Power-electronics-choppers
パワーエレクトロニクス-チョッパー
チョッパーは高速を使用して、ソース負荷の接続と切断を行います。 電源スイッチのON/OFFを連続的にトリガーすることにより、固定DC電圧が断続的にソース負荷に印加されます。 電源スイッチがオンまたはオフのままである期間は、それぞれチョッパーのオンおよびオフ状態時間と呼ばれます。
チョッパーは主に電気自動車、風力と太陽エネルギーの変換、およびDCモーターレギュレーターに適用されます。
チョッパーのシンボル
チョッパーの分類
電圧出力に応じて、チョッパーは次のように分類されます-
- ステップアップチョッパー（ブーストコンバーター）
- ステップダウンチョッパー（バックコンバーター）
- ステップアップ/ダウンチョッパー（バックブーストコンバーター）
ステップアップチョッパー
昇圧チョッパーの平均電圧出力（V〜[.small]＃o＃〜）は、電圧入力（V〜[.small]＃s＃〜）よりも大きくなっています。 次の図は、ステップアップチョッパーの構成を示しています。
電流および電圧波形
V〜[.small]＃0＃〜（平均電圧出力）は、以下の波形に示すように、チョッパーがオンになったときは正、チョッパーがオフになったときは負です。
どこで
T〜[.small]＃ON＃〜–チョッパーがオンのときの時間間隔
T〜[.small]＃OFF＃〜–チョッパーがオフのときの時間間隔
V〜[.small]＃L＃〜–負荷電圧
V〜[.small]＃s＃〜–ソース電圧
T –チョッピング時間= T〜[.small]＃ON＃〜＆plus; T〜[.small]＃OFF＃〜
V〜[.small]＃o＃〜は次のように与えられます-
チョッパー（CH）がオンになると、負荷が短絡されるため、* T〜[.small]＃ON＃〜*の期間の電圧出力はゼロになります。 さらに、この間にインダクタが充電されます。 これにより、V〜[.small]＃S＃〜= V〜[.small]＃L＃〜が得られます。
$ L \ frac \ {di} \ {dt} = V _ \ {S}、$ $ \ frac \ {\ Delta i} \ {T _ \ {ON}} = \ frac \ {V _ \ {S}} \ { L} $
したがって、$ \ Delta i = \ frac \ {V _ \ {S}} \ {L} T _ \ {ON} $
Δi=はインダクタのピークツーピーク電流です。 チョッパー（CH）がオフの場合、放電はインダクターLを介して発生します。 したがって、V〜[.small]＃s＃〜とV〜[.small]＃L＃〜の合計は次のように与えられます-
$ V _ \ {0} = V _ \ {S} + V _ \ {L}、\ quad V _ \ {L} = V _ \ {0} -V _ \ {S} $
しかし、$ L \ frac \ {di} \ {dt} = V _ \ {0} -V _ \ {S} $
したがって、$ L \ frac \ {\ Delta i} \ {T _ \ {OFF}} = V _ \ {0} -V _ \ {S} $
これにより、$ \ Delta i = \ frac \ {V _ \ {0} -V _ \ {S}} \ {L} T _ \ {OFF} $
オン状態からΔiをオフ状態からΔiに等しくすると、
$ \ frac \ {V _ \ {S}} \ {L} T _ \ {ON} = \ frac \ {V _ \ {0} -V _ \ {S}} \ {L} T _ \ {OFF} $、$ V_ \ {S} \ left（T _ \ {ON} + T _ \ {OFF} \ right）= V _ \ {0} T _ \ {OFF} $
$ V _ \ {0} = \ frac \ {TV _ \ {S}} \ {T _ \ {OFF}} = \ frac \ {V _ \ {S}} \ {\ frac \ {\ left（T + T _ \ {オン} \ right）} \ {T}} $
これにより、平均電圧出力は次のようになります。
上記の式は、V〜o〜がV〜[.small]＃S＃〜から無限まで変化できることを示しています。 出力電圧は常に電圧入力よりも大きいことが証明されているため、電圧レベルを上げたり上げたりします。
降圧チョッパー
これは、降圧コンバーターとも呼ばれます。 このチョッパーでは、平均電圧出力V〜[.small]＃O＃〜は入力電圧V〜[.small]＃S＃〜よりも小さくなっています。 チョッパーがオンのとき、V〜[.small]＃O＃〜= V〜[.small]＃S＃〜、チョッパーがオフのとき、V〜[.small]＃O＃〜= 0
チョッパーがオンのとき-
$ V _ \ {S} = \ left（V _ \ {L} + V _ \ {0} \ right）、\ quad V _ \ {L} = V _ \ {S} -V _ \ {0}、\ quad L \ frac \ {di} \ {dt} = V _ \ {S} -V _ \ {0}、\ quad L \ frac \ {\ Delta i} \ {T _ \ {ON}} = V _ \ {s} + V _ \ { 0} $
したがって、ピークツーピーク電流負荷は、
$ \ Delta i = \ frac \ {V _ \ {s} -V _ \ {0}} \ {L} T _ \ {ON} $
回路図
*FD* はフリーホイールダイオードです。チョッパーがオフのとき、極性反転と放電がインダクタで発生します。 電流は、フリーホイールダイオードとインダクタを通って負荷に流れます。 これは与える、
-$ \ quad L \ frac \ {\ Delta i} \ {T _ \ {OFF}} = V _ \ {0} $に書き換えられました
式（i）と（ii）を等式化すると、
$ \ frac \ {V _ \ {S} -V _ \ {0}} \ {L} T _ \ {ON} = \ frac \ {V _ \ {0}} \ {L} T _ \ {OFF} $
$ \ frac \ {V _ \ {S} -V _ \ {0}} \ {V _ \ {0}} = \ frac \ {T _ \ {OFF}} \ {T _ \ {ON}} $
$ \ frac \ {V _ \ {S}} \ {V _ \ {0}} = \ frac \ {T _ \ {ON} -T _ \ {OFF}} \ {T _ \ {ON}} $
上記の式は以下を与えます。
式（i）は-
$ \ Delta i = \ frac \ {V _ \ {S} -DV _ \ {S}} \ {L} DT $、$ D = \ frac \ {T _ \ {ON}} \ {T} $から
$ = \ frac \ {V _ \ {S}-\ left（1-D \ right）D} \ {Lf} $
$ f = \ frac \ {1} \ {T} = $チョッピング頻度
電流および電圧波形
電流と電圧の波形を以下に示します-
降圧チョッパーの場合、電圧出力は常に電圧入力より小さくなります。 これは、以下の波形で示されています。
ステップアップ/ステップダウンチョッパー
これは、昇降圧コンバータとも呼ばれます。 電圧入力レベルを増減できます。 以下の図は、昇降圧チョッパーを示しています。
チョッパーがオンになると、インダクタLは電源電圧V〜[.small]＃s＃〜によって充電されます。 したがって、V〜[.small]＃s＃〜= V〜[.small]＃L＃〜。
なぜなら-
$ D = \ frac \ {T _ \ {ON}} \ {T} $および$ f = \ frac \ {1} \ {T} ……………… ………………………. \ left（iii \ right）$
チョッパーがオフに切り替えられると、インダクターの極性が反転し、これによりダイオードと負荷を介して放電します。
したがって、
$ L \ frac \ {\ Delta i} \ {T _ \ {OFF}} =-V _ \ {0} $、したがって$ \ Delta i =-\ frac \ {V _ \ {0}} \ {L} T_ \ {OFF} ………………………….. \ left（iv \ right）$
方程式（iii）と（iv）を評価すると、
$ \ frac \ {DV _ \ {S}} \ {Lf} =-\ frac \ {V _ \ {0}} \ {L} T _ \ {OFF} $、$ DV _ \ {S} =-DV _ \ {S } =-V _ \ {0} T _ \ {OFF} f $
$ DV _ \ {S} =-V _ \ {0} \ frac \ {T-T _ \ {ON}} \ {T} =-V _ \ {0} \ left（1- \ frac \ {T _ \ {ON} } \ {T} \ right）$、$ V _ \ {0} =-\ frac \ {DV _ \ {S}} \ {1-D} $
$ D = \ frac \ {T _ \ {ON}} \ {T} = \ frac \ {T-T _ \ {OFF}} \ {1-D} $
これは与える、
$ V _ \ {0} = \ frac \ {DV _ \ {S}} \ {1-D} $
Dは0〜1の範囲で変更できます。 とき、D = 0; V〜[.small]＃O＃〜= 0
D = 0.5の場合、V〜[.small]＃O＃〜= V〜[.small]＃S＃〜
場合、D = 1、V〜[.small]＃O＃〜=∞。
したがって、0≤D≤0.5の区間では、出力電圧は0≤V〜[.small]＃O＃〜<V〜[.small]＃S＃〜の範囲で変化し、降圧または降圧動作が行われます。 一方、0.5≤D≤1の区間では、出力電圧はV〜[.small]＃S＃〜≤V〜[.small]＃O＃〜≤∞の範囲で変化し、ステップアップまたはブースト操作が行われます。
