8-900-374-94-44
Мостовая схема по сравнению с основной (Рис.7.7) содержит в два раза большее число транзисторов и диодов, но в ней более простой трансформатор. Транзисторы здесь коммутируются попарно. В первый полупериод в состоянии отсечки находятся транзисторы и , а в состоянии насыщения — транзисторы и . Во второй полупериод заперты транзисторы и , а насыщены и . Такое переключение обеспечивает смену полярности напряжения на первичной обмотке трансформатора через каждые полпериода. На базы транзисторов и ( и ) переключающие импульсы тока должны подаваться от источников, гальванически несвязанных между собой, что, конечно, усложняет схему возбудителя.
Рис.7.7. Мостовая схема Рис.7.8. Полумостовая схема
инвертора инвертора
К недостаткам
мостовой схемы относится и то, что при
одинаковых токах потери в транзисторах
несколько больше, чем в основной схеме
со средней точкой.
Процессы в мостовой схеме почти полностью повторяют процессы в рассмотренной основной схеме. Исключение представляет лишь ток первичной обмотки, который является суммой токов и, следовательно, совпадает по форме с током вторичной обмотки, а по величине отличается от него в n раз. Действующее значение тока первичной обмотки в мостовой схеме в √2 раз больше, чем тока в первичной обмотке основной схемы при одинаковых нагрузках и напряжениях. Это обстоятельство улучшает использование трансформатора, его вольт-амперы получаются равными , т. е. совпадают с мощностью, выделяющейся в нагрузке.
Теми
же самыми показателями, но при меньшем
числе транзисторов, обладает полумостовая
схема (Рис.7.8). В ней два транзистора ( , ) заменены конденсаторами, что позволяет
получить искусственную среднюю точку
источника постоянного напряжения
.
Если от источника
можно непосредственно вывести среднюю
точку (батарея аккумуляторов с четным
числом элементов), то надобность в
конденсаторах отпадает. Когда транзистор
находится в состоянии насыщения, а в
состоянии отсечки, нагрузка подключается
к конденсатору который на нее и разряжается. Одновременно
с током разряда конденсатора
по нагрузке протекает и ток подзаряда
конденсатора .
Во второй полупериод открыт , разряжается
,
а подзаряжается
.
Если бы конденсаторы имели бесконечно
большую емкость или средняя точка
источника не была искусственной, то
напряжение на первичной обмотке
трансформатора или на нагрузке имело бы прямоугольную форму с амплитудой
Если
управлять транзисторами инвертора
симметричными импульсами, т.е. сделать
Тв = Т, то в течение времени рассасывания
заряда неосновных носителей в их базах
окажутся открытыми оба транзистора
основной схемы рис.
13.5.
Рис. 7.9. Основная схема преобразователя с независимым возбуждением
Они на это время практически накоротко замыкают первичную обмотку трансформатора, их ток становится чрезмерно большим. В мостовой схеме инвертора (Рис.7.10) в течение коммутационного процесса открыты все четыре транзистора силовой цепи. Коммутационные токи в ней протекают через транзисторы Т1 и Т3 (Iс1) и Т2 и Т4(iс2). Их называют сквозными. Они перегружают транзисторы и забирают бесполезную, непередаваемую в нагрузку мощность от первичного источника.
Рис.7.10. Мостовая схема инвертора с независимым возбуждением
За
время, необходимое для отключения ранее
открытых транзисторов, сквозной ток не
должен увеличиться до предельной для
транзистора величины. В основной схеме
(Рис. 7.11) коммутационные токи iс1 и iс2
полностью аналогичны сквозным. Они
протекают по первичным полуобмоткам
трансформатора навстречу друг другу к
общей точке и также не трансформируются
в нагрузку, но в отличие от мостовой
схемы перегружают и трансформатор.
Рассмотрим процесс переключения транзисторов инвертора и диодов выпрямителя — коммутационный процесс — в схеме преобразователя (Рис.7.12). Пусть в момент t0 на базу ранее открытого транзистора Т1 подается запирающий импульс напряжения (Рис.7.13), а на базу ранее запертого Т2 — отпирающий. До этого через транзистор Т1 протекал ток
Рис.7.11. Основная схема преобразователя
Рис.7.12. Схема преобразователя
в его базе. Следовательно, напряжение источника Еп по-прежнему приложено к первичной полуобмотке 1 и на выходе инвертора (обмотка 3) поддерживается
Рис.
7.13. Процесс
переключения транзисторов инвертора
и диодов выпрямителя
напряжение, равное существовавшему ранее. Транзистор Т 2 , открывшись, оказывается в активном режиме. Напряжение на его коллекторе равно 2Еп (дополнительное к напряжению самого источника Еп получается на полуобмотке трансформатора 2). Его ток начинает нарастать.
В соответствии с принятой ранее моделью транзистора, работающего в ключевом режиме, ток базы открывающегося транзистора нарастает по экспоненте
(7.8)
а изменение тока коллектора (в своём масштабе) следует без задержки за изменениями базового тока, т.е.
(7.9)
где
ß – статический коэффициент усиления
по току транзисторов Т1 и Т2;
Iбм — амплитуда
импульса тока базы; τт – постоянная времени транзистора; -фактическая кратность управляющего
тока базы.
Выражение для ik
Как уже было сказано, сердечник трансформатора ненасыщен, сумма намагничивающих сил его первичных обмоток (ik1ω1 — ik2ω1) равна намагничивающей силе тока вторичной обмотки i2 т. е.
ik1ω1 — ik2ω1=I0ω2 (7.10)
Ток диода Д1 пока не вышел из насыщения транзистор Т1 остается равным I0 и, следовательно, ток ik1 будет возрастать настолько же, насколько увеличивается ток i k2:
(7.
11)
Это и приводит к появлению выброса на импульсе коллекторного тока отключающегося транзистора (диаграмма б). В момент времени t1 транзистор T1 выйдет из состояния насыщения, так как заряд неосновных носителей в его базе рассосался.
Определим время рассасывания заряда в базе Т1 из следующих условий: к моменту окончания процесса рассасывания рабочая точка транзистора находится на грани перехода из режима насыщения в активный режим. Иначе говоря, возрастающий ток коллектора ik1 в этот момент сравнивается с уменьшающимся во времени током βi61.
Ток
базы первого транзистора под воздействием
скачка напряжения (Рис.7.13,б) уменьшается
по экспоненте от значения I
(7.12)
Подставив это выражение в условие, определяющее конец процесса рассасывания неосновных носителей заряда в базе и t=t1 получим:
(7.
13)
или время рассасывания:
(7.14)
Как только закончилось рассасывание заряда в базе Т1, он начинает запираться, его ток коллектора уменьшается, следуя за спадающим током базы I61. Таким образом, на этапе t1 < t < t2, а ток транзистора Т2 будет продолжать нарастать. В нагрузку через открытый диод Д1, на этом этапе трансформируется разность токов ik1-ik2, поэтому скорость изменения токов транзисторов определяет скорость уменьшения тока запирающегося диода Д1 (рис. 7.13,г). Использовав (7.8) и (7.14), получим
(7.15)
где
m =
1/n
= ω1/ω2 — коэффициент трансформации трансформатора;
t’
= t—
t1 — время, отсчитываемое от момента выхода Т1из
насыщения.
Ток, определяемый соотношением (7.12), протекает через диод Д1 до тех пор, пока в его базовой области не рассосется заряд неосновных носителей. В течение времени рассасывания в диоде падение напряжения на чем даже при отрицательном токе остается малым, напряжения на обмотках трансформатора поддерживаются конденсатором
Поскольку рассасывание заряда неосновных носителей в диодах выпрямителя обычно происходит на интервале, меньшем или примерно равном постоянной времени транзистора, то для приближенных расчетов можно воспользоваться полученными ранее результатами. В данном случае относительная скорость спадания тока диода при t=0 получается в соответствии с (7.12) равной
(7.16)
Таким образом, при инерционном диоде, обладающем постоянной времени Тд>7Т/(2+1), время рассасывания неосновных носителей заряда в диоде определится как
(7.17)
а при Тд<7Т/(2Кф+1)
(7.18)
Сильное
насыщение транзистора (увеличение
фактического коэффициента насыщения
Кф)
резко снижает время рассасывания заряда
неосновных носителей в базовых областях
диодов выпрямителя. Величина выброса
обратного тока диода получается из
(7.12) при подстановке t—Трд.
Приближенные
выражения для выброса обратного тока
через диод получаются следующими:
(7.19)
(7.20)
Первое из этих выражений используют для времени рассасывания в диоде (7.17), а второе (7.18) в промежуточном случае, т. е. при тд=7х1/(2Кф+1). Оба последних выражения дают выброс обратного тока диода, равный 1,5…2 от его прямого тока. У более инерционного диода максимальное значение больше, а у менее инерционного — меньше.
Таким образом, из-за инерционности транзисторов и диодов импульсы коллекторных токов отличаются по форме от прямоугольных. Значительные коммутационные всплески накладываются на передний и задний фронты (рис. 7.13, в, г).
22 октября 2020
телекоммуникацииуправление питаниемответственные примененияInfineonстатьяинтегральные микросхемыMOSFETIGBTизоляцияККМMotor Drive
Микросхемы драйверов затвора силовых транзисторов, изготавливаемые по технологии монолитного кремния, подвержены негативному влиянию отрицательных напряжений, возникающих на опорном выводе для верхнего плеча.
Технология «Кремний-на-изоляторе» (Silicon-on-insulator, SOI) является надежным решением этой проблемы, о чем свидетельствуют результаты испытаний трех микросхем драйверов затвора полумостовой схемы, в том числе – SOI-драйвера производства Infineon.
Микросхемы, изготовленные по стандартной кремниевой технологии, проявляют слабую устойчивость к отрицательным напряжениям, возникающим на их входах и выходах. Даже небольшое отрицательное напряжение в диапазоне -0,8…-1 В на одном из выводов может привести к неконтролируемым токам подложки. Токи подложки возникают, например, при прямом смещении p-n-перехода от подложки к активной области, как показано на рисунке 1. Это, как правило, приводит к неопределенному поведению микросхемы.
Рис. 1. Поперечное сечение структуры транзистора в монолитной кремниевой технологии
Такой эффект, вызванный отрицательным напряжением, особенно сильно проявляется в работе микросхем драйверов затвора.
Драйверы затвора применяются для управления силовыми транзисторами, работающими при высоких напряжениях и токах. Во время переключения силовых транзисторов появляются скачки тока и напряжения dI/dt и dV/dt, стимулирующие работу резонансных контуров паразитных индуктивностей и емкостей. Эти скачки часто становятся причиной возникновения отрицательного напряжения на выводах микросхемы драйвера затвора, которое приводит к неконтролируемым изменениям выходных состояний драйвера. Защелкнутое открытое состояние драйвера может повредить схему. На рисунке 2 показан пример полумостовой схемы, включая ее паразитные элементы и вызываемое ими напряжение.
Рис. 2. Полумостовая схема с указанием прохождения тока для питания нагрузки (а) и обратного протекания тока через нагрузку (б) с учетом паразитных элементов
Полумост состоит из двух IGBT-транзисторов T1 и T2 со встроенными обратными диодами D1 и D2. Такие полумостовые схемы используются для питания трансформаторов и электрических машин.
Когда транзистор Т1 в верхнем плече полумоста открыт, ток от источника постоянного напряжения проходит через нагрузку (рисунок 2а). Когда Т1 закрыт, ток нагрузки переключается на нижнюю часть схемы и начинает протекать через диод D2 (рисунок 2б). В нижнем плече полумоста проявляются паразитные элементы. Такие же паразитные индуктивности могут возникать и в верхнем плече.
Нетрудно заметить, что напряжение при переключениях будет падать на элементах LσC, LσE и на шунте RSH. Также будет наблюдаться эффект прямого восстановления обратного диода D2. Все это приводит к появлению отрицательного напряжения на выводе VS микросхемы драйвера затвора. Амплитуда этого напряжения может достигать нескольких десятков вольт, и драйвер затвора должен быть способен выдерживать такую амплитуду. Не стоит забывать и про другие аспекты работы микросхемы, например, заземление, которое требует устойчивости драйвера к отрицательному напряжению на сигнальных входах LIN и HIN.
Длительность переходных процессов зависит от времени, необходимого для переключения тока с верхнего плеча от T1 на нижнее в обратный диод D2. Как правило, возникающие отрицательные напряжения быстро исчезают после переключения.
Рассмотрим результаты испытаний трех различных драйверов затвора в полумостовой схеме. Основные параметры протестированных драйверов перечислены в таблице 1. Из нее видно, что все микросхемы способны выдерживать различные по амплитуде и длительности отрицательные напряжения. Испытания микросхем проводились на предельных значениях параметров, чтобы выявить возможные аномалии в работе при постоянных и меняющихся (импульсных) отрицательных напряжениях.
Таблица 1. Протестированные драйверы затвора в полумостовой схеме
| Параметр | Infineon 2EDL05N06PF [1] | Микросхема 2 | Микросхема 3 |
|---|---|---|---|
| Технология | Кремний-на-подложке | Монолитный кремний | Монолитный кремний |
| Степень изоляции, В | 600 | 600 | 600 |
| Способ изоляции | Сдвиг уровня | Сдвиг уровня | Сдвиг уровня |
Vs_перех. проц. (t < 500 нс), В | -50 | Неизвестно* | Неизвестно* |
| Vстатич, В | -0,5 | -0,3 | -0,3 |
| Бутстрепная схема | Внутренний диод | Внутренний FET | Внешний диод |
| IOpk+, A | 0,36 | 0,4 | 0,35 (мин. 0,25) |
| IOpk-, A | 0,70 | 0,65 | 0,65 (мин. 0,5) |
| * – Не указан в документации. | |||
Микросхемы могут подвергаться:
Амплитуда этих импульсов может достигать нескольких десятков вольт, они обычно имеют длительность в несколько сотен наносекунд. Такие импульсы могут периодически возникать на выводе VS драйвера затвора во время нормальной работы схемы из-за наличия паразитных элементов, как показано на рисунке 2.
В обоих случаях микросхемы драйвера затвора должны быть в состоянии поддерживать бесперебойную работу, чтобы не допустить повреждения силовых устройств.
Статические испытания проводились с использованием схемы, показанной на рисунке 3. Чтобы обеспечить работу выходов драйвера, микросхема запитана от источника 15 В. Критерием успешного прохождения испытания является бесперебойная передача последовательности входных сигналов ШИМ на соответствующий выход. Возникновение любого защелкнутого состояния любого выхода считается отказом.
Рис. 3. Упрощенная схема для статических испытаний
В статическом испытании напряжение подается на входные сигнальные выводы для нижнего или верхнего выходов микросхемы в соответствии с рисунком 3. Отрицательное напряжение открывает току путь от земли ко входам либо посредством прямо смещенных p-n-переходов в случае монолитной технологии, либо посредством дискретных ограничительных диодов в случае SOI. То есть изменение тока имеет диодную характеристику.
На рисунке 4 показаны результаты испытаний. Единственной микросхемой, которая успешно прошла испытания, является 2EDL05I06PF. Отрицательное напряжение для ее входов HIN и LIN составило примерно VIN = -1,25 В. Входной ток превышал IIN = -130 мА. Испытания были остановлены, чтобы избежать перегрева ограничительного диода.
Рис. 4. Результаты испытаний с отрицательным напряжением, приложенным к сигнальным входам микросхем
Микросхема 2 продемонстрировала неисправное поведение, когда отрицательное напряжение на входах достигло уровня VIN = -1,0 В. Неисправным поведением считается любое защелкнутое состояние: открытое или закрытое. Важно отметить, что это происходит случайным образом. Более того, защелкнуться может даже нетестируемый канал: выход HO в верхней части защелкивался, когда тестировался вход LIN в нижней части, и наоборот.
Микросхема 3 нестабильно работает приблизительно на уровне VIN = -0,8 В. Входной ток составил всего около IIN = -40 мА.
Аналогично микросхеме 2, выход оказывается защелкнутым как в открытом, так и закрытом состояниях.
Динамические испытания проводились с использованием схемы, показанной на рисунке 5. В этой схеме отрицательные импульсы подаются непосредственно на вывод VS микросхемы, так как на нем вероятнее всего возникают короткие отрицательные импульсы большой амплитуды. На входы тестируемой микросхемы подаются сигналы с ШИМ-генератора.
Рис. 5. Упрощенная схема для динамических испытаний
Для нормальной работы схемы питание к микросхеме драйвера подведено от двух источников питания 15 В: VDD и VBS. Второй источник питания VBS необходим, так как нижний ключ не может быть использован для бутстрепного питания, и микросхема в отсутствии VBS не получает его. Нижний ключ заменен на подтягивающий резистор, чтобы обеспечить необходимую подачу отрицательного напряжения на вывод VS в течение интервалов, когда нижний ключ открыт. ШИМ-генератор запускается вручную для генерации последовательности девяти импульсов.
Пятый импульс в этой последовательности запускает генератор вторичных импульсов, который используется для управления отрицательным напряжением. Такая синхронизация выполняется для продолжения генерации отрицательных импульсов в интервале, когда верхний ключ закрыт. В течение открытого состояния IGBT T1 (рисунок 5) напряжение на VS ограничено постоянным напряжением 100 В, следовательно, ограничена подача отрицательного напряжения. Амплитуда отрицательного импульса контролируется источником напряжения -VN в пределах -10…-60 В, а его длительность, составляющая 50…600 нс, регулируется настройками генератора импульсов.
Конфигурация тестового импульса показана на рисунке 6. Отрицательный импульс подается сразу после закрытия верхнего ключа, так как на практике наиболее вероятной является ситуация, когда из-за переключений состояний силовых устройств и эффектов обратных токов импульсы отрицательного напряжения подаются на вывод VS именно в этот момент времени. Задержка Δt, как и ширина импульса TPW, меняются в широком диапазоне в зависимости от чувствительности тестируемой микросхемы к отрицательным импульсам, поступающим после моментов переключений.
Это позволяет учитывать случаи, когда отрицательные импульсы возникают в удаленных узлах силовой схемы, например, в других фазах цепи.
Рис. 6. Конфигурация тестового импульса: отрицательный импульс при закрытом верхнем ключе
Критерием успешного прохождения всех испытаний является бесперебойная передача входного ШИМ-сигнала с выводов LIN и HIN на выходы LO и HO соответственно.
Микросхема 2EDL05I06PF успешно прошла испытания без каких-либо критических сбоев. Ее верхний выход срабатывал в течение задержки распространения после выключения – tpd(off). Напряжение эмиттера уменьшалось из-за подтягивающего резистора, подключенного к эмиттеру транзистора T1, как показано на рисунке 5. Отрицательный импульс длительностью TPW подавался после интервала Δt сразу после выключения T1. В работе драйвера не было обнаружено никаких аномалий.
Микросхема 2 работает, как и ожидалось, при отрицательных импульсах с амплитудами выше -20 В и длительностью менее 400 нс.
При импульсах меньшей амплитуды или большей длительности состояние верхнего выхода HO изменялось с низкого на высокое даже в отсутствии соответствующего входного сигнала.
Микросхема 3 показала хорошие результаты в испытаниях. Аномалии были обнаружены в работе драйвера при отрицательном импульсе, вышедшем за пределы -50 В и 500 нс.
В данной статье сравнивались три микросхемы драйверов полумостовых схем по их чувствительности к отрицательным напряжениям. Испытания были проведены как при статически приложенном напряжении, так и при импульсном воздействии, чтобы охватить различные ситуации, которые случаются на практике. Микросхемы, выполненные по технологии SOI, демонстрируют стабильную работу даже при постоянном отрицательном напряжении. Исходя из результатов испытаний, можно сделать вывод о том, что микросхемы драйверов затвора 2EDL05I06PF по защите от отрицательного напряжения превосходят другие драйверы, основанные на обычных технологиях монолитного кремния.
Технология SOI облегчает разработчикам создание устойчивых силовых устройств и ведет к созданию более надежных систем.
Оригинал
Перевела Софья Букреева по заказу АО КОМПЭЛ
•••
Когда дело доходит до преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока , существует два основных типа преобразователей: полумостовой и полный мост . Оба имеют свои преимущества и недостатки, так какой из них подходит для вашего проекта? В этой статье мы ответим на некоторые распространенные вопросы об этих двух типах преобразователей и поможем вам решить, какой из них лучше всего подходит для ваших нужд. Мы также дадим несколько полезных советов о том, как правильно выбрать преобразователь для вашего приложения. Итак, являетесь ли вы новичком или опытным любителем, прочитайте всю необходимую информацию, чтобы принять правильное решение!
Мостовая схема представляет собой электрическую цепь, которая соединяет два узла посредством пути между ними .
Путь может быть прямым или непрямым, но он должен иметь две конечные точки. Наиболее распространенным типом мостовой схемы является мост Уитстона, в котором для соединения двух узлов используются четыре резистора. Кроме того, вас может заинтересовать статья о том, как построить прототип электронной схемы.
Когда электричество течет по проводнику, оно встречает сопротивление. Это сопротивление может привести к замедлению или полной остановке потока электричества. Мостовые схемы используются для решения этой проблемы, предоставляя альтернативный путь для тока, протекающего вокруг резистора. [1]
Мостовые схемы могут использоваться в силовых преобразователях для изменения напряжения или тока в электрической цепи. Мостовой преобразователь представляет собой электронную схему, которая преобразует постоянный ток (DC) в переменный ток (AC) или наоборот. Простейшая форма мостового преобразователя состоит из двух переключателей, один из которых подключен к положительной стороне источника питания постоянного тока, а другой подключен к отрицательной стороне.
Когда верхний переключатель включен, ток течет от положительной стороны источника питания через переключатель к нагрузке. Когда нижний переключатель включен, ток течет от нагрузки обратно к отрицательной стороне источника питания.
Мостовые преобразователи используются в широком спектре линейных и нелинейных применений , включая источники питания переменного/постоянного тока, преобразователи постоянного тока и инверторы. Они особенно хорошо подходят для использования в приложениях с высокой мощностью, таких как управление двигателем и сварка.
Мостовой преобразователь обычно состоит из четырех диодов, расположенных в мостовой конфигурации, обычно это IGBT, биполярные транзисторы и полевые МОП-транзисторы. Диоды проводят ток только в одном направлении, что позволяет им преобразовывать переменный ток в постоянный или наоборот.
Основным преимуществом использования полевых МОП-транзисторов является их низкое сопротивление в открытом состоянии, что приводит к низким потерям при переключении.
IGBT аналогичны MOSFET с точки зрения сопротивления в открытом состоянии, но они имеют дополнительное преимущество, заключающееся в способности блокировать высокие напряжения. BJT имеют более высокое сопротивление в открытом состоянии, чем MOSFET и IGBT, но они дешевле и проще в управлении.
Переключатель DPDT используется для управления направлением тока, протекающего через нагрузку. Когда переключатель находится в положении «включено», ток будет течь от положительной клеммы источника питания через один из полевых МОП-транзисторов в нагрузку.
Мостовые преобразователи можно разделить на два типа: полумостовые преобразователи и полномостовые преобразователи . Как следует из их названий, эти два типа преобразователей отличаются количеством используемых переключателей. В полумостовом преобразователе используются только два ключа. Это означает, что в первом случае используются только два коммутатора, тогда как для полного моста требуется четыре. Полумостовые и полномостовые преобразователи также различаются по возможностям обработки напряжения и стоимости.
Основное различие между обоими преобразователями заключается в количестве необходимых переключателей. Для полумостовых преобразователей требуется только два переключателя, а для полномостовых преобразователей — четыре. Это означает, что полумостовые преобразователи проще по конструкции и обычно используются в маломощных устройствах. Полномостовые преобразователи более сложны, но могут работать с более высокими уровнями мощности.
Но в чем именно разница между этими двумя типами мостовых преобразователей? Давайте посмотрим поближе. [2], [3], [4]
Полумостовой преобразователь представляет собой вариант мостового преобразователя , в котором используются два переключателя, а не четыре диода . Два переключателя подключены как к положительному, так и к отрицательному источнику питания постоянного тока соответственно. Когда один переключатель включен, ток течет от положительной стороны источника питания через переключатель к нагрузке.
Когда другой переключатель включен, ток течет от нагрузки обратно к отрицательной стороне источника питания. Его главный минус — пиковое напряжение, оно составляет половину мощности источника.
Полномостовой преобразователь — это тип мостового преобразователя , в котором используются четыре переключателя вместо двух . Четыре переключателя подключены к положительной и отрицательной сторонам обоих источников питания. Эта конфигурация обеспечивает более эффективное преобразование между ними. Полный мост не имеет проблем с пиковым напряжением, поскольку оно совпадает с напряжением источника постоянного тока. [2], [3], [4], [5]
Полумостовой преобразователь имеет свои особенности. Давайте сначала посмотрим на преимущества, которые он имеет по сравнению с вариантом Full-Bridge.
Начнем с первого преимущества этого типа преобразователя, который заключается в том, что он излучает относительно меньшее магнитное поле рассеяния.
Это связано с тем, что в преобразователе этого типа используются только два полупроводниковых ключа, а не четыре в мостовом преобразователе.
Как известно, любое электрическое или магнитное поле может быть вредным, если его интенсивность достаточно высока. Следовательно, меньшее излучение паразитных магнитных полей полумостовыми преобразователями делает их более безопасным вариантом по сравнению с их аналогами с полным мостом.
Переходим к другому преимуществу. Поскольку переключателей всего два, магнитный путь не имеет зазоров. Это приводит к низким электромагнитным помехам (EMI).
Электромагнитные помехи потенциально могут повредить электронное оборудование и вызвать поражение электрическим током. Они также могут нарушать радио- и телевизионные сигналы. Низкий уровень электромагнитных помех особенно важен в медицинских и аэрокосмических приложениях.
Трансформатор полумостового преобразователя использует только два переключателя, что означает, что требуются меньшие магнитные сердечники.
Это приводит к уменьшению размера преобразователя в целом, а также веса.
Как вы, возможно, уже знаете, вес является важным фактором, когда речь идет об электротехнических приложениях — каждый грамм на счету!
Кроме того, небольшой размер и минимальный вес полумостовых преобразователей делают их подходящими для использования в портативных приложениях, а портативность всегда является преимуществом.
Еще одно преимущество использования магнитных сердечников меньшего размера заключается в том, что они стоят меньше, чем сердечники большего размера. Поэтому они дешевле, чем полномостовые преобразователи. Это ценовое преимущество может быть значительным в некоторых приложениях. [2], [3], [4], [5]
Полумостовые преобразователи просты, эффективны и недороги. Однако у них есть некоторые недостатки.
Первый недостаток заключается в том, что полумостовые преобразователи работают только при половине потенциала питания.
Другими словами, если пиковое входное напряжение составляет 100 В , выходное напряжение может быть только 50 В . Это может не быть проблемой в некоторых приложениях, но это стоит учитывать.
Другим недостатком полумостовых преобразователей является то, что они несовместимы с управлением текущим режимом. Управление в режиме тока — это тип управления с обратной связью, в котором для регулирования выходного сигнала используется ток через переключатель, а не напряжение на нем. Это может быть выгодно, поскольку снижает коммутационные потери и делает преобразователь более устойчивым к изменениям входного напряжения. Однако, поскольку полумостовые преобразователи используют только два переключателя, они не могут использовать преимущества этого типа управления. [2], [3], [4], [5]
Полномостовой преобразователь имеет четыре переключателя, что дает ему некоторые преимущества по сравнению с полумостовым преобразователем.
Этот преобразователь более эффективен, чем полумостовой вариант. Это связано с тем, что в мостовом преобразователе всегда включены два переключателя, тогда как в полумостовом преобразователе включен только один переключатель. Когда два переключателя включены, преобразователь может использовать как положительные, так и отрицательные стороны источника питания постоянного тока. Это приводит к меньшему расходу энергии.
Основное преимущество мостового преобразователя заключается в том, что он может выдерживать вдвое большее напряжение, чем полумостовой преобразователь. Это связано с тем, что в мостовом преобразователе используются четыре силовых ключа вместо двух. Дополнительные переключатели позволяют полномостовому преобразователю инвертировать полярность напряжения, что эффективно удваивает напряжение, которое может обрабатывать преобразователь.
Их можно использовать для преобразования напряжений, превышающих входное напряжение, по сравнению с полумостовыми вариантами, которые работают только при половине пикового входного напряжения.
Это делает мостовой преобразователь идеальным для использования в приложениях, где требуется высокое напряжение, таких как управление двигателем и сварка. [2], [3], [4], [5]
Еще одним преимуществом мостового преобразователя является то, что его можно использовать в приложениях, требующих высокого напряжения. Это связано с тем, что мостовой преобразователь может использовать как положительные, так и отрицательные стороны источника питания постоянного тока. С другой стороны, полумостовой преобразователь может использовать только одну сторону источника питания. Из-за этой разницы мостовой преобразователь обычно используется в приложениях с высокой мощностью, таких как управление двигателем и сварка.
Мостовой преобразователь также имеет лучшую стабилизацию мощности, чем полумостовой преобразователь. Это связано с тем, что мостовой преобразователь может регулировать выходное напряжение, контролируя рабочий цикл переключателей.
С другой стороны, полумостовой преобразователь может регулировать выходное напряжение только за счет управления частотой переключения. [2], [3], [4], [5]
Несмотря на различные преимущества, использование мостового преобразователя также имеет некоторые недостатки. Давайте посмотрим на них.
Во-первых, мостовые преобразователи дороже полумостовых, поскольку для них требуется больше компонентов. Полумост использует только один активный переключатель, тогда как f-b использует два. Это означает, что мостовые преобразователи обычно более сложны и дороги в производстве. Поэтому, если вам действительно не нужны дополнительные функции, предлагаемые мостовым преобразователем, вы можете использовать полумостовой преобразователь.
Во-вторых, преобразователи f-b более сложны, чем полумостовые преобразователи. Это означает, что их сложнее спроектировать и построить. Если у вас нет опыта проектирования и создания электронных схем, возможно, вы захотите использовать полумостовой преобразователь.
Полномостовые преобразователи имеют КПД 95% . Это означает, что они тратят впустую около пяти процентов энергии, которую они используют. Полумостовые преобразователи, с другой стороны, обладают КПД 99% . Поэтому, если вы ищете наиболее эффективный преобразователь, вам следует выбрать полумостовой преобразователь для вашего проекта.
Наконец, преобразователи мощности f-b могут быть довольно шумными. Это связано с тем, что преобразователь использует четыре переключателя вместо двух. Дополнительные переключатели приводят к большему электрическому шуму, что может быть проблемой в приложениях, где шум является проблемой. [2], [3], [4], [5]
Мостовые преобразователи являются наиболее популярным типом преобразователей мощности. Они просты, эффективны и могут использоваться в самых разных областях. Полномостовой преобразователь использует четыре переключателя для подключения входного напряжения к выходной нагрузке.
Транзисторные ключи управляются сигналом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Преобразователи FB невероятно универсальны и могут выполнять проекты, требующие большой мощности. [2], [3], [4], [5]
Как упоминалось ранее, полумостовой преобразователь использует только два переключателя. Один переключатель подключен к положительной стороне источника питания, а другой переключатель подключен к отрицательной стороне. Нагрузка подключается между двумя переключателями. Когда один переключатель включен, ток течет от источника питания через переключатель к нагрузке. Когда другой переключатель включен, ток течет от нагрузки обратно к источнику питания. [2], [3], [4], [5]
Odroid C2 против Raspberry Pi 3: что лучше?
Прежде чем мы завершим эту статью, мы упомянем еще один тип схемы, о которой стоит упомянуть, — схема Н-моста. Его не следует путать с полумостом. «H» в его названии означает форму схемы, когда она нарисована на бумаге, поскольку она напоминает заглавную букву «H».
H-мост — более сложный преобразователь, использующий четыре переключателя. Его можно использовать для управления направлением тока. Это делает его идеальным для таких приложений, как управление двигателем, где вам необходимо иметь возможность изменять направление протекания тока.
H-мост обычно состоит из переключателя DPDT, диодов и двух N-канальных МОП-транзисторов, подключенных к низковольтной стороне цепи. Диоды используются для предотвращения проводимости МОП-транзисторов, когда они не должны быть, а два-четыре N-канальных МОП-транзистора используются для управления направлением тока, протекающего через нагрузку.
Переключатель DPDT используется для управления направлением тока, протекающего через нагрузку. Когда переключатель находится в положении «включено», ток будет течь от положительной клеммы источника питания через один из полевых МОП-транзисторов в нагрузку.
Топология H-моста также очень гибкая и может использоваться в различных приложениях.
Его можно использовать даже для усилителей мощности звука! [6]
Ознакомьтесь с другими статьями, чтобы улучшить свои знания в области электроники:
Используется полумост для последовательного подключения двух нагрузок или параллельного подключения двух источников питания . Его также можно использовать для создания удвоителя напряжения или токового зеркала.
Полумостовые схемы обычно используются в маломощных устройствах, где нет необходимости изменять направление тока. Он используется во многих приложениях, таких как преобразователи постоянного тока в постоянный, электронные балласты для люминесцентных ламп и аудиоусилители класса D.
Полумостовой усилитель — это тип усилителя, в котором для усиления входного сигнала используются два транзистора.
Два транзистора расположены по схеме моста.
Первый транзистор называется «переключатель полярности». Этот транзистор управляет протеканием тока через второй транзистор, который называется «усилитель». Переключатель полярности включает и выключает усилитель. Когда усилитель включен, он усиливает входной сигнал.
Полный мост — это тип электрической цепи, которая позволяет току течь в обоих направлениях между двумя парами проводников, в отличие от полумоста, который позволяет току течь только в одном направлении.
Полные мосты часто используются в приложениях, где необходимо изменить направление тока, например, при управлении или выпрямлении двигателя переменного тока.
Основным недостатком полумостового инвертора является то, что его нельзя использовать для получения выходного напряжения постоянного тока. Это означает, что его можно использовать только для приложений переменного тока.
Другим недостатком полумостового инвертора является то, что он имеет меньшую удельную мощность, чем полномостовой инвертор. Это означает, что для установки полумостового инвертора требуется больше места, чем для полномостового инвертора.
Термин H-мост обычно используется для описания полной мостовой схемы, однако он также может относиться к полумосту .
H-мост представляет собой схему из 4 переключателей, позволяющую току течь в обоих направлениях. Выключателями можно управлять так, чтобы ток протекал в том или ином направлении, или их можно полностью отключить. Это делает H-мосты полезными для таких приложений, как управление двигателем, где вам необходимо иметь возможность изменять направление тока, протекающего через двигатель.
Полумост — это схема, состоящая только из двух переключателей, которая также позволяет току течь в обоих направлениях. По сути, H-мост представляет собой два соединенных полумоста.
Мостовой усилитель — это электронный усилитель, в котором для питания нагрузки используется мостовой выпрямитель.
Мостовой усилитель состоит из четырех последовательно соединенных транзисторов с нагрузкой . Транзисторы расположены по схеме моста, так что ток может протекать через нагрузку в обоих направлениях. По сути, он состоит из двух полумостовых усилителей, соединенных вместе.
Полномостовые усилители обычно используются при высоких уровнях мощности и могут быть найдены в аудиоусилителях, ВЧ-усилителях мощности и контроллерах двигателей.
Мостовой драйвер — это устройство, которое можно использовать для управления током нагрузки, например двигателя . Он состоит из четырех полевых МОП-транзисторов, расположенных по схеме Н-моста. Мостовой драйвер можно использовать для управления скоростью и направлением вращения двигателя.
Четыре полевых МОП-транзистора в мостовом драйвере расположены двумя парами.
Первая пара называется полевыми МОП-транзисторами высокого уровня, а вторая пара называется полевыми МОП-транзисторами нижнего плеча. МОП-транзисторы высокого напряжения подключены к нагрузке, а МОП-транзисторы нижнего плеча подключены к земле.
Мостовой инвертор — это электрическое устройство, которое преобразует постоянный ток (DC) в переменный ток (AC). Это тип преобразователя мощности.
Основное различие между полумостовым и полномостовым инвертором заключается в количестве используемых переключателей. Полумостовой инвертор использует два ключа, а полномостовой инвертор использует четыре ключа.
Полномостовые инверторы более эффективны, чем полумостовые инверторы, потому что они могут использовать все колебания постоянного напряжения, от 0 вольт до пикового напряжения.
Преимущество полумостового инвертора в том, что для его работы требуется всего два MOSFET .
Это снижает общую стоимость и сложность инвертора.
Еще одним преимуществом полумоста является то, что его обмотка имеет вдвое меньше витков, чем полный мост. В результате получается меньший и более компактный трансформатор.
Нет, два разных усилителя нельзя соединить вместе . Единственный способ сделать это — использовать Y-образный кабель, который соединяет две положительные клеммы каждого усилителя вместе, а затем соединяет отрицательную клемму одного усилителя с землей. Однако это не будет работать должным образом, потому что импеданс двух усилителей не будет совпадать, и вы, вероятно, перебьете оба усилителя.
Если вы хотите увеличить выходную мощность вашей системы, добавив еще один усилитель, вам следует рассмотреть возможность их параллельной работы. Это можно сделать, соединив положительную клемму одного усилителя с положительной клеммой другого усилителя, а затем соединив вместе отрицательные клеммы.
Вы должны убедиться, что оба усилителя имеют одинаковое усиление, чтобы они оба получали один и тот же сигнал.
Это позволит удвоить выходную мощность вашей системы и вдвое уменьшить импеданс. Это может быть отличным способом увеличить громкость вашей системы без необходимости вкладывать средства в новый усилитель.
Например, шунтирование 4-омного динамика создаст нагрузку 2 Ом на каждый канал усилителя. Этого можно добиться путем последовательного подключения двух динамиков с каждой стороны мостового усилителя. Преимущество мостового подключения усилителя состоит в том, что он увеличивает выходную мощность при уменьшении вдвое импедансной нагрузки усилителя.
Большинство усилителей стабильны при нагрузке в два Ома, но перед подключением проверьте руководство пользователя!
Мостовой режим — это конфигурация двух усилителей (иногда больше), соединенных вместе таким образом, что они работают как один усилитель , но с дополнительной мощностью, доступной за счет дополнительного усилителя или усилителей.
В качестве примера возьмем 8 Ом. В мостовом режиме вам потребуется подключить нагрузку 4 Ом к каждому усилителю, чтобы увидеть преимущества мостового подключения. Это приводит к гораздо более высокой выходной мощности, чем та, которую любой усилитель может производить сам по себе. Мостовой режим часто используется в профессиональных аудиоприложениях, где требуется высокая мощность, и особенно полезен для сабвуферов.
Вот и все, что нужно для знакомства с мостовыми преобразователями! Мы рассмотрели, что это такое, как они работают и в чем разница между полумостовым и полномостовым преобразователем.
Полумостовая схема представляет собой схему, в которой вместо четырех диодов используются два переключателя. Полумостовой преобразователь использует четыре ключа и может обрабатывать больший ток, чем полумостовой преобразователь. Спасибо за чтение и счастливого преобразования!
Ссылки:
allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-8/bridge-circuits/Как собрать станок с ЧПУ с помощью Arduino?
Наши полумостовые драйверы объединяют драйверы верхнего и нижнего плеча и снижают коммутационные потери, работают в шумной среде и повышают эффективность системы. Благодаря таким ресурсам, как видеоролики, технические статьи и другие документы, мы поможем вам на протяжении всего процесса проектирования.
Замечания по применению
Выбор схемы начальной загрузки для полумостовых конфигураций
В этом документе используется UCC27710, полумостовой драйвер затвора TI на 620 В с блокировкой для представления различных компонентов в схеме начальной загрузки и способов их правильного выбора для обеспечения предсказуемости. переключение силовых полевых транзисторов.
документ-pdfAcrobat ПДФ
Примечание по применениюУказания по применению
Оптимизация конструкций преобразователей постоянного тока с помощью UCC27282
В этих указаниях по применению описаны преимущества UCC27282 по сравнению с драйверами предыдущего поколения, позволяющие оптимизировать конструкцию и повысить надежность.
документ-pdfAcrobat PDF
Техническая статьяТехническая статья
UCC27712-Q1: Замена 3-фазных мостовых драйверов полумостовыми драйверами в автомобильных компрессорах переменного тока
драйверы мостов в автомобильных компрессорах переменного тока.
Базовый вариант
В этом эталонном проекте реализован высокочастотный силовой каскад на основе 120-В полумостового драйвера MOSFET UCC27282 и 100-В силовых MOSFET CSD19531. Благодаря эффективным переключателям и гибкому рабочему диапазону VGS эта конструкция может уменьшить общий привод затвора и потери проводимости для достижения (…)
Базовый вариант
Эталонный проект PMP4320A представляет собой преобразователь постоянного тока с одним выходом со стандартными размерами полукирпича и полностью цифровой конфигурацией управления на основе UCD3138. Он способен обеспечить выходной ток 50А при выходном напряжении 12В. Преобразователь обеспечивает высокий КПД и хорошее (…)
Базовый вариант
Эталонный проект изолированного двунаправленного преобразователя постоянного тока мощностью 2 кВт (TIDA-00951) обеспечивает передачу мощности между шиной постоянного тока 400 В и блоком литиевых батарей из 12–14 элементов для использования в ИБП, резервного питания и питания.