Кругове конверзије снаге

Global Tyranny Step by Step William F Jasper (Може 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Кругове конверзије снаге

Дискретни полупроводнички уређаји и склопови


Питање 1

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење математички анализирајућих кола захтева много студија и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Пажљиво мерите и забележите све компоненте пре изградње кола, бирате вредности отпорника довољно високе да оштетите било коју активну компоненту мало вероватну.
  2. Прикријемо шематски дијаграм за коло које треба анализирати.
  3. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  4. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  5. Математички анализирај круг, решавање за све напонске и тренутне вредности.
  6. Пажљиво измерите све напоне и струје како бисте потврдили тачност ваше анализе.
  7. Ако постоје било какве значајне грешке (веће од неколико процената), пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поновно израчунајте вриједности и поновно измјерите.

Када ученици прво сазнају о полупроводничким уређајима и највероватније ће их оштетити неправилним везама у својим колима, препоручујем да експериментишу са великим компонентама високог ватирања (1Н4001 исправљајуће диоде, ТО-220 или ТО-3 транзисторе за случај снаге, итд.) и коришћењем извора напајања из сувих ћелија, а не помоћног напајања. Ово смањује вјероватноћу оштећења компоненте.

Као и обично, избјегавајте врло високе и врло ниске отпорне вриједности, како бисте избјегли грешке у мерењу узроковане "учитавањем" метра (на високом крају) и избјегавање сагоревања транзистора (на доњем крају). Препоручујем отпорнике између 1 кΩ и 100 кΩ.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да граде сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушају математички предвидјети различите напонске и тренутне вриједности. На овај начин, математичка теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би добили само решавањем једначина.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, математичких предвиђања) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 2

Опишите шта је динамотор и каква је његова сврха у електричном систему.

Открити одговор Сакриј одговор

Динамотор је посебан тип електромеханичке машине намењеног претварању једног облика електричне енергије у други, коришћењем заједничког магнетског поља и ротирајућег елемента.

Напомене:

Одговор овде је намјерно нејасан, јер желим да студенти сами истражују детаље.

Питање 3

Шта је то ДЦ-ДЦ претварач круг, и за које апликације би могло користити такво коло?

Открити одговор Сакриј одговор

"ДЦ-ДЦ претварач" је коло које претвара ДЦ напон горе или доле, генерално са инверзном трансформацијом у струји. Апликације укључују снабдевање једносмерном струјом за учитавање уређаја где је главни извор енергије ДЦ, али погрешног напона.

Напомене:

У многим случајевима, претварачи ДЦ-ДЦ проналазе употребу у великим системима који нису добро дизајнирани (тј. Са одговарајућим ДЦ напоном обезбеђеним заједничким спојем АЦ-ДЦ). Међутим, кругови претварача имају више легитимних употреба, укључујући и апликације у којима је потребна изолација између два ДЦ кола. Питајте своје ученике шта је "електрична изолација" зашто је то важно.

Питање 4

Овај круг користи ИЦ генератор ИЦ (интегрисано коло) за генерисање вавеформа, који се затим упоређује са променљивим ДЦ напоном из потенциометра:

Резултат је импулсни талас на базу транзистора снаге, са истом фреквенцијом као и пулсни вални облик. Уобичајено у оваквим круговима, фреквенција је најмање неколико стотина Хертзова.

Објасните шта се догађа са осветљењем светиљке када се брисач потенциометра помера ближе на + В, и када се помера ближе земљи.

Открити одговор Сакриј одговор

Светиљка светлије светлије, јер се повећава радни циклус импулсног таласа и виза.

Напомене:

Ово питање је добар преглед операције компаратора, и он уводи концепт радног циклуса, ако ваши ученици то раније нису срели. Замолите ученике да објасне како и зашто се циклус рада мења када се помери потенциометар. Замолите их да објасне зашто се светлина лампе мења са радним циклусом и да ли је ово ефикасан метод контроле снаге или не.

Питање 5

Ово коло генерише импулс једносмерног напона довољан за напајање неонске сијалице, сваки пут када се прекидач отвори:

Опишите принцип рада за овај једноставни круг, а такође и како се може модифицирати како би се произвела континуална високонапонска ДЦ снага.

Савет: како заједнички АЦ-ДЦ струјни круг претвара импулсе исправљеног ДЦ у релативно "глатку" излазну струју "# 5"> Открити одговор Сакри одговор

Следеће питање: како бисте препоручили да "аутоматизирамо" ово коло тако да особа не мора да притисне и ослобађа прекидач за генерирање континуираног ДЦ излазног напона "нотес хидден"> Напомене:

Замолите ученике да објасне своја решења за "аутоматизовање" акције прекидача. Припремите се за неке креативне одговоре!

Питање 6

Схематски дијаграм који је овде приказан је за конверзиони круг претварача, тип ДЦ-ДЦ "прекидачког" круга конверзије снаге:

У овом склопу, транзистор је потпуно или потпуно искључен; то јест, усмјерено између екстрема засићења или прекида. Избјегавањем "активног" мода транзистора (гдје би се смањио значајан напон док се врши струја), може се постићи врло ниских дисперзија транзистора. Са малом потрошњом у виду топлоте, "прекидање" кругова конверзије снаге је обично веома ефикасно.

Пратите све тренутне смјернице у обе државе транзистора. Такође, означите индуктивни поларитет напона током обе државе транзистора.

Открити одговор Сакриј одговор

Питање о следећем питању: како се напон оптерећења овог претварача односи на напон напајања (батерије) // // ввв.аллабоутцирцуитс.цом/тектбоок/семицондуцторс/цхпт-3/специал-пурпосе-диодес/"> користи се дијагонска дијаграма у овом кругу, за разлику од редовне (ПН) исправљачке диоде?

Напомене:

Питајте ученике зашто мисле да се ово коло назива претварачом. "Буцк" обично се односи на нешто што је у опозицији. Шта се противи овом кругу?

Питање 7

Схематски дијаграм приказан овде је за "боост" претварач круг, тип ДЦ-ДЦ "пребацивање" круга конверзије снаге:

У овом склопу, транзистор је потпуно или потпуно искључен; то јест, усмјерено између екстрема засићења или прекида. Избјегавањем "активног" мода транзистора (гдје би се смањио значајан напон док се врши струја), може се постићи врло ниских дисперзија транзистора. Са малом потрошњом у виду топлоте, "прекидање" кругова конверзије снаге је обично веома ефикасно.

Пратите све тренутне смјернице у обе државе транзистора. Такође, означите индуктивни поларитет напона током обе државе транзистора.

Открити одговор Сакриј одговор

Питање о следећем питању: како се напон оптерећења овог претварача односи на напон напајања (батерија) "напомене скривене"> Напомене:

Питајте ученике зашто мисле да се ово коло назива претварачом појачања . "Боост" обично се односи на нешто што помаже нечему другом. Шта се помаже у овом кругу?

Питање 8

Схематски дијаграм приказан овде је за "обртање" конвертер круга, тип ДЦ-ДЦ "пребацивање" струјног круга:

У овом склопу, транзистор је потпуно или потпуно искључен; то јест, усмјерено између екстрема засићења или прекида. Избјегавањем "активног" мода транзистора (гдје би се смањио значајан напон док се врши струја), може се постићи врло ниских дисперзија транзистора. Са малу потрошњу енергије у виду топлоте, пребацивање "кругова за конверзију енергије је обично веома ефикасно.

Пратите све тренутне смјернице у обе државе транзистора. Такође, означите индуктивни поларитет напона током обе државе транзистора.

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Питајте своје ученике зашто мисле да је ово коло названо претварачем обрнутим .

Иако то можда није очигледно из прегледа схеме кола, овај круг конвертера може да напусти напон горе или доле, чинећи га прилично свестраним.

Питање 9

Схематски дијаграм приказан овде је за "Цук" претварач круг, тип ДЦ-ДЦ "пребацивање" круга конверзије снаге:

У овом склопу, транзистор је потпуно или потпуно искључен; то јест, усмјерено између екстрема засићења или прекида. Избјегавањем "активног" мода транзистора (гдје би се смањио значајан напон док се врши струја), може се постићи врло ниских дисперзија транзистора. Са малом потрошњом у виду топлоте, "прекидање" кругова конверзије снаге је обично веома ефикасно.

Пратите све тренутне смјернице у обе државе транзистора. Такође, обележите обе индуктивне поларитете напона у обе државе транзистора.

Открити одговор Сакриј одговор

Питање о следећем питању: како се напон оптерећења овог претварача односи на напон напајања (батерија) "напомене скривене"> Напомене:

"Чудно" име овог кола долази од презимена инжењера који је измислио! За више информација, консултујте радове Руди Севернс о општој теми кругова конверзије снаге преклопног мода.

Питање 10

Предвидите како ће се утицати на рад овог конверторског претварача као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Погон круга се не успостави константним излазним сигналом "низак" (0 волта):
Погон круга се не успостава константним "високим" (+ В) излазним сигналом:
Дијафроника није успјела:
Индуктор не отвара:
Кондензатор није успио:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Погон круга се не успостава константним "ниским" (0 волтним) излазним сигналом: Излазни напон пада на нулу након пражњења кондензатора.
Погон круга не успије са константним "високим" (+ В) излазним сигналом: Излазни напон порасте тако да постане приближно једнак В ин .
Диод не прекида: Излазни напон пада на нулу, а транзистор не успије због прегревања.
Индуктор не отвори: Излазни напон пада на нулу након пражњења кондензатора.
Кондензатор не прекида: Излазни напон пада на нулу одмах.

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 11

Предвидите како ће се утицати на рад овог круга конвертера за побољшање као резултат следећих грешака. Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Погон круга се не успостави константним излазним сигналом "низак" (0 волта):
Погон круга се не успостава константним "високим" (+ В) излазним сигналом:
Дијафроника није успјела:
Индуктор не отвара:
Кондензатор није успио:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Погон круга не успије са константним "ниским" (0 волтним) излазним сигналом: излазни напон се повећава тако да постане приближно једнак В.
Погон круга не успије са константним "високим" (+ В) излазним сигналом: излазни напон пада на нулу након пражњења кондензатора.
Диод не завршава: Излазни напон има велику "брушење", јер напон више пута пада на нулу, а спике се враћају у сваки циклус вожње, транзистор може пропасти због прегријавања.
Индуктор не отвори: Излазни напон пада на нулу након пражњења кондензатора.
Кондензатор не прекида: Излазни напон пада на нулу одмах.

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 12

Тзв. Линеарни регулациони кругови раде тако што подешавају серијску отпорност или отпорност на шантање како би се одржао излазни напон на некој фракционој вредности улазног напона:

Типично, ове променљиве отпорности обезбеђују транзистори, а не стварни реостати, који би се требали ручно контролисати.

Објасните зашто склопно регулаторско коло врши исту задатку као линеарни регулациони круг уз много већу ефикасност. Такође, идентификујте који тип (и) склопа регулатора прекидача би био најпогоднији за задатак смањења улазног напона на мањи излазни напон.

Открити одговор Сакриј одговор

Комбинација регулатора регулатора функционише на скоро исти начин као и трансформатор: напонски степен напуштања док се напушта струја. У идеалном случају, прекидач регулаторних кругова троши нулту енергију, за разлику од (отпорних) линеарних регулационих кругова.

Следеће питање: која врста линијског регулационог кола користи традиционални регулатор напона регулатора зенер диоде, серија или шанта "напомене скривене"> Напомене:

У процесу анализе функционисања прекидачких регулатора, ученицима је лако замислити сврху зашто их уопће постоје. Разговарајте о значају ефикасности конверзије електричне енергије, посебно за електронске апликације које користе батерију.

Важно је нагласити у овом питању да већина преклопних "регулаторних" кругова која се први пут показују студентима уопште нису регулатори, већ само конвертори . Коло претварачког претварача не постаје регулаторни круг док се не дода контрола повратне спреге. Такве контроле су обично превише сложене да се уведу на самом почетку, па се обично изостављају због једноставности. Међутим, ученици треба да схвате разлику између кругова регулатора прекидача и једноставног кола претварача, да не верују да претварач може бити више него што јесте.

Питање 13

Приказани су два круга за смањење напона: оба смањују напон напајања од 13, 5 волти до 5 волти за оптерећење.

Израчунајте просечну струју снаге ( испоручујем ) за оба ова круга. Претпоставимо да прекидачко коло има занемарљиве губитке снаге у транзисторима, индукторима, кондензаторима и диодама. Ако је извор 13.5 волт био електрохемијска батерија, која би батерија трајала дуже напајање истог оптерећења "# 13"> Открити одговор Сакри одговор

Батерија која испоручује линеарно коло мора да има извор од 240 мА, док батерија која испоручује прекидач мора имати само просечну струју од 88.9 мА.

Следеће питање: израчунајте енергетску ефикасност линеарног кола и коментаришите зашто је то тако различито од прекидачког кола.

Напомене:

Објасните својим ученицима да су кружне конверзије струје веома ефикасне: обично 85 до 95 процената! Требало би бити прилично очигледно да ће батерија трајати дуже, и зашто. Управо због тога замена регулационих кругова (ДЦ-ДЦ конвертори са мрежом за повратне информације за стабилизацију излазног напона) користе уместо линијских регулатора (на бази зенер диода) у многим електронским апликацијама на батерије.

У суштини, склопни претварачи се понашају као ДЦ трансформатори, који могу напустити напон (или горе), са тренутним обрнутим пропорционалним. Наравно, Закон о енергетској заштити држи се за пребацивање кола као и за трансформаторе, а ученици могу наћи овај закон најлакши начин за обрачун текућих напона / оптерећења сазнајући напон и оптерећење напона:

П оут ≈ П ин

В ин И ин ≈ В оут И оут

Ако време дозвољава, можда ћете желети да покажете својим ученицима таблицу за претварач претварача енергије, показујући им како интегрирани кругови постоје да прецизно контролишу пребацивање МОСФЕТ-а на кругове претварача струје, баш тако.

Питање 14

Излазни напон кола конвертора претварача је функција улазног напона и циклуса рада прекидачког сигнала, представљеног променљивом Д (у распону од 0% до 100%), где је Д = ((т он ) / (т он + т офф )):

На основу овог математичког односа, израчунајте излазни напон овог круга претварача у овим циклусима рада, претпостављајући улазни напон од 40 В:

Д = 0%; В оут =
Д = 25%; В оут =
Д = 50%; В оут =
Д = 75%; В оут =
Д = 100%; В оут =
Открити одговор Сакриј одговор

Д = 0%; В излаз = 0 волти
Д = 25%; В излаз = 10 волти
Д = 50%; В излаз = 20 волти
Д = 75%; В излаз = 30 волти
Д = 100%; В излаз = 40 волти

Напомене:

Прорачуни за ово коло би требали бити врло једноставни.

Имајте на уму да је прекидачки елемент у шематски дијаграм приказан у генеричком облику. То никада не би био механички прекидач, већ некакав транзистор.

Питање 15

Излазни напон круга конвертора појачања је функција улазног напона и циклуса рада прекидачког сигнала, представљеног променљивом Д (у распону од 0% до 100%), где је Д = ((т он ) / (т он + т офф )):

На основу овог математичког односа, израчунајте излазни напон овог круга претварача у овим циклусима рада, претпостављајући улазни напон од 40 В:

Д = 0%; В оут =
Д = 25%; В оут =
Д = 50%; В оут =
Д = 75%; В оут =
Д = 100%; В оут =
Открити одговор Сакриј одговор

Д = 0%; В излаз = 40 волти
Д = 25%; В излаз = 53, 3 волти
Д = 50%; В излаз = 80 волти
Д = 75%; В излаз = 160 волти
Д = 100%; В излаз = 0 волти

Напомене:

Прорачуни за ово коло треба да буду једноставни, изузев задњег обрачуна са радним циклусом од Д = 100%. Овде, студенти морају пажљиво погледати коло и не само да слиједе слиједећу формулу.

Имајте на уму да је прекидачки елемент у шематски дијаграм приказан у генеричком облику. То никада не би био механички прекидач, већ некакав транзистор.

Питање 16

Излазни напон круга претварача претварача је функција улазног напона и циклуса рада прекидачког сигнала, представљеног променљивом Д (у распону од 0% до 100%), где је Д = ((т он ) / (т он + т офф )):

На основу овог математичког односа, израчунајте излазни напон овог круга претварача у овим циклусима рада, претпостављајући улазни напон од 40 В:

Д = 0%; В оут =
Д = 25%; В оут =
Д = 50%; В оут =
Д = 75%; В оут =
Д = 100%; В оут =
Открити одговор Сакриј одговор

Д = 0%; В излаз = 0 волти
Д = 25%; В излаз = 13, 3 волти
Д = 50%; В излаз = 40 волти
Д = 75%; В излаз = 120 волти
Д = 100%; В излаз = 0 волти

Напомене:

Прорачуни за ово коло треба да буду једноставни, изузев задњег обрачуна са радним циклусом од Д = 100%. Овде, студенти морају пажљиво погледати коло и не само да слиједе слиједећу формулу.

Имајте на уму да је прекидачки елемент у шематски дијаграм приказан у генеричком облику. То никада не би био механички прекидач, већ некакав транзистор.

Питање 17

Излазни напон Цук претварачког кола (назван по инжењеру који је измислио) је функција улазног напона и циклуса рада прекидачког сигнала, представљеног променљивом Д (у распону од 0% до 100%), где је Д = ((т он ) / (т он + т офф )):

На основу овог математичког односа, израчунајте излазни напон овог круга претварача у овим циклусима рада, под претпоставком улазног напона од 25 волта:

Д = 0%; В оут =
Д = 25%; В оут =
Д = 50%; В оут =
Д = 75%; В оут =
Д = 100%; В оут =
Открити одговор Сакриј одговор

Д = 0%; В излаз = 0 волти
Д = 25%; В излаз = 8, 33 волти
Д = 50%; В излаз = 25 волти
Д = 75%; В излаз = 75 волти
Д = 100%; В излаз = 0 волти

Напомене:

Прорачуни за ово коло треба да буду једноставни, изузев задњег обрачуна са радним циклусом од Д = 100%. Овде, студенти морају пажљиво погледати коло и не само да слиједе слиједећу формулу.

Имајте на уму да је прекидачки елемент у шематски дијаграм приказан у генеричком облику. То никада не би био механички прекидач, већ некакав транзистор.

Ученици који живе у студији примећују да нема разлике између стандардног инверзног круга претварача и Цук дизајна, што се тиче израчунавања излазног напона. Ово, међутим, не значи да су два круга еквивалентна на све начине! Једна дефинитивна предност Цук претварача преко стандардног претварача претварача је то што Цукова улазна струја никада не прелази на нулу током циклуса искључивања. Ово чини Цук везу "тишим" оптерећењем као што се види из извора напајања. Оба обртна и конверторска конверторска кола стварају доста електричног шума на страни снабдевања ако су њихови улази нефилтрирани!

Питање 18

Следеће једначине рјешавају за излазни напон различитих кругова претварачког претварача (истоварени), с обзиром на циклус рада Д прекидача и улазни напон:

В излаз = ДВ улаз (Буцк претварач круг)

В оут = В ин


1 - Д

(Круг конвертера за повећање)

В оут = ДВ улаз


1 - Д

(Инвертинг или Цук претварач круг)

Манипулирати сваку од ових једначина за решавање за радни циклус (Д) у смислу улазног напона (В ин ) и жељеног излазног напона (В излаз ). Запамтите да је радни циклус увек квантитет између 0 и 1, укључујући и све.

Открити одговор Сакриј одговор

Д = В оут


В ин

(Буцк претварач круг)

Д = 1 -⎛ ⎝ В ин


В оут

⎞ ⎠ (Круг конвертера за повећање)

Д = В оут


В ин + В оут

(Инвертинг или Цук претварач круг)

Напомене:

С обзиром на једначине за решавање ових типова конверторских кола за излазни напон у смислу улазног напона и радног циклуса Д, ово питање није ништа друго до вежба у алгебарској манипулацији.

Напомена својим ученицима да све ове једначине претпостављају стање нултог оптерећења на конвертеру. Када су присутни оптерећења, наравно, излазни напон неће бити исти као што је предвиђено овим уређеним, једноставним формулама. Иако се ови ДЦ-ДЦ струјни кругови обично називају "регулатори", нешто је погрешно то учинити зато што лажно подразумијева капацитет за самопрекидање излазног напона. Само када су спојене са контролном мрежом за повратне информације било које од ових конверторских кругова који могу да регулишу излазни напон на задату вредност.

Питање 19

Многи прекидачи конвертора користе умрежени МОСФЕТ уместо диоде слободног котача, овако:

Диоде су једноставно решење за обезбеђивање индукционог пута за струју када је главни транзистор искључен. Зашто би било ко користио други МОСФЕТ уместо њега, поготово ако то значи да кружни погон мора постати сложенији (да вози два транзистора у различито вријеме умјесто само једног транзистора) да изврши исти задатак "# 19"> Ревеал ансвер Хиде одговор

МОСФЕТ у свом побољшаном режиму ће пасти мање напона него диода (чак и Сцхоттки диода) у овом кругу, побољшавајући ефикасност снаге.

Напомене:

За неке студенте можда није очигледно зашто мање пад напона (преко МОСФЕТ-а насупрот диоде) утиче на ефикасност конверзије. Подсети их да је снага једнака струјним временским струјама, а да за било коју дато струју, смањен пад напона значи смањење дисипације снаге. За путању струје слободног тока, мање дисипације снаге значи мање потрошње енергије, а мање енергије коју треба извући из извора (за исту снагу оптерећења), па је и већа ефикасност.

Питање 20

Прекидач за "боост" који ради са 90% ефикасношћу испоручује 50 волти на ДЦ оптерећење. Израчунајте струју оптерећења ако је улазни напон 17 волти и улазна струја је 9, 3 ампера.

Открити одговор Сакриј одговор

Ја учитам = 2, 85 ампера

Напомене:

Израчуни који укључују енергетску ефикасност изгледају веома збуњујући за неке ученике. Један принцип којим често подсећам своје ученике је Закон о енергетској заштити, који забрањује било ком кругу од изношења више енергије (или снаге) него што је потребно. Често ученици мисично израчунавају проблеме као што су оне, завршавајући са Снага излаза већа од улазних снага!

Разговарајте о техникама решавања проблема, тражите информације од ученика. У идеалном случају, да ли појединци или групе презентују своје технике у целини, тако да можете пратити њихове процесе размишљања и како би други ученици могли научити како постати бољи решитељи проблема.

Питање 21

Претварач претварача "буцк" који ради на 85% ефикасности испоручује 10 ампера струје при 5 волти до оптерећења ДЦ. Израчунајте улазну струју ако је улазни напон 23В.

Открити одговор Сакриј одговор

Ја улазим = 2.56 ампера

Напомене:

Израчуни који укључују енергетску ефикасност изгледају веома збуњујући за неке ученике. Један принцип којим често подсећам своје ученике је Закон о енергетској заштити, који забрањује било ком кругу од изношења више енергије (или снаге) него што је потребно. Често ученици мисично израчунавају проблеме као што су оне, завршавајући са Снага излаза већа од улазних снага!

Разговарајте о техникама решавања проблема, тражите информације од ученика. У идеалном случају, да ли појединци или групе презентују своје технике у целини, тако да можете пратити њихове процесе размишљања и како би други ученици могли научити како постати бољи решитељи проблема.

Питање 22

Прекидач за "боост" који ради са 80% ефикасношћу испоручује 178 волти на 1 ампер на ДЦ оптерећење. Израчунајте улазни напон ако је улазна струја 11 ампера.

Открити одговор Сакриј одговор

В улаз = 20.2 волти

Напомене:

Израчуни који укључују енергетску ефикасност изгледају веома збуњујући за неке ученике. Један принцип којим често подсећам своје ученике је Закон о енергетској заштити, који забрањује било ком кругу од изношења више енергије (или снаге) него што је потребно. Често ученици мисично израчунавају проблеме као што су оне, завршавајући са Снага излаза већа од улазних снага!

Разговарајте о техникама решавања проблема, тражите информације од ученика. У идеалном случају, да ли појединци или групе презентују своје технике у целини, тако да можете пратити њихове процесе размишљања и како би други ученици могли научити како постати бољи решитељи проблема.

Питање 23

Излазни напон претварача је директна функција циклуса рада прекидачког транзистора. Конкретно, В оут = В у (((т он ) / (т укупно ))). Објасните како следеће управљачко коло ПВМ регулише излазни напон претварача:

Открити одговор Сакриј одговор

Ако оптерећења (излазни) напона напона, ПВМ круг генерише излазни сигнал са већим циклусом рада, који затим доводи транзистор снаге да обезбеди више напона до оптерећења.

Следеће питање: која је сврха потенциометра у овом кругу "белешке скривене"> Напомене:

Овде, студенти виде управљачко коло ПВМ заједно са претварачем претварача како би обезбедили конверзију снаге под напоном. Питајте их који облик повратне спреге (позитивно или негативно?) Се користи у овом кругу како би регулисао излазни напон у стабилној вредности.

Нека ваши ученици знају да су ПВМ и функције повратне спреге за пребацивање регулаторних кола често обезбеђене у јединственом интегрисаном колу специфично за апликације, а не скуп дискретних компоненти и ИЦ-ова као што је приказано у овом питању.

Питање 24

Енергетска ефикасност (η) прекидачких конверторских кола обично остаје прилично константна у односу на широк опсег односа конверзије напона. Опишите како се круг регулатора прекидача (контролисање напона оптерећења на унапред подешену вредност) "појави" на извор напајања променљивог напона ако је оптерећење регулатора константно. Другим речима, како се улазни напон мења, шта ради улазна струја?

Открити одговор Сакриј одговор

Улазна струја прекидачког регулатора је обрнуто пропорционална улазном напону при напајању константног оптерећења, који се јавља као негативна импеданса на извор напајања.

Напомене:

"Негативна импеданса" и "негативан отпор" су фразе које се не могу често адресирати у основном наставном програму електронике, али имају значајне последице. Ако ученици имају потешкоћа да разумеју шта је значење "негативне" импедансе, подсетите их на ову математичку дефиницију импедансе:

З = дВ


дИ

Једна од ненамерних (и контраинтуитивних) последица елемента кола са негативном импеданцијом може бити осцилација, нарочито када улазни струјни круг евентуално садржи значајну индуктивност.

Питање 25

Следеће коло претварача ДЦ-ДЦ се назива предњи претварач . То се зове зато што се пренос енергије из улазног на излаз појављује док транзистор проводи, а не док је искључен. Провјерите ову особину кола тражењем струје кроз све дијелове док је транзистор укључен:

Сада, пратите струју кроз коло док је транзистор искључен и објасните сврху ресетирања намотаја у трансформатору:

Открити одговор Сакриј одговор

У следећим шемама, конвенционална ознака протока коришћена је за означавање смера струја:

Сврха ресетирања враћања је да се отклони језгро трансформатора сачуване енергије током циклуса искључивања. Ако то није учињено, ниво магнетног флукса трансформатора би досегао засићење након само неколико циклуса укључивања / искључивања транзистора.

Напомене:

Ово питање је сјајан преглед "тачне конвенције" који се користи у шематски симболима трансформатора.

Питање 26

Иако се у разним електронским уређајима још увек користе једноставни кругови напајања АЦ-ДЦ за напајање АЦ-ДЦ (трансформатор, исправљач, филтер, регулатор), други облик напајања је превладавајући у системима гдје су мале величине и ефикасност пројектни захтјеви . Овај тип напајања се зове прекидач напајања .

Објасните шта је "прекидач напајања" и обезбедите шематски дијаграм једног за презентацију и дискусију. (Савет: већина електроничких рачунара користи напајање "замјењује" напајања умјесто "снаге снаге бруте силе", тако да не треба тешко пронаћи шематски дијаграм.)

Открити одговор Сакриј одговор

Допустићу вам да извршите сва истраживања за ово питање!

Напомене:

Иако ће многи "прекидачи" кругова за напајање бити сувише сложени за почетне студенте електронике да би их у потпуности разумели, и даље ће бити корисна вежба за анализу оваквог шема и идентификацију главних компоненти (и функција).

Питајте ученике зашто су "прекидачи" напајања мањи и ефикаснији од "бруте форце" дизајна. Замолите своје ученике да записе о врсти трансформатора који се користи при пребацивању напајања и контрасту његовој конструкцији са трансформаторима снаге линијске фреквенције.

Питање 27

Претпоставимо да је ваш пријатељ недавно купио теренско возило. Овај пријатељ је купио и војно-вишак рефлектор, за који сматра да би био одличан додатак за ноћну вожњу. Једини проблем је што је рефлектора процењена за 24 волти, док је електрични систем у свом возилу 12 волти.

Ваш пријатељ вас позива да направите решење за напајање 24-волтне светиљке са 12 волти доступним на његовом возилу. Наравно, није вам дозвољено да модификујете електрични систем возила (промените га на генератор од 24 волта, батерију, стартер мотор, итд.), Јер је нова и још увек под гаранцијом. Шта препоручујете вашем пријатељу "# 27"> Открит одговор Сакриј одговор

Иако постоји неколико различитих метода које би се овде могле искористити да трансформишу 12 волта на 24 волта, нећу открити никога од њих, да не бих покварио забаву за вас!

Напомене:

Студенти могу бити склони да дају лакше одговоре на овај проблем ("користите претварач ДЦ-ДЦ!"), Али сврха је да студенти истражују рјешења на нивоу компоненте . Чак и ако још увек не разумеју како коло ради, требало би да буду у могућности да пронађу потпуна решења у свом истраживању, или бар довољно шеме за делове процеса конверзије да би се направило комплетно решење.

Подсјетите своје ученике да је ово снажно свјетло које ће морати имати на власт! Њихов систем претварања можда ће морати да реши стотине ватова.

Питање 28

Опишите сврху и функцију овог кола:

Излазни напон од 120 волти који је обезбедио ово коло дефинитивно није синусоидан, а фреквенција кола варира са оптерећењем. Да ли можете да замислите било који начин да побољшате ове аспекте кола (не морате показивати детаље о вашим модификацијама дизајна) "# 28"> Открити одговор Сакриј одговор

Ово је круг претварача .

Будите спремни да објасните шта сваки од транзистора ради и како је трансформатор способан да ради са ДЦ напајањем на свом примарном намотају.

Напомене:

Ова посебна схема је изведена из апликације Триад бренда трансформатора, део броја ТИ-75А. Препоручени транзистори су Делцо 2Н278, Бендик 2Н678, Цлевите 2Н1146 и Делцо 2Н173. Мање варијације отпорности и капацитета кондензатора могу резултирати бољим перформансама. Отпорници од 3 Ω треба да имају снагу од најмање 5 вати, а отпорници од 150 Ω треба да буду најмање 20 вати.

Питање 29


∫ф (к) дк Упозорење о прорачуну!


Електронски кругови претварања енергије познати као претварачи претварају ДЦ у АЦ помоћу транзисторских прекидачких елемената да повремено упоређују поларитет ДЦ напона. Уобичајено, инвертери такође повећавају напонски ниво улазне снаге примјеном прекидачког ДЦ напона на примарну намотавање степ-уп трансформатора. Може се сматрати да је претварачна електроника претварача сродна двоструком, двоструки прекидач се преусмерава више пута у секунди:

Први комерцијално доступни инвертори су произвели једноставан квадратни таласни излаз:

Међутим, то је проузроковало проблеме за већину трансформатора снаге дизајнираних за рад на сине-таласном АЦ напајању. Када се напаја квадратним таласним излазом таквог претварача, већина трансформатора би засићила због превеликог магнетног флукса који се акумулира у језгру на одређеним точкама циклуса таласа. Да би то описали у најједноставнијим терминима, квадратни талас поседује већи волт-други производ него синусни талас са истом максималном амплитудом и основном фреквенцијом.

Овај проблем се може избјећи смањењем вршног напона квадратног таласа, али онда би неке врсте погонске опреме имале потешкоће због недовољног (максималног) напона:

Радно решење ове дилеме испоставило се да је модификовани радни циклус квадратног таласа:

Израчунајте фракцију полу-циклуса за који је овај модификовани квадратни талас "укључен", да би се исти волт-други производ могао користити као синусни талас за један пол циклус (од 0 до π радијана):

Напомена: питање је израчунавања одговарајућих области испод сваког облика таласа у домену полу-циклуса.

Открити одговор Сакриј одговор

Фракција = (2 / (π)) ≈ 0, 637

Цхалленге питање: доказати да је фракција дужинског циклуса неопходна да квадратни талас има исту РМС вредност као синусни талас тачно 1/2 . Напомена: производ волт-квадрат-другог од два таласна облика мора бити једнак за њихове РМС вриједности једнаке!

Напомене:

Овај проблем је сјајан пример како се интеграција користи у веома практичном смислу. Чак и ако ваши ученици нису упознати са рачунаром, они би требали барем бити у могућности да схвате концепт једнаких волт-секундарних производа за двије таласне облике и да то могу повезати са количином магнетног флукса који се акумулира у језгру трансформатора током читавог циклуса .

Питање 30

Заједничка топологија за ДЦ-АЦ струјна круга конвертора користи пар транзистора за пребацивање ДЦ струје кроз центрирани навијање степ-уп трансформатора, овако:

Да би овај облик кола функционисао исправно, сигнали "печења" транзистора морају бити прецизно синхронизовани како би се осигурало да се два никад не укључују истовремено. Следећи шематски дијаграм показује коло за генерирање потребних сигнала:

Објасните како ово коло функционише, и идентификујте локације регулатора фреквенције и потенциометара за контролу дужине импулса.

Открити одговор Сакриј одговор

Дијаграм тајминга вреди хиљаду речи:

В реф = ДЦ референтни напон подешен потенциометром погонског циклуса
В цап = Напон мерен на врху прикључка 555-их кондензатора
В цомп = Излазни напон компаратора
В 555 (излаз) = 555 излазни напон тимера
К = Неповратан излаз ЈК флип-флопа
(К) = Инверзни излаз ЈК флип-флопа

Следеће питање: у ком правцу ћете морати померити потенциометар за повећање излазне фреквенције овог склопа "белешке скривене"> Напомене:

Ово питање је вежба у шематски дијаграму и тумачењу дијаграма времена. Иначе, ја сам направио и тестирао ово коло и могу рећи да ради добро.

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →