7.2. Striedače v polomostovom zapojení (Half Bridge)#

Jednou z najjednoduchších možných topológií striedačov je jednofázový, polomostový striedač zobrazený na Obr. 7.3. Obvod sa skladá z dvoch spínačov \(SW_1\), \(SW_2\) a dvoch diód, zapojených do série medzi napájacie napätie \(U_{dc}\). Záťaž \(Z\) je pripojená medzi spínačmi (bod a) a medzi dvoma kondenzátormi (kapacitný delič), ktoré vytvárajú stred s nulovým napätím (bod 0). Vždy je zopnutý len jeden spínač (tranzistor), tak aby nenastal skrat vstupného zdroja. Počas jednej periódy spínania sa uplatňujú oba spínače (\(SW_1\) vytvára kladnú polaritu napätia a \(SW_2\) zápornú), teda na záťaži sa vytvára bipolárne napätie. Výsledný tvar výstupného napätia - nízkofrekvenčný priebeh je daný rozdielom vysokofrekvenčných zložiek napätí (kladnej a zápornej hodnoty napätia) počas periódy spínania meniča. Tranzistorom trvá určitý krátky čas, kým prejdú zo zopnutého stavu do rozopnutého. Aby nedošlo ku skratu napätia \(U_{dc}\) spínačmi (tranzistormi) volí sa určitý krátky časový interval \(t_d\) (dead time), kedy sú vypnuté oba spínače.

../../../_images/half_bridge.png

Obr. 7.3 Striedač v polomostovom zapojení.#

Priebehy napätia a prúdu sú zobrazené na Obr. 7.4. Použitá záťaž je väčšinou induktívna, to znamená, že prúd \(i_L\) bude fázovo oneskorený za napätím (prvou harmonickou \(u_1\)) o uhol \(\varphi\).

../../../_images/half_bridge_char.png

Obr. 7.4 Napätie a prúd na záťaži pri striedači v polomostovom zapojení pri plnej šírke pulzu.#

Ak má napätie a prúd na záťaži v tom istom čase rovnakú polaritu, energia je dodávaná do záťaže. Ak majú v tom istom čase opačnú polaritu, táto časť energie sa vracia do zdroja \(U_{dc}\), ide o reaktívny výkon. Do záťaže je dodávaný len činný výkon, reaktívna časť (jalový výkon) sa vymieňa medzi zdrojom a záťažou, jeho stredná hodnota za periódu je nulová. Aby sa zabránilo “plávaniu stredu s 0 V” (nulového bodu), musí byť kapacitný delič dostatočne stabilný “tvrdý”, teda kondenzátory by mali mať dostatočne veľké hodnoty kapacity.

Prvý interval činnosti: Po zopnutí spínača \(SW_1\) začne z kondenzátora \(C_1\) tiecť prúd do záťaže \(Z\), kladné (\(u\), \(i\)), kondenzátor \(C_1\) sa vybíja (veľkosť jeho kapacity ovplyvňuje pokles napätia na ňom a teda určuje “plávanie nuly”). Po vypnutí spínača \(SW_1\) nastane krátky ochranný interval \(t_d\) (dead time), kedy sú vypnuté oba spínače (tranzistory), ale keďže je ku meniču pripojená induktívna záťaž, prúd nemôže skokom zaniknúť, ale tečie ďalej v rovnakom smere cez diódu \(D_2\), ktorá sa otvorí a následne dochádza ku prebíjaniu kondenzátora \(C_2\).

Druhý interval činnosti: Po zapnutí spínača \(SW_2\) sa začne do záťaže vybíjať kondenzátor \(C_2\) (opačný smer - záporné \(u\), \(i\)). Po vypnutí \(SW_2\) nastane znova krátky ochranný interval td, kedy sú vypnuté oba spínače. V tomto intervale sa otvorí dióda \(D_1\), cez ktorú sa teraz prebíja kondenzátor \(C_1\).

Výhody:

  • menší počet spínačov,

  • jednoduchosť.

Nevýhody:

  • veľké kondenzátory - cena, objem, hmotnosť, životnosť,

  • polovičné napätie na výstupe,

  • „plávanie nuly“.