Forvard konvertor

Forvard konvertor (engl. forward converter) je posebna vrsta prekidačkog izvora napajanja koji se koristi za dobijanje izolovanog i kontrolisanog jednosmjernog napona od nekontrolisanog naizmjeničnog ulaznog ili jednosmjernog napajanja. Forvard konvertor je konvertor koji koristi namotaje transformatora da poveća ili smanji napon (to zavisi od spregnutosti namotaja u transformatoru) i obezbjeđuje galvansku izolaciju opterećenja.^[1]^[2]

Ovaj konvertor vrši istu ulogu kao i flajbek konvertor, s tim što je energetski mnogo efikasniji. Takođe, u poređenju sa faljbek konvertorom, on se koristi za uređaje kojima je potrebana veći izlazna snaga (raspona od 100 do 200 vati).

Struktura uredi

Uloga forvard konvertora nije da akumulira energiju (kao flajbek kenvertor) nego da je prenosi. Zbog toga jezgro transfornatora nema vazdušni procjep. Njegova osnovna struktura se sastoji od:

MOSFETA kao kontrolnog elementa
Transformatora čiji je primarni namotaj povezan serijski sa MOSFET-om prema ulazu, a sekundarni sa filtrom i ispravljačkim kolom

Često se transformator sastoji od tri i više sekundara, da bi se dobile različite vrijednosti izlaznog napona koji su potrebni nekom uređaju.

Rad uredi

Na Slici 2. prikazan je forvard konvertor sa jednim MOSFET-om. Foravard konvertor prenosi energiju za vrijeme provođenja MOSFET-a. Tokom ovog perioda napon $V_{1}$ je jednak ulaznom naponu. Namotaj $N_{2}$ je isto usmjeren kao i namotaj $N_{1}$ .

Slika 1 - Forvard konvertor sa jednim MOSFET-om

Kada MOSFET provodi napon $V_{2}$ (napon na namortaju $N_{2}$ ) je jednak $V_{i}n$ * $N_{2}$ / $N_{1}$ . Napon $V_{2}$ pobuđuje struju $I_{2}$ kroz diodu $D_{2}$ koja je tokom ovog perioda jednako struji $I_{3}$ kroz kalem L, koja puni tranzistor $C_{o}ut$ .

Tokom perioda kada MOSFET ne provodi, kroz namotaje $N_{1}$ i $N_{2}$ ne teče struja. Tada se kalem L prazni kroz diodu $D_{3}$ . Vrijednost napona $V_{3}$ je jednak nuli (zanemarujemo pad napona na diodi $D_{3}$ ).

Slika 2. - Talasni oblici kod Forvard konvertor sa jednim MOSFET-om.jpg

Tokom perioda kada je MOSFET zakočen, mognetni fluks transformatora mora da se smanji na nulu. Jezgro se demagnetizuje preko namotaja $N_{1}'$ kroz diodu $D_{1}$ do napona $V_{i}n$ . Pošto $N_{1}'$ ima isti broj navojaka kao i $N_{1}$ , to demagnetizaciji treba isto onoliko vremena koliko je MOSFET bio uključen. Zbog toga MOSFET treba da bude isključen najmanje onoliko vremena koliko je bio uključen, pa je maksimalni odnos $t_{1}$ /T jednak 0.5 (gdje je $t_{1}$ vrijeme dok je tranzistor uključen a T period jednog ciklusa).

Tokom vremena $t_{2}$ (dok je MOSFET isključen), napon na namotaju $N_{1}'$ je jednak izlaznom naponu $V_{i}n$ .

Ovaj napon će biti transformisan natrag na namotaj $N_{1}$ i tada je $V_{1}$ = - $V_{i}n$ .

Zbog ovoga napon drejn – sors će se popeti na $V_{d}s$ >=2* $V_{i}n$ .

Grafici značajnih napona i stuja su prikazani na slici 2.

Izlazni napon Vout je jednak srednjoj vrijednosti napona $V_{3}$ . To dovodi do formule

V_{out}=V_{in}{\frac {N_{2}}{N_{1}}}{\frac {t_{1}}{T}}

Neka je tajanje dok je MOSFET isključen minimalno pa je tada

{\frac {N_{2}}{N_{1}}}=2{\frac {V_{out}}{V_{in}}}

i

N_{1}=N'_{1}\!

Forvard konvertor sa dva tranzistora uredi

Interna struktura pojačavača tipa 741

Slika ovakog forvard tranzistora je data na slici 3.

Oba MOSFET-a su uključena u isto vrijeme. Tokom vremena kada provode, napon na primarnom namotaju je jednak ulaznom naponu $V_{i}n$ . Kada MOSFET-ovi ne provode transformator će se demagnetizovati preko dioda $D_{1}$ i $D_{2}$ do napona ulaza $V_{i}n$ . U poređenju sa forvard konvertorom sa jednim MOSFET-om ovaj tip ima prednost u tome što MOSFET-ovi blokiraju samo ulazni napon, a namotaj $N_{1}'$ nije potreban. Samim tim spregnutost namotaja transformatora nije tviše kritična. Sa ovim prednostima ovaj konvertor je, u odnosu na tip sa jednim MOSFET-om, pogodan za značajno veće izlazne snage (reda nekoliko kW).

Računanja parametara su ista kao kod forvard konvertora sa jednim MOSFET-om. Razlika je u tome što je za prekid rada MOSFET-a potraban napon $V_{d}s$ = $V_{i}n$ .

Ovaj tip fprvard konvertora se koristi kod elektronski regulisanskih aparata za varenje metala jednosmjernom strujom.

Istorija uredi

Slika 4. - Pejnterov forvard konvertor iz 1956. godine

Forvard konvertori u zadnjih 50 godina domoniraju na tržištu komercijalnih izvora napajanja koji prevazilaze snagu od 50 W.

Da bi stekli pravi utisak o razvoju forvard konvertora treba napomenuti sledeće: Hajnrih Rudolf Herc (1857 – 1894) je u svojim eksperimentima sa elektromagnetnim talasima koristio prosto faljbek kolo. Automobil Ford Model T, koji je proizvodila kompanija Ford od 1908. do 1927. godine, je imao sistem za paljenje na bazi flajbek konvertora. Bak end bust konvertori su se pajavili tokom ranih dvadesetih, a marta 1956. Pejnter je predstavio prvu shemu ovog konvertora (slika 4).

Zatim je 1963. Dadli koristio Pejnterovo kolo, međtim, on je koristio izlaz kola za resetovanje. Poslije toga je vlalo slabo interesovanje za ovaj konvertor, sve do sredine sedamdesetih. Tek je tada, tačnije 1975, forvard konvertor dobio formu kakvu dans ima. Tu verziju je predložila kompanija filips. Ova verzija je imala dva tranzistora i dvije diode za resetovanje i tercijelne namotaje.

Sa Karstenovom verzijom iz 1981. Forvard konvertor je široko prihvaćen.

Primjena uredi

Kao što smo rekli, forvard konvertor se koristi kod uređaja kojim aje potrebna veća izlazna snaga. Nađena mu je veika primjena u tehnologiji prekidačkih napajanja za kompjutere, televizore i razne druge elektronske uređaje. Takođe, koristi se kod automobila, gdje se od malih napona akumulatora dobijaju velike snage. Koriste se i kod uređaja za varenje.

Reference uredi

^ Hart, Daniel (2010). Power Electronics. William C Brown Publishing.
^ „Power Electronics” (PDF). National Programme on Technology Enhanced Learning. Arhivirano iz originala (PDF) 19. 2. 2012. g. Pristupljeno 20. 11. 2009.

Literatura uredi

Hart, Daniel (2010). Power Electronics. William C Brown Publishing.
Dokić, Branko L. (2007). Energetska elektronika - pretvarači i regulatori. Beograd/Banja Luka: Akademska misao/Elektrotehnički fakultet.

Spoljašnje veze uredi

[Hart-1] Hart, Daniel (2010). Power Electronics. William C Brown Publishing.

[NPTEL-2] „Power Electronics” (PDF). National Programme on Technology Enhanced Learning. Arhivirano iz originala (PDF) 19. 2. 2012. g. Pristupljeno 20. 11. 2009.

[1]

[2]