|
Dokument bez názvu
Galvanotechnické aplikácie vo svojich procesoch sú charakteristické malým výstupným napätím a veľkými výstupnými prúdmi s hodnotami tisícky ampérov. Výstupné napätia majú hodnoty rádovo jednotky až desiatky voltov. Tieto výstupné parametre spôsobujú značné straty na výstupných usmerňovacích diódach a znižujú účinnosť zdroja. Cieľom projektu je zlepšiť ekologické parametre zdroja, znížiť straty vo výstupných usmerňovacích prvkoch. Princíp spočíva v nahradení usmerňovacej diódy MOSFET tranzistorom pracujúcom v treťom kvadrante s čo najmenším odporom v zopnutom stave RDS(ON).
Meranie sa uskutočnilo na zdroji zloženého z dvoch nezávislých blokov obr.1. Blok v pozadí obsahuje usmerňovacie diódy, blok vpredu má diódy nahradené tranzistorovým modulom.
obr. 1 pohľad na vzorku zdroja, v pozadí diódový usmerňovač, v popredí synchrónny usmerňovač, vpravo riadenia jednotlivých blokov
Tranzistory synchrónneho usmerňovača je potrebné zopínať v správnych intervaloch. Spínacie signály sú privedené z primárneho vinutia budiaceho transformátora IGBT modulov striedača do pomocného budiaceho transformátora synchrónneho usmerňovača v pravej časti obr.2.
Signál je upravený v budiči v ľavej časti obr.2 a privedený do tranzistorového modulu synchrónneho usmerňovača.
obr.2 vľavo budiace obvody synchrónnych tranzistorov, vpravo budiaci transformátor
Experimentálne merania boli uskutočnené na bloku diódového a synchrónneho usmerňovača a výsledky spracované do tabuľky a grafu.
Merania na bloku synchrónneho usmerňovača boli uskutočnené na dvoch typoch MOSFET tranzistorov.
V prvom prípade boli použité tranzistory STV240N75F3 s odporom v zopnutom stave RDS(ON) = 2,3 mΩ, ktoré boli naletované na medenú pásovinu obr.3. Tento modul bol určení pre menšie výkony. Je vyrobení zo štyroch tranzistorov, každá dióda je nahradená jedným tranzistorom.
obr.3 Tranzistorový modul s tranzistormi STV240N75F3
Merania boli realizované s maximálnym prúdom 50A. V nasledovnej tabuľke.1 a grafe.1 sú znázornené výsledky meraní. Synchrónny usmerňovač má v porovnaní s diódovým usmerňovačom lepšiu účinnosť v priemere o 5,5%.
|
STV240N75F3
|
|
synchrónny usmerňovač
|
|
diódovy usmerňovač
|
|
U IN
|
I IN
|
P IN
|
U OUT
|
I OUT
|
P OUT
|
účinnosť
|
|
U IN
|
I IN
|
P IN
|
U OUT
|
I OUT
|
P OUT
|
účinnosť
|
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[%]
|
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[%]
|
|
200,00
|
0,03
|
5,00
|
7,49
|
0,05
|
0,37
|
7,49
|
|
200,00
|
0,03
|
5,20
|
7,06
|
0,03
|
0,21
|
4,07
|
|
200,00
|
0,21
|
41,00
|
6,69
|
5,26
|
35,19
|
85,83
|
|
200,00
|
0,22
|
44,40
|
6,41
|
5,59
|
35,83
|
80,70
|
|
200,00
|
0,37
|
74,20
|
6,32
|
10,38
|
65,60
|
88,41
|
|
200,00
|
0,39
|
77,60
|
6,15
|
10,53
|
64,76
|
83,45
|
|
200,00
|
0,54
|
107,20
|
6,26
|
15,34
|
96,03
|
89,58
|
|
200,00
|
0,52
|
104,60
|
6,10
|
14,51
|
88,51
|
84,62
|
|
200,00
|
0,71
|
141,20
|
6,20
|
20,46
|
126,85
|
89,84
|
|
200,00
|
0,72
|
144,20
|
6,03
|
20,27
|
122,23
|
84,76
|
|
200,00
|
0,86
|
172,20
|
6,16
|
25,17
|
155,05
|
90,04
|
|
200,00
|
0,88
|
175,40
|
5,97
|
24,82
|
148,18
|
84,48
|
|
200,00
|
1,03
|
205,40
|
6,10
|
30,17
|
184,04
|
89,60
|
|
200,00
|
1,05
|
209,00
|
5,92
|
29,73
|
176,00
|
84,21
|
|
200,00
|
1,20
|
239,40
|
6,06
|
35,33
|
214,10
|
89,43
|
|
200,00
|
1,27
|
254,20
|
5,86
|
36,34
|
212,95
|
83,77
|
|
200,00
|
1,35
|
270,60
|
6,02
|
40,10
|
241,40
|
89,21
|
|
200,00
|
1,42
|
283,20
|
5,82
|
40,52
|
235,83
|
83,27
|
|
200,00
|
1,54
|
307,60
|
5,97
|
45,70
|
272,83
|
88,70
|
|
200,00
|
1,57
|
314,60
|
5,77
|
44,60
|
257,34
|
81,80
|
|
200,00
|
1,69
|
338,20
|
5,93
|
50,30
|
298,28
|
88,20
|
|
200,00
|
1,79
|
358,40
|
5,71
|
51,00
|
291,21
|
81,25
|
tab.1 Namerané hodnoty pre modul STV240N75F3
graf.1 Porovnanie účinnosti pre modul s tranzistormi STV240N75F3
Pre väčšie výkony bol použitý modul s tranzistorov IRF3805S-7P s odporom v zopnutom stave RDS(ON) = 2,6 mΩ. Tranzistory boli naletované na medenú pásovinu a prichytené k hliníkovej základni obr.4. Tento modul mal celkovo 24 tranzistorov, každý usmerňovací prvok tvorilo šesť paralelných tranzistorov. Paralelné kombinácie tranzistorov zmenšili celkový odpor RDS(ON).
obr.4 Tranzistorový modul s tranzistormi IRF3805S-7P
Výsledky merania sú v nasledovnej tabuľke.2 a grafe.2. Meranie prebiehalo do prúdu 150A, účinnosť synchrónneho usmerňovača je vyššia v priemere o 7%
|
merané s tranzistorovým modulom IRF3805S-7P
|
|
synchrónny usmerňovač
|
|
diódovy usmerňovač
|
|
U IN
|
I IN
|
P IN
|
U OUT
|
I OUT
|
P OUT
|
účinnosť
|
|
U IN
|
I IN
|
P IN
|
U OUT
|
I OUT
|
P OUT
|
účinnosť
|
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[%]
|
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[V]
|
[A]
|
[W]
|
[%]
|
|
200,00
|
0,20
|
40,80
|
6,81
|
5,00
|
34,05
|
83,46
|
|
200,00
|
0,22
|
43,00
|
6,48
|
5,20
|
33,69
|
78,35
|
|
200,00
|
0,37
|
73,00
|
6,34
|
10,20
|
64,67
|
88,59
|
|
200,00
|
0,39
|
77,80
|
6,19
|
10,30
|
63,76
|
81,95
|
|
200,00
|
0,53
|
105,60
|
6,28
|
15,10
|
94,83
|
89,80
|
|
200,00
|
0,58
|
115,40
|
6,11
|
15,80
|
96,54
|
83,66
|
|
200,00
|
0,70
|
140,40
|
6,23
|
20,30
|
126,47
|
90,08
|
|
200,00
|
0,74
|
147,60
|
6,05
|
20,40
|
123,42
|
83,62
|
|
200,00
|
0,86
|
171,00
|
6,19
|
25,00
|
154,75
|
90,50
|
|
200,00
|
0,91
|
182,40
|
5,99
|
25,40
|
152,15
|
83,41
|
|
200,00
|
1,02
|
204,00
|
6,14
|
30,00
|
184,20
|
90,29
|
|
200,00
|
1,10
|
220,40
|
5,94
|
30,90
|
183,55
|
83,28
|
|
200,00
|
1,20
|
239,20
|
6,10
|
35,30
|
215,33
|
90,02
|
|
200,00
|
1,24
|
248,60
|
5,90
|
35,00
|
206,50
|
83,07
|
|
200,00
|
1,36
|
272,40
|
6,04
|
40,40
|
244,02
|
89,58
|
|
200,00
|
1,44
|
287,00
|
5,84
|
40,60
|
237,10
|
82,61
|
|
200,00
|
1,53
|
305,40
|
6,00
|
45,30
|
271,80
|
89,00
|
|
200,00
|
1,60
|
319,40
|
5,80
|
45,20
|
262,16
|
82,08
|
|
200,00
|
1,69
|
337,60
|
5,96
|
50,20
|
299,19
|
88,62
|
|
200,00
|
1,78
|
356,20
|
5,75
|
50,60
|
290,95
|
81,68
|
|
200,00
|
1,86
|
371,20
|
5,95
|
55,20
|
328,44
|
88,48
|
|
200,00
|
1,94
|
387,40
|
5,73
|
55,00
|
315,15
|
81,35
|
|
200,00
|
2,01
|
402,80
|
5,93
|
60,10
|
356,39
|
88,48
|
|
200,00
|
2,09
|
418,40
|
5,71
|
59,60
|
340,32
|
81,34
|
|
200,00
|
2,18
|
435,40
|
5,91
|
65,20
|
385,33
|
88,50
|
|
200,00
|
2,29
|
458,80
|
5,69
|
65,60
|
373,26
|
81,36
|
|
200,00
|
2,36
|
471,80
|
5,89
|
70,80
|
417,01
|
88,39
|
|
200,00
|
2,46
|
491,20
|
5,68
|
70,30
|
399,30
|
81,29
|
|
200,00
|
2,50
|
500,60
|
5,88
|
75,20
|
442,18
|
88,33
|
|
200,00
|
2,61
|
521,80
|
5,66
|
74,80
|
423,37
|
81,14
|
|
200,00
|
2,66
|
531,80
|
5,86
|
80,00
|
468,80
|
88,15
|
|
200,00
|
2,80
|
560,60
|
5,64
|
80,50
|
454,02
|
80,99
|
|
200,00
|
2,84
|
567,40
|
5,85
|
85,50
|
500,18
|
88,15
|
|
200,00
|
2,98
|
595,40
|
5,63
|
85,60
|
481,93
|
80,94
|
|
200,00
|
3,00
|
600,40
|
5,83
|
90,70
|
528,78
|
88,07
|
|
200,00
|
3,13
|
626,60
|
5,61
|
90,30
|
506,58
|
80,85
|
|
200,00
|
3,15
|
629,00
|
5,81
|
95,10
|
552,53
|
87,84
|
|
200,00
|
3,29
|
658,40
|
5,60
|
95,00
|
532,00
|
80,80
|
|
200,00
|
3,32
|
663,40
|
5,80
|
100,50
|
582,90
|
87,87
|
|
200,00
|
3,47
|
693,80
|
5,58
|
100,20
|
559,12
|
80,59
|
|
200,00
|
3,47
|
694,40
|
5,76
|
105,30
|
606,84
|
87,39
|
|
200,00
|
3,66
|
731,20
|
5,57
|
105,80
|
589,31
|
80,59
|
|
200,00
|
3,64
|
727,80
|
5,75
|
110,50
|
635,38
|
87,30
|
|
200,00
|
3,81
|
762,40
|
5,55
|
110,40
|
612,72
|
80,37
|
|
200,00
|
3,78
|
755,20
|
5,73
|
114,80
|
657,80
|
87,10
|
|
200,00
|
3,97
|
794,40
|
5,54
|
115,20
|
638,21
|
80,34
|
|
200,00
|
3,94
|
787,40
|
5,72
|
120,00
|
686,40
|
87,17
|
|
200,00
|
4,15
|
830,60
|
5,53
|
120,70
|
667,47
|
80,36
|
|
200,00
|
4,10
|
819,80
|
5,69
|
124,90
|
710,68
|
86,69
|
|
200,00
|
4,32
|
863,00
|
5,51
|
125,50
|
691,51
|
80,13
|
|
200,00
|
4,29
|
857,20
|
5,68
|
130,90
|
743,51
|
86,74
|
|
200,00
|
4,47
|
894,20
|
5,50
|
130,20
|
716,10
|
80,08
|
|
200,00
|
4,42
|
884,80
|
5,66
|
135,30
|
765,80
|
86,55
|
|
200,00
|
4,65
|
929,20
|
5,48
|
135,40
|
741,99
|
79,85
|
|
200,00
|
4,57
|
914,80
|
5,65
|
140,00
|
791,00
|
86,47
|
|
200,00
|
4,82
|
964,00
|
5,47
|
140,70
|
769,63
|
79,84
|
|
200,00
|
4,75
|
949,00
|
5,63
|
145,50
|
819,17
|
86,32
|
|
200,00
|
5,00
|
999,00
|
5,45
|
146,00
|
795,70
|
79,65
|
|
200,00
|
4,91
|
982,40
|
5,61
|
150,70
|
845,43
|
86,06
|
|
200,00
|
5,14
|
1028,80
|
5,44
|
150,50
|
818,72
|
79,58
|
tab.2 Namerané hodnoty pre modul IRF3805S-7P
graf.2 Porovnanie účinnosti pre modul s tranzistormi IRF3805S-7P
V predchádzajúcich experimentoch je porovnaný synchrónny usmerňovač s diódovým usmerňovačom. Synchrónny usmerňovač má pre obidva tranzistorové moduly vyššiu účinnosť. Najvyššia dosiahnutá účinnosť bola pri výstupnom prúde 25A s tranzistormi IRF3805S-7P. Pri maximálnom meranom výstupnom prúde 150A bola dosiahnutá účinnosť 86%, rozdiel medzi klasickým diódovým usmerňovačom je 6,5%.
|