Chopper (elektronikk) - Chopper (electronics)

Skjematisk av en omformer som bruker en vibrator som en helikopter.

I elektronikk er en helikopterkrets en av mange typer elektroniske koblingsenheter og kretser som brukes i effektstyring og signalapplikasjoner. En helikopter er en enhet som konverterer fast likestrøminngang til en variabel likestrøm utgangsspenning direkte. I hovedsak er en helikopter en elektronisk bryter som brukes til å avbryte ett signal under kontroll av et annet.

I applikasjoner for kraftelektronikk , siden bryterelementet enten er helt på eller helt av, er tapene lave og kretsen kan gi høy effektivitet. Imidlertid er strømmen som tilføres lasten diskontinuerlig og kan kreve utjevning eller høy koblingsfrekvens for å unngå uønskede effekter. I signalbehandlingskretser stabiliserer bruk av en helikopter et system mot drift av elektroniske komponenter; det originale signalet kan gjenopprettes etter forsterkning eller annen prosessering av en synkron demodulator som i hovedsak opphever "hakking" -prosessen.

Sammenligning (trinn ned chopper og trinn opp chopper)

Sammenligning mellom trinn opp og nedhakker:

Trinn ned chopper Trinn opp hakkeren
Utgangsspenning 0 til V volt V til +∞ volt
Plasseringen av hakselbryteren I serie med last Parallelt med belastning
Uttrykk for utgangsspenning VL dc = D × V volt V o = V/(1 - D) volt
Ekstern induktans Ikke obligatorisk Nødvendig for å øke utgangsspenningen
Bruk For motordrift, for motorbelastning For regenerativ bremsing for motorbelastning.
Type hakker Enkelt kvadrant Enkelt kvadrant
Driftskvadrant 1. kvadrant 1. kvadrant
applikasjoner Motorhastighetsregulering Batterilading/spenningsforsterkere

applikasjoner

Hakkerkretser brukes i flere applikasjoner, inkludert:

Kontrollstrategier

For alle helikopterkonfigurasjonene som opererer fra en fast DC -inngangsspenning, kontrolleres gjennomsnittsverdien av utgangsspenningen ved periodisk åpning og lukking av bryterne som brukes i helikopterkretsen. Den gjennomsnittlige utgangsspenningen kan styres av forskjellige teknikker, nemlig:

Ved pulsbreddemodulasjon slås bryterne på med en konstant kuttefrekvens. Den totale tidsperioden for en syklus med utgangsbølgeform er konstant. Den gjennomsnittlige utgangsspenningen er direkte proporsjonal med PÅ -tiden for hakkeren. Forholdet mellom PÅ -tid og total tid er definert som driftssyklus. Det kan varieres mellom 0 og 1 eller mellom 0 og 100%. Pulsbreddemodulering (PWM), eller pulsvarighet modulasjon (PDM), er en teknikk som brukes for å kode en melding til et pulssignal. Selv om denne modulasjonsteknikken kan brukes til å kode informasjon for overføring, er dens viktigste bruk å tillate kontroll av strømmen som tilføres elektriske enheter, spesielt til treghetsbelastninger som motorer. Gjennomsnittsverdien av spenning (og strøm) som mates til lasten, kontrolleres ved å slå bryteren mellom forsyning og belastning på og av raskt. Jo lengre bryteren er slått på i forhold til avstengingsperioder, jo høyere blir total effekt levert til lasten. PWM -koblingsfrekvensen må være mye høyere enn det som ville påvirke lasten (enheten som bruker strømmen), det vil si at den resulterende bølgeformen som oppfattes av lasten må være så jevn som mulig. Vanligvis må bytte utføres flere ganger i minuttet i en elektrisk komfyr, 120 Hz i en lampedimmer, fra få kilohertz (kHz) til titalls kHz for en motordrift og godt inn i titalls eller hundrevis av kHz i lydforsterkere og datamaskiner strømforsyninger.

Ved frekvensmodulering genereres pulser med en fast amplitude og varighet, og gjennomsnittlig verdi for utgang justeres ved å endre hvor ofte pulser genereres.

Variabel pulsbredde og frekvens kombinerer både endringer i pulsbredde og repetisjonshastighet.

Hakkere forsterkere

En klassisk bruk for en helikopterkrets og der begrepet fremdeles er i bruk, er i helikopterforsterkere . Dette er DC -forsterkere. Noen typer signaler som trenger forsterkning kan være så små at det kreves en utrolig høy forsterkning , men DC -forsterkere med svært høy forsterkning er mye vanskeligere å bygge med lav forskyvning og 1/ støy, og rimelig stabilitet og båndbredde . Det er mye lettere å bygge en AC -forsterker i stedet. En helikopterkrets brukes til å bryte opp inngangssignalet slik at det kan behandles som om det var et vekselstrømssignal, og deretter integreres tilbake til et likestrømssignal ved utgangen. På denne måten kan ekstremt små DC -signaler forsterkes. Denne tilnærmingen brukes ofte i elektronisk instrumentering der stabilitet og nøyaktighet er avgjørende; for eksempel er det mulig å bruke disse teknikkene til å konstruere pico-voltmetere og Hall-sensorer .

Den inngangsoffsetspenning av forsterkere blir viktig når man prøver å forsterke svake signaler med meget høy forsterkning. Fordi denne teknikken skaper en veldig lav inngangsforskyvningsspenningsforsterker, og fordi denne inngangsforskyvningsspenningen ikke endrer seg mye med tid og temperatur, kalles disse teknikkene også "zero-drift" -forsterkere (fordi det ikke er noen drift i inngangsspenningsspenningen med tiden og temperatur). Beslektede teknikker som også gir disse null-drift-fordelene, er auto-zero og chopper-stabiliserte forsterkere.

Auto-zero-forsterkere bruker en sekundær hjelpeforsterker for å korrigere inngangsspenningsspenningen til en hovedforsterker. Chopper-stabiliserte forsterkere bruker en kombinasjon av auto-zero og chopper-teknikker for å gi noen utmerkede DC-presisjonsspesifikasjoner.

Noen eksempler på hakkere og auto-zero-forsterkere er LTC2050, MAX4238/MAX4239 og OPA333.

Formler

Step-up hakker

La oss ta en generell step-up chopper med spenningskilde som er i serie med induktoren , dioden og belastningen med gjennomsnittlig spenning . Hakkerbryteren ville være parallell med seriedioden og belastningen. Når chopperbryteren er på, blir utgangen kortsluttet. Bruke Kirchhoff spenningslov for å bestemme induktorspenning ,

Og tar den gjennomsnittlige strømmen innen avstengningstiden,

Hvor er tiden da en lastespenning er tilstede og endringsstrømmen mht . Når hakselbryteren er slått av og bruker Kirchhoff Spenningslov for å bestemme induktorspenning i forhold til gjennomsnittlig strøm innen oppstartstiden,

Hvor er tiden da en lastespenning er null. Likestiller både gjennomsnittlig strøm og tar arbeidssyklusen ,

hvor er gjennomsnittlig utgangsspenning.

Step-down hakker

Tar en generell nedtrappingshakker med spenningskilde som er i serie med hakkerbryteren, induktoren og belastningen med spenning . Dioden ville være parallell med serieinduktoren og belastningen. På samme måte ved å likestille gjennomsnittlig induktorstrøm under inn- og utkoblingstiden, kan vi få gjennomsnittsspenningen med

hvor er den gjennomsnittlige utgangsspenning , er den driftssyklus , og er den kildespenning.

Step-up / step-down hakker

Ved å ta en generell buck-boost-helikopter som fungerer som opp- og nedhakker, la spenningskilden være i serie med hakselbryteren , omvendt forspent diode og belastningen med spenning . Induktoren ville være parallell med seriedioden og belastningen. På samme måte ved å likestille gjennomsnittlig induktorstrøm under inn- og utkoblingstiden, kan vi få gjennomsnittsspenningen med

hvor er den gjennomsnittlige utgangsspenning , er den driftssyklus , og er den kildespenning.

Se også

Referanser

  1. ^ US patent 7132883 - Chopper chopper -stabilisert instrumentering og operasjonelle forsterkere
  2. ^ LTC2050
  3. ^ MAX4238/MAX4239
  4. ^ OPA333
  5. ^ a b c Singh, MD (2008-07-07). Power Electronics . Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9780070583894.

Litteratur