Стабилизатор-преобразователь напряжения.

Предназначен для применения на мотоциклах, мотороллерах, мокиках, мопедах, скутерах, - совместно с генератором переменного тока.

Цели: расширить диапазон стабильного энергоснабжения в сторону малой частоты вращения двигателя, повысить допустимую мощность потребителей, увеличить надежность питания цепей зажигания 150 вольт.

Особенности: преобразование напряжения переменного тока в стабилизированное напряжение переменного либо пульсирующего тока.

Стабилизатор-преобразователь для бортовой сети с аккумуляторной батареей (АКБ).

Предназначен для питания мощных потребителей, подключенных к АКБ.

Цели: осуществить эффективное сопряжение однофазного нерегулируемого генератора переменного тока с АКБ, обеспечение наилучшего баланса мощности во всем диапазоне частот вращения генератора.

Общее.

Проект предполагает использование готовых интегральных компонентов и блоков для построения преобразователей. Прежде всего, это изделия (интегральные импульсные преобразователи) фирм Power Integrations ( TopSwitch ), International Rectifier, ST Microelectronics ( ViPer ), Power-One, PEAK electronics, FranMar, TRACO и Chinfa

Условие полного согласования нагрузки.

Из основ электротехники известно, что наибольшая мощность передается от генератора потребителям при условии равенства внутренних сопротивлений генератора и нагрузки. Это означает, что при снижении частоты вращения генератора режим преобразования стремится к предельному (с полным согласованием по мгновенным значениям напряжений). Основные характеристики этого режима таковы:
  • низкая частота тока (60 Гц для восьмиполюсного ротора при 900 об/мин);
  • напряжение нагруженного генератора равно половине его Э.Д.С., что составит в среднем не более 8/2=4 вольт;
  • ток генератора равен половине тока короткого замыкания;
  • форма тока точно повторяет форму напряжения генератора (синусоида).

    Схемотехника.

    При выборе вида преобразования (AC/DC, AC/AC, DC/DC, DC/AC) необходимо учитывать, что входное (первичное) напряжение поступает от нерегулируемого генератора переменного тока, и выполнение поставленных задач будет наиболее трудно при низких частотах вращения генератора. Режимы низких частот и напряжений требуют больших токов первичных цепей, что в совокупности делает нецелесообразным применение буферных конденсаторов. Таким образом, распространенная схема импульсного преобразования с выпрямлением первичного напряжения и накоплением энергии в буферных конденсаторах не подходит. Другое следствие - первичные токи при особо низких напряжениях достигают чрезвычайно больших величин. Для мощности 120 ватт при напряжении (см. выше) 4 вольт ток первичной цепи составит 30 ампер. Немногие интегральные стабилизаторы обеспечивают такой режим.

    Как следствие, проектируемый преобразователь должен обеспечивать на протяжении каждого полупериода входного напряжения (низкочастотного, 60..600 Гц ) сохранение формы тока: потребляемый от генератора ток должен быть синусоидальным, то есть должна обеспечиваться имитация линейной нагрузки чисто активного характера. Лишь при этом условии удастся снять с генератора наибольшую мощность.

    Важно, что нет никакой необходимости контролировать напряжения и токи в цепях нагрузки: обратноходовый преобразователь обеспечит передачу энергии, полученной от генератора и накопленной в импульсном трансформаторе, в полном объеме, независимо от импеданса нагрузки. Для энергоснабжения ламп накаливания, с АКБ или без, достаточно обеспечить лишь баланс мощности.

    Резюме

    Рассмотренные особенности требуют вдумчивого рассмотрения предлагаемых готовых преобразователей и их компонентов не предмет применимости в заданных непростых условиях. Необходимо выяснить, существуют ли для каждого промышленного изделия приемлемые методы управления преобразованием, позволяющие обеспечить режим полного согласования нагрузки и, соответственно, отбор максимальной мощности от генератора.

    Отдельный вопрос - о применимости DC/DC преобразователей. На первый взгляд, они вполне подошли бы для рассмотренных режимов, Однако может оказаться, что диапазон входных напряжений (мгновенных значений входного переменного напряжения) слишком широк, и типичные DC/DC преобразователи будут слишком долгое время (в пределах каждого полупериода) находиться в режиме "первичного пуска" либо останова. AC/DC же преобразователи по определению не должны выходить из режима полной мощности даже в условиях сверхнизких напряжений.

    Интегральные компоненты для импульсных преобразователей напряжения, выпускаемые промышленностью, обладают такими полезными для нашего проекта особенностями, как наличие встроенных систем защиты от перегрузок, короткого замыкания и перегрева. Малогабаритные, с малым количеством выводов, интегральные схемы просты в монтаже, выдерживают тяжелые условия эксплуатации.

    Некоторые примеры:

    На сайте http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_09/stat_21.htm еще в 1999 году размещена статья (В. Кессених, О. Воробьев) "Преобразователи напряжения с TOPSwitch Power Integrations". В статье описаны интегральные преобразователи семейств TOPSwitch и TOPSwitch-II в корпусах TO-220/3, DIP-8, SO-8. Вот характеристики некоторых приборов (к настоящему времени появились и приборы с заявленной единичной мощностью 250 ватт):

    Таблица 2. Технические параметры TOPSwitch-II

    Прибор Выходная мощность, Вт Описание
    110/115/230 B (AC) 85...265 B (AC) Корпус
    TOP221Y 12 7 TO-220/3
    • Трехвыводной ШИМ-ключ с питанием от сети переменного тока
    • Встроенная система запуска
    • Ограничение тока
    • Защита от перегрузки по току и от перегрева
    • Диапазон рабочих температур: -40...+125°С
    • КПД - до 90%
    • Применим в обратноходовых, прямоходовых, повышающих и понижающих преобразователях
    TOP221P/G 9 6 DIP-8 SO-8
    TOP222Y 25 15 TO-220/3
    TOP222P/G 15 10 DIP-8 SO-8
    TOP223Y 50 30 TO-220/3
    TOP223P/G 25 15 DIP-8 SO-8
    TOP224Y 75 45 TO-220/3
    TOP224P/G 30 20 DIP-8 SO-8
    TOP225Y 100 60 TO-220/3
    TOP226Y 125 75 TO-220/3
    TOP227Y 150 90 TO-220/3
    Схема преобразователя:

    Семейство TOPSwitch-II отличается повышенной мощностью, опорное напряжение - 5,7 В, частота коммутации - 90...100 кГц, управление производится как по напряжению, так и по току.

    Еще одна статья об этой серии: http://www.masterkit.ru/info/magshow.php?num=43

    Очевидно, что преобразователи недостаточно сильноточные. Напряжение AC при заявленных мощностях в 90 ватт требуется на уровне не менее 85 вольт. В новых приборах первичные токи увеличены, встречаются заявленные значения до 10 и более ампер. Подобные экземпляры уже были бы интересны.

    24.07.2003.

    Комментарии, обсуждение, дополнения, новости:


  • Координатор проекта: А.Лашманов (alash). На главную страницу. Адрес для переписки.