Hakkurin tarkka toiminta

Seuraa 
Viestejä45973
Liittynyt3.9.2015

Tässä olen väsäillyt labratyötä Step-Up ja Step-Down hakkureista.

Näistä pitää tehdä täydellinen selostus miten sähkö käyttäytyy kyseisillä piireillä.

Olen itse pähkäillyt toimintaa muutaman päivän, joten jos tässä mun selityksessä on jotain vikaa niin kertokaa?

STEP-UP HAKKURI

Step-Up muuttaja nostaa tasajännitettä halutulle tasolle, joten ulostulo virran täytyy suhteessa pienentyä. Puolijohdekytkimen johtaessa piiri on ns. ”oikosulussa”, jolloin kelan virta ja kelan rautasydämeen varastoitunut energia kasvavat. Diodi estää kondensaattorin purkautumisen puolijohdekytkimen kautta, joten kondensaattori purkautuu itse kuormaan päin. Kun puolijohdekytkin sammutetaan, niin kelan sydämeen (ilma, rauta jne.) varastoitunut energia indusoituu itse kelan kierrettyyn kuparilangoitukseen jännitepiikkinä (kela vastustaa virran muutosta). Kelan energia purkautuu diodin kautta kuormalle (jännite korkeampi ja virta matalampi).

STEP-DOWN HAKKURI

Step-Down muuttaja laskee tasajännitettä sopivaksi erilaisille kulutuslaitteille. Puolijohdekytkimen johtaessa kuorma saa tietyn tasajännitteen ja näin diodi on estotilassa. Tällöin kuormavirta kasvaa kuorman aikavakion määräämällä nopeudella. Kun puolijohdekytkin sammutetaan, niin kuormavirta kommutoi nolladiodille ja näin kuormavirta vähenee aikavakion määräämällä nopeudella.

RIPPELI
Ripple eli rippeli käsite tarkoittaa virran tai jännitteen vaihtelua keskiarvosta. Rippelin aikajaksoa voidaan säätää pienemmäksi hakkurin suuremmalla taajuudella ja näin hyötysuhde nousee. Eli piirin aikavakiokomponentti ei pääse vaikuttamaan tehon laskuun, kun käytetään korkeampia taajuuksia.

Step-downissa on vielä vähän epäselväää miten se jännite laskee..
hmm.. jospa noi selitykset menisi läpi?

EDIT: LISÄSELVITYSTÄ
Hakkuri eli muuttaja perustuu virran nopeaan pätkimiseen puolijohdekytkimellä, jolla voidaan luoda haluttu jännite.

Näyttää siltä, että muuttajan hyötysuhde nousee, kun taajuus on korkeampi. Tämä siis pätee vain pienemmillä taajuuksilla. Jos puhutaan kymmenistä kilohertseistä, niin hyötysuhde ei enää nouse niin radikaalisesti. Korkeilla taajuuksilla hyötysuhde voi jopa laskea. Esimerkiksi muuntajien sydämet kyllästyvät ja Elko-kondensaattoreissa alkaa esiintyä ei toivottuja ominaisuuksia (induktanssia korkeilla taajuuksilla) sekä diodien että puolijohdekytkimien nopeus on myös rajallinen.

Suuremmissa taajuuksissa on ainakin se hyvä puoli että voidaan käyttää pienempiä muuntajasydämiä sekä pienempiä elektroniikan komponentteja.

Sivut

Kommentit (18)

Neutroni
Seuraa 
Viestejä26912
Liittynyt16.3.2005
PoLe
Tässä olen väsäillyt labratyötä Step-Up ja Step-Down hakkureista.

Näistä pitää tehdä täydellinen selostus miten sähkö käyttäytyy kyseisillä piireillä.

Olen itse pähkäillyt toimintaa muutaman päivän, joten jos tässä mun selityksessä on jotain vikaa niin kertokaa?

Kyllä tuo pääsääntöisesti oli ihan järkevää. Tiedä sitten sen täydellisyydestä. Ehkä se riittä opinnäytteeksi, mutta minusta täydellisessä ymmärryksessä ei ole mustia "switchin control unit" -laatikoita.

ovolo
Seuraa 
Viestejä5371
Liittynyt7.7.2007
Veikko
Tuosta step-down hakkurin kuvauksesta tulee mieleen enemmänkin PWM säädin.

Niinpä tietysti, kun step down-hakkurin ulostulojännitettä säädetään yleensä pulssinleveysmodulaatiolla (PWM) eli muuttamalla (työ-)pulssin pituutta. Sama juttu tuossa step up-hakkurissa. Pulssin pituudella säädetään kelaan varastoituvaa energiaa ja sitä myöten ulostulojännitettä. Step up-kytkennässä on myös huomattava, että inputjännite on sarjassa kelassa muodostuvan jännitteen kanssa, eli syöttöjännite on osa ulostulojännitettä.

Muuten tuo PoLen step down-hakkuri on piirretty hieman väärin (L piirretty kuorman osaksi) . Induktanssi L on oleellinen osa sen toimintaa. Samoin ulostulossa yleensä on suodatus-/ohituskondensaattori. kuva alhaalla.

Edit: Vaihdettu kuvat...

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Kyllä tuossa alimmassa S2 tulisi piirtää diodina. Kytkin ei kuvaa diodia mitenkään havainnollisesti.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005
PoLe
Kelan energia purkautuu diodin kautta kuormalle (jännite korkeampi ja virta matalampi).

Kelan virta ei muutu heti matalammaksi, kun kommutointi alkaa diodin kautta. Virta nimenomaan pyrkii säilymään. Virran laskunopeus vain muuttuu riippuen jännitteestä minkä se kehittää purkaukseen. Piirrä kuvaajat! Sen verran avuksi kerron, että kelan virta nousee suoraviivaisesti vakiojännitteellä eli kelaan energiaa varattaessa. Kelan energiapaketin purkauksessa kelan jännite laskee virran pienetessä ja kuvaaja on asymptoottinen lähestyen nollaa.

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

Vierailija
ovolo
Veikko
Tuosta step-down hakkurin kuvauksesta tulee mieleen enemmänkin PWM säädin.



Niinpä tietysti, kun step down-hakkurin ulostulojännitettä säädetään yleensä pulssinleveysmodulaatiolla (PWM) eli muuttamalla (työ-)pulssin pituutta.

Lähinnä katselin, että siitä kytkennästä puuttui täysin alipäästösuodatus ja L oli kuvattu kuormaksi, mikä tarkoittaa sitä että laite ei itseasiassa laske kuormalle menevää jännitettä alemmas, vaan yksinkertaisesti pätkii sille menevää virtaa.

Eli se toimii PWM-moottorisäätimenä tai himmentimenä tms. eikä step-down hakkurina. Näillä on vissi ero käytännössä: moottori ei usein pyörähdä alennetulla jännitteellä, mutta PWM säädettynä pyörii koska vääntöpulssi ylittää lepokitkan. Tai ledi ei pala pienemmällä jännitteellä, mutta PWM säädettynä sitä voi himmentää, koska välkyntätaajuus riittävän suuri ettei ihminen sitä huomaa.

Vierailija
Veikko
ovolo
Veikko
Tuosta step-down hakkurin kuvauksesta tulee mieleen enemmänkin PWM säädin.



Niinpä tietysti, kun step down-hakkurin ulostulojännitettä säädetään yleensä pulssinleveysmodulaatiolla (PWM) eli muuttamalla (työ-)pulssin pituutta.



Lähinnä katselin, että siitä kytkennästä puuttui täysin alipäästösuodatus ja L oli kuvattu kuormaksi, mikä tarkoittaa sitä että laite ei itseasiassa laske kuormalle menevää jännitettä alemmas, vaan yksinkertaisesti pätkii sille menevää virtaa.

Eli se toimii PWM-moottorisäätimenä tai himmentimenä tms. eikä step-down hakkurina. Näillä on vissi ero käytännössä: moottori ei usein pyörähdä alennetulla jännitteellä, mutta PWM säädettynä pyörii koska vääntöpulssi ylittää lepokitkan. Tai ledi ei pala pienemmällä jännitteellä, mutta PWM säädettynä sitä voi himmentää, koska välkyntätaajuus riittävän suuri ettei ihminen sitä huomaa.

Joo.. tuota minä vähän epäilinkin että miten se voi laskea jännitettä.. kytkentäpiirrustus on tuossa siis vääränlainen.. PWM-säädinhän toi on..

Mutta labratyö on valmis ja tuossa ensiviikolla palautan sen.. jospa se menisi läpi
kiitokset vinkeistä.

ovolo
Seuraa 
Viestejä5371
Liittynyt7.7.2007
Paul M
Kyllä tuossa alimmassa S2 tulisi piirtää diodina. Kytkin ei kuvaa diodia mitenkään havainnollisesti.

Onhan se diodin kanssa ehkä helpompi ymmärtää, mutta hyötysuhteen takia (Diodin kynnysjännitteestä johtuvat häviöt) ainakin pienillä jännitteillä diodin tilalla usein käytetään synkronista CMOS, korjaan MOSFET-kytkintä...

Paul M
Seuraa 
Viestejä8560
Liittynyt16.3.2005

Miten se käytännössä toteutetaan kun MOSFET on toiseen suuntaan diodi?

Hiirimeluexpertti. Majoneesitehtailija. Luonnontieteet: Maailman suurin uskonto. Avatar on halkaistu tykin kuula

ovolo
Seuraa 
Viestejä5371
Liittynyt7.7.2007
Paul M
Miten se käytännössä toteutetaan kun CMOS on toiseen suuntaan diodi?

Toiseen suuntaan diodi, hmm...? Monesti kyllä CMOS, korjaus MOSFET-tehotransistoriin on integroitu diodi samalle piilastulle toiseen suuntaan, mutta ei välttämättä. Käytetäänhän niitä mikropiireissä analogiakytkimenäkin.

Tuossa kuitenkin muutama pdf-filu, mistä synkroninen kytkinjuttu selviää:

http://www.irf.com/product-info/fact_sheet/fs5083.pdf
http://www.siliconsemi.com/PDF_Files/re ... cts_r6.pdf
http://www.linear.com/pc/downloadDocume ... 1551,D4362

Sivut

Uusimmat

Suosituimmat