Chopper conmutado de carga

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

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.

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