CONVERTORUL C.C.-C.C. IN SEMIPUNTE (HALF-BRIDGE)

CONVERTORUL C.C.-C.C. IN SEMIPUNTE (HALF-BRIDGE)

Convertor c.c.-c.c. in semipunte (half bridge). Tensiunea continua obtinuta la iesirea redresorului este aplicata convertorului c.c.-c.c. Prin intermediul elementelor de comutatie din convertor se obtin impulsuri dreptunghiulare de tensiune, de frecventa fixa si cu factor de umplere impus de circuitul de comanda. Filtrul de iesire al convertorului extrage componenta continua a tensiunii dreptunghiulare, aceasta fiind chiar tensiunea continua de iesire.

In sursa analizata este folosit un convertor c.c.-c.c. in semipunte, a carui schema este prezentata in figura 1.2 Formele de unda specifice acestui convertor sunt prezentate in figura 1.3

Fig. 1.2 Convertorul c.c.-c.c. in semipunte (half-bridge).

Fig. 1.3 Forme de unda specifice convertorului in semipunte.

Convertorul in semipunte face parte din categoria convertoarelor cu izolare galvanica intrare-iesire. Transferul energiei primar-sarcina se face pe durata de conductie a tranzistoarelor si , astfel incat functionarea acestui convertor este asemanatoare cu cea a convertorului forward.

Din analiza functionarii rezulta avantajele si dezavantajele acestei topologii.

Functionarea convertorului in semipunte

Asa cum se poate vedea pe formele de unda prezentate in figura 3, tranzistoarele si conduc alternativ, intervalele de conductie fiind separate de intervale in care diodele si conduc simultan, ca diode de conductie libera. Condensatoarele si au valori egale si suficient de mari astfel incat tensiunea pe ele sa poata fi considerata constanta. Astfel . Condensatorul , astfel incat nu va mai fi reprezentat in schemele echivalente. Condensatorul are valoare suficient de mare astfel incat tensiunea de iesire sa poata fi considerata constanta.

Consideram ca origine momentul (v. fig. 3).

Pe intervalul conduce tranzistorul . Schema echivalenta este prezentata in figura 1.4

Fig. 1.4 Schema echivalenta pe intervalul .

In analiza ce urmeaza vom considera dispozitivele de comutatie ca fiind ideale. Putem scrie relatia:

. (1)

Astfel, dioda este polarizata direct si conduce iar dioda este blocata, fiind polarizata invers. Transferul de energie se face prin secundarul , functionarea fiind asemanatoare cu cea a convertorului forward.

Pe intervalul tranzistoarele sunt blocate. tendinta de scadere a curentului determina aparitia unei tensiuni negative si, implicit, intrarea in conductie a diodelor si (ca diode de nul). Schema echivalenta este prezentata in figura 1.5

Fig. 1.5 Schema echivalenta pe intervalele si .

Pe acest interval este valabila relatia:

. (2)

Pe intervalul conduce tranzistorul . Schema echivalenta este prezentata in figura 6.

Fig. 1.6 Schema echivalenta pe intervalul .

In acest caz dioda este polarizata direct si conduce iar dioda este blocata. Transferul de energie se face prin secundarul . Principial modul de functionare este identic celui de pe intervalul de conductie a tranzistorului .

Pe intervalul schema echivalenta este cea din figura 5 si corespunde conductiei diodelor si ca diode de nul.

Determinarea caracteristicii de reglaj in modul de conductie continua

Considerand functionarea simetrica a convertorului, adica si , putem efectua analiza doar pe prima perioada . Determinam astfel expresia caracteristicii de reglaj idealizate (neglijand pierderile datorate dispozitivelor de comutatie si componentelor magnetice) si valorile extreme ale curentului prin inductanta L.   

Din analiza functionarii putem concluziona urmatoarele:

Functionarea este echivalenta cu cea a convertorului forward si, prin extensie, cu cea a convertorului Buck, in sensul ca transferul de energie se face pe durata de conductie a contactorului static.

Factorul de umplere al tensiunii de comanda pentru tranzistoarele din convertorul half-bridge nu poate depasi valoarea 0,5. La D>0,5 apar suprapuneri ale conductiei tranzistoarelor si , scurtcircuitand sursa de alimentare.

Folosirea configuratiei half-bridge permite marirea puterii de iesire ce se poate obtine folosind un anumit tip de contactor static, datorita conductiei alternative a acestora precum si conectarii in paralel a diodelor si pe durata conductiei acestora ca diode de nul.

Spre deosebire de convertorul forward, care foloseste jumatate din caracteristica B(H) a miezului magnetic (excitatie unidirectionala), convertorul c.c.-c.c. in semipunte utilizeaza intreaga caracteristica B(H) a miezului magnetic, deoarece excitatia este bidirectionala, reducand astfel riscul saturarii miezului magnetic. Asa cum se poate vedea din schemele echivalente din figurile 4 si 6, sensul curentului prin primarul

transformatorului pe intervalele si este diferit, ceea ce asigura excitatia bidirectionala a miezului magnetic. Pentru a evita saturarea miezului magnetic, este necesar ca valoarea medie a curentului prin primarul transformatorului sa fie nula (sa nu aibe componenta continua). Pentru aceasta trebuie asigurata simetria intervalelor de conductie a tranzistoarelor, adica . In practica este dificil ca aceasta conditie sa fie respectata, atat datorita posibile asimetrii a semnalului de comanda cat si datorita nereproductibilitatii timpilor de comutatie ai tranzistoarelor. De aceea, cuplarea transformatorului se face prin condensatorul , care elimina componenta continua a curentului, facand sa dispara riscul saturarii miezului magnetic. O posibila problema este legata de faptul ca trebuie sa admita curent pulsatoriu de valoare efectiva importanta.

Existenta a doua condensatoare de filtrare la intrare, legate in serie, constituie un avantaj al acestei configuratii, deoarece permite realizarea unui circuit dublor de tensiune, facand posibila utilizarea sursei atat la tensiunea de intrare de 110V c.a. cat si la 220V c.a. Din punct de vedere al gabaritului existenta a doua condensatoare de filtraj de valoare mare este dezavantajoasa.