Chopper conmutado de carga

Este art铆culo 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 conmutaci贸n. 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 conmutaci贸n.

Circuito-diagrama-de-Carga-Conmutada-Chopper

Los tiristores T1 y T2 act煤an juntos como un par y los tiristores T3 y T4 act煤an juntos como un segundo par para conducir alternativamente la corriente de carga. Cuando T1 y T2 est谩n conduciendo, act煤an como tiristores principales, mientras que T3, T4 y C act煤an como componentes de conmutaci贸n. De manera similar, cuando T3 y T4 act煤an como tiristores principales, T1, T2 y C act煤an como componentes de conmutaci贸n. El diodo de rueda libre FD est谩 conectado a trav茅s 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 an谩lisis, 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 continuaci贸n:

Modo-I:

Con el capacitor C cargado con placa superior negativa y placa inferior positiva, el chopper conmutado por carga est谩 listo para su operaci贸n. Cuando los pares de tiristores T1 y T2 se activan en t=0, la corriente de carga fluye a trav茅s de T1, C y T2. Como se supone que la corriente de carga es constante, la placa superior del capacitor comenzar谩 a cargarse de negativo a positivo. El voltaje de salida Vo para este modo se da a continuaci贸n:

Vo = Vs+Vc

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

Operaci贸n en modo I

El capacitor C se carga linealmente (ya que la corriente de carga es constante, por lo tanto, la carga del capacitor ser谩 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 se帽alar que cuando se activan T1 y T2, T3 y T4 tienen polarizaci贸n 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 trav茅s de FD. Este modo de operaci贸n se muestra en la siguiente figura.

Operaci贸n en modo II

Durante este modo, el voltaje de salida Vo es cero ya que la corriente de carga circula a trav茅s del diodo de rueda libre. El voltaje a trav茅s del capacitor permanece fijo al final del modo-I, es decir (-Vs). Este modo de funcionamiento contin煤a hasta que se activan los tiristores T3 y T4. Supongamos que la operaci贸n en Modo II contin煤a 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 trav茅s de T3, T4 y el capacitor C. Este modo de operaci贸n se muestra en la siguiente figura.

Principio-de-funcionamiento-de-carga-conmutada-chopper-Mode-III

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 polarizaci贸n inversa debido al voltaje del capacitor y, por lo tanto, se apagan en t = t2. Dado que la corriente de carga (Io) fluye a trav茅s del capacitor, cargar谩 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 est谩 algo sobrecargado y, por lo tanto, la corriente de carga circula a trav茅s 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 continuaci贸n.

Diversas formas de onda relacionadas con el interruptor conmutado de carga

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 conmutaci贸n. Generalmente, el inductor es voluminoso, costoso y ruidoso.
  • El requisito de filtrado es m铆nimo 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 p茅rdidas de conmutaci贸n a altas frecuencias.
  • El diodo de rueda libre est谩 sujeto al doble de la tensi贸n de alimentaci贸n.
  • El condensador de conmutaci贸n tiene que transportar la corriente de carga completa a una frecuencia de la mitad de la frecuencia de corte.

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