ממיר האצת DC/DC

ממירי Boost משמשים באלקטרוניקה ליצירת מתח יציאת DC הגדול מכניסת DC, ולכן מגבירים את מתח ההספקה. ממירי Boost משמשים לעתים קרובות בספקי כוח עבור נוריות LED לבנות, ערכות סוללות למכוניות חשמליות ויישומים רבים אחרים. ממיר Boost אוגר אנרגיה בשדה המגנטי של המשרן ומעביר אותה לעומס עם מעגל מיתוג. העברת האנרגיה מהשדה המגנטי של המשרן מאפשרת את הגדלת תפוקת ה-DC בשלב אחד. סרטון זה ימחיש את הבנייה של ממיר Boost ויחקור כיצד שינוי מצב הפעולה של הממיר משפיע על מתח המוצא שלו.

מעגל ממיר דחיפה פשוט זה מורכב ממקור מתח DC כניסה המחובר למשרן ולמתג. המתג עשוי להיות טרנזיסטור דו-קוטבי, MOSFET או התקן אלקטרוני דומה אחר המחבר ומנתק לסירוגין את המשרן מהקו המשותף של ספק הכוח. דיודה חוסמת מחברת את המשרן לקבל המסנן את האדווה במתח היציאה. הגדלת הקיבול מקטינה את האדווה. עבור קיבול גדול מספיק היציאה הופכת למתח DC קבוע. רכבת דופק דיגיטלית פותחת או סוגרת את המתג. לדופק יש יחס חובה שהוא היחס בין הזמן לתקופה. יחס החובה עשוי להשתנות מאפס או לעלות עד אחד עם יותר ויותר בזמן. כאשר הדופק פועל, המתג נסגר והמשרן מחובר על פני מתח האספקה. במצב זה, למסוף המשרן המחובר לפלט ספק הכוח יש את הפוטנציאל הגבוה יותר ולמסוף המחובר למשותף יש את הפוטנציאל הנמוך יותר. כעת הזרם זורם דרך המשרן וגדל באופן ליניארי עם הזמן לתדרי מיתוג גבוהים מספיק. במהלך תקופה זו מתח המשרן מוגדר כחיובי מכיוון ששיפוע הזרם לעומת הזמן הוא חיובי. המשרן אוגר אנרגיה פרופורציונלית לריבוע הזרם בשדה המגנטי שלו. ככל שהמשרן מחובר לאספקת החשמל זמן רב יותר, כך הזרם גדל יותר והוא אוגר יותר אנרגיה. כאשר המתג נפתח, הזרם דרך המשרן חייב להמשיך לזרום באותו כיוון. זרם זה יורד גם מכיוון שהמשרן מוותר כעת על אנרגיה לעומס. מתח המשרן הופך שלילי מכיוון ששיפוע הזרם לעומת הזמן שלילי. כתוצאה מכך, הקוטביות של המשרן מתהפכת וכעת מוסיפה למתח הכניסה "V in" ומייצרת פוטנציאל גבוה יותר ביציאה. המעגל במצב זה, מטה קדימה את הדיודה והמשרן משחרר זרם, חלקם הולכים לעומס, וחלקם הולכים לקבל שמאחסן את המטען. כאשר המתג נסגר שוב, הדיודה הופכת לממתח הפוך, מנתקת את המשרן מהיציאה ומונעת קצר חשמלי של העומס. במהלך תקופה זו המשרן נטען ובמקומו הקבל מספק זרם לעומס. מחזור זה של טעינה ופריקה של קבלים מייצר מתח יציאה ממוצע עם כמות מסוימת של אדווה. בתדרי מיתוג גבוהים מספיק, זמני הטעינה והפריקה של הקבל קצרים והיציאה מגיעה למתח מצב יציב עם אדווה קטנה יחסית. מחזור מיתוג זה חוזר על עצמו ללא הגבלת זמן ומהווה את הבסיס לפעולת ממיר הדחיפה. באופן אידיאלי מתח המוצא הממוצע עולה ככל שיחס החובה גדל ויחס חובה של אחד מייצר מתח אינסופי. עם זאת, אלמנטים טפיליים והתנגדויות בממיר הדחיפה מגבילים את הערכים השימושיים של D למקסימום של כ-0.7 או 0.8. אם D גדול מספיק, השפעות טפיליות שולטות בפעולת המעגל ומתח היציאה יורד גם כאשר D ממשיך לעלות. בניסויים הבאים נלמד כיצד ממיר דחיפה מגביר את המתח במצב הולכה רציפה, הנקרא גם CCM, מצב שבו המשרן פועל בכל עת עם זרם שאינו אפס.

מתח המוצא בניסוי זה מוגבל ל-50 וולט DC או פחות. השתמש רק במחזורי העבודה, התדרים, נפחי הכניסה והעומסים שצוינו. ניסויים אלה משתמשים בלוח עמוד החשמל של HiRel Systems המיועד לניסויים עם טופולוגיות שונות של מעגלי ממיר DC ל-DC. כאשר מתג אספקת האותות S90 כבוי, חבר את אספקת האות +/- 12 וולט למחבר den J90. הגדר את מגשרי בחירת בקרת PWM J62 ו-J63 למצב הלולאה הפתוחה. כוונן את ספק הכוח DC ל-10 וולט חיובי אך אל תחבר את יציאת ספק הכוח ללוח. לאחר מכן בנה את המעגל כפי שמוצג עם ה-MOSFET התחתון, הדיודה העליונה והלוח המגנטי BB. רשום את ערך המשרן על הלוח המגנטי BB. נגד העומס הוא פוטנציומטר כוח. השתמש במולטי-מטר כדי למדוד את ההתנגדות שלו תוך התאמתו ל-20 אוהם. לאחר מכן חבר את הפוטנציומטר בין המסופים V1+ ו-COM. הגדר את בנק בורר המתגים S30 באופן הבא: PWM ל-MOSFET תחתון, השתמש ב-PWM מובנה וכבה את העומס. חבר את הגשושית הדיפרנציאלית של האוסילוסקופ בין טרמינל 16 שהוא השער של ה-MOSFET התחתון לבין מסוף 12 שהוא המקור. הפעל את מתג S90. רכבת הדופק המניעה את ה-MOSFET אמורה להופיע על מסך הסקופ. בחר את ציר הזמן של הטווח כדי להציג מספר תקופות של צורת גל זו. הגדר את פוטנציומטר התאמת התדר RV60 כדי לייצר תדר מיתוג של 100 קילו-הרץ. הגדר פוטנציומטר יחס חובה RV64 כך שלפולסים יש זמן הפעלה של מיקרו-שנייה אחת המתאים ליחס חובה של 0.1.

חבר את ספק הכוח DC למסופי הקלט V2+ ו-COM. כדי למדוד את זרם המשרן, חבר את בדיקת ההיקף הדיפרנציאלי בין מסופים CS5 ו-COM. כדי למדוד את המתח על פני נגד העומס RL, חבר את הבדיקה הדיפרנציאלית האחרת בין המסופים V1+ ו-COM. מתח המוצא צריך להיות גל משולש. הרמפות כלפי מעלה מתרחשות כאשר מתג ממיר הדחיפה פתוח והמשרן מעביר אנרגיה לעומס. הרמפות כלפי מטה מתרחשות כאשר המתג סגור, המשרן מנותק מהיציאה והקבל מספק אנרגיה לעומס. זרם המשרן הוא גל משולש שעולה באופן ליניארי בזמן ההפעלה של רכבת הדופק, ואז עולה באופן ליניארי בזמן הכיבוי. ההיסט הוא הזרם הממוצע. באמצעות פונקציות המדידה המובנות של ההיקף, מדוד את הערך הממוצע של מתח המוצא ואת הערך הממוצע של זרם המשרן. חזור על שלבים אלה כאשר ספק הכוח DC הנכנס מוגדר לשמונה, 12 ו-14 וולט. עבור יחס חובה קבוע ככל שמתח הכניסה עולה, מתח המוצא של ממיר דחיפה אידיאלי צריך לעלות באופן פרופורציונלי.

חלק זה של הניסוי מודד את יחס החובה של רכבת הדופק במקום זרם המשרן. חבר את בדיקות ההיקף בין מסופים 16 ו-12 שהם השער והמקור של ה-MOSFET התחתון בהתאמה. חבר את ספק הכוח של כניסת DC למסופים V2+ ו-COM. כמו קודם, מתח היציאה הוא גל משולש הנובע מהמשרן והקבל המספקים זרם לסירוגין לעומס. מתח מקור השער של ה-MOSFET הוא רכבת דופק דיגיטלית בתדר של 100 קילו-הרץ, פרק זמן של 10 מיקרו-שניות וזמן הפעלה של מיקרו-שנייה אחת. מדוד את הערך הממוצע של מתח המוצא ואת זמן ההפעלה של מתח השער למקור יחד עם קריאות זרם הכניסה והמתח מאספקת החשמל DC. חזור על בדיקה זו לאחר התאמת פוטנציומטר יחס החובה RV64 כך שלזרם הדופק יש זמן הפעלה של שתיים, ארבע ושש מיקרו-שניות, התואמים ליחסי חובה של 0.2, 0.4 ו-0.6 בהתאמה.

ככל שיחס החובה D עולה, גם מתח המוצא של ממיר הדחיפה עולה. באופן אידיאלי, אם ל-D יש ערך של 0.2, אז כניסה של 10 וולט מייצרת פלט של כ-12.5 וולט. אם D הוא 0.4 אז הפלט יהיה בערך 16.6 וולט. אם D הוא 0.6 אז הפלט יהיה בערך 25 וולט. באופן כללי, מתח המוצא נמוך מהצפוי מהקשר האידיאלי מכיוון שאלמנטים טפיליים יוצרים ירידות מתח לא אידיאליות ואובדן אנרגיה לא מוסבר. ככל שיחס החובה מתקרב לאחד, מתח המוצא התיאורטי הופך גדול לאין שיעור. במציאות, מתח המוצא מוגבל בערך פי שלושה או ארבעה ממתח הכניסה וההשפעה של רכיבים טפיליים ולא אידיאליים גורמת למתח המוצא לרדת לאחר ש-D הופך גבוה מספיק.

ממירי Boost מייצרים מתח יציאה גדול ממתח הכניסה ויישומים רבים משלבים אותם כדי להגביר את הגמישות בבחירת מקורות הספקת-הכוח. המתח מפאנל סולארי משתנה בהתאם למיקום השמש, תנאי מזג האוויר והצל. ממירי Boost משמשים בדרך כלל כדי להגביר את התפוקה המשתנה של מערך פאנלים סולאריים כדי לספק מתח עקבי להזנה לרשת חשמל. מערכות המופעלות על ידי סוללות משמשות לעתים קרובות להפעלת מכשירים ללא שימוש בכבל חשמל. על מנת להשיג את מתח המוצא הגבוה הדרוש, תאי סוללה נערמים לעתים קרובות. זה יכול לתפוס מקום רב אם יש צורך בתאים רבים כדי להגיע לפלט הרצוי. במקום זאת, ממירי Boost משמשים להעלאת המתח תוך חיסכון במקום.

זה עתה צפיתם במבוא של Jove לממירי Boost. כעת עליך להבין כיצד פועלים ממירי Boost וכיצד התאמת מתח הכניסה, יחס העבודה והתדר משפיעה על מתח היציאה. תודה שצפית.