Chopper conmutado de carga

Este artículo describe el diagrama del circuito, el principio de funcionamiento, varias formas de onda, ventajas y desventajas del interruptor de carga conmutada.

Índice de contenidos

Diagrama de circuito del interruptor de carga conmutada:
Principio de funcionamiento del interruptor de carga conmutada:
Formas de onda relacionadas:
Ventajas y desventajas del interruptor de carga conmutada:
- ventajas:
- Desventajas:

Diagrama de circuito del interruptor de carga conmutada:

El interruptor conmutado de carga es un tipo de interruptor que consta de cuatro tiristores y un condensador de conmutación. La siguiente figura muestra el diagrama de circuito de un interruptor de carga conmutada. Se muestran cuatro tiristores como T1-T4 y C es el capacitor de conmutación.

Los tiristores T1 y T2 actúan juntos como un par y los tiristores T3 y T4 actúan juntos como un segundo par para conducir alternativamente la corriente de carga. Cuando T1 y T2 están conduciendo, actúan como tiristores principales, mientras que T3, T4 y C actúan como componentes de conmutación. De manera similar, cuando T3 y T4 actúan como tiristores principales, T1, T2 y C actúan como componentes de conmutación. El diodo de rueda libre FD está conectado a través de la carga para conducir la corriente de carga cuando sea necesario.

Inicialmente, el capacitor C se carga a un voltaje Vs con placa superior negativa y placa inferior positiva, como se muestra en el diagrama del circuito. Para simplificar el análisis, se hacen las siguientes suposiciones:

La corriente de carga es constante
Los SCR y los diodos son interruptores ideales

Principio de funcionamiento del interruptor de carga conmutada:

El principio de funcionamiento del interruptor de carga conmutada se puede explicar en tres modos diferentes, como se describe a continuación:

Modo-I:

Con el capacitor C cargado con placa superior negativa y placa inferior positiva, el chopper conmutado por carga está listo para su operación. Cuando los pares de tiristores T1 y T2 se activan en t=0, la corriente de carga fluye a través de T1, C y T2. Como se supone que la corriente de carga es constante, la placa superior del capacitor comenzará a cargarse de negativo a positivo. El voltaje de salida Vo para este modo se da a continuación:

Vo = Vs+Vc

Dado que el voltaje del capacitor es -Vs en t=0, el voltaje de salida se disparará hasta 2Vs tan pronto como se activen los tiristores T1 y T2. La operación en modo I del interruptor de carga conmutada se muestra en la figura a continuación.

El capacitor C se carga linealmente (ya que la corriente de carga es constante, por lo tanto, la carga del capacitor será lineal) desde Vs en t=0 hasta (-Vs) en t=t1. Cuando el voltaje del capacitor se convierte en -Vs (esto significa esencialmente que la placa superior es positiva y la placa inferior es negativa), el voltaje de carga cae de 2Vs a cero en t = t1. Consulte la forma de onda del voltaje de salida y el tiempo para correlacionar las cosas.

Cabe señalar que cuando se activan T1 y T2, T3 y T4 tienen polarización inversa debido al voltaje del capacitor. Sin embargo, al final del Modo-I, es decir, t=t1, estos tiristores se polarizan directamente.

Modo-II:

En t = t1, el capacitor C se sobrecarga ligeramente, como resultado, el diodo de rueda libre se polariza hacia adelante y, por lo tanto, la corriente de carga se transfiere de T1 y T2 a FD. A partir de t=t1, carga las ruedas libres actuales a través de FD. Este modo de operación se muestra en la siguiente figura.

Durante este modo, el voltaje de salida Vo es cero ya que la corriente de carga circula a través del diodo de rueda libre. El voltaje a través del capacitor permanece fijo al final del modo-I, es decir (-Vs). Este modo de funcionamiento continúa hasta que se activan los tiristores T3 y T4. Supongamos que la operación en Modo II continúa hasta t=t2. Esto significa que en t=t2, los tiristores T3 y T4 se activan en t=t2 y comienza el funcionamiento en Modo III.

Modo-III:

En t=t2, se activan el par de tiristores T3 y T4. Carga la corriente fluye de la fuente a la carga a través de T3, T4 y el capacitor C. Este modo de operación se muestra en la siguiente figura.

Dado que el voltaje de carga se da como

Vo = Vs+Vc

Tan pronto como se activan T3 y T4, el voltaje de carga se vuelve igual a 2Vs. Los pares de tiristores T1 y T2 tienen polarización inversa debido al voltaje del capacitor y, por lo tanto, se apagan en t = t2. Dado que la corriente de carga (Io) fluye a través del capacitor, cargará el capacitor linealmente desde (-Vs) en t = t2 hasta Vs en t = t3. En t=t3, el voltaje del capacitor se vuelve igual a Vs y, por lo tanto, el voltaje de la carga cae de 2Vs a cero en t3. Tenga en cuenta que, cuando el voltaje del capacitor se vuelve Vs (esto significa placa superior negativa y placa inferior positiva), los pares de tiristores T1 y T2 se polarizan directamente en t3.

En t3, el capacitor C está algo sobrecargado y, por lo tanto, la corriente de carga circula a través del diodo de rueda libre FD. Cuando T1 y T2 se encienden en t4, el modo I se repite.

Formas de onda relacionadas:

Varias formas de onda relacionadas con la carga del interruptor conmutado se muestran en la figura a continuación.

Ventajas y desventajas del interruptor de carga conmutada:

ventajas:

Las siguientes son las principales ventajas del interruptor de carga conmutada:

Es capaz de conmutar cualquier cantidad de corriente de carga.
No se requiere inductor para la conmutación. Generalmente, el inductor es voluminoso, costoso y ruidoso.
El requisito de filtrado es mínimo en el chopper conmutado por carga, ya que puede funcionar a altas frecuencias del orden de kHz.

Desventajas:

Las siguientes son las principales desventajas del interruptor de carga conmutada:

El voltaje pico en este interruptor es el doble del voltaje de la fuente. Sin embargo, este pico puede reducirse filtrando.
La eficiencia de este interruptor es baja para aplicaciones de alta potencia debido a las mayores pérdidas de conmutación a altas frecuencias.
El diodo de rueda libre está sujeto al doble de la tensión de alimentación.
El condensador de conmutación tiene que transportar la corriente de carga completa a una frecuencia de la mitad de la frecuencia de corte.