KEEN SIDE успешно заменяет аналогичные продукты таких известных брендов, как Phoenix Contact, Weidmueller, Degson, Winstar, Hsuan Mao, KLS, G-NOR, Mean Well и др.
РадиоЛоцман - Все об электронике

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2017

Michael Gambuzza

Electronic Design

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Для того чтобы передать максимальную мощность из схемы в нагрузку, выходное сопротивление источника RO должно равняться сопротивлению нагрузки RL (Рисунок 1). В случае комплексной нагрузки ZL и резистивного характера источника такое согласование требует использования громоздкого дросселя. В этой статье показано, как заменить физический дроссель более компактной синтезированной индуктивностью.

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности
Рисунок 1. Простейшая схема согласования состоит из резистивной
нагрузки RL, равной сопротивлению источника RO.

Хорошим примером комплексной нагрузки может служить пьезоэлектрический преобразователь, представленный моделью Баттерворта - Ван Дайка как CO, RL, CS и L (Рисунок 2а). На частоте последовательного резонанса импеданс нагрузки уменьшается до эквивалентной схемы, показанной на Рисунке 2б. Нагрузка по-прежнему остается комплексной, состоящей из параллельно соединенных RL и CO. Это делает согласование с RO невозможным без использования комплексно сопряженного сопротивления –CO со стороны источника, то есть, без параллельной CO индуктивности, имеющей такую же величину реактивного сопротивления (Рисунок 2в).

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности
а) б) в)
Рисунок 2. Примером комплексной нагрузки является модель пьезоэлектрического преобразователя
Баттерворта-Ван Дайка (а), которую можно представить эквивалентной схемой (б).
Для того, чтобы согласовать нагрузку с источником, необходимо добавить
соответствующую индуктивность.

Для согласования RO с RL индуктивность L должна быть выбрана такой, чтобы

–XCO = XL,

или

Поэтому

где ω = 2πf.

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности
Рисунок 3. Вместо громоздкого дросселя разработчик может
использовать гираторную схему, имитирующую
индуктивность, равную (R1)(R)(C).

Для того, чтобы заменить физический дроссель L синтезированной индуктивностью, обратимся к схеме гиратора, изобретенной Бернардом Теллегеном в 1948 году (Рисунок 3). В своей основе схема является дифференциатором, в котором импеданс конденсатора C «реверсирован». Искусственная индуктивность оказывается равной

L = (R1)(R)(C) [генри].

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности
Рисунок 4. При типичной реализации гираторной схемы согласования динамическое
изменение R может подстраивать схему под различные комплексные
нагрузки, при условии, что характера напряжения на нагрузке известен,
и может быть достигнута оптимальная настройка.

Обычно сопротивление резистора R1 выбирают не более 100 Ом, чтобы добротность Q была не меньше 10. (Подробное описание работы схемы гиратора можно найти в Интернете). На Рисунке 4 изображен окончательный вариант схемы согласования. С помощью этой схемы R может динамически изменяться, на лету меняя настройку для различных комплексных нагрузок, при условии, что знание характера напряжения на нагрузке позволяет достигнуть оптимальной настройки.

Синтезированная индуктивность обеспечивает передачу максимальной мощности
Рисунок 5. Результаты моделирования показывают, что напряжение на нагрузке
(верхняя кривая) имеет минимум на резонансной частоте. Фазовый сдвиг
напряжения на нагрузке (нижняя кривая) на частоте резонанса равен 0°.
Эти результаты свидетельствуют о том, что выбранная индуктивность
обеспечивает хорошее согласование.

На Рисунке 5 представлены результаты моделирования настроенной схемы, в которой использовался описанный выше гиратор. Верхняя кривая, отображающая напряжение на нагрузке, имеет минимум на частоте резонанса. Из показанной ниже фазо-частотной характеристики видно, что на резонансной частоте фазовый сдвиг напряжения на нагрузке равен 0°. Эти результаты свидетельствуют о том, что выбранная синтезированная индуктивность обеспечивает хорошее согласование нагрузки с источником.

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Synthesized Inductor Delivers Maximum Power Transfer

Электронные компоненты. Бесплатная доставка по России
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Имхо, просто проблемы типа согласования лягут на мощный усилитель гиратора. Фактически будеи добавлен еще один каскад. Не совсем ясно какой профит получится из этого поскольку согласование рассматривается с реактивными элементами и будеи только с т.з. нагрузки. В смысле получения максимальной мощи относительно исходного усилителя. Реально же дополнительнуб мощу в нагрузку будет вдувать дополнительный усилитель гиратора. Имхо пока резон не очевиден.
  • Верно. Принципиальное отличие реактивного элемента от активного в том, что он возвращает запасенную энергию обратно в цепь, поэтому в колебательном контуре может присутствовать переменное напряжение без внешних затрат. Собственно, для этого и компенсируют реактивность элементом с реактивностью противоположного знака для уменьшения потерь. Рассматриваемый способ на ОУ - от лукаваго.
  • Преимущество видится такое, что появляется возможность легкой перестройки величины индуктивности обычным потенциометром -на время отладки например или если нужно менять параметры нагрузки...Ну и габаритные индуктивности (от единиц Генри) при небольших мощностях нагрузки легко заменяются компактной схемой на ОУ. ЗЫ. А вот чего мне не понятно, так это как редактор выпускает такой материал - все 3 схемы на рисунке 2 абсолютно одинаковые! Неужели это не бросается в глаза?!
  • Alexandr111, спасибо, редактор действительно проморгал.