Skip to content
Učionica

1. kolokvijum, Zadatak 3

Jednokvadrantni čoper sa IGBT-om, faktor ispune: rešen zadatak

Zadatak sa kolokvijuma iz predmeta Energetska elektronika 1, FTN Novi Sad, 12. decembra 2020. Rešenje: Miloš Sarić

Energetska elektronika 1, FTN Novi Sad

Zadatak

Jednokvadrantni čoper napaja otpornik. Čoper je napravljen pomoću IGBT-a. Potreban jednosmerni napon obezbeđuje baterija (48 V).

  1. Koliki treba da bude faktor ispune ako je potrebna srednja vrednost izlaznog napona od 12 V?
  2. Kolika je tada snaga potrošača?
  3. Nacrtati kolo i sve relevantne talasne oblike za ovaj radni režim.
  4. Odrediti struju kolektora i napona na tranzistoru u uključenom i isključenom stanju.

Dati su podaci: R=5 ΩR = 5\ \Omega, f=5f = 5 kHz, UCE(To)=1,3U_{CE(To)} = 1{,}3 V, rCE=0,01 Ωr_{CE} = 0{,}01\ \Omega, ICES=1I_{CES} = 1 mA.

R48 VIGBT
Jednokvadrantni čoper sa otpornim potrošačem

Poznato

  • U=48U = 48V
  • Usr=12U_{sr} = 12V
  • R=5R = 5Ω
  • f=5f = 5kHz
  • UCE(To)=1,3U_{CE(To)} = 1{,}3V
  • rCE=0,01r_{CE} = 0{,}01Ω
  • ICES=1I_{CES} = 1mA

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Čoper naizmenično priključuje bateriju na otpornik, a srednji napon se podešava faktorom ispune. Potrošač je čisto otporan, pa je struja u svakom stanju stalna i nema diode za slobodan tok. Prvo se određuju veličine u dva stanja, sa stvarnim karakteristikama tranzistora, a iz njih faktor ispune i snaga.

d) Struja kolektora i napon tranzistora

U uključenom stanju tranzistor se predstavlja naponom praga i otpornošću, UCE=UCE(To)+rCEICU_{CE} = U_{CE(To)} + r_{CE} I_C, pa je iz naponske jednačine kola:

IC=U−UCE(To)R+rCE=48−1,35+0,01=9,321 AUCE=1,3+0,01⋅9,321=1,393 V\begin{aligned} I_C &= \frac{U - U_{CE(To)}}{R + r_{CE}} = \frac{48 - 1{,}3}{5 + 0{,}01} = 9{,}321\ \text{A} \\ U_{CE} &= 1{,}3 + 0{,}01 \cdot 9{,}321 = 1{,}393\ \text{V} \end{aligned}

U isključenom stanju kroz tranzistor teče samo struja curenja, IC=ICES=1I_C = I_{CES} = 1 mA, pa je na otporniku 5 mV, a na tranzistoru praktično pun napon baterije:

UCE=U−ICESR=47,995 VU_{CE} = U - I_{CES} R = 47{,}995\ \text{V}

a) Faktor ispune

Bez gubitaka u tranzistoru bilo bi D=Usr/U=0,25D = U_{sr}/U = 0{,}25. Sa stvarnim tranzistorom napon na otporniku je u uključenom stanju ICR=46,61I_C R = 46{,}61 V, pa je:

D⋅46,61+(1−D)⋅5⋅10−3=12D=0,2574\begin{aligned} D \cdot 46{,}61 + (1 - D) \cdot 5 \cdot 10^{-3} &= 12 \\ D &= 0{,}2574 \end{aligned}

Pri f=5f = 5 kHz perioda je T=200 μT = 200\ \mus, pa tranzistor vodi ton=51,5 μt_{on} = 51{,}5\ \mus, a ne vodi toff=148,5 μt_{off} = 148{,}5\ \mus.

b) Snaga potrošača

Snaga se računa iz efektivne vrednosti, a ne iz srednje, pa se sabiraju snage u dva stanja:

P=D⋅IC2R+(1−D)⋅ICES2R=0,2574⋅46,61⋅9,321=111,8 W\begin{aligned} P &= D \cdot I_C^2 R + (1 - D) \cdot I_{CES}^2 R \\ &= 0{,}2574 \cdot 46{,}61 \cdot 9{,}321 = 111{,}8\ \text{W} \end{aligned}

Sa idealnim tranzistorom bi bilo DU2/R=115,2D U^2 / R = 115{,}2 W.

c) Talasni oblici

tuRtuCEtontoffT
Napon potrošača i napon tranzistora tokom dve periode

Rezultat

a) Faktor ispune: D=0,2574D = 0{,}2574 (idealno 0,25).

b) Snaga potrošača: P=111,8P = 111{,}8 W.

d) Uključeno: IC=9,321I_C = 9{,}321 A, UCE=1,393U_{CE} = 1{,}393 V. Isključeno: IC=1I_C = 1 mA, UCE=47,995U_{CE} = 47{,}995 V.

Slični zadaci

Teme

DC-DC pretvarači

Ispit u PDF-u, na Drive-u (otvara se u novom tabu)

Folder predmeta Energetska elektronika 1Na Drive-u: Predavanja · Kolokvijumi i ispiti · Studentske beleške

Ako si autor nečega što je ovde i želiš da se ukloni, piši mi na milossaric@outlook.com i uklanjam ga.