Escolhendo o Chopper Certo: Guia Completo de Tipos e Aplicações

Sobre Tipos de Chopper, a maioria das aplicações de eletrônica de potência tem elementos de chaveamento totalmente desligados ou totalmente ligados. Devido a isso, suas perdas são frequentemente baixas, tornando o circuito altamente eficiente. No entanto, a corrente que você fornece à carga pode ser descontínua. Então, exigirá que você forneça uma alta frequência de chaveamento ou suavização para melhores resultados. Nesse caso, você usará um chopper para estabilizar o sistema do circuito.

No artigo de hoje, discutiremos a classificação de choppers baseada em várias características, como o processo de comutação, e mais.

1. O Que é um Circuito Chopper?

Um chopper (ou equivalente CC de um transformador CA) é um dispositivo elétrico semicondutor. Ele funciona para transformar uma tensão de entrada CC fixa (V_s) em uma potência CC variável ou tensão de saída V_o. O valor de saída CC pode ser menor que a tensão da fonte ou maior que a tensão de entrada.

2. Como o Chopper Funciona?

Geralmente, um circuito chopper tem uma carga, resistor e um diodo semicondutor, conforme o diagrama abaixo.

Diagrama de circuito de um chopper

Ele opera em alta velocidade para conectar a fonte à carga, depois desconecta a carga da base. Usando o diagrama, podemos concluir o princípio de funcionamento como:

• O interruptor SW é o chopper, e em altas velocidades, pode ser um interruptor LIGADO ou DESLIGADO. Por esse motivo, você pode desconectar ou conectar a carga de Vs (uma fonte de alimentação). Além disso, a abertura e fechamento periódico do circuito eventualmente controlam a tensão de saída.
• Interruptor LIGADO resulta na tensão da fonte sendo igual à tensão da carga. Por outro lado, quando é um interruptor DESLIGADO, a tensão da carga equivale a zero.

3. Tipos de Chopper

Classificamos choppers com base em suas características da seguinte forma:

Baseado em seu princípio de operação

O princípio de operação é a melhor maneira de classificar um chopper. Os dois tipos incluem:

Chopper CA

Aqui, há uma inversão de tensão onde um inversor converte uma tensão CC em tensão CA. Em seguida, você passa a CA por um transformador elevador ou abaixador. Finalmente, um retificador converte a saída do transformador em CC.

Chopper CC

Choppers CC atuam como transformadores abaixadores e elevadores em tensão CC. Como tal, eles podem alterar uma tensão CC constantemente estável para um valor menor ou maior, dependendo do tipo.

Baseado no processo de comutação

Chopper comutado naturalmente

Chopper comutado naturalmente funciona em circuitos CA, pois a tensão de alimentação vem de uma fonte CA. Por causa disso, quando há uma tensão negativa no SCR ou tiristor, ele desliga.

Chopper comutado forçadamente

Um chopper comutado forçadamente opera em circuitos CC. Você pode alcançar a comutação baixando a corrente do SCR abaixo do valor de corrente ou polarizando reversamente o componente SCR. Exemplos são chopper Morgan e chopper Jones.

Baseado na perda de potência no tempo de chaveamento

Chopper de chaveamento duro

Circuitos chopper comutados duro usam sua capacidade de operar.

Chopper de chaveamento suave

Choppers de chaveamento suave usam circuitos ressonantes LC para desligar ou ligar o dispositivo a tensão ou corrente zero.

Baseado nos valores de tensão de saída

A classificação de circuitos chopper aqui tem base nas tensões de saída.

Chopper elevador ou Boost

O chopper tem uma tensão de fonte menor que a tensão média de saída CC (V_o ˃ V_s) para o primeiro. Também há um fluxo de potência da carga para a fonte. Aqui, a corrente de carga tem uma fonte de fem e é indutiva.

Chopper abaixador

A tensão da fonte é maior que a tensão média de saída CC (V_s ˃ V_o). Ao contrário, o fluxo de potência é da fonte para a carga.

Classificação baseada na Operação por Quadrantes

Circuitos chopper limitam a direção do fluxo de corrente através deles, pois são dispositivos estáticos semicondutores. No entanto, você pode modificar como seu chopper opera em quatro quadrantes, gerando cinco tipos de chopper.

Os quatro quadrantes do chopper

Chopper Classe A / Tipo A

Chopper Classe A só funciona no primeiro quadrante. Portanto, a tensão de carga (V_O) e a corrente de carga (i_O) serão sempre positivas. Além disso, a transferência de potência é da fonte para a carga, um exemplo sendo um chopper abaixador.

Chopper Classe B / Tipo B

Opera no segundo quadrante. Assim, a corrente de carga é negativa enquanto a tensão de saída do chopper é positiva. Aqui, a corrente de carga negativa (i_o) transferência de potência é da carga para a fonte. Um circuito chopper elevador é um exemplo.

Chopper Classe C / Chopper Classe A Dois Quadrantes / Tipo C

Conectar parallelamente choppers classe B e classe A dá um chopper classe C que opera no segundo ou primeiro quadrante. Então, atuará como chopper abaixador no primeiro quadrante e chopper elevador no segundo quadrante.

Chopper Classe D / Chopper Classe B Dois Quadrantes / Tipo D

Opera nos quadrantes quarto e primeiro e pode transferir potência da carga para a fonte ou da fonte para a carga. Então, você pode inverter a tensão média de saída CC com um chopper classe D, enquanto a direção da corrente de carga não é reversível.

Chopper Classe E / Tipo E

Por fim, temos um chopper classe E que funciona em todos os quadrantes, pois é um chopper universal. Além disso, você precisará de quatro diodos e quatro choppers/quatro chaves semicondutoras para fazer um circuito chopper classe E. Você precisará de uma carga indutiva para o chopper funcionar. Adicionalmente, deve haver uma polaridade reversa de fem de carga nos quadrantes terceiro e quarto.

Aplicações do Chopper

Você pode usar o circuito chopper em uma variedade de aplicações compreendendo:

• Carregadores de bateria,
• Aumento de tensão CC,
• Filtros de capacitor comutado,
• Controles de iluminação e lâmpadas,
• No acionamento de motores brushless de torque/passo em atuadores,

Motor de passo

• Acionamentos de frequência variável,
• Sistemas de processamento de sinal,
• Aviões e naves espaciais,
• Controladores de velocidade em motores CC,
• Sistemas de tração ferroviária,
• Conversão de energia solar,
• Carros elétricos com operação a bateria,
• Sistemas de fonte de alimentação chaveada como conversores CC para CC
• Finalmente, amplificadores eletrônicos Classe D.

Conclusão

Para resumir, várias indústrias tecnológicas estão adotando choppers para sistemas de trânsito rápido. Além disso, circuitos chopper têm alta eficiência, resposta rápida, capacidades de regeneração e controle suave. Outras vezes, você pode usar alguns dispositivos semicondutores de potência em um chopper, por exemplo, IGBT forma completa e um tiristor comutado forçadamente.

Isso é tudo por hoje, e esperamos que você tenha aprendido muito sobre choppers. Em caso de esclarecimentos ou dúvidas, entre em contato conosco, e resolveremos juntos.