que ele descarregue através do diodo e da carga.

Conseqüentemente,

$$ V_ {0} = - V_ {L} $$ $$ L \ frac {di} {dt} = - V_ {0} $$

$ L \ frac {\ Delta i} {T_ {OFF}} = - V_ {0} $, portanto $ \ Delta i = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} ..... ........................... \ left (iv \ right) $

A avaliação das equações (iii) e (iv) dá -

$ \ frac {DV_ {S}} {Lf} = - \ frac {V_ {0}} {L} T_ {OFF} $, $ DV_ {S} = - DV_ {S} = - V_ {0} T_ { OFF} 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} $

Isto dá,

$ V_ {0} = \ frac {DV_ {S}} {1-D} $

D pode ser variado de 0 a 1. Quando, D = 0; V O = 0

Quando D = 0,5, V O = V S

Quando, D = 1, V O = ∞.

Portanto, no intervalo 0 ≤ D ≤ 0,5, a tensão de saída varia no intervalo 0 ≤ V O <V S e obtemos a operação de redução ou Buck. Considerando que, no intervalo 0,5 ≤ D ≤ 1, a tensão de saída varia na faixa V S ≤ V O ≤ ∞ e obtemos a operação de intensificação ou de reforço.