DIPLOMA A DISTANZA IN INGEGNERIA ELETTRICA

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1 DIPLOMA A DISTANZA IN INGGNRIA LTTRICA CORSO DI LTTRONICA INDUSTRIAL DI POTNZA II Lezione 19 Convertitori con carico risonante I a Parte Docente: Giorgio Spiazzi Dipartimento di lettronica e Informatica Universitá di Padova Argomenti trattati Classificazione dei convertitori risonanti Analisi del convertitore risonante serie funzionamento discontinuo funzionamento continuo al di sotto della frequenza di risonanza funzionamento continuo al di sopra della frequenza di risonanza Funzionamento phaseshift Convertitori con carico risonante Convertitori cccc che alimentano un circuito risonante. Il carico costituisce l elemento principale di perdita del circuito (determina il fattore di merito del circuito risonante). Il flusso di potenza al carico è controllato variando la frequenza di commutazione Classificazione Convertitori a tensione impressa con circuito risonante serie: Convertitori con connessione del carico in serie (SLR) Convertitori con connessione del carico in parallelo (PLR) Convertitori Ibridi (LCC) Convertitori a corrente impressa con circuito risonante parallelo Conv. risonanti a tensione impressa Convertitore risonante con connessione del carico in serie (SRC) Filtro capacitivo RL Conv. risonanti a tensione impressa Convertitore risonante con connessione del carico in parallelo (PRC) Filtro induttivo Page 1

2 Conv. risonanti a tensione impressa Conv. risonanti a corrente impressa Convertitore risonante ibrido (serieparallelo o LCC) s p Filtro induttivo Convertitore risonante parallelo I I Filtro induttivo Nota: il filtro di uscita potrebbe anche essere capacitivo Conv. ris. serie mezzo ponte (SRCHB) C S r i s 1 u p S 2 C o SRCHB: circuito equivalente u p =. sign( ) ON OFF = OFF ON = OFF OFF =. sign( ) ON ON NON AMMSSA SRCHB: modi di funzionamento 1) Modo di conduzione discontinua (DCM) con s < o /2 2) Modo di conduzione continua (CCM) con o /2 < s < o 3) Modo di conduzione continua (CCM) con s > o 2 2 t s = pulsazione di commutazione (rad/s) 1 o = pulsazione di risonanza (rad/s) LrCr Page 2

3 Page 3

4 Gli interruttori si spengono a corrente nulla e a tensione nulla dato che la corrente passa naturalmente dall interruttore al diodo corrispondente in antiparallelo Gli interruttori si accendono a corrente nulla ma non a tensione nulla I diodi si spengono naturalmente a corrente nulla (non c è corrente di recovery inverso) La tensione di uscita è regolata controllando l intervallo in cui entrambi gli interruttori risultano spenti (constant ON time, variable OFF time) Svantaggi: elevati picchi di corrente negli interruttori con conseguente aumento delle perdite di conduzione rispetto al funzionamento in modo continuo (CCM) t Page 4

5 Gli interruttori si spengono a corrente nulla e a tensione nulla (è possibile utilizzare tiristori in applicazioni a bassa frequenza) L accensione di un interruttore provoca lo spegnimento del diodo in antiparallelo all altro causando perdite negli interruttori e problemi di recovery dei diodi Page 5

6 Perdite nulle allo spegnimento perdite elevate all accensione elevata corrente di recovery dei diodi (hard turn) massima frequenza di funzionamento limitata dalla frequenza di risonanza minima frequenza di funzionamento determinata dal regolatore (difficile dimensionamento dei filtri) t Page 6

7 L accensione degli interruttori avviene a corrente e tensione nulla (stanno conducendo i rispettivi diodi in antiparallelo) Lo spegnimento degli interruttori avviene a corrente non nulla. possibile utilizzate dei piccoli condensatori in parallelo agli interruttori come snubber non dissipativi allo spegnimento C S1 C S2 Snubber non dissipativi Perdite nulle all accensione perdite ridotte allo spegnimento (condensatori di snubber) nessun problema di recovery dei diodi minima frequenza di funzionamento limitata dalla frequenza di risonanza (dimensionamento filtri ottimale) massimo trasferimento di potenza alla minima frequenza (ottimizzazione dell efficienza) Caratteristiche stazionarie (SRC) I on 8 6 n =.4 4 n = sn DCM CCM U on Uo = Zo Ion = Io s sn = o Caratteristiche stazionarie (SRC) I on.5 sn DCM In DCM il convertitore opera come generatore di corrente (I o indipendente dal carico e quindi da ). La conseguenza è una inerente protezione al sovraccarico in funzionamento discontinuo s sn = o Page 7

8 Convertitore risonante serie isolato Convertitore risonante serie isolato C o L d C o RL L induttanza di dispersione del trasformatore risulta in serie alla induttanza risonante Convertitore risonante serie (SRC) Sommario: filtro di uscita capacitivo elevato stress di corrente nel condensatore di uscita (adatto per alte tensionibasse correnti di uscita) tensione di uscita inferiore alla tensione di alimentazione inerente protezione al sovraccarico non funziona a vuoto Controllo dei convertitori risonanti serie Controllo a frequenza variabile ref ε u f S Regolatore V.C.O. SRC V.C.O. = Voltage Controlled oscillator Convertitore risonante serie ponte intero (SRCFB) Funzionamento ad onda quadra, C o, Page 8

9 SRCFB: funzionamento phaseshift I o ramo SRCFB: funzionamento phaseshift II o ramo α SRCFB: funzionamento phaseshift α SRCFB: funzionamento phaseshift Sommario: funzionamento a frequenza costante i due rami del ponte sono pilotati in modo indipendente con segnali sfasati tra loro (phase shift) l ampiezza della componente fondamentale della tensione applicata al circuito risonante viene variata regolando l entità dello sfasamento tra i segnali di comando dei due rami del ponte Conclusioni (1) Conclusioni (2) I convertitori risonanti presentano differenti modi di funzionamento Il funzionamento al di sopra della frequenza di risonanza è particolarmente vantaggioso Nei convertitori risonanti con struttura a mezzo ponte il controllo avviene variando la frequenza di commutazione I convertitori risonanti con struttura a ponte intero permettono un controllo a frequenza fissa variando lo sfasamento tra i segnali di comando dei due semiponti (phaseshift) Page 9

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